机器人手眼标定方法技术

本发明专利技术公开了一种机器人手眼标定方法，包括步骤：S1、设置激光跟踪仪和四面体，工业机器人上设置对四面体进行测量的激光扫描仪；S2、计算转换矩阵

【技术实现步骤摘要】
机器人手眼标定方法
本专利技术属于机器人视觉标定
，具体地说，本专利技术涉及一种机器人手眼标定方法。
技术介绍
目前机器人手眼标定方法主要有求解齐次方程AX＝XB，其中X是未知的手眼变换，A和B是机器人末端执行器的运动和相机，在手眼标定过程中，精度较低且容易受到工业机器人参数误差的影响。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种机器人手眼标定方法，目的是提高标定结果精度。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：机器人手眼标定方法，包括步骤：S1、设置激光跟踪仪和四面体，工业机器人上设置对四面体进行测量的激光扫描仪；S2、计算转换矩阵S3、计算转换矩阵S4、计算转换矩阵所述步骤S1中，工业机器人上设置线性滑台，所述激光扫描仪设置于线性滑台上。所述步骤S2中，将与所述激光跟踪仪相配合的反射器设置于工业机器人末端，分别旋转工业机器人的第五关节轴和第六关节轴，设第五关节轴的旋转轴为L1，设第六关节轴的旋转轴为L2，以公共垂直线的中点q1作为第五关节轴坐标系O5的原点，n3是单位向量n1和n2的叉积，n’2是单位向量n1和n3的叉积。所述步骤S3包括：S301、旋转工业机器人的第六关节轴；S302、获取四面体的三面点云；S303、拟合三面点云来获得三个平面S1、S2、S3，将三个平面S1、S2、S3的交点q2设置为四面体的坐标系OT的原点，将四面体坐标系OT的x、y、z轴分别设置为n4、n5、n6；S304、计算转换矩阵其中，n4是平面S1的单位法向量，L3为平面S1和平面S2的交线，n5是与L3平行的单位向量，n6为n4和n5的叉积。所述步骤S4包括：S401、获取四面体的三个平面的数据并且表示为S’1、S’2、S’3，S402、计算转换矩阵其中，n’4是平面S’1的单位法向量，n’5是平面S’1和S’2交线的单位向量，n6为n’4和n’5的叉积，q’2是平面S’1、S’2和S’3的交点；S403、转换第六关节轴的坐标系，获得其中，θ是第六关节轴的旋转角度。所述步骤S403中，d6＝200mm。本专利技术的机器人手眼标定方法，利用激光跟踪仪和精心设计的四面体对机器人进行手眼标定，避免手眼标定受工业机器人参数误差的影响，测量精度更高，标定结果准确可靠。附图说明本说明书包括以下附图，所示内容分别是：图1是手眼标定实验方案图；图2是机器人-激光扫描仪系统的结构示意图；图3是手眼标定示意图；图4是步骤S2中建立的原理图；图5是获取四面体的三面点云示意图；图6是激光跟踪仪采集的校准数据示意图；图中标记为：1、工业机器人；2、线性滑台；3、激光扫描仪；4、四面体；5、激光跟踪仪。具体实施方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本专利技术的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。如图1和图2所示，本专利技术提供了一种机器人手眼标定方法，包括步骤：S1、设置激光跟踪仪和四面体，工业机器人上设置对四面体进行测量的激光扫描仪；S2、计算转换矩阵S3、计算转换矩阵S4、计算转换矩阵具体地说，如图1和图2所示，工业机器人为六自由度机器人，末端执行器作为工业机器人的第六关节轴，末端执行器是由伺服电机驱动。工业机器人的一个机械臂以能够旋转的方式与末端执行器连接，形成工业机器人的第五关节轴，第五关节轴的轴线与第六关节轴的轴线相垂直。在上述步骤S1中，工业机器人上设置线性滑台，激光扫描仪设置于线性滑台上，线性滑台安装在工业机器人的末端执行器上，线性滑台用于控制激光扫描仪进行线性移动。工业机器人运动至要测量的四面体处，通过激光扫描仪对四面体进行测量，为了提高激光扫描仪的测量范围，线性滑台进行线性移动，从而带动激光扫描仪进行测量。如图2所示，机器人-激光扫描仪系统由一台工业机器人、一台线性滑台和一台激光扫描仪组成，线性滑台和线激光扫描的组合视为3D扫描系统。在上述步骤S2中，将与激光跟踪仪相配合的反射器设置于工业机器人上，分别旋转工业机器人的第五关节轴和第六关节轴，设第五关节轴的旋转轴为L1，设第六关节轴的旋转轴为L2，以公共垂直线的中点q1作为第五关节轴坐标系O5的原点，n3是单位向量n1和n2的叉积，n’2是单位向量n1和n3的叉积。具体地说，在上述步骤S2中，将反射器(激光跟踪器的附件)放置在工业机器人的末端执行器上，分别旋转工业机器人的第五关节轴和第六个关节轴，并测量旋转所得圆弧C1和C2的大小，C1是第五关节轴旋转所得圆弧，C2是第六关节轴旋转所得圆弧。随后，分别通过C1和C2计算出第五关节轴的旋转轴L1和第六关节轴的旋转轴L2的位置。假定单位向量n1和n2分别平行于旋转轴L1和L2，n3是单位向量n1和n2的叉积。转换矩阵可以由n1,n2,n3确定，并且n1,n2,n3的交点设置为第五关节轴坐标系O5的原点。由于工业机器人的运动参数的误差，可能导致旋转轴L1和L2处于不同的平面或不垂直，如图4所示。为了获得更高精度的转换矩阵以公共垂直线的中点q1作为第五关节轴坐标系O5的原点，并且利用n1和n3的叉积所得的n’2替换n2。因此，得到转换矩阵的计算如下：上述步骤S3包括：S301、旋转工业机器人的第六关节轴；S302、获取四面体的三面点云；S303、拟合三面点云来获得三个平面S1、S2、S3，将三个平面S1、S2、S3的交点q2设置为四面体的坐标系OT的原点，将四面体坐标系OT的x、y、z轴分别设置为n4、n5、n6；S304、计算转换矩阵其中，n4是平面S1的单位法向量，L3为平面S1和平面S2的交线，n5是与L3平行的单位向量，n6为n4和n5的叉积。具体地说，在上述步骤S3中，将四面体放置在机器人-激光扫描仪系统的工作空间中，并保持机器人的前五个关节轴与步骤S1相同，只是旋转第六关节轴。然后用3D扫描系统获取精心设计的四面体三面点云并且将第六关节轴旋转的角度记为θ。如图5所示，通过拟合三面点云来获得三个平面S1、S2、S3，S1、S2、S3的交点q2设置为四面体坐标系OT的原点。假定n4是S1的单位法向量，L3为平面S1和S2的交线，n5是与L3平行的单位向量，n6为n4和n5的叉积，四面体坐标系OT的x、y、z轴分别设置为n4、n5、n6。因此转换矩阵被定义为：上述步骤S4包括：S401、获取四面体的三个平面的数据并且表示为S’1、S’2、S’3，S402、计算转换矩阵其中，n’4是平面S’1的单位法向量，n’5是平面S’1和S’2交线的单位向量，n6为n’4和n’5的叉积，q’2是平面S’1、S’2和S’3的交点；S403、转换第六关节轴的坐标系，获得其中，θ是第六关节轴的旋转角度。具体地说，在上述步骤S4中，如图6所示，保持四面体与步骤S3相同，用激光跟踪仪和T-Probe(T-probe是激光跟踪仪的测量辅助件件)分别获取四面体的三个平面的数据并且表示为S’1、S’2、S’3。转换矩阵被定义为：其中，n’4是平面S’1的单位法向量，n’5是平面S’1和S’2交线的单位向量。n6为n’4和n’5的叉积，q’2是平面S’1、S’2和S’3的交点。如图3所示，获得以下等式：其中，是第五关节轴坐标系O5与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机器人手眼标定方法，其特征在于，包括步骤：S1、设置激光跟踪仪和四面体，工业机器人上设置对四面体进行测量的激光扫描仪；S2、计算转换矩阵

【技术特征摘要】
1.机器人手眼标定方法，其特征在于，包括步骤：S1、设置激光跟踪仪和四面体，工业机器人上设置对四面体进行测量的激光扫描仪；S2、计算转换矩阵S3、计算转换矩阵S4、计算转换矩阵2.根据权利要求1所述的机器人手眼标定方法，其特征在于，所述步骤S1中，工业机器人上设置线性滑台，所述激光扫描仪设置于线性滑台上。3.根据权利要求1或2所述的机器人手眼标定方法，其特征在于，所述步骤S2中，将与所述激光跟踪仪相配合的反射器设置于工业机器人末端，分别旋转工业机器人的第五关节轴和第六关节轴，设第五关节轴的旋转轴为L1，设第六关节轴的旋转轴为L2，以公共垂直线的中点q1作为第五关节轴坐标系O5的原点，n3是单位向量n1和n2的叉积，n,2是单位向量n1和n3的叉积。4.根据权利要求1至3任一所述的机器人手眼标定方法，其特征在于，所述步骤S3包括：S301、旋转工业机器人的第六关节轴；S302、获取四面体的三面点云；...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄金雷，王飞阳，高靖，车景国，曹雏清，高云峰，
申请(专利权)人：芜湖哈特机器人产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34