[發(fā)明專利]激光線結(jié)構(gòu)光傳感器的手眼標定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611262707.5
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106839979B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設計）人: 鄭健;張軻;朱曉鵬;羅志鋒;王志剛;陳易新
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種激光線結(jié)構(gòu)光傳感器的手眼標定方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：將傳感器通過工裝夾具夾持于機器人末端連桿上，其中所述傳感器為激光線結(jié)構(gòu)光傳感器；

步驟2：在傳感器上建立坐標系O_lX_lY_lZ_l，傳感器中激光器投射結(jié)構(gòu)光光平面至靶標產(chǎn)生一道結(jié)構(gòu)光條紋；令i＝1；

步驟3：調(diào)整機器人位姿使所述結(jié)構(gòu)光條紋與標定模板上的直線相交形成特征點，并記錄當前時刻機器人位姿參數(shù)及傳感器的輸出數(shù)據(jù)；

步驟4：提取結(jié)構(gòu)光條紋與標定模板直線相交所形成的特征點，得到特征點在傳感器坐標系下的坐標；

具體地，由傳感器的輸出結(jié)合相應的幾何參數(shù)，能夠獲取結(jié)構(gòu)光條紋上每個特征點在傳感器坐標系下的三維坐標，記為(x_l，y_l，z_l)；

步驟5：判斷i是否小于N，若小于則返回執(zhí)行步驟3，令i自增1；若i大于等于N，得到N組特征點的坐標數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟6；

步驟6：利用在空間直線約束下采集的N組特征點的坐標數(shù)據(jù)將標定問題轉(zhuǎn)化為最小二乘問題，利用優(yōu)化算法求解該最小二乘問題；

所述步驟6中的最小二乘問題的求解步驟如下：

步驟6.1：根據(jù)機器人運動學公式、標定模板的直線方程將機器人末端坐標系之間手眼關(guān)系標定問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題；所述機器人運動學公式如下：

[p1]^T＝T_BE T_EL[x_p y_p z_p 1]^T

式中：(x_p y_p z_p)表示特征點P在傳感器坐標系下的坐標，T_BE表示末端連桿坐標系相對于世界坐標系的齊次變換矩陣，T_EL表示傳感器坐標系相對于末端連桿坐標系的齊次變換矩陣，[p1]^T中p表示特征點在世界坐標系上的三維坐標；

將上式展開，有：

其中R_BE與t_BE分別為T_BE的旋轉(zhuǎn)與平移向量，由于傳感器坐標系下y_p為零，T_EL旋轉(zhuǎn)矩陣的第二列對測量點在機器人底座坐標系下的坐標無影響，因此待標定的參數(shù)為[r₁ r₂ r₃ r₄r₅ r₆ t₁ t₂ t₃]，其中存在單位向量約束：

假設標定模板直線方程為

式中：x、y、z分別表示傳感器坐標系的坐標變量，(x₀，y₀，z₀)為直線上一點，(m,l,n)為該直線方向向量；其中m,l,n受到單位向量的約束：m²+l²+n²＝1；則標定模板直線外一點(x_b，y_b，z_b)到標定模板直線的距離的平方，記為d²，計算公式如下：

d²＝(x_b-x₀)²+(y_b-y₀)²+(z_b-z₀)²-(m*(x_b-x₀)+l*(y_b-y₀)+n*(z-z₀))²

傳感器坐標系與機器人末端坐標系之間手眼關(guān)系標定問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題，即求解

式中：f(y)表示適應度函數(shù)，min表示求取最小值，表示第i個點到標定模板直線的距離的平方，M為懲罰因子，為求和函數(shù)，n為約束條件數(shù)量，k_i表示第i個約束條件。