[發明專利]一種工業機器人同三維成像儀位姿關系現場實時標定方法

在審

• 申請號: 201810109922.4
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108180834A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 秦飛;曹同來;林海劍;葉昌堯;張獻州;羅保林;包建強
• 申請（專利權）人: 中鐵二十二局集團有限公司;中鐵二十二局集團第二工程有限公司;西南交通大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京彭麗芳知識產權代理有限公司 11407
• 代理人: 彭麗芳

1.一種工業機器人同三維成像儀關系現場實時標定方法，包括：

步驟1)在法蘭盤坐標系旋轉參數保持不變的情況下，驅動機器人以固定姿態不同位置通過平移成像儀的方式對標定板的同一個點進行多次掃描，形成第一點云數據，并記錄法蘭盤坐標系的旋轉和平移參數；

步驟2)對成像儀的第一點云數據進行處理，通過擬合的方式以獲取相應的圓心坐標，并計算出標定旋轉參數；

步驟3)在法蘭盤坐標系旋轉矩陣參數保持不變的情況下，再次驅動機器人以不同姿態、不同位置對同一目標點進行多次掃描，形成第二點云數據，并記錄法蘭盤坐標系的旋轉和平移參數；

步驟4)對獲取的第二點云數據進行處理，求取點云的圓心，并計算標定平移參數，從而完成標定工作。

2.根據權利要求1所述的工業機器人同三維成像儀關系現場實時標定方法，其特征在于，步驟1)和步驟3)中，至少要對同一目標點進行二十次掃描。

3.根據權利要求1或2所述的工業機器人同三維成像儀關系現場實時標定方法，其特征在于，步驟4)中，具體包括：

根據機器人反饋的坐標數據以及三維成像儀下目標點的坐標，利用其相對關系構建數學模型，引入羅德里格矩陣和整體最小二乘算法，從而精確解算出掃描儀/掃描儀和機器人其相對姿態位置關系。

4.根據權利要求1或2所述的工業機器人同三維成像儀關系現場實時標定方法，其特征在于，步驟1)中，驅動機器人以固定姿態不同位置通過平移掃描儀的方式對標定板的同一個點進行多次掃描，形成第一點云數據，并記錄法蘭盤坐標系的旋轉和平移參數，包括：

根據某一姿態法蘭盤坐標系相對于機器人基坐標系的相對關系以及目標點在三維成像儀下的坐標的關系：

X_H＝X_f+R_f×T_t+R_f×R_t×x_h

其中X_H為目標點在機器人基坐標系下的坐標，x_h為目標點在掃描儀坐標系下坐標，R_f為機器人法蘭盤坐標系同機器人基坐標系的旋轉矩陣，X_f為法蘭盤坐標系的平移矩陣；

R_t和T_t為所要標定的掃描儀的坐標系相對于法蘭盤坐標系的旋轉和平移矩陣。

5.根據權利要求1或2所述的工業機器人同三維成像儀關系現場實時標定方法，其特征在于，步驟1)中，驅動機器人以固定姿態不同位置通過平移成像儀的方式對標定板的同一個點進行多次掃描，形成第一點云數據，并記錄法蘭盤坐標系的旋轉和平移參數，還包括：保持機器人法蘭盤旋轉姿態對同一目標點測量多次，則有：

在測量中控制機器人的姿態保持不變，則可以得到：

在矩陣解算中采用羅德里格矩陣，即為：

其中，[a b c]為羅格里德矩陣的三個參數；

上式可簡寫成：

A×ξ＝L

則基于總體最小二乘平差準則，參數的基本解算為：記增廣矩陣C＝[A L],對增廣矩陣進行奇異值分解：

C＝UΣV^T

其中：Σ＝diag(σ₁,σ₂,σ₃,σ₄)

則標定旋轉矩陣的羅德里格參數為：