[發(fā)明專利]一種機(jī)器人手眼標(biāo)定方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810541740.4
• 申請(qǐng)日: 2018-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN108748146A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李淼;閆琳;張少華;簡偉明;萬芳;杜科;楊洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢庫柏特科技有限公司
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J19/00
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立;李航

本發(fā)明涉及一種機(jī)器人手眼標(biāo)定方法，機(jī)器人的末端上固定有設(shè)有標(biāo)定點(diǎn)的標(biāo)定板，標(biāo)定方法包括：獲取機(jī)器人的工具中心點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系內(nèi)的位姿信息，將位姿信息轉(zhuǎn)換為對(duì)偶四元數(shù)的形式得到手運(yùn)動(dòng)螺旋信息；獲取標(biāo)定板的圖像信息，并根據(jù)圖像信息計(jì)算標(biāo)定點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)信息，將坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換為對(duì)偶四元數(shù)的形式得到眼運(yùn)動(dòng)螺旋信息；建立手運(yùn)動(dòng)螺旋信息與眼運(yùn)動(dòng)螺旋信息之間的運(yùn)動(dòng)變換方程，并提取運(yùn)動(dòng)變換方程的矩陣因子；獲取機(jī)器人位于不同位姿時(shí)的多個(gè)矩陣因子，根據(jù)各矩陣因子構(gòu)建變換矩陣；對(duì)變換矩陣進(jìn)行奇異值分解得到機(jī)器人基坐標(biāo)系相對(duì)于相機(jī)坐標(biāo)系的單位對(duì)偶四元數(shù)。本發(fā)明具有標(biāo)定速度快、計(jì)算簡單的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人手眼標(biāo)定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)機(jī)器人廣泛的應(yīng)用于裝配、抓取等作業(yè)過程中，機(jī)器人手眼標(biāo)定精度的要求也越來越高。在傳統(tǒng)的手眼標(biāo)定方法中，大多數(shù)是通過齊次變換矩陣建立手眼標(biāo)定方程，并利用最小二乘法對(duì)標(biāo)定方程進(jìn)行求解，其計(jì)算過程包括旋轉(zhuǎn)矩陣以及平移矩陣的求解，具有計(jì)算過程復(fù)雜、計(jì)算速度慢、精度低等缺點(diǎn)，此外對(duì)于標(biāo)定數(shù)據(jù)的獲取也有一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種機(jī)器人手眼標(biāo)定方法，通過建立對(duì)偶四元數(shù)形式的運(yùn)動(dòng)變換方程對(duì)機(jī)器人進(jìn)行手眼標(biāo)定，計(jì)算過程簡單，標(biāo)定速度快，標(biāo)定精度高。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種機(jī)器人手眼標(biāo)定方法，機(jī)器人的末端上固定有標(biāo)定板，所述標(biāo)定板上設(shè)有標(biāo)定點(diǎn)，所述方法包括以下步驟：

步驟S1、獲取機(jī)器人的工具中心點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系內(nèi)的位姿信息，將所述位姿信息轉(zhuǎn)換為對(duì)偶四元數(shù)的表示形式得到所述工具中心點(diǎn)的手運(yùn)動(dòng)螺旋信息；

步驟S2、獲取所述標(biāo)定板的圖像信息，并根據(jù)所述圖像信息計(jì)算所述標(biāo)定點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)信息，將所述坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換為對(duì)偶四元數(shù)的表示形式得到所述標(biāo)定點(diǎn)的眼運(yùn)動(dòng)螺旋信息；

步驟S3、建立所述手運(yùn)動(dòng)螺旋信息與所述眼運(yùn)動(dòng)螺旋信息之間的運(yùn)動(dòng)變換方程，并提取所述運(yùn)動(dòng)變換方程中的矩陣因子；

步驟S4、獲取機(jī)器人位于不同位姿時(shí)的多個(gè)所述矩陣因子，根據(jù)各所述矩陣因子構(gòu)建變換矩陣；對(duì)所述變換矩陣進(jìn)行奇異值分解得到機(jī)器人基坐標(biāo)系相對(duì)于相機(jī)坐標(biāo)系的單位對(duì)偶四元數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的手眼標(biāo)定。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過對(duì)偶四元數(shù)的形式表示手運(yùn)動(dòng)以及眼運(yùn)動(dòng)，并建立手眼變換的對(duì)偶四元數(shù)形式的運(yùn)動(dòng)變換方程，提取對(duì)偶四元數(shù)形式的運(yùn)動(dòng)變換方程中的矩陣因子，得出單位對(duì)偶四元數(shù)。相對(duì)于直接直接運(yùn)用矩陣構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)變換方程而言，本發(fā)明構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)變換方程的求解過程更加簡便，計(jì)算難度低，標(biāo)定精度更高。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)：

進(jìn)一步：所述步驟S3具體包括：

步驟S31、建立所述手運(yùn)動(dòng)螺旋信息與所述眼運(yùn)動(dòng)螺旋信息之間的運(yùn)動(dòng)變換方程:

上式中，表示所述手運(yùn)動(dòng)螺旋信息，表示所述眼運(yùn)動(dòng)螺旋信息，表示所述單位對(duì)偶四元數(shù)，表示所述單位對(duì)偶四元數(shù)的共軛對(duì)偶四元數(shù)；

步驟S32、將所述運(yùn)動(dòng)變換方程分為對(duì)偶部分和非對(duì)偶部分:

上式中，h和h'分別表示手運(yùn)動(dòng)螺旋信息的非對(duì)偶部分和對(duì)偶部分，e和e'分別表示眼運(yùn)動(dòng)螺旋信息的非對(duì)偶部分和對(duì)偶部分，q和q'分別表示單位對(duì)偶四元數(shù)的非對(duì)偶部分和對(duì)偶部分，q^*和q^*'分別表示共軛對(duì)偶四元數(shù)的非對(duì)偶部分和對(duì)偶部分；

步驟S33、利用所述運(yùn)動(dòng)變換方程與對(duì)偶四元數(shù)的標(biāo)量部分無關(guān)的特性，將所述運(yùn)動(dòng)變換方程的對(duì)偶部分以及非對(duì)偶部分表示為: