混合双目工业机器人系统同步标定方法及其它装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及工业机器人标定领域，具体为一种混合双目工业机器人系统同步标定方法及其它装置，即为了解决同时采用局部摄像机、全局摄像机进行同步标定的问题，所述方法包括：调整标定板和工业机器人的末端位姿，并在每次调整后记录变换关系A

Synchronous calibration system, method and other device of hybrid binocular industrial robot system

The present invention relates to the field of industrial robot calibration, calibration system and method for specific synchronization and other devices of a hybrid binocular industrial robot system, which at the same time in order to solve the local and global synchronization camera calibration problem of camera, the method includes: to adjust the end of the calibration board and industrial robot pose, and record the transformation between Ai and Bi, Ci in each time after adjustment, and through the iteration method of pose transformation chain AXB = X, Y transformation matrix in YC after each adjustment, until it meets the preset iteration conditions, X, and Y transform matrix to the last adjusted as the final transformation matrix, the pose transformation chain the final. The invention can meet the requirements of hand eye synchronous calibration of the industrial robot system with sight hand and eye in hand two kinds of cameras without the aid of additional measuring tools, and has better calibration accuracy and efficiency.

【技术实现步骤摘要】
混合双目工业机器人系统同步标定系统、方法及其它装置
本专利技术属于工业机器人标定领域，尤其涉及一种混合双目工业机器人系统同步标定系统、方法及其它装置。
技术介绍
在工业机器人的视觉伺服系统中，一般有两类摄像机布局方式：(1)眼看手(Eyetohand)，摄像机相对于工业机器人独立布置，其视野一般能够覆盖整个作业场景，但对工业机器人末端执行器附近的工况细节捕捉能力有限；(2)眼在手(Eyeinhand)，摄像机布置于工业机器人末端执行器附近，并随末端执行器同步运动，其能良好地获取作业目标及其附近的场景信息，但对作业全局的环境信息获取能力有限。以上两种摄像机布局方式均需在系统工作前完成摄像机坐标系与工业机器人基础坐标系、工业机器人工具坐标系的标定，即工业机器人的手眼标定。现有的机器人手眼标定方法大多只针对以上一类摄像机布局方式，并需要借助一些附加测量工具，例如，于2017年1月4日公布的中国专利申请公布号为CN106272444A的专利文献公开了一种手眼关系与双机器人关系同时标定方法，于2015年8月26日公布的中国专利申请公布号为CN104864807A的专利文献公开了一种基于结构光的机器人手眼标定方法，于2015年8月19日公布的中国专利申请公布号为CN104842371A的专利文献公开了一种基于最优化算法的机器人手眼标定方法。大多数已有专利给出的是对于两类摄像机布局形式的独立标定方法，有的还需借助额外的测量设备，当同时采用两类摄像机布局形式时，独立标定往往造成标定精度及效率的下降。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决同时采用局部摄像机、全局摄像机进行同步标定的问题，本专利技术的一方面，提出了一种混合双目工业机器人系统同步标定系统，包括工业机器人、标定板，还包括局部摄像机、全局摄像机；所述局部摄像机用于跟随所述工业机器人末端执行器运动获取局部场景信息；所述全局摄像机用于获取所述工业机器人作业全局的环境信息。优选地，所述局部摄像机装设于工业机器人末端执行器；所述全局摄像机装设于工业机器人基座、或工业机器人基座周边的设定区域。本专利技术的另一方面，提出了一种混合双目工业机器人系统同步标定方法，基于权利要求1或2所述的混合双目工业机器人系统同步标定系统，执行以下步骤：调整标定板和工业机器人的末端位姿，并在每次调整后记录变换关系Ai、Bi、Ci，并通过迭代的方法求解位姿变换链AXB＝YC中的每次调整后的变换矩阵X、Y，直至满足预设迭代条件，并以最后一次调整后得到的变换矩阵X、Y作为最终的变换矩阵，得到最终的位姿变换链；其中，A为工业机器人从基坐标系到末端执行器坐标系的位姿变换关系，B为局部摄像机坐标系到标定板坐标系的位置变换关系，C为全局摄像机坐标系到标定板坐标系的位置变换关系，X为末端执行器坐标系到局部摄像机坐标系的变换矩阵，Y为基坐标系到全局摄像机坐标系的变换矩阵，X、Y为待求解的常数矩阵；位姿变换关系A、B、C通过标定板标定；Ai为第i次调整后工业机器人从基坐标系到末端执行器坐标系的位姿变换关系，Bi为第i次调整后局部摄像机坐标系到标定板坐标系的位置变换关系，Ci为第i次调整后全局摄像机坐标系到标定板坐标系的位置变换关系，i为调整标定板和工业机器人的末端位姿的次数序号。优选地，在通过迭代的方法求解位姿变换链之前，还包括以下步骤：定义工业机器人的基坐标系为Fb、工业机器人的末端执行器坐标系为Fe，局部摄像机坐标系为Flc，全局摄像机坐标系为Fgc，标定板的坐标系为Fcb。优选地，所述位姿变换链AXB＝YC可以展开为旋转部分变换链和平移部分变换链；所述旋转部分变换链为RARXRB＝RYRC；所述平移部分变换链为RARXtB+RAtX+tA＝RYtC+tY；所述求解位姿变换链AXB＝YC中的变换矩阵X、Y，其方法为求解旋转部分变换链中的RX和RY，并进一步求解平移部分变换链中tX、tY；其中，RA、RB、RC、RX、RY分别为对应变换关系的旋转矩阵，tA、tB、tc、tX、tY分别为对应变换关系的平移向量。优选地，所述求解旋转部分变换链中的RX和RY的方法为：通过迭代的方法，依据迭代式求解每次标定板和工业机器人的末端位姿调整后的Rj(j＝X,Y)，直至Rj收敛达到预设的阈值；其中，所述迭代式为Rj0为未知旋转矩阵Rj的初值，[Δrj]^是所对应的李代数。优选地，Rj0根据局部摄像机、全局摄像机安装的机械结构尺寸关系进行计算。优选地，位姿变换关系A、B、C通过标定板标定时，标定板同时落在全局摄像机与局部摄像机的视野中并且至少占据摄像机视野的2/3。本专利技术的第三方面，提出了一种存储装置，其中存储有多条程序，所述程序适于由处理器加载并执行以实现上述的混合双目工业机器人系统同步标定方法。本专利技术的第四方面，提出了一种补处理装置，包括处理器，适于执行各条程序；以及存储设备，适于存储多条程序；所述程序适于由处理器加载并执行以实现：上述的混合双目工业机器人系统同步标定方法。本专利技术同时采用局部摄像机、全局摄像机进行同步标定，可以在不借助额外测量工具的条件下满足具有眼看手，眼在手两类摄像机的工业机器人系统的手眼同步标定要求，且具有较好的标定精度及效率。附图说明图1是本专利技术实施例混合双目工业机器人系统同步标定系统中坐标系定义示意图。具体实施方式下面参照附图来描述本专利技术的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本专利技术的技术原理，并非旨在限制本专利技术的保护范围。本专利技术一种实施例的混合双目工业机器人系统同步标定系统，包括工业机器人、标定板、局部摄像机、全局摄像机；工业机器人具有基座、末端执行器。局部摄像机用于跟随工业机器人末端执行器运动获取局部场景信息；全局摄像机用于获取工业机器人作业全局的环境信息。局部摄像机装设于工业机器人末端执行器；全局摄像机装设于工业机器人基座、或工业机器人基座周边的设定区域。本实施例中，将局部摄像机固结于工业机器人的末端执行器，将全局摄像机固结于工业机器人的基座，其中局部摄像机的视野随工业机器人的运动而改变，全局摄像机的视野不随工业机器人的运动而改变。并对各坐标系进行定义，如图1所示：工业机器人的基坐标系为Fb，工业机器人的末端执行器坐标系为Fe，局部摄像机坐标系为Flc，全局摄像机坐标系为Fgc，标定板的坐标系为Fcb。本专利技术还提出了一种混合双目工业机器人系统同步标定方法，为了便于对该方法进行说明，首先对各类位置变换关系的获取方法进行说明。通过混合双目工业机器人系统同步标定系统中的标定板，标定：工业机器人从基坐标系到末端执行器坐标系的位姿变换关系A，局部摄像机坐标系到标定板坐标系的位置变换关系B，全局摄像机坐标系到标定板坐标系的位置变换关系C。上述标定各位置变换关系的具体方法为：将标定板置于空间中任意一点，同时调整工业机器人的位姿，确保标定板同时落在全局摄像机与局部摄像机的视野中并且占据摄像机视野的2/3以上。利用传统的标定方法获取并记录位置变换关系A、B、C。本专利技术一种实施例的混合双目工业机器人系统同步标定方法，包括：调整标定板和工业机器人的末端位姿，并在每次调整后记录变换关系Ai、Bi、Ci，并通过迭代的方法求解如公式(1)所示的位姿变换链中的每次调整后的变换矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合双目工业机器人系统同步标定系统，包括工业机器人、标定板，其特征在于，还包括局部摄像机、全局摄像机；所述局部摄像机用于跟随所述工业机器人末端执行器运动获取局部场景信息；所述全局摄像机用于获取所述工业机器人作业全局的环境信息。

【技术特征摘要】
1.一种混合双目工业机器人系统同步标定系统，包括工业机器人、标定板，其特征在于，还包括局部摄像机、全局摄像机；所述局部摄像机用于跟随所述工业机器人末端执行器运动获取局部场景信息；所述全局摄像机用于获取所述工业机器人作业全局的环境信息。2.根据权利要求1所述的同步标定系统，其特征在于，所述局部摄像机装设于工业机器人末端执行器；所述全局摄像机装设于工业机器人基座、或工业机器人基座周边的设定区域。3.一种混合双目工业机器人系统同步标定方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述的混合双目工业机器人系统同步标定系统，执行以下步骤：调整标定板和工业机器人的末端位姿，并在每次调整后记录变换关系Ai、Bi、Ci，并通过迭代的方法求解位姿变换链AXB＝YC中的每次调整后的变换矩阵X、Y，直至满足预设迭代条件，并以最后一次调整后得到的变换矩阵X、Y作为最终的变换矩阵，得到最终的位姿变换链；其中，A为工业机器人从基坐标系到末端执行器坐标系的位姿变换关系，B为局部摄像机坐标系到标定板坐标系的位置变换关系，C为全局摄像机坐标系到标定板坐标系的位置变换关系，X为末端执行器坐标系到局部摄像机坐标系的变换矩阵，Y为基坐标系到全局摄像机坐标系的变换矩阵，X、Y为待求解的常数矩阵；位姿变换关系A、B、C通过标定板标定；Ai为第i次调整后工业机器人从基坐标系到末端执行器坐标系的位姿变换关系，Bi为第i次调整后局部摄像机坐标系到标定板坐标系的位置变换关系，Ci为第i次调整后全局摄像机坐标系到标定板坐标系的位置变换关系，i为调整标定板和工业机器人的末端位姿的次数序号。4.根据权利要求3所述的同步标定方法，其特征在于，在通过迭代的方法求解位姿变换链之前，还包括以下步骤：定义工业机器人的基坐标系为Fb、工业机器人的末端执行器坐标系为Fe，局部摄像机坐标系为Flc，全局摄...

【专利技术属性】
技术研发人员：任书楠，杨旭，宋永博，乔红，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11