01零點(diǎn)標(biāo)定

為什么要零點(diǎn)標(biāo)定

在機(jī)器人零點(diǎn)校正時(shí)，軸被移到一個(gè)定義的機(jī)械位置，即所謂機(jī)械零位。如果機(jī)器人在這機(jī)械零位, 那么每個(gè)軸的絕對(duì)傳感器值被存儲(chǔ)。零點(diǎn)標(biāo)定目的是使機(jī)器人各軸的軸角度與連接在各軸電機(jī)上的絕對(duì)值編碼器的脈沖計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng)起來的操作。具體而言，是為了求取零度姿勢(shì)的脈沖計(jì)數(shù)值的操作。
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機(jī)器人通過閉環(huán)伺服系統(tǒng)來控制機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)軸。控制器輸出控制命令來驅(qū)動(dòng)每一個(gè)馬達(dá)。而馬達(dá)上裝配的稱為串行脈沖編碼器的反饋裝置將把信號(hào)反饋給控制器。在機(jī)器人操作過程中，控制器不斷的分析反饋信號(hào)，修改命令信號(hào)，從而在整個(gè)過程中一直保持正確的位置和速度?？刂破鞅仨殹爸獣浴泵總€(gè)軸的位置，以使機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地按原定位置移動(dòng)?？刂破魍ㄟ^比較操作過程中讀取的串行脈沖編碼器的信號(hào)與機(jī)器人上已知的機(jī)械參考點(diǎn)信號(hào)的不同來達(dá)到這一目的。零點(diǎn)標(biāo)定過程就是讀取已知的機(jī)械參考 點(diǎn)的串行脈沖編碼器信號(hào)的過程。這樣的零點(diǎn)標(biāo)定數(shù)據(jù)與其他用戶數(shù)據(jù)一起保存在控制器備份中，并在未連接電源時(shí)由電池能源保持?jǐn)?shù)據(jù)。當(dāng)控制器在正常條件下關(guān)閉電源時(shí)， 每個(gè)串行脈沖編碼器的當(dāng)前數(shù)據(jù)將保持在脈沖編碼器中，由機(jī)器人上的后備電池提供能源。當(dāng)控制器重新上電時(shí)，控制器將請(qǐng)求從脈沖編碼器讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)控制器收到脈沖編碼器的讀取數(shù)據(jù)時(shí)，伺服系統(tǒng)才可以正確操作。這一過程可以稱為校準(zhǔn)過程。校準(zhǔn)在每次控制器開啟時(shí)自動(dòng)進(jìn)行。

正常情況下，沒有必要做零點(diǎn)標(biāo)定，但是只要發(fā)生以下情況之一，就必須執(zhí)行零點(diǎn)標(biāo)定:

更換電機(jī)

更換脈沖編碼器

更換減速機(jī)

更換電纜

機(jī)構(gòu)部的脈沖計(jì)數(shù)備用電池耗盡

機(jī)器人的機(jī)械部分因?yàn)樽矒魧?dǎo)致脈沖記數(shù)不能指示軸的角度

02

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用戶坐標(biāo)系（工件坐標(biāo)系）標(biāo)定

定義

用戶坐標(biāo)系定義在工件上，在機(jī)器人動(dòng)作允許范圍內(nèi)的任意位置，設(shè)定任意角度的X、Y、Z 軸，原點(diǎn)位于機(jī)器人抓取的工件上，坐標(biāo)系的方向根據(jù)客戶需要任意定義。用戶坐標(biāo)可以設(shè)置多個(gè)。

標(biāo)定方法

用戶坐標(biāo)標(biāo)定方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單。一般通過示教3個(gè)示教點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，第一個(gè)示教點(diǎn)是用戶坐標(biāo)系的原點(diǎn)；第二個(gè)示教點(diǎn)在X軸上，第一個(gè)示教點(diǎn)到第二個(gè)示教點(diǎn)的連線是X軸，所指方向?yàn)閄正方向；第三個(gè)示教點(diǎn)在Y軸的正方向區(qū)域內(nèi)。Z軸由右手手法則確定。

03

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工具坐標(biāo)系（TCP）標(biāo)定

目的

機(jī)器人工具坐標(biāo)系標(biāo)定就是確定工具坐標(biāo)系相對(duì)于末端連桿坐標(biāo)系的變換矩陣。?

工業(yè)機(jī)器人在出廠時(shí)有一個(gè)默認(rèn)的工具坐標(biāo)系tool0，該工具坐標(biāo)系位于機(jī)器人第六軸法蘭盤的中心，是由基坐標(biāo)系通過機(jī)器人正解得到的一個(gè)旋轉(zhuǎn)偏移矩陣。實(shí)際工作中，默認(rèn)的工具坐標(biāo)系tool0并不能有效滿足實(shí)際工作要求，所以要根據(jù)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類和特點(diǎn)，重新建立一個(gè)或多個(gè)工具坐標(biāo)系。為機(jī)器人建立新的工具坐標(biāo)系，可以方便操作者靈活地調(diào)整機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的姿態(tài)，更加精確地控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。

TCP位置標(biāo)定

標(biāo)定步驟

1、控制機(jī)械臂移動(dòng)工具從不同方位觸碰空間中某個(gè)固定點(diǎn)，記錄n組數(shù)據(jù)（n ? 3）；

2、計(jì)算獲得工具末端點(diǎn)相對(duì)機(jī)械臂末端點(diǎn)的位置變換；

TCF姿態(tài)標(biāo)定

標(biāo)定步驟

1、完成位置標(biāo)定；

2、控制工具末端點(diǎn)分別沿x方向和z方向移動(dòng)一定距離，工具末端點(diǎn)只在該方向上有移動(dòng)，其它方向上無位移，同時(shí)固定初始姿態(tài)保持不變。實(shí)際操作上可以設(shè)置三個(gè)固定點(diǎn)（三個(gè)固定點(diǎn)滿足上述要求，點(diǎn)2和點(diǎn)3相對(duì)點(diǎn)1只有一個(gè)方向上的移動(dòng)），使工具末端點(diǎn)分別觸碰這三個(gè)點(diǎn)然后記錄下機(jī)械臂末端位姿；

3、計(jì)算獲得工具坐標(biāo)系相對(duì)機(jī)械臂末端坐標(biāo)系的姿態(tài)變換；

標(biāo)定方法

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本體標(biāo)定

見原文：?機(jī)器人標(biāo)定技術(shù)研究現(xiàn)狀

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相機(jī)標(biāo)定

相機(jī)標(biāo)定不同于手眼標(biāo)定，通常指的是相機(jī)畸變標(biāo)定。

鏡頭有畸變，也就是說照出的圖像與實(shí)際不符產(chǎn)生了形變。即使工業(yè)鏡頭也是有千分之幾的畸變率的。

在一個(gè)CCD相機(jī)中，存在像素坐標(biāo)系，圖像坐標(biāo)系，世界坐標(biāo)系等。由于光學(xué)成像的問題，相機(jī)存在枕型畸變和桶型畸變，相機(jī)的像素尺寸與實(shí)際物體尺寸并不是比例關(guān)系。而且相機(jī)的安裝位置與實(shí)際的成像平面存在位姿偏差關(guān)系。通過相機(jī)標(biāo)定可以將像素坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化到世界坐標(biāo)系，解算出相機(jī)的內(nèi)參（相機(jī)本身的參數(shù)，如焦距，X,Y方向上的像元大?。鈪ⅲㄏ鄼C(jī)與實(shí)際平面之間的位姿關(guān)系）。在halcon中，提供了圓點(diǎn)標(biāo)定板和蜂窩標(biāo)定板兩種，通過標(biāo)定助手可以實(shí)現(xiàn)高精度標(biāo)定，輸出相機(jī)內(nèi)外參。?

06

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手眼標(biāo)定

手眼標(biāo)定的實(shí)質(zhì)是建立視覺像素坐標(biāo)系與機(jī)器人或軸組基坐標(biāo)系之間的關(guān)系。通過手眼標(biāo)定，可以將工業(yè)相機(jī)看到的物體像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)器人坐標(biāo)上，這樣，機(jī)器人會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)完成抓取等動(dòng)作。在算法層面，AX=B，A代表像素坐標(biāo)系，通常指的是相機(jī)看到的像素坐標(biāo)（Row,Column），B代表的是機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)（RobotsX,RobotsY）。通過已知的像素坐標(biāo)矩陣A和機(jī)器人坐標(biāo)矩陣B，便可以求出X，接下來相機(jī)定位到的像素坐標(biāo)乘以X矩陣，便可以得到機(jī)器人下的坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)機(jī)器人抓取動(dòng)作。值得注意的是，手眼標(biāo)定不僅僅可以完成對(duì)平面物體的抓取，大量的機(jī)器人空間抓取工作還需要考慮位姿（位置和姿態(tài)）的變化。所以，3D視覺會(huì)求解出像素坐標(biāo)下的物體三維位姿信息，也可以通過這個(gè)公式求解出機(jī)器人六自由度下的坐標(biāo)值。

編輯：黃飛