[發明專利]激光線結構光傳感器的手眼標定方法

有效

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

本發明提供了一種激光線結構光傳感器的手眼標定方法，包括：在傳感器上建立傳感器坐標系，傳感器中激光器投射結構光光平面至靶標產生一道結構光條紋，調整機器人位姿使該條紋與標定模板上的直線相交，形成特征點，記錄此時機器人位姿參數及傳感器輸出數據；由傳感器的輸出結合其幾何參數，可獲取激光條紋上每個點在傳感器坐標系下的三維坐標；對條紋與標定模板上直線相交產生的特征點進行提取。重復上述過程得到N組不同的機器人位姿參數與每組參數下對應的特征點，在空間直線約束下采集的N組數據將標定問題轉化為最小二乘問題，利用優化算法求解該問題。本發明的方法簡便易行，位置和姿態控制精確，效率高，質量好，具有較高的實用價值。

技術領域

本發明涉及傳感器標定技術領域，具體地，涉及激光線結構光傳感器的手眼標定方法。

背景技術

將非接觸式傳感器(激光位移傳感器、激光掃描儀、照相機等)安裝于機器人末端連桿上，在不接觸工件的情況下構成對環境有一定感知功能的智能機器人是機器人的主要發展趨勢。要實現這一功能，傳感器相對于末端連桿的位置與方向需要事先標定，這一過程即手眼標定。為了更有效的感知環境，需要進行準確的標定。

目前，機器人手眼標定的方法與研究集中于工業照相機。對末端機器人末端安裝激光測距傳感器進行手眼標定的方法較少，具體地包括如下幾種：

1)利用外置的高精度三維坐標測量儀；

2)先標定傳感器外殼某一點然后利用傳感器幾何尺寸關系間接標定；

3)通過求解機器人在特定幾何約束(點、面、球)下的閉環運動鏈方程。但方法1的成本高、操作不便；方法2對姿態難以標定，同時存在著傳感器磨損后精度下降等諸多問題；方法3目前只針對激光位移傳感器。

現有技術中公開了一種“定點變位姿手—眼標定”，該方法要求機器人在不同位置與姿態下保持激光射在物體同一點上，記錄相應的機器人關節編碼角度，通過最小二乘法計算出激光位移傳感器與機器人末端連桿之間的變換關系。顯然上述要求是苛刻的，不同位姿下激光保持在同一點耗時耗力，且難以保持精度。

另一種采用平面模板的標定方法，機器人在不同位置與姿態下對平面進行測量，記錄相應的機器人位姿參數，利用最小二乘法擬合平面求解激光位移傳感器標定問題，該方法操作容易，但參數分布對結果影響較大，擬合平面所需要的點也較多，比較費時。

綜上所述，對激光線結構光傳感器目前缺少標定結果精確、標定過程簡單省時的方法。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種激光線結構光傳感器的手眼標定方法。

根據本發明提供的激光線結構光傳感器的手眼標定方法，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構光傳感器；

步驟2：在傳感器上建立坐標系O_lX_lY_lZ_l，傳感器的中激光器投射結構光光平面至靶標產生一道結構光條紋；令i＝1；

步驟3：調整機器人位姿使所述結構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及傳感器的輸出數據；

步驟4：提取結構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，由傳感器的輸出結合相應的幾何參數，能夠獲取結構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組特征點的坐標數據，執行步驟6；