[發(fā)明專利]一種工業(yè)機(jī)器人與三維傳感器的坐標(biāo)變換求解方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710601368.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN107450885B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊春剛;賈磊;王哲;張磊;朱向陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F7/548
• 分類號(hào): G06F7/548
• 代理公司: 上海旭誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

1.一種工業(yè)機(jī)器人與三維傳感器的坐標(biāo)變換求解方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、使用三維傳感器掃描一個(gè)或多個(gè)標(biāo)定塊得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)；使用物體位姿識(shí)別算法處理所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到所述標(biāo)定塊的位置和姿態(tài)信息；將所述標(biāo)定塊上的標(biāo)志物位置數(shù)據(jù)點(diǎn)作為三維傳感器坐標(biāo)系下的特征點(diǎn)；

步驟2、對(duì)所述特征點(diǎn)使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行示教，獲得對(duì)應(yīng)所述特征點(diǎn)在工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系下的位置數(shù)據(jù)點(diǎn)；獲得所述三維傳感器坐標(biāo)系和所述工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系下的對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)集；

步驟3、根據(jù)所述對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)集解算工業(yè)機(jī)器人與三維傳感器的最優(yōu)坐標(biāo)變換矩陣；

所述標(biāo)定塊為待操作零件，所述待操作零件被設(shè)置為具有便于三維傳感器掃描和特征識(shí)別的形狀和平整表面；

所述標(biāo)志物被設(shè)置為位于所述平整表面上具有明顯幾何特征的位置，所述標(biāo)志物在所述平整表面上的二維坐標(biāo)中根據(jù)給定幾何關(guān)系可唯一確定；

布置4個(gè)所述待操作零件分別位于所述三維傳感器的長(zhǎng)方形掃描區(qū)域的4個(gè)頂點(diǎn)；

所述待操作零件具有平整的上表面，便于所述三維傳感器掃描獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

所述待操作零件上表面的前端為半徑為13.5cm的圓弧，后端為半徑為10.5cm的圓弧，不具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行示教為：使用手持示教器或機(jī)器人配套軟件移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的工作端到指定所述特征點(diǎn)。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中解算工業(yè)機(jī)器人與三維傳感器的最優(yōu)坐標(biāo)變換矩陣進(jìn)一步包括：

步驟3A、使用三點(diǎn)對(duì)法計(jì)算工業(yè)機(jī)器人與三維傳感器的坐標(biāo)變換矩陣；

步驟3B、使用隨機(jī)抽樣一致性算法去除所述對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)集中的噪聲點(diǎn)對(duì)；

步驟3C、使用最小二乘法計(jì)算所述最優(yōu)坐標(biāo)變換矩陣。

4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟3A中計(jì)算工業(yè)機(jī)器人與三維傳感器的坐標(biāo)變換矩陣進(jìn)一步包括：

步驟3A1、隨機(jī)采樣所述對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)集中的三個(gè)不共線的對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)K、L、M和K’、L’、M’；

步驟3A2、將K移到原點(diǎn)，對(duì)應(yīng)平移向量t₀＝(-x_K-y_K-z_K)^T得到變換矩陣T₁，

其中，x_K、y_K、z_K分別為K點(diǎn)在所述三維傳感器坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)值，I是單位矩陣，t₀是平移向量；

步驟3A3、通過旋轉(zhuǎn)將KL和K’L’對(duì)齊，先計(jì)算KL和K’L’的叉乘得到旋轉(zhuǎn)軸，然后通過點(diǎn)積計(jì)算向量夾角，獲得旋轉(zhuǎn)矩陣R₁的角軸表示參數(shù)，將其轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)矩陣R₁的矩陣表示；相同地，將KM和K’M’對(duì)齊，得到旋轉(zhuǎn)矩陣R₂，求得變換矩陣T₂，

步驟3A4、將K從原點(diǎn)平移到K’，對(duì)應(yīng)平移向量t₀'＝(x_K'y_K'z_K')^T，得到變換矩陣T₃，

其中，x_K'、y_K'、z_K'分別為K’點(diǎn)在所述工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)值，I是單位矩陣，t₀'是平移向量；

步驟3A5、得到此采樣模型下的工業(yè)機(jī)器人與三維傳感器的所述坐標(biāo)變換矩陣T，T＝T₃T₂T₁。

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟3B中去除對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)集的噪聲點(diǎn)對(duì)進(jìn)一步包括：

步驟3B1、根據(jù)所述坐標(biāo)變換矩陣T逐一對(duì)所述對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)集中的點(diǎn)對(duì)進(jìn)行變換并計(jì)算每個(gè)點(diǎn)對(duì)的偏差；

步驟3B2、設(shè)定閾值并判定內(nèi)部點(diǎn)對(duì)與噪聲點(diǎn)對(duì)；

步驟3B3、多次采樣，計(jì)算相應(yīng)采樣模型下的坐標(biāo)變換矩陣，選擇其中所述內(nèi)部點(diǎn)對(duì)個(gè)數(shù)最多的所述采樣模型對(duì)應(yīng)的內(nèi)部點(diǎn)對(duì)集作為新對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)集，去除噪聲點(diǎn)對(duì)。