[發明專利]一種機器人高精度手眼標定方法

有效

• 申請號: 201810596372.3
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN109059755B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 畢德學;劉志芳;王欣亮;蔡弘;程子敬
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

1.一種機器人高精度手眼標定方法，其特征在于，所述的機器人的端部執行機構包括手爪法蘭盤和分別與所述的手爪法蘭盤固定連接的末端執行器和相機，所述的手眼標定方法包括以下步驟，

1)將端部執行機構整體放置在三坐標測量儀的測量臺上；

2)構建三坐標測量儀坐標系T_CMM并將其設定為世界坐標系T_W＝T_CMM；

3)構建相機坐標系并獲得相機坐標系與世界坐標系的變換矩陣

4)通過三坐標測量儀，構建末端執行器坐標系T_M，并確定末端執行器坐標系相對于世界坐標系的關系

5)通過三坐標測量儀，構建手爪法蘭盤坐標系T_F1，并確定手爪法蘭盤坐標系相對于世界坐標系的關系

6)構建機器人法蘭盤坐標系T_F2；根據手爪法蘭盤的厚度及定位孔形位尺寸，確定機器人法蘭盤坐標系相對于手爪法蘭盤坐標系的關系

7)計算獲得相機坐標系與機器人法蘭盤坐標系之間的坐標變換矩陣：獲得相機坐標系與末端執行器坐標系之間的坐標變換矩陣：獲得手爪法蘭盤和末端執行器坐標系之間的變換矩陣獲得機器人法蘭盤和末端執行器坐標系之間的變換矩陣

2.根據權利要求1所述的一種機器人高精度手眼標定方法，其特征在于，還包括建立所述相機的幾何成像模型并對所述相機的內部參數進行標定的步驟。

3.根據權利要求2所述的一種機器人高精度手眼標定方法，其特征在于，所述的相機采用張正友標定法對內部參數矩陣A進行標定。

4.根據權利要求2所述的一種機器人高精度手眼標定方法，其特征在于，采用小孔成像原理建立所述相機的幾何成像模型，具體方法為：

設點P在世界坐標系下的坐標為[u v l]^T是該點P在圖像坐標系下的坐標，其中，[u₀ v₀]^T是世界坐標系所在平面坐標系的原點，[u v]^T是圖像坐標系所在平面坐標系的原點，γ是傾斜因子，Z_C是所述相機的光心到所述圖像坐標系的距離，是外部參數矩陣，以此確定所述世界坐標系中的點P轉換到圖像坐標系的變換關系式為：

5.根據權利要求2所述的一種機器人高精度手眼標定方法，其特征在于，所述的步驟3)具體為：在相機視野內拍攝一組三坐標測量儀的測頭的圖像，記錄測頭在三坐標測量儀坐標系下的坐標X，利用圖像處理技術提取測頭在圖像中的坐標x，由經典的張正友標定法獲得相機坐標系與世界坐標系的變換矩陣

6.根據權利要求1所述的一種機器人高精度手眼標定方法，其特征在于，所述步驟4)采用所述三坐標測量儀測量所述末端執行器的端面上的點和其柱面上的點，確定所述端面的平面方程和所述柱面的軸線方程，其中，所述柱面與所述端面的交點為所述末端執行器的坐標系的原點，所述端面為所述末端執行器的XOY平面，所述端面的法線為所述末端執行器的Z軸，以此確定所述末端執行器的坐標系為T_M，并確定末端執行器坐標系與世界坐標系的關系：

7.根據權利要求1所述的一種機器人高精度手眼標定方法，其特征在于，所述步驟5)采用所述三坐標測量儀測量所述手爪法蘭盤的第一定位孔和第二定位孔，其中，所述第一定位孔的軸線與所述手爪法蘭盤的端面的交點為所述手爪法蘭盤的坐標系的原點，所述第二定位孔與所述手爪法蘭盤的端面的交點為所述手爪法蘭盤所在的坐標系中的x軸的正方向上的一點，根據右手定則確定所述手爪法蘭盤所在的坐標系的y軸和z軸，以此確定所述手爪法蘭盤的坐標系為T_F1，確定手爪法蘭盤坐標系相對于世界坐標系的關系：

8.根據權利要求2所述的一種機器人高精度手眼標定方法，其特征在于，所述步驟3)采用標定板對所述相機的內部參數進行標定，其中，所述標定板為16×16黑白相間的棋盤格，采用所述相機對所述標定板的不同位姿拍攝25張圖像，用于標定所述相機的內部參數。