[發(fā)明專利]一種用于測(cè)量機(jī)器人的外參數(shù)計(jì)算方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910187535.3
• 申請(qǐng)日: 2009-09-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101660903A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬孜;李?lèi)?ài)國(guó);胡英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B21/00
• 分類(lèi)號(hào): G01B21/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)杰克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李宇彤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，確切的說(shuō)是一種用于測(cè)量機(jī)器人的外參數(shù)計(jì)算方法。

背景技術(shù)

機(jī)器人誕生于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)早已成熟。具有視覺(jué)功能的機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車(chē)、電子、機(jī)械制造等工業(yè)領(lǐng)域，其中應(yīng)用最廣泛的是機(jī)器人手眼協(xié)調(diào)功能，例如抓取機(jī)器人、裝配機(jī)器人以及弧焊機(jī)器人等。機(jī)器人視覺(jué)在加工制造業(yè)已經(jīng)有了很成熟的技術(shù)應(yīng)用。

隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人在測(cè)量中的應(yīng)用也越來(lái)越受到重視。機(jī)器人測(cè)量具有在線、靈活、高效等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件100％的測(cè)量。因此，特別適合于自動(dòng)化制造系統(tǒng)中的工序間和過(guò)程測(cè)量。機(jī)器人測(cè)量造價(jià)低，容易實(shí)現(xiàn)測(cè)量速度快、自動(dòng)化程度高、柔性好的在線檢測(cè)系統(tǒng)。測(cè)量機(jī)器人從誕生到投入生產(chǎn)應(yīng)用，開(kāi)始展現(xiàn)出蓬勃生機(jī)。

測(cè)量機(jī)器人通常在機(jī)器人末端安裝測(cè)距傳感器，由機(jī)器人帶動(dòng)傳感器完成一些關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量。為了將機(jī)器人在各個(gè)姿態(tài)下的測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下，需要確定傳感器和機(jī)器人末端的連接關(guān)系，稱之為傳感器的外參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供適用于二維傳感器(即傳感器返回的數(shù)據(jù)為二維數(shù)據(jù))的外參數(shù)計(jì)算方法。

本發(fā)明的原理是，以一位置未知的平面(金屬或陶瓷等材料制成)作為參照物，機(jī)器人帶動(dòng)測(cè)頭以特定的運(yùn)動(dòng)方式測(cè)量該參考平面，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)和機(jī)器人的位姿建立關(guān)于外參數(shù)的約束方程，求解該方程即可得到外參數(shù)。

本發(fā)明的特征是：

a.本方法適用于由二維測(cè)距傳感器(1)、工業(yè)機(jī)器人(2)、平面靶標(biāo)(3)構(gòu)成的測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)，其中測(cè)距傳感器(1)安裝在工業(yè)機(jī)器人(2)末端，平面靶標(biāo)(3)作為參照物置于傳感器的可視范圍內(nèi)。

b.外參數(shù)的計(jì)算步驟是：

(1)首先由機(jī)器人帶動(dòng)測(cè)頭沿X，Y，Z三個(gè)方向做純平移運(yùn)動(dòng)，并測(cè)量平面標(biāo)靶，由測(cè)量數(shù)據(jù)和機(jī)器人的位姿數(shù)據(jù)可計(jì)算出外參數(shù)的旋轉(zhuǎn)矩陣。

(2)然后控制機(jī)器人末端做至少三次旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，并測(cè)量并測(cè)量平面標(biāo)靶，由測(cè)量數(shù)據(jù)和機(jī)器人的位姿數(shù)據(jù)可計(jì)算出外參數(shù)的平移向量。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：外參數(shù)的計(jì)算的常見(jiàn)方法有：①利用高精度的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)傳感器夾持工具進(jìn)行測(cè)量；②針對(duì)傳感器為攝像機(jī)的外參數(shù)計(jì)算方法，該類(lèi)方法不能直接應(yīng)用于位移傳感器；③傳感器為一維測(cè)距儀，采用定點(diǎn)變位姿進(jìn)行外參數(shù)計(jì)算。上述方法中①的成本較高，操作不便，②③方法均不適用于二維傳感器。而本方明針對(duì)用于完成測(cè)量任務(wù)的機(jī)器人，僅需要使用一個(gè)平面作為參照物，成本低，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)標(biāo)定。

附圖說(shuō)明：

圖1的是世界坐標(biāo)系O_w-X_w-Y_w-Z_w和手腕坐標(biāo)系O_g-X_g-Y_g-Z_g及測(cè)頭坐標(biāo)系O_s-X_s-Y_s-Z_s的示意圖。

具體實(shí)施方式：

測(cè)頭輸出的數(shù)據(jù)是包含被測(cè)物體深度信息的二維數(shù)據(jù)，而被測(cè)點(diǎn)的位置是利用空間的三維坐標(biāo)描述的.實(shí)現(xiàn)三維測(cè)量必須將這種二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維數(shù)據(jù)，完成這種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換必須建立測(cè)量系統(tǒng)的幾何模型.

為便于研究測(cè)量系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，首先建立了下述3個(gè)坐標(biāo)系(見(jiàn)附圖).

(1)世界坐標(biāo)系O_w-X_w-Y_w-Z_w，測(cè)量數(shù)據(jù)最終應(yīng)統(tǒng)一到該坐標(biāo)系.為方便起見(jiàn)，選擇世界坐標(biāo)系和機(jī)器人的基坐標(biāo)系重合.

(2)手腕坐標(biāo)系O_g-X_g-Y_g-Z_g，坐標(biāo)系原點(diǎn)在法蘭盤(pán)的中心，相對(duì)于基坐標(biāo)系的姿態(tài)由機(jī)器人的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)確定.

(3)測(cè)頭坐標(biāo)系定義為O_s-X_s-Y_s-Z_s

設(shè)測(cè)頭坐標(biāo)系相對(duì)于手腕坐標(biāo)系的姿態(tài)(外參數(shù))為(R_x，t)，手腕坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人的基坐標(biāo)系的姿態(tài)為(R_w，t_w)，將以上3個(gè)坐標(biāo)系的后一個(gè)坐標(biāo)系向前一個(gè)坐標(biāo)系做變換，得到測(cè)量系統(tǒng)的幾何模型為