[發明專利]一種基于單個工業相機的機器人自定位方法

有效

• 申請號: 201910666397.0
• 申請日: 2019-07-23
• 公開（公告）號: CN110533727B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 韋溟;張麗艷
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/70;G06T7/00;G06T5/00;G06F17/16;G06F17/11
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 王慧穎

1.一種基于單個工業相機的機器人自定位方法，包括工業機器人(3)、世界坐標系(5)，其特征在于，所述的工業機器人(3)包括機器人法蘭盤(3-1)，所述的機器人法蘭盤(3-1)前端固連有工業相機(3-2)；世界坐標系(5)中有n個在視覺圖像中可分辨的定位點(6)，n≥6，且n個定位點不共線；利用工業相機(3-2)進行工業機器人(3)自定位的方法，包含以下步驟：步驟一、控制工業機器人(3)移動，使機器人末端所載工業相機(3-2)依次到達第i個定位點上方可以對該定位點清晰成像的位置，i＝1,2,…,n，控制工業相機拍攝該定位點的圖像，并記錄該位置下機器人法蘭盤(3-1)坐標系O_F原點相對工業機器人(3)基坐標系O_R原點之間的平移向量以及機器人法蘭盤(3-1)的歐拉角α_i,β_i,γ_i；

步驟二、利用公式(1)計算拍攝第i個定位點時機器人法蘭盤坐標系O_F相對于機器人基坐標系O_R的旋轉矩陣

利用式(2)表示拍攝第i個定位點時機器人法蘭盤坐標系O_F相對于機器人基坐標系O_R的變換矩陣

步驟三：在第i次拍攝的圖像中，提取出第i個定位點的圖像坐標，記為(u_i,v_i)；

步驟四：根據坐標系之間的變換關系和相機成像模型，利用式(3)求解世界坐標系O_W相對于機器人基坐標系O_R的變換關系完成機器人在世界坐標系中的定位：

式(3)中，λ_i為比例系數，K為工業相機的內參數矩陣，為坐標系O_C與法蘭盤(3-1)坐標系O_F之間的4×4變換矩陣；

其中α_x，α_y，s，u₀，v₀為已經標定出的相機成像參數。

2.根據權利要求1所述的一種基于單個工業相機的機器人自定位方法，其特征在于，所述的工業相機(3-2)為透視成像相機；所述的工業相機(3-2)的成像參數以及坐標系O_C與法蘭盤(3-1)坐標系O_F之間的4×4變換矩陣均已標定過；n個定位點在世界坐標系O_W下的坐標已知，記為P_i＝(X_i,Y_i,Z_i)^T，i＝1,2,…,n。

3.根據權利要求1所述的一種基于單個工業相機的機器人自定位方法，其特征在于，所述的步驟一中工業機器人(3)末端所載工業相機(3-2)依次到達n個定位點上方位置拍攝圖像，所述的n個定位點在所拍攝的n幅圖像中的圖像坐標(u_i,v_i)，i＝1,2,…,n，離散分布于所述工業相機圖像平面的不同位置。

4.根據權利要求1所述的一種基于單個工業相機的機器人自定位方法，其特征在于，所述的步驟四中利用式(3)求解的方法包含以下步驟：

4.1、對于已知量令

其中m₁ⁱ，m₂ⁱ，m₃ⁱ均為三維行向量，m₁₄ⁱ，m₂₄ⁱ，m₃₄ⁱ為標量值；記：

根據式(3)得到：

根據(4)式，形成線性方程組(5)

用最小二乘法求解線性方程組(5)，得到待求解的世界坐標系O_W相對于工業機器人(3)基坐標系O_R的變換關系中的旋轉矩陣和平移向量的初步計算結果

和

4.2、求解使得的Frobenius范數最小的單位正交矩陣

4.3、求解線性方程組(6)

得到

4.4、以和為待求解的世界坐標系O_W相對于工業機器人(3)基坐標系O_R的變換關系中的旋轉矩陣和平移向量的初值，通過非線性優化方法求解式(7)得到的最終結果：

其中