机器人手眼系统标定方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种机器人手眼系统标定方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：获取标定器上的标定件在机械臂工具坐标系下的中心坐标；获取标定件在扫描器坐标系下的中心坐标；分别计算标定件在机械臂工具坐标系下的中心坐标和标定件在扫描器坐标系下的中心坐标的重心平移向量；将重心平移向量按照奇异值分解法计算得到扫描器坐标系和机械臂工具坐标系之间的变换矩阵；根据变换矩阵将点云数据中的每一个点坐标转换成机械臂工具坐标系下的点坐标。本发明专利技术技术方案免去了通过二维图像进行相机位姿标定的复杂运算，简化了机器人手眼系统标定时的成像复杂度，提高了标定的精度和工作效率。

Calibration method, device, equipment and storage medium of robot hand eye system

【技术实现步骤摘要】
机器人手眼系统标定方法、装置、设备及存储介质
本专利技术涉及机器人视觉引导
，尤其涉及一种机器人手眼系统标定方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
机器人手眼系统主要包含机械手爪和视觉设备。在机器人视觉引导系统中，经常被用到的有两种模型：Eye-to-Hand和Eye-in-Hand。其中将视觉设备安装在机械臂上，和机器人本体直接连接的称之为Eye-in-Hand(机器人手眼系统)。视觉设备采集到的目标物体的位姿是在视觉设备的坐标系下的，需要转换到机械臂工具坐标系下才能用于机器人的运动控制。计算视觉设备坐标系与机械臂工具坐标系之间的转换矩阵的过程即为机器人手眼系统的标定。现有的机器人手眼系统采用的视觉设备通常是线性CCD工业相机，能够采集二维图像，但成像数据不具备深度信息。在标定过程中要根据一个或多个摄像头从不同角度成像的数据识别出标定物的二维坐标，根据这些二维坐标的透视关系去进行相机的位姿标定，然后才能计算相机坐标系与机械臂工具坐标系的变换矩阵，但是相机位姿标定的换算过程十分繁杂，而且受到多种因素的影响，误差较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种机器人手眼系统标定方法、装置、设备及存储介质，以解决现有技术中标定的换算过程十分繁杂以及误差较大的问题。本专利技术是这样实现的，本专利技术第一方面提供一种机器人手眼系统标定方法，步骤包括：设置扫描器坐标系和机械臂工具坐标系，获取所述标定件在所述机械臂工具坐标系下的中心坐标；通过所述扫描器扫描所述标定件，获取所述标定件在所述扫描器坐标系下的中心坐标；分别计算所述标定件在所述机械臂工具坐标系下的中心坐标和所述标定件在所述扫描器坐标系下的中心坐标的重心平移向量；将所述重心平移向量按照奇异值分解法计算得到所述扫描器坐标系和所述机械臂工具坐标系之间的变换矩阵。本专利技术第二方面提供一种机器人手眼系统标定装置，所述机器人包括扫描器、抓握器以及机械臂以及与所述机械臂的坐标关系预先确定的标定器，所述标定器与上设有至少三个标定件，所述抓握器和所述扫描器设置在所述机械臂的末端，所述机器人手眼系统标定装置包括：坐标系设置模块，用于设置扫描器坐标系和机械臂工具坐标系；中心坐标获取模块，用于获取所述标定件在所述机械臂工具坐标系下的中心坐标，以及通过所述扫描器扫描所述标定件，获取所述标定件在所述扫描器坐标系下的中心坐标；重心平移向量计算模块，用于分别计算所述标定件在所述机械臂工具坐标系下的中心坐标和所述标定件在所述扫描器坐标系下的中心坐标的重心平移向量；变换矩阵计算模块，用于将所述重心平移向量按照奇异值分解法计算得到所述扫描器坐标系和所述机械臂工具坐标系之间的变换矩阵。本专利技术第三方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现基于机器人手眼系统标定方法的算法步骤。本专利技术第四方面提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现机器人手眼系统标定方法的算法步骤。本专利技术技术方案提供一种机器人手眼系统标定方法、装置、设备及存储介质，机器人手眼系统标定方法包括：设置扫描器坐标系和机械臂工具坐标系，获取标定件在机械臂工具坐标系下的中心坐标；通过扫描器扫描标定件的点云数据，获取标定件在扫描器坐标系下的中心坐标；分别计算标定件在所述机械臂工具坐标系下的中心坐标和标定件在扫描器坐标系下的中心坐标的重心平移向量；将重心平移向量按照奇异值分解法计算得到扫描器坐标系和机械臂工具坐标系之间的变换矩阵。本专利技术技术方案运用可生成点云的三维扫描器来替代线性CCD工业相机作为机器人的视觉引导系统，能够通过单个角度扫描就获得具有深度信息的三维点云，将目标物体的点云数据进行特征拟合，识别出标定物的三维坐标，可直接用于变换矩阵的计算，本专利技术技术方案免去了通过二维图像进行相机位姿标定的复杂运算，简化了机器人手眼系统标定时的成像复杂度，提高了标定的精度和工作效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一种实施例提供的一种机器人手眼系统标定方法的流程图；图2是本专利技术一种实施例提供的一种机器人手眼系统标定方法中的机器人标定器示意图；图3是本专利技术一种实施例提供的一种机器人手眼系统标定方法中的步骤S10的具体流程图；图4是本专利技术一种实施例提供的一种机器人手眼系统标定方法的又一流程图；图5是本专利技术一种实施例提供的一种机器人手眼系统标定方法中的步骤S50中机械臂的工作示意图；图6是本专利技术一种实施例提供的一种机器人手眼系统标定方法中的步骤S50中机械臂的又一工作示意图；图7是本专利技术一种实施例提供的一种机器人手眼系统标定装置的结构示意图；图8是本专利技术一种实施例提供的一种机器人手眼系统标定装置的又一结构示意图；图9为本专利技术实施例提供的计算机设备的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了说明本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。本专利技术实施例提供一种机器人手眼系统标定方法，如图1所示，机器人手眼系统标定方法包括：步骤S10.设置扫描器坐标系和机械臂工具坐标系，获取标定件在机械臂工具坐标系下的中心坐标。在步骤S10中，抓握器设置在机械臂的末端法兰上，扫描器可以设置在抓握器上，也可以设置在机械臂末端上，例如，将扫描器设置在机械臂的末端关节上，扫描器的位置在此不做具体限定，标定件可以为各种具有中心点的规则物体，例如圆球、正方体、圆锥体等，可以将该具有中心点的规则物体设置在标定器上，标定件也可以为光点，光点可以投射在标定器上，也可以悬浮在空中，无论标定器选择为何种类型，其在机械臂工具坐标系下的坐标是预先可知的，例如，将标定件设置在标定器上，根据标定器与机械臂末端法兰的相对位置以及标定件在标定器上的位置可得出标定件在机械臂工具坐标系下的坐标。作为一种实施方式，如图2所示，将三维点云扫描器4(简称扫描器)和抓握器3固定于六轴机械臂1(简称机械臂)末端法兰2上，使扫描器4、抓握器3与机械臂末端法兰2在运动中保持相对静止，则扫描器4和抓握器3二者构成机器人手眼系统，抓握器3上固定连接杆，标定器5固定在连接杆上，标定器5上设有至少三个标定件，其中标定件满足以下条件：标定器5上的标定件为具有三个圆球，三个圆球的球心组成的三角形的三条边长互不相等，标定器5能够稳固地固定在抓握器3的连接杆上，并且与机械臂末端保持相对静止；安装后这三个圆球的球心坐标在机械臂工具坐标系中是可以得出的；在扫描器对标定器进行扫描时，三个圆球必须都在扫描器的有效视野内，并且相互不发生遮挡。在步骤S10中，如图3所示，设置扫描器坐标系和机械臂工具坐标系，还包括：步骤S101.将抓握器的轴线设置成与机械臂工具坐标系的x轴平行。步骤S102.将抓握器的轴线上的瞄准点设置为机械臂的工具中心点。在步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人手眼系统标定方法，其特征在于，步骤包括：设置扫描器坐标系和机械臂工具坐标系，获取所述标定件在所述机械臂工具坐标系下的中心坐标；通过所述扫描器扫描所述标定件，获取所述标定件在所述扫描器坐标系下的中心坐标；分别计算所述标定件在所述机械臂工具坐标系下的中心坐标和所述标定件在所述扫描器坐标系下的中心坐标的重心平移向量；将所述重心平移向量按照奇异值分解法计算得到所述扫描器坐标系和所述机械臂工具坐标系之间的变换矩阵。

【技术特征摘要】
2018.12.15 CN 20181153746211.一种机器人手眼系统标定方法，其特征在于，步骤包括：设置扫描器坐标系和机械臂工具坐标系，获取所述标定件在所述机械臂工具坐标系下的中心坐标；通过所述扫描器扫描所述标定件，获取所述标定件在所述扫描器坐标系下的中心坐标；分别计算所述标定件在所述机械臂工具坐标系下的中心坐标和所述标定件在所述扫描器坐标系下的中心坐标的重心平移向量；将所述重心平移向量按照奇异值分解法计算得到所述扫描器坐标系和所述机械臂工具坐标系之间的变换矩阵。2.如权利要求1所述的机器人手眼系统标定方法，其特征在于，所述标定器上的标定件为固定在标定器上的具有各向异性的三个圆球；所述分别计算所述标定件在所述机械臂工具坐标系下的中心坐标和所述标定件在所述扫描器坐标系下的中心坐标的重心平移向量，包括：对三个圆球在所述机械臂工具坐标系下的球心坐标向量和三个圆球在扫描器坐标系下的球心坐标向量分别计算算术平均值，得到三个圆球在机械臂工具坐标系下的重心坐标向量和三个圆球在扫描器坐标系下的重心坐标向量根据以下公式计算球心坐标向量的重心平移向量根据以下公式计算球心坐标向量的重心平移向量3.如权利要求2所述的机器人手眼系统标定方法，其特征在于，所述将所述重心平移向量按照奇异值分解法计算得到所述扫描器坐标系和所述机械臂工具坐标系之间的变换矩阵，包括：将所述重心平移向量转换成3×3矩阵X0:将所述重心平移向量转换成3×3矩阵Y0:计算矩阵并对矩阵H作奇异值分解其中，U的列为H·HT的特征向量，V的列为HT·H的特征向量，H·HT与HT·H有相同的特征值，将特征值设为λ1,...,λr，r表示矩阵H的秩；Λ中对角线元素且Λ中对角线元素按降序排列，Λ中其余元素为0；根据以下公式获取扫描器坐标系和机械臂工具坐标系之间的旋转矩阵R和平移矩阵T：根据所述旋转矩阵R和所述平移矩阵T得到所述扫描器坐标系和所述机械臂工具坐标系之间的变换矩阵。4.如权利要求3所述的机器人手眼系统标定方法，其特征在于，所述将所述重心平移向量按照奇异值分解法计算得到所述扫描器坐标系和所述机械臂工具坐标系之间的变换矩阵，之后还包括：通过所述扫描器获取待抓握目标的点云数据，根据所述变换矩阵将所述点云数据中的每一个点坐标转换成所述机械臂工具坐标系下的点坐标。5.如权利要求4所述的机器人手眼系统标定方法，其特征在于，所述根据所述变换矩阵将所述点云数据中的每一个点坐标转换成所述机械臂工具坐标系下的点坐标，包括：根据所述变换矩阵通过以下公式将所述待抓握目标的点云数据中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖炜，苏健，
申请(专利权)人：深圳铭杰医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44