[發(fā)明專利]一種基于球目標(biāo)的機(jī)器人3D視覺手眼標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910491608.1
• 申請(qǐng)日: 2019-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN110116411B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧輝;陳貴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江漢振智能技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發(fā)明公開了一種基于球目標(biāo)的機(jī)器人3D視覺手眼標(biāo)定方法，該方法包括：獲取球目標(biāo)的三維點(diǎn)云信息和機(jī)器人末端法蘭盤在基坐標(biāo)系下的位置信息；基于隨機(jī)采樣一致性算法分割出點(diǎn)云中位于球面上的三維點(diǎn)，對(duì)球面上的點(diǎn)做最小二乘球面擬合確定球心在所述相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；根據(jù)相機(jī)坐標(biāo)系下的球心點(diǎn)坐標(biāo)和機(jī)器人末端在基坐標(biāo)系下坐標(biāo)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定相機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)器人基坐標(biāo)系的變換矩陣，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的手眼標(biāo)定。本發(fā)明方法以球目標(biāo)為標(biāo)定物，整個(gè)標(biāo)定流程無需人工干預(yù)，方法簡單易于實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人3D視覺標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于球目標(biāo)的機(jī)器人3D視覺手眼標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

伴隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，以機(jī)械臂為手臂、3D視覺為眼睛的結(jié)合賦予了機(jī)器人完成更為復(fù)雜任務(wù)的能力，提升了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。尤其在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，例如裝配，抓取工件，物流分揀等一系列重復(fù)性高，工作強(qiáng)度大和危險(xiǎn)性高的工作，視覺引導(dǎo)下的機(jī)器人在工作效率和質(zhì)量上都有較好的表現(xiàn)。手眼標(biāo)定方法是為機(jī)器人與3D視覺之間建立聯(lián)系，工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)高精度的追求也就約束著手眼標(biāo)定方法對(duì)標(biāo)定結(jié)果的精度有很高要求。

三維相機(jī)獲取到空間對(duì)象在視覺坐標(biāo)系下的空間位置，末端執(zhí)行器在機(jī)械臂基座標(biāo)系下抓取空間對(duì)象，空間對(duì)象的真實(shí)位置固定，由于視覺坐標(biāo)系與機(jī)械臂基坐標(biāo)系不同導(dǎo)致相同對(duì)象存在兩組空間坐標(biāo)。手眼標(biāo)定的作用就是建立視覺坐標(biāo)系與機(jī)械臂基坐標(biāo)系的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)空間對(duì)象從視覺坐標(biāo)系下坐標(biāo)值到機(jī)械臂基座標(biāo)系下坐標(biāo)值的轉(zhuǎn)換。

手眼標(biāo)定的兩大主要工作是：采集標(biāo)定數(shù)據(jù)和計(jì)算兩個(gè)坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系，這兩步并不是相互獨(dú)立，而是一種此消彼長的關(guān)系。采集到的標(biāo)定數(shù)據(jù)精度越高，采用比較簡單的數(shù)學(xué)模型即可獲取兩個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換；反之，如果采集到的數(shù)據(jù)存在較大噪聲。解算坐標(biāo)系之間變換關(guān)系時(shí)需要考慮誤差糾正和抗干擾的問題，而且復(fù)雜的解算模型得到的變換關(guān)系多數(shù)都是局部最優(yōu)解，不具有通用性。

最早的采集標(biāo)定數(shù)據(jù)的方法是利用特制的標(biāo)定板，從三維相機(jī)拍攝得到的標(biāo)定板圖像中獲取標(biāo)定板上標(biāo)志點(diǎn)信息；然后人工控制示教器移動(dòng)機(jī)械臂末端執(zhí)行器采集標(biāo)定板上標(biāo)志點(diǎn)的位置信息。采用人工參與的手眼標(biāo)定方式雖然簡便且容易實(shí)現(xiàn)，但不可避免的會(huì)引入人為誤差且效率低下；針對(duì)這個(gè)問題，后續(xù)研究人員提出了將標(biāo)志點(diǎn)貼在機(jī)械臂末端執(zhí)行器上的方法。該類方法引申出兩個(gè)分支：第一個(gè)分支是把末端執(zhí)行器和標(biāo)志點(diǎn)之間的位置關(guān)系作為求解的未知量，以標(biāo)志點(diǎn)為媒介獲取視覺坐標(biāo)系與機(jī)械臂基坐標(biāo)系之間的關(guān)系，該方法的優(yōu)點(diǎn)是無需人工參與，不會(huì)引入認(rèn)為誤差。缺點(diǎn)是解算模型比較復(fù)雜，求解的未知量較多，結(jié)果不穩(wěn)定。第二個(gè)分支是采用制作工具坐標(biāo)系的方式確定末端執(zhí)行器和標(biāo)志點(diǎn)之間的位置關(guān)系，該方法效率高，但在制作工具坐標(biāo)系的過程還是需要人為參與。

當(dāng)前機(jī)器人手眼標(biāo)定方法面臨的困境就是完全的自動(dòng)化標(biāo)定方法的數(shù)據(jù)解算過程比較復(fù)雜，引入人工輔助的標(biāo)定方法數(shù)據(jù)解算比較簡單，但會(huì)引入人為誤差；而且，復(fù)雜的解算方法雖然能夠擺脫對(duì)人的依賴，其在解算過程中往往會(huì)引入額外的未知量，進(jìn)而導(dǎo)致求解的標(biāo)定結(jié)果精度下降。因此，尋求一種完全自動(dòng)化標(biāo)定且解算模型簡單的手眼標(biāo)定方法就顯得格外的重要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述，本發(fā)明提供了一種基于球目標(biāo)的機(jī)器人3D視覺手眼標(biāo)定方法，通過約束機(jī)器人在標(biāo)定過程的運(yùn)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)了一種計(jì)算簡單且無需人工干預(yù)的手眼標(biāo)定方法，提高了標(biāo)定結(jié)果的精度。

一種基于球目標(biāo)的機(jī)器人3D視覺手眼標(biāo)定方法，包括如下步驟：

(1)將球目標(biāo)緊固安裝在機(jī)器人手臂末端法蘭盤上，在保持手臂末端關(guān)節(jié)姿態(tài)不變的情況下使法蘭盤位置發(fā)生平移，獲取平移過程中法蘭盤中心點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系中的n組坐標(biāo)值，同時(shí)利用3D傳感器采集這n組坐標(biāo)值所對(duì)應(yīng)時(shí)刻球目標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，n為大于3的自然數(shù)；