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【Nokov】动作捕捉系统标定与机械臂各坐标系的说明

2023-05-16

导语：这一周的工作先是完成了度量系统Nokov的标定，然后对机械臂自身的编码器得到的坐标值与动作捕捉系统Nokov测得的坐标值进行了比较，来观察二者之间的误差。在这个过程中我对Nokov软件Seeker的使用有了基本掌握，最重要的是让我对机械臂有了更深的理解，特此在这记录。

一. 度量系统Nokov的标定

在进行坐标值比较之前，我已经对度量系统进行了一次标定，标定效果很好。
真实值496.05，标定值496.08 (单位mm)

盲区说明：
  标定完成之后，Nokov对于标定空间内的点的测量是很准确的，但是如果出了标定空间，摄像头是捕捉不到的，所以它只能对标定空间内进行测量。( 且经过测试，越靠近盲区，测量值越不准确。)

二. 机械臂自身的编码器得到的坐标与动作捕捉系统测得得坐标值比较

  在进行上面标定之后，如果只是用度量系统单独测量坐标的话是没问题的，但如果需要在同一点下将机械臂自身的编码器值和Nokov的值进行比较的话，那么还需要注意一个问题，即机械臂本体的基坐标系和度量系统标定的原点坐标系之间的关系。简单的处理是：让他们二者原点坐标系方位一致，只有平移变换关系。
  设机械臂末端坐标系为C，机械臂基坐标系为A，视觉捕捉系统标定的原点坐标系为B。那么机械臂末端位姿在机械臂基坐标系下的表示为 C A T _{C}^{A}T CA​T ，机械臂末端位姿在视觉捕捉系统原点坐标系的表示为 C B T _{C}^{B}T CB​T ，视觉捕捉系统原点坐标系在机械臂基坐标系表示方法为 B A T _{B}^{A}T BA​T ，那么可得误差关系： e r r o r    =     C A T    −     B A T × C B T error\,\,=\,\,_{C}^{A}T\,\,-\,\,_{B}^{A}T\times _{C}^{B}T error=CA​T−BA​T×CB​T
例如，对机械臂的零位点进行测量比较，

在这里插入图片描述

可得误差(单位：mm)：
在这里插入图片描述

误差来源分析：

  1. 机械臂编码器测得的点是末端执行器的尖点，而视觉捕捉系统则需要在机械臂末端处贴上反光小球，小球直径约1.5cm，故存在小球直径大小的误差，这种情况下设最大允许误差为15mm。
  2. 得到 B A T _{B}^{A}T BA​T 的方法是让机械臂的末端点到达视觉捕捉系统的原点坐标系，通过在 Live Mode 模式下进行观察，二者坐标系基本重合即可，在示教器上读出此时的位置信息，作为平移变换矩阵，经过测量，这种误差存在2-3mm的误差。
  3. 在进行视觉捕捉系统标定的时候，需要让视觉捕捉系统的原点坐标系与机械臂基坐标系xyz方位一致，即使我是沿着地板线进行坐标系的标定，但仍可能存在细微误差，故认为这种方法存在1-2mm的误差。

对机械臂的更深认识：

注：这里针对我使用的工业机械臂CRP1410，不同机器人坐标系方向和原点建立是不同的。
基坐标系：基坐标系不是在底座面上，而是在底座中心的上方，与第二关节中心处平行。

直角坐标系：之前认为监视直角坐标下的坐标值是机械臂末端的点的值，但发现不是，每种机器人类型对应的直角坐标方向不同，对应的直角坐标原点位置也不同。CRP直角坐标系下测的是第六关节法兰盘的中心处。

工具坐标系：工具坐标系0号与直角坐标系相同，工具坐标系1号是测得末端执行器的尖点并延长15mm的焊枪点。如果我们要观察末端执行器上的点应该重新进行标定工具坐标系。(3号也是直角坐标系)

调试后文：

1. 在重新标定末端尖点带小球的工具坐标系T5后：
  末端尖点工具坐标系是4号，尖点再带个小球半径的工具坐标系是5号，现在机械臂测得是末端小球球心的位姿，Nokov测量的也是末端小球球心的位姿，两者按道理来说没有很大的误差，但测量后比较两者误差仍比较大，暂未发现原因。
2. 在求到了机械臂基坐标系在视觉捕捉系统下的位置之后：
  求到了基坐标系在视觉捕捉系统坐标系下的位置，随后继续比较两者误差仍然比较大，后续找到了原因，发现视觉标定坐标系和机械臂基坐标系存在位姿变换，不只是简单的平移变换关系。
3. 后续在动捕系统标定原点上建立机械臂的用户坐标系后：
  对动捕系统重新进行了标定，对机械臂也重新进行了用户坐标的建立，用户坐标系为10号，发现沿着用户坐标系某一轴走直线时，其他两轴在动捕坐标系下误差存在为1.3mm左右。

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