一种单个激光位移传感器的标定方法技术

本发明专利技术公开了一种单个激光位移传感器的标定方法，属于非接触式测量领域，具体包括激光发射方向与原点位置的标定。标定纸放置在激光位移传感器测量范围内的任意处，然后将安装在工业机器人腕部或末端执行器上的激光位移传感器的测量点与标定点对其，并读取此时的激光位移传感器测量值与机器人腕部相对于基坐标系的齐次变换矩阵。经过上述的至少3个不同姿态下的测量，集合空间点计算公式，建立求解方程组并求解，便可以得到激光位移传感器在机器人腕部坐标系下的激光发射方向与原点位置。本发明专利技术可实现激光位移传感器的激光发射方向与原点位置的标定，并且具有操作难度低、无需特定标定设备和计算求解难度低等优点。特定标定设备和计算求解难度低等优点。特定标定设备和计算求解难度低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种单个激光位移传感器的标定方法


[0001]本专利技术属于非接触测量领域，尤其涉及一种单个激光位移传感器的激光发射方向与原点位置的标定方法。

技术介绍

[0002]机器人与智能制造技术的结合发展已推动工业自动化发展的动力，得到了极大的关注。为确保制造过程的智能程度与安全稳定，传感器测量技术被广泛使用在各个作业场景中。
[0003]激光位移传感器作为经典的非接触式测量传感器，被广泛应用于工业生产中。其测量值主要两种用途：一是获取其激光发射原点位置与被测量点之间的直线距离，主要用于固定测量；二是将测量值进一步计算，获得被测量点的空间坐标，主要用于运动测量，且被测点空间坐标多是在设定的基坐标系下。上述的第一种方式较多使用于生产线中的识别或安全判断作业，使用较为简单；第二种方式较多使用于机器人末端执行器上，用于识别被作业对象的空间位置，以引导机器人的下一步操作。其中在第二种方式的计算过程中需要用到激光位置传感器的激光发射方向与原点位置，二者可通过标定过程获取。
[0004]现有的激光位移传感器的标定方法依赖于标定块，或特定的标定装置，且操作过程存在较多限制，这样不仅增加了激光位移传感器的标定成本与难度，也限定了其使用范围。
[0005]因此，本领域的研究人员提出了一种使用任意空间点对单个激光位移传感器的激光发射方向与原点位置进行标定的方法，对现有技术进一步改进和完善。

技术实现思路

[0006]为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种单个激光位移传感器的标定方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案：
[0008]一种单个激光位移传感器的标定方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、建立坐标系：机器人基坐标系O
B
、机器人腕部坐标系O
W
、激光位移传感器坐标系O
L
，并设定齐次变换矩阵：
[0010]其中，所述激光位移传感器坐标系O
L
的Z轴方向、原点与激光发射方向、激光发射原点一致；所述为机器人腕部坐标系O
W
相对于机器人基坐标系O
B
的齐次变换矩阵，该齐次变换矩阵通过机器人控制器获取；
[0011]步骤2、将激光位移传感器安装在机器人腕部，然后将标定纸装在机器人与激光位移传感器结合的测量范围内；
[0012]步骤3、将激光位移传感器的测量点与标定纸上的标定点对齐，读取激光位移传感器的距离测量值d，以及机器人腕部坐标系O
W
相对于机器人基坐标系O
B
的齐次变换矩阵
[0013]步骤4、改变机器人姿态以改变激光位移传感器的测量位置，至少采用三种不同的
机器人姿态重复步骤3并获取三组测量值d和齐次变换矩阵然后对获得数据进行求解以得到激光位移传感器在机器人腕部坐标系O
W
下的激光发射方向与原点位置。
[0014]所述步骤4中，将激光位移传感器的测量值d，转化为被测点在机器人基坐标系O 下的空间坐标[x y z]，采用下式进行转换计算：
[0015][0016]上式中，为激光位移传感器坐标系O
L
相对于机器人腕部坐标系O
W
的齐次变换矩阵，该齐次变换矩阵为标定过程的获取目标。
[0017]所述齐次变换矩阵转换为下式所示：
[0018][0019]再按照矩阵乘法运算的结合律处理，得式：
[0020][0021]从上式中可知，齐次变换矩阵中仅有a
13
、a
14
、a
23
、a
24
、a
33
、a
34
参与空间点坐标的运算，其中[a
13 a
23 a
33
]T
表示激光位移传感器在机器人腕部坐标系O
W
下的发射方向，[a
14 a
24 a
34
]T
表示激光位移传感器发射点在机器人腕部坐标系O
W
下的发射原点坐标，因此只需确定a
13
、a
14
、a
23
、a
24
、a
33
、a
34
这六个未知参数的值，即可完成激光位移传感器的标定，因其余未知参数均不参与计算，在中将其直接赋值为1即可。
[0022]采用三个不同的机器人姿态进行测量，相应的得到三个激光位移传感器的测量值 d1、d2和d3，以及三个齐次变换矩阵三组数据可按照下式表示：
[0023][0024]上式中d1、d2和d3属于已知量，求解即可得到激光位移传感器在机器人腕部坐标系O
W
下的激光发射方向[a
13 a
23 a
33
]T
与原点位置[a
14 a
24 a
34
]T
。
[0025]所述激光位移传感器坐标系O
L
相对于机器人腕部坐标系O
W
的齐次变换矩阵采用下式表示：
[0026][0027]还设定有齐次变换矩阵为激光位移传感器坐标系O
L
相对于机器人基坐标系O
B
的齐次变换矩阵，该齐次变换矩阵下式的计算获取：
[0028][0029]所述采用三次不同的机器人姿态进行测量时，即相应的三次不同姿态下的激光位移传感器的测量点，保持标定纸的标定点不变，每一次不同姿态下的激光位移传感器的测量点都与标定点对齐，然后读取机器人腕部坐标系O
W
相对于机器人基坐标系O
B
的齐次变换矩阵以及激光位移传感器的距离测量值d。
[0030]当测量次数超过三次时，通过最小二乘法求解得到数据。
[0031]所述步骤2中，标定纸位于激光位移传感器的测量范围内的任意位置即可，在标定纸上标记出一个标定点。
[0032]所述标定纸选择为设定大小尺寸的纸张，在该纸张上标记出一个标定点。
[0033]与现有的激光位移传感器的标定方法相比，本专利技术所提出的一种单个激光位移传感器的标定方法，具有以下有益效果：
[0034]1、操作难度低，本方法仅需要操作机器人将激光位移传感器的测量点与固定的标定点以不同姿态对齐3次，然后读取机器人腕部坐标系O
W
相对于机器人基坐标系O
B
的齐次变换矩阵与激光位移传感器的距离测量值d即可；
[0035]2、无需特定标定设备，本方法所提标定纸与标定点，仅需利用A4纸打印一个标记点固定激光位移传感器的测量范围内即可；
[0036]3、计算求解难度低，根据测量数据，仅需要解一个方程组即可得到激光位移传感器在机器人腕部坐标系下的激光发射方向与原点位置。
附图说明
[0037]图1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单个激光位移传感器的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立坐标系：机器人基坐标系O
B
、机器人腕部坐标系O
W
、激光位移传感器坐标系O
L
，并设定齐次变换矩阵：其中，所述激光位移传感器坐标系O
L
的Z轴方向、原点与激光发射方向、激光发射原点一致；所述为机器人腕部坐标系O
W
相对于机器人基坐标系O
B
的齐次变换矩阵，该齐次变换矩阵通过机器人控制器获取；步骤2、将激光位移传感器安装在机器人腕部，然后将标定纸装在机器人与激光位移传感器结合的测量范围内；步骤3、将激光位移传感器的测量点与标定纸上的标定点对齐，读取激光位移传感器的距离测量值d，以及机器人腕部坐标系O
W
相对于机器人基坐标系O
B
的齐次变换矩阵步骤4、改变机器人姿态以改变激光位移传感器的测量位置，至少采用三种不同的机器人姿态重复步骤3并获取三组测量值d和齐次变换矩阵然后对获得数据进行求解以得到激光位移传感器在机器人腕部坐标系O
W
下的激光发射方向与原点位置。2.根据权利要求1所述的单个激光位移传感器的标定方法，其特征在于，所述步骤4中，将激光位移传感器的测量值d，转化为被测点在机器人基坐标系O
B
下的空间坐标[x y z]，采用下式进行转换计算：上式中，为激光位移传感器坐标系O
L
相对于机器人腕部坐标系O
W
的齐次变换矩阵，该齐次变换矩阵为标定过程的获取目标。3.根据权利要求2所述的单个激光位移传感器的标定方法，其特征在于，所述齐次变换矩阵转换为下式所示：再按照矩阵乘法运算的结合律处理，得式：从上式中可知，齐次变换矩阵中仅有a
13
、a
14
、a
23
、a
24
、a
33
、a
34
参与空间点坐标的运算，其中[a
13 a
23 a
33
]
T
表示激光位移传感器在机器人腕部坐标系O
W
下的发射方向，[a
14 a
24 a
34
]
T
表示激光位移传感器发射点在机器人腕部坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李坚，管贻生，张涛，王兵，吴伟辉，郑春龙，龙慧，肖耘亚，黄晨华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：