一种用于工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置及方法，包括工业机器人带动标定用立体靶标以一定姿态运动至标定点位；三维立体相机可测量空间内的三维点云数据，并向工业控制计算机的标定控制模块输出标定用立体靶标及其附近结构件的局部三维点云数据，标定控制模块处理解算获得可见的标定用特征顶点在三维立体相机坐标系下的三维坐标；识别检索获取各可见的标定用特征顶点在工业机器人坐标系下的三维坐标；解算获得三维立体相机与工业机器人之间的坐标转换矩阵。本实用新型专利技术不需要额外的标定工装附件，具有高效、高精度、在安装机械手后与使用过程中也能在线校验或标定三维立体相机与工业机器人的坐标转换矩阵的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置
本技术属于智能工业机器人
，具体涉及一种用于智能工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置。
技术介绍
传统的工业机器人针对已知规格尺寸、位姿提前定位准确的单一类型物料或产品，采用示教编程的方式，已广泛应用于化工、金属加工、食品、饮料、烟草、电子等行业的生产制造、拆码垛、上下料等场景中。然而它无法适应工业4.0时代作业对象无法准确定位的小批量、多品种物料或产品的柔性生产。随着机器视觉技术和产品的发展与成熟，具有视觉感知能力的工业机器人给出了智能工业机器人的解决方案。该方案是基于视觉感知技术，识别动态场景中的环境、作业对象以及设备自身的状态，智能地规划适用当前场景的作业工序和工艺，实现可变场景下的智能生产制造、拆码垛、上下料、拣选等作业。智能工业机器人的视觉感知传感器目前已经由采用2D工业相机发展到了三维立体相机，三维立体相机能够输出基于三维立体相机坐标系的三维点云数据，控制工业机器人作业时，必须将三维立体相机下的坐标转换至工业机器人坐标系下，这就需要智能工业机器人使用前，标定三维立体相机与工业机器人坐标的旋转平移转换矩阵。针对三维立体相机固定安装在机器人外面的底座上的形式，因三维立体相机的组件包含一个或多个2D工业相机，行业内目前绝大多数采用的是传统的2D工业相机与工业机器人坐标转换矩阵的标定方法：在安装作业机械手单元前，在机器人法兰上安装棋盘格等平面合作靶标，机器人带动平面合作靶标运行多个点位，2D工业相机采集处理每个点位上的平面合作靶标图像，提取特征角点，利用仿射变换原理，求解得到2D工业相机与工业机器人的坐标转换矩阵，并以此替代三维立体相机与工业机器人的坐标转换矩阵。然而，2D工业相机像素空间二维坐标与物空间三维坐标并不是线性关系，三维立体相机通常需要非线性地修订初始计算得到的三维点云数据后得到更高精度的三维点云数据。因此，该标定方法会导致三维立体相机坐标转换至工业机器人坐标时，与实际空间的三维坐标偏差大，精度低。而且该种标定方法需要额外的标定工装附件，耗时长，机器人法兰上安装作业机械手时，需要将平面合作靶标拆下，过程繁琐，无法在使用过程中在线校验或标定三维立体相机与工业机器人的坐标转换矩阵。目前行业内也采用了在安装作业机械手单元前，在机器人法兰上安装具有显著三维特征的球形、尖顶等立体合作靶标，机器人带动立体合作靶标运行多个点位，三维立体相机采集处理每个点位上的立体合作靶标三维点云数据，利用PCL点云库中的通用算法提取球心或尖顶特征角点在三维立体相机坐标系下的坐标，结合球心或尖顶在工业机器人坐标系下的已知坐标，可以求解得到三维立体相机与工业机器人的坐标转换矩阵。该种标定方法采用通用算法提取球心或尖顶特征，严重依赖于立体合作靶标的三维点云质量，往往需要人工剔除质量差的三维点云数据，只能实现离线标定；同时需要额外的标定工装附件，耗时长，机器人法兰上安装作业机械手时，需要将立体合作靶标拆下，过程繁琐，无法在使用过程中在线校验或标定三维立体相机与工业机器人的坐标转换矩阵。因此，研究提出不需要额外的标定工装附件、高效、高精度、在安装机械手后与使用过程中也能在线校验或标定三维立体相机与工业机器人的坐标转换矩阵的一种用于智能工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置具有重大意义和价值。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本技术的目的在于提供一种用于智能工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置，旨在解决现有技术中需要额外的标定工装附件、精度低、耗时长、机器人法兰上安装作业机械手时，需要将平面合作靶标拆下，过程繁琐，无法在使用过程中在线校验或标定三维立体相机与工业机器人的坐标转换矩阵的问题。本技术是通过下述技术方案来实现的。本技术提供了一种用于工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置，包括三维立体相机、工业机器人、作业机械手、工业机器人控制柜和工业控制计算机；在工业机器人上安装有作业机械手和标定用立体靶标，标定用立体靶标上设有三维立体相机采集所需的标定用特征顶点；工业机器人和三维立体相机与工业控制计算机信号连接，通过工业控制计算机控制工业机器人移动将标定用立体靶标位于三维立体相机视场范围内，进行三维立体相机位姿在线标定。作为优选，所述工业机器人的作业空间位于三维立体相机视场范围内。作为优选，所述三维立体相机架设在支架上。作为优选，所述标定用立体靶标安装在工业机器人与作业机械手连接的转接法兰上。作为优选，所述作业机械手通过转接法兰紧固连接在工业机器人上。作为优选，所述标定用立体靶标为多边形框架结构，在多边形内框中设有一对对称的梯形结构和一个长方形结构，一对对称的梯形结构内框顶点和多边形外框的顶点为三维立体相机采集所需的标定用特征顶点。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：1.本技术通过采用安装在工业机器人与作业机械手连接的转接法兰上的标定用立体靶标，其上具有多个通过平面相交而形成的标定用特征顶点；通过在标定点位提取可见的标定用特征顶点，为工业机器人和三维立体相机提供位姿在线标定的装置，具有精度高、标定过程简单、快速的显著优势。2.本技术中标定用立体靶标安装于工业机器人转接法兰与作业机械手中间，作业机械手的安装、使用、拆卸不会改变标定用立体靶标的位置和姿态，可以实现智能工业机器人安装完作业机械手单元后和使用过程中均能实现在线校验和标定的功能。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术的不当限定，在附图中：图1示出了本技术实施例提供的一种用于智能工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置结构示意图；图2示出了本技术实施例提供的一种用于智能工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置标定用立体靶标安装结构示意图；图3示出了本技术实施例提供的一种用于智能工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置的组成框图；图4示出了本技术实施例提供的标定用立体靶标结构示意图。图中：1、标定用立体靶标；2、标定用特征顶点；3、标定控制模块；4、三维点云数据处理模块；5、标定用特征顶点数据库；6、三维立体相机；7、支架；8、工业机器人；9、作业机械手；10、工业机器人控制柜；11、工业控制计算机；12、局部三维点云数据；14、作业空间；15、转接法兰；16、连接螺栓；17、定位销。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本技术，在此本技术的示意性实施例以及说明用来解释本技术，但并不作为对本技术的限定。如图1、3所示，示出了一种用于智能工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置结构示意图，包括三维立体相机6、支架7、工业机器人8、作业机械手9、工业机器人控制柜10和工业控制计算机11。工业机器人8上安装有作业机械手9，工业控制计算机11放置在工业机器人控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置，其特征在于，包括三维立体相机、工业机器人、作业机械手、工业机器人控制柜和工业控制计算机；在工业机器人上安装有作业机械手和标定用立体靶标，标定用立体靶标上设有三维立体相机采集所需的标定用特征顶点；工业机器人和三维立体相机与工业控制计算机信号连接，通过工业控制计算机控制工业机器人移动将标定用立体靶标位于三维立体相机视场范围内，进行三维立体相机位姿在线标定。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置，其特征在于，包括三维立体相机、工业机器人、作业机械手、工业机器人控制柜和工业控制计算机；在工业机器人上安装有作业机械手和标定用立体靶标，标定用立体靶标上设有三维立体相机采集所需的标定用特征顶点；工业机器人和三维立体相机与工业控制计算机信号连接，通过工业控制计算机控制工业机器人移动将标定用立体靶标位于三维立体相机视场范围内，进行三维立体相机位姿在线标定。


2.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装置，其特征在于，所述工业机器人的作业空间位于三维立体相机视场范围内。


3.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人的三维立体相机位姿在线标定装...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军丽，董斌，张配配，张骁，
申请(专利权)人：西安中科光电精密工程有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61