激光测量机器人的手眼标定方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种激光测量机器人的手眼标定方法及系统，所述方法包括：接收激光器数据，获取初始位置下，靶球的圆弧半径R0；以及机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后靶球的圆弧半径Rx，Ry，Rz；根据上述圆弧半径确认本次搜索方向；以及确认圆弧半径R的搜索区间；采用区间消去法逐渐减小搜索区间；在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系：，若是，对应获取圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；并将其形成一个共轭对，求取多个共轭对，并根据其求解变换矩阵，完成手眼标定。本发明专利技术使手眼标定结果更加准确，实现方法简单，自动化程度高，同时，该系统实用性强，可广泛应用于工业测量。

【技术实现步骤摘要】
激光测量机器人的手眼标定方法及系统
本专利技术涉及一种激光测量机器人的手眼标定方法及系统，主要应用于工业测量

技术介绍
激光测量机器人是指工业机器人搭载成品化的激光器组成的机器人视觉测量系统，该系统用于工业零部件的形位尺寸检测。目前，最常见的机器人视觉测量系统的组成方式是六自由度工业机器人搭载2D激光器，其中2D激光器输出的数据是光平面上的被测物体的二维数据，2D激光器有厂家内置的坐标系。当2D激光器固定到工业机器人末端手臂上之后，不考虑环境因素影响的话，激光器坐标系与工业机器人末端法兰坐标系的相对变换矩阵就唯一确定，且激光器拆卸再安装前不会改变。手眼标定，即2D激光器坐标系与工业机器人末端法兰坐标系的相对变换矩阵的确定，往往通过一个半径已知的高精度靶球，理想情况下机器人以不同的位置姿态使激光器恰好输出靶球球心所在的最大圆弧，通过圆拟合可求出最大圆弧的圆心，即球心，此时机器人位置姿态信息与靶球球心坐标即组成一个共轭对，然后建立多个共轭对，并以球心相对于机器人基坐标系位置不变作为约束，即可求解激光器坐标系与工业机器人末端法兰坐标系的相对变换矩阵。而实际标定中很难人为控制机器人使激光器恰好能输出靶球球心所在的最大圆弧，目前做法通常是输出靶球某一圆弧，该圆弧半径与靶球半径、该圆弧圆心与靶球球心距离构成直角三角形，通过计算该圆弧圆心与靶球球心距离得到靶球球心的坐标。然而，该方法不能准确建立机器人位置姿态信息与靶球球心坐标的对应关系，现有方法建立的对应关系并不是机器人位置姿态信息与靶球球心坐标对应关系的真实反映，进一步的，导致手眼标定结果不够精准。专利技术内容为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种激光测量机器人的手眼标定方法及系统；该方法及系统可以控制机器人运动使激光器恰好输出靶球球心所在的最大圆弧，进而准确建立机器人真实位置姿态与靶球球心坐标的对应关系，使手眼标定结果更加准确。相应的，本专利技术一实施方式的激光测量机器人的手眼标定方法，所述方法包括以下步骤：S1、将激光投射到靶球表面形成激光数据；S2、接收所述激光数据，获取初始位置下，所述靶球的圆弧半径R0；S3、基于机器人的基坐标系，以上述初始位置为基点，所述机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后，分别获取并记录X方向、Y方向、Z方向对应的靶球的圆弧半径Rx，Ry，Rz；S4、将Rx，Ry，Rz分别与R0进行大小比较，根据其比较结果，确认本次搜索方向，并沿着当前搜索方向，确认圆弧半径R的搜索区间；S5、采用区间消去法逐渐减小搜索区间；S6、在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系：其中，r为靶球半径，R为实时获取的圆弧半径，为系统预设阈值；若是，获取当前状态下，对应圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；记录机器人的位置姿态信息和所获取的圆弧圆心坐标，并将其形成一个共轭对；若否，返回步骤S5；S7、根据所述共轭对信息，求解变换矩阵，完成手眼标定。作为本专利技术的进一步改进，所述方法还包括以下步骤：接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点数据，通过圆拟合计算所述圆弧半径R0、Rx，Ry，Rz。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S4具体包括：将圆弧半径Rx，Ry，Rz分别与R0进行比较，选择圆弧半径变化最大的坐标轴方向作为本次搜索方向。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S4具体包括：沿着当前搜索方向，通过外推法确认圆弧半径R的搜索区间，所述搜索区间按照圆弧半径小-大-小的位置关系确定。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S7具体包括：调整机器人到不同的位置姿态，重复步骤S1至S6，得到N个所述共轭对；判断N是否大于第二系统阈值；若是，求解变换矩阵，完成手眼标定；若否，回到步骤S1。相应地，本专利技术一实施方式的激光测量机器人的手眼标定方法系统，所述系统包括：激光发射单元，所述激光发射单元用于将激光投射到靶球表面形成激光数据；数据处理单元，所述数据处理单元用于接收所述激光数据，获取初始位置下，所述靶球的圆弧半径R0；基于机器人的基坐标系，以上述初始位置为基点，控制所述机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后，分别获取并记录X方向、Y方向、Z方向对应的靶球的圆弧半径Rx，Ry，Rz；将Rx，Ry，Rz分别与R0进行大小比较，根据其比较结果，确认本次搜索方向，并沿着当前搜索方向，确认圆弧半径R的搜索区间；采用区间消去法逐渐减小搜索区间；在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系：其中，r为靶球半径，R为实时获取的圆弧半径，为系统预设阈值；若是，获取当前状态下，对应圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；记录机器人的位置姿态信息和所获取的圆弧圆心坐标，并将其形成一个共轭对；若否，继续沿着当前搜索方向，采用区间消去法逐渐减小搜索区间；根据所述共轭对信息，求解变换矩阵，完成手眼标定。作为本专利技术的进一步改进，所述数据处理单元还用于，接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点数据，通过圆拟合计算所述圆弧半径R0、Rx，Ry，Rz。作为本专利技术的进一步改进，所述数据处理单元还用于，将圆弧半径Rx，Ry，Rz分别与R0进行比较，选择圆弧半径变化最大的坐标轴方向作为本次搜索方向。作为本专利技术的进一步改进，所述数据处理单元还用于，沿着当前搜索方向，通过外推法确认圆弧半径R的搜索区间，所述搜索区间按照圆弧半径小-大-小的位置关系确定。作为本专利技术的进一步改进，所述数据处理单元还用于，调整机器人到不同的位置姿态，重复获得N个所述共轭对；判断N是否大于第二系统阈值；若是，求解变换矩阵，完成手眼标定；若否，继续调整机器人到不同的位置姿态，重复获得下一个所述共轭对。与现有技术相比，本专利技术的激光测量机器人的手眼标定方法及系统，该方法及系统可以控制机器人运动使激光器恰好输出靶球球心所在的最大圆弧，进而准确建立机器人真实位置姿态与靶球球心坐标的对应关系，使手眼标定结果更加准确，实现方法简单，自动化程度高，同时，该系统实用性强，可广泛应用于工业测量。附图说明图1是本专利技术一实施方式中激光测量机器人的手眼标定方法的流程图；图2是本专利技术一实施方式中确定圆弧半径搜索区间过程示意图；图3是本专利技术一实施方式中激光测量机器人的手眼标定系统的结构示意图。具体实施方式以下将结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。如图1所示，在本专利技术一实施方式中激光测量机器人的手眼标定方法，所述方法包括以下步骤：S1、将激光投射到靶球表面形成激光数据。相应的，借助人工，手动调整机器人的位置，进而使机器人带动激光器运动将激光投射在靶球上。优选的，在本专利技术的优选实施方式中，所述机器人为6自由度机器人，所述激光器为2D激光器。优选的，激光投射到靶球上的位置没有具体限定，然而，由于本专利技术最终所要获取的结果与通过该圆心坐标的最大圆弧相关，相应的，为了缩短优化过程，以及提高收敛度，故，激光第一次投射到靶球上的位置，应尽可能的靠近通过所述靶球圆心坐标的最大圆弧处。S2、接收所述激光数据，获取初始位置下，所述靶球的圆弧半径R0。具体的，接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光测量机器人的手眼标定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、将激光投射到靶球表面形成激光数据；S2、接收所述激光器数据，获取初始位置下，所述靶球的圆弧半径R0； S3、基于机器人的基坐标系，以上述初始位置为基点，所述机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后，分别获取并记录X方向、Y方向、Z方向对应的靶球的圆弧半径Rx，Ry，Rz；S4、将Rx，Ry，Rz分别与R0进行大小比较，根据其比较结果，确认本次搜索方向，并沿着当前搜索方向，确认圆弧半径R的搜索区间；S5、采用区间消去法逐渐减小搜索区间；S6、在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系：，其中，r为靶球半径，R为实时获取的圆弧半径，为系统预设阈值；若是，获取当前状态下，对应圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；记录机器人的位置姿态信息和所获取的圆弧圆心坐标，将其形成一个共轭对；若否，返回步骤S5；S7、根据所述共轭对信息，求解变换矩阵，完成手眼标定。

【技术特征摘要】
1.一种激光测量机器人的手眼标定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、将激光投射到靶球表面形成激光数据；S2、接收所述激光数据，获取初始位置下，所述靶球的圆弧半径R0；S3、基于机器人的基坐标系，以上述初始位置为基点，所述机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后，分别获取并记录X方向、Y方向、Z方向对应的靶球的圆弧半径Rx，Ry，Rz；S4、将圆弧半径Rx，Ry，Rz分别与R0进行比较，选择圆弧半径变化最大的坐标轴方向作为本次搜索方向；沿着当前搜索方向，通过外推法确认圆弧半径R的搜索区间，所述搜索区间按照圆弧半径小-大-小的位置关系确定；S5、采用区间消去法逐渐减小搜索区间；所述区间消去法为在上一次的搜索方向上及搜索区间内，使机器人往复运动，减小搜索区间；S6、在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系：其中，r为靶球半径，R为实时获取的圆弧半径，为系统预设阈值；若是，获取当前状态下，对应圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；记录机器人的位置姿态信息和所获取的圆弧圆心坐标，将其形成一个共轭对；若否，返回步骤S5；S7、根据所述共轭对信息，求解变换矩阵，完成手眼标定。2.根据权利要求1所述的激光测量机器人的手眼标定方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点数据，通过圆拟合计算所述圆弧半径R0、Rx，Ry，Rz。3.根据权利要求1或2所述的激光测量机器人的手眼标定方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括：调整机器人到不同的位置姿态，重复步骤S1至S6，得到N个所述共轭对；判断N是否大于第二系统阈值；若是，求解变换矩阵，完成手眼标定；若否，继续调整机器人到不同的位置姿态，并回到步骤S1。4.一种激光测量机器人的手眼标...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩田，卞大超，刘铎，宋孚群，王岩，张一丁，张敏，张冬运，
申请(专利权)人：苏州北硕检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32