本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种双机器人协作系统同步校准方法、系统及设备。
背景技术：
1、多机器人协作系统通常是指被设计用以完成一些复杂的或者单机器人无法完成的任务的机器人集群。与单个机器人相比，多机器人系统能以分布式的方式执行更多的集体行为，在设计上具有更高的效率、灵活性和简便性。鉴于上述优点，多机器人系统已被广泛应用于农业、工业、医疗和社会服务等领域。然而，由于多机器人系统对精度和可靠性的高要求，将其应用于制造业仍面临许多挑战。
2、多机器人系统通常可分解为多个双机器人系统进行研究，目前双机器人协作系统的校准方法可分为两类：分步校准方法和同步校准方法。分步校准法是基于ax＝xb或ax＝yb方程的非同步校准方法，可进一步细化为两步校准法和三步校准法。虽然上述校准过程可以按步依次完成，但独立估算坐标系关系会导致机器人协作系统在全局视角下的不确定性和不一致性。而同步校准是基于axb＝ycz方程的多坐标系联合估算方法，可以有效避免分步校准过程中的误差传递与积累。此外，与一个机器人在校准时另一个机器人保持静态相比，让两个机器人同时参与校准过程可以提高样本数据的利用率，使整个校准过程更为高效。但是，现有同步校准理论大多是面向双目视觉的物理场景而设计，并不适用于以线激光扫描仪为代表的单目视觉物理场景。因此，提出一种更为通用的双机器人协作系统同步校准方法显得尤为迫切。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种双机器人协作系统同步校准方法、系统及设备，可适用更多物理场景下的双机器人校准。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、一种双机器人协作系统同步校准方法应用于双机器人协作装置，所述双机器人协作装置包括：控制系统、测量机器人、加工机器人、视觉测量系统和标记装置；
4、所述控制系统分别与测量机器人、加工机器人和视觉测量系统连接；所述视觉测量系统设置于所述测量机器人的末端法兰，所述标记装置设置于所述加工机器人的末端法兰；所述视觉测量系统包括两个工业相机；所述标记装置包括标定板；
5、所述双机器人协作系统同步校准方法包括：
6、操作双机器人运动，采集第一位姿数据；所述双机器人包括测量机器人和加工机器人；测量机器人上设有测量机器人基坐标系、测量机器人末端法兰坐标系和视觉测量系统坐标系；加工机器人上设有加工机器人基坐标系、加工机器人末端法兰坐标系和标记装置坐标系；
7、基于恒等式组构建旋转分量闭环求解模型和平移向量闭环求解模型；
8、将第一位姿数据输入至旋转闭环求解模型中，得到第二位姿数据的估计值；
9、将第一位姿数据和第二位姿数据的估计值输入至平移向量闭环求解模型中，得到第三位姿数据的估计值；
10、基于第二位姿数据的估计值、第三位姿数据的估计值和第一位姿数据构建目标函数；
11、对所述目标函数进行迭代优化，直至达到预设迭代次数，得到第二位姿数据的精确值和第三位姿数据的精确值；
12、基于第二位姿数据的精确值和第三位姿数据的精确值对双机器人进行校准。
13、可选地，所述第一位姿数据包括多组测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的旋转矩阵、多组测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量、多组标定板坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的旋转矩阵、多组标定板坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的平移向量、多组加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的旋转矩阵、多组加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量；
14、所述第二位姿数据包括测量机器人末端法兰坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的旋转矩阵、测量机器人坐标系与加工机器人坐标系之间齐次变换的旋转矩阵和标定板坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的旋转矩阵；
15、所述第三位姿数据包括测量机器人末端法兰坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的平移向量、标定板坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量和测量机器人坐标系与加工机器人坐标系之间齐次变换的平移向量。
16、可选地，操作双机器人运动，采集第一位姿数据，具体包括：
17、操作测量机器人和加工机器人运动在保证标记装置位于视觉测量系统的有效视野内，改变视觉测量系统和标记装置的相对位姿，并记录多组第一子位姿数据；所述第一子位姿数据包括测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的旋转矩阵、测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量、加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的旋转矩阵、加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量和标定板坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的平移向量；
18、操作测量机器人和加工机器人运动在保证标记装置位于视觉测量系统的有效视野内且测量机器人和加工机器人末端法兰位姿不变，改变视觉测量系统和标记装置的相对位置，并记录多组第二子位姿数据；所述第二子位姿数据包括测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量、标定板坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的平移向量和加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量；
19、基于多组第一子位姿数据和多组第二子位姿数据构建位姿数据。
20、可选地，所述恒等式组为：
21、
22、其中，ra表示测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的旋转矩阵；rx表示测量机器人末端法兰坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的旋转矩阵；rb表示标定板坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的旋转矩阵；ry表示测量机器人坐标系与加工机器人坐标系之间齐次变换的旋转矩阵；rc表示加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的旋转矩阵；rz表示标定板坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的旋转矩阵；tb表示标定板坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的平移向量；tx表示测量机器人末端法兰坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的平移向量；ta表示测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量；tz表示标定板坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量；tc表示加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量；ty表示测量机器人坐标系与加工机器人坐标系之间齐次变换的平移向量。
23、可选地，所述旋转分量闭环求解模型为：
24、
25、
26、
27、其中，mabc表示第一参数；mrxy表示第二参数；tb[j]表示标定板坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的第j组平移向量；j∈a；a表示包括j的集合；tb[i]表示标定板坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的第i组平移向量；i∈b；b表示包括i的集合；ra[i']表示测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的第i'组旋转矩阵；tc[j]表示加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的第j组平移向量；tc[i]表示加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的第i组平移向量；i3表示3行3列的单位矩阵；ta[i]表示测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的第i组平移向量；ta[j]表示测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的第j组平移向量；表示测量机器人末端法兰坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的旋转矩阵估计值；表示测量机器人坐标系与加工机器人坐标系之间齐次变换的旋转矩阵估计值；unvec()表示矩阵向量化的逆运算符。
28、可选地，所述平移向量闭环求解模型为：
29、j·t＝c；
30、
31、
32、其中，j表示第三参数；c表示第四参数；rc[i']表示加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的第i'组旋转矩阵；tc[k]表示加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的第k组平移向量；k∈k；k表示a和b的并集集合；tb[k]表示标定板坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的第k组平移向量；ta[k]表示测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的第k组平移向量；表示测量机器人末端法兰坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的平移向量的估计值；表示测量机器人坐标系与加工机器人坐标系之间齐次变换的平移向量的估计值；表示加工机器人末端法兰坐标系与标定板坐标系之间齐次变换的平移向量的估计值。
33、可选地，所述目标函数为：
34、
35、其中，表示测量机器人末端法兰坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的旋转矩阵估计值对应的李代数形式；表示测量机器人坐标系与加工机器人坐标系之间齐次变换的旋转矩阵估计值对应的李代数形式；tx表示测量机器人末端法兰坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的平移向量；ty表示测量机器人基坐标系与其末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量；tz表示加工机器人末端法兰坐标系与标定板坐标系之间齐次变换的平移向量；n'表示采样数据的数量；表示第五参数。
36、一种计算机系统，包括：存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述所述的双机器人协作系统同步校准方法的步骤。
37、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述的双机器人协作系统同步校准方法。
38、可选地，所述存储器为非暂态计算机可读存储介质。
39、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
40、本发明公开一种双机器人协作系统同步校准方法、系统及设备，操作双机器人运动，采集第一位姿数据；基于第一位姿数据确定第二位姿数据的估计值和第三位姿数据的估计值，并基于第二位姿数据的估计值、第三位姿数据的估计值和第一位姿数据构建目标函数；对目标函数进行迭代优化，得到第二位姿数据和第三位姿数据的精确值并对双机器人进行校准。本发明可适用更多物理场景下的双机器人校准。
1.一种双机器人协作系统同步校准方法，其特征在于，所述双机器人协作系统同步校准方法应用于双机器人协作装置，所述双机器人协作装置包括：控制系统、测量机器人、加工机器人、视觉测量系统和标记装置；
2.根据权利要求1所述的双机器人协作系统同步校准方法，其特征在于，所述第一位姿数据包括多组测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的旋转矩阵、多组测量机器人基坐标系与测量机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量、多组标定板坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的旋转矩阵、多组标定板坐标系与视觉测量系统坐标系之间齐次变换的平移向量、多组加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的旋转矩阵、多组加工机器人基坐标系与加工机器人末端法兰坐标系之间齐次变换的平移向量；
3.根据权利要求2所述的双机器人协作系统同步校准方法，其特征在于，操作双机器人运动，采集第一位姿数据，具体包括：
4.根据权利要求1所述的双机器人协作系统同步校准方法，其特征在于，所述恒等式组为：
5.根据权利要求1所述的双机器人协作系统同步校准方法，其特征在于，所述旋转分量闭环求解模型为：
6.根据权利要求5所述的双机器人协作系统同步校准方法，其特征在于，所述平移向量闭环求解模型为：
7.根据权利要求6所述的双机器人协作系统同步校准方法，其特征在于，所述目标函数为：
8.一种计算机系统，包括：存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的双机器人协作系统同步校准方法。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述存储器为非暂态计算机可读存储介质。
