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

本發(fā)明公開了一種工業(yè)機(jī)器人與三維傳感器的坐標(biāo)變換求解方法，包括以下步驟：步驟1、使用三維傳感器掃描一個或多個標(biāo)定塊得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)；使用物體位姿識別算法處理所述點(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、對所述特征點(diǎn)使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行示教，獲得對應(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)系下的對應(yīng)點(diǎn)對集；步驟3、根據(jù)所述對應(yīng)點(diǎn)對集解算工業(yè)機(jī)器人與三維傳感器的最優(yōu)坐標(biāo)變換矩陣。該方法不需要特定的標(biāo)定塊，能夠?qū)⒋ト〉牧慵鳛闃?biāo)定塊，結(jié)合機(jī)器人示教的方法方便快速地標(biāo)定坐標(biāo)變換矩陣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人三維視覺感知領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)機(jī)器人與三維傳感器的坐標(biāo)變換求解方法。

背景技術(shù)

機(jī)器人智能感知需要對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)規(guī)劃。為了將感知處理后的數(shù)據(jù)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人作業(yè)任務(wù)，需要對三維傳感器與機(jī)器人的坐標(biāo)變換關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，將傳感器的坐標(biāo)系與工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)一起來。目前，機(jī)器人三維視覺感知主要利用激光掃描儀，雙目相機(jī)和RGBD相機(jī)(三維視覺深度相機(jī))。相機(jī)標(biāo)定通常需要專用標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定；而基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的標(biāo)定需要對點(diǎn)云進(jìn)行數(shù)據(jù)處理且需要依賴特定標(biāo)定塊進(jìn)行標(biāo)定，操作復(fù)雜。

為建立三維傳感器坐標(biāo)系和工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系變換關(guān)系，本發(fā)明針對工業(yè)機(jī)器人散亂零件抓取系統(tǒng)中的三維傳感器和工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)變換標(biāo)定問題，提出了一種三維傳感器與工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)變換標(biāo)定方法。相較于傳統(tǒng)標(biāo)定方法，本發(fā)明能夠?qū)c(diǎn)云輸入進(jìn)行標(biāo)定，而且不需要特定的標(biāo)定塊，能夠?qū)⒋ト〉牧慵鳛闃?biāo)定塊，結(jié)合機(jī)器人示教的方法方便快速地標(biāo)定坐標(biāo)變換矩陣。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，如何在工業(yè)機(jī)器人抓取散亂零件的場景下求解系統(tǒng)的坐標(biāo)變換關(guān)系，并且方便地利用現(xiàn)有零件快速有效地建立這一坐標(biāo)變換關(guān)系。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種工業(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或多個標(biāo)定塊得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)；使用物體位姿識別算法處理所述點(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、對所述特征點(diǎn)使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行示教，獲得對應(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)系下的對應(yīng)點(diǎn)對集；

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

進(jìn)一步地，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別的形狀。

進(jìn)一步地，所述標(biāo)志物被設(shè)置為位于所述標(biāo)定塊上具有明顯幾何特征的位置。

進(jìn)一步地，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)器人配套軟件移動工業(yè)機(jī)器人的工作端到指定所述特征點(diǎn)。

進(jìn)一步地，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)對法計算工業(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應(yīng)點(diǎn)對集中的噪聲點(diǎn)對；

步驟3C、使用最小二乘法計算所述最優(yōu)坐標(biāo)變換矩陣。

進(jìn)一步地，所述步驟3A中計算工業(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)采樣所述對應(yīng)點(diǎn)對集中的三個不共線的對應(yīng)點(diǎn)對K、L、M和K’、L’、M’；