[發(fā)明專(zhuān)利]一種工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)手眼標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910971948.4
• 申請(qǐng)日: 2019-10-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110695996B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李福東;姜定;楊月全
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16;B25J19/02
• 代理公司: 南京蘇科專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 董旭東;陳棟智

1.一種工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)手眼標(biāo)定方法，其特征在于，包括手動(dòng)初始化和自動(dòng)手眼標(biāo)定兩個(gè)階段：

手動(dòng)初始化階段：

步驟S1：將標(biāo)定板放置在目標(biāo)工作區(qū)域內(nèi)，并調(diào)整相機(jī)，使之位于標(biāo)定板的正上方處；

步驟S2：根據(jù)相機(jī)與末端工具坐標(biāo)系之間的設(shè)計(jì)與安裝尺寸或者采樣3-5幅標(biāo)定圖片和對(duì)應(yīng)的機(jī)器人位姿進(jìn)行粗略標(biāo)定，獲取相機(jī)與末端工具坐標(biāo)系之間的位姿關(guān)系：^T0H_C0；

自動(dòng)手眼標(biāo)定階段：

步驟S3：以標(biāo)定板坐標(biāo)系原點(diǎn)為球心，按照球體坐標(biāo)系參數(shù)進(jìn)行相機(jī)位姿規(guī)劃并將其轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系下的位姿，具體為：

以標(biāo)定板坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系{W}，相機(jī)坐標(biāo)系為{C}，手眼標(biāo)定的位姿規(guī)劃在世界坐標(biāo)系{W}下進(jìn)行，且以世界坐標(biāo)系原點(diǎn)為球心的球形坐標(biāo)系下規(guī)劃；規(guī)劃的相機(jī)位姿分為：平移、深度和旋轉(zhuǎn)三類(lèi)，具體規(guī)劃如下：

相機(jī)視野：W×H，標(biāo)定板有效區(qū)域尺寸：L×L；

相機(jī)的平移范圍：(W-L)×(H-L)，規(guī)劃位姿相對(duì)于初始中心位姿的坐標(biāo)為：

(-(W-L)/2,(H-L)/2),(0,(H-L)/2),((W-L)/2,(H-L)/2),(-(W-L)/2,-(H-L)/2),(0,-(H-L)/2),((W-L)/2,-(H-L)/2)；

深度平移范圍：(0,0,h-d/2),(0,0,h-d/4),(0,0,h),(0,0,h+d/4),(0,0,h+d/2)；其中，h為相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工作距離，d為人為設(shè)定深度方向的最大位移；

旋轉(zhuǎn)位姿規(guī)劃：以經(jīng)緯度λ為參數(shù)，規(guī)劃3×3組位姿，球面經(jīng)緯度分別為(80°，0°)，(80°，120°)，(80°，240°)，(65°，30°)，(65°，150°)，(65°，270°)，(45°，60°)，(45°，180°)，(45°，300°)；

將規(guī)劃球體位姿轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)系下的位姿過(guò)程如下：

以為例，求取相機(jī)在標(biāo)定板坐標(biāo)系中的位姿：^WH_C；

位于距離球心h，經(jīng)緯坐標(biāo)的相機(jī)位姿從如下過(guò)程獲得：世界坐標(biāo)系最后繞原來(lái)的z軸旋轉(zhuǎn)-λ，即：

其中，表示繞x軸旋轉(zhuǎn)角度Ty(h)表示沿y軸平移h距離；

Rx(θ)，Ry(θ)，Rz(θ)的表達(dá)式為；

Ty(d)＝[0,d,0]^T

其中，cθ＝cos(θ)，sθ＝sin(θ)，以上公式帶入公式(1)求得相機(jī)坐標(biāo)系在世界坐標(biāo)系即標(biāo)定板坐標(biāo)系中的位姿：^WH_C，世界坐標(biāo)系在相機(jī)坐標(biāo)系中的位姿為：^CH_W＝(^WH_C)^-1；

步驟S4：通過(guò)使用粗略的相機(jī)與末端工具坐標(biāo)系之間的位姿關(guān)系^T0H_C0將轉(zhuǎn)化后標(biāo)定板坐標(biāo)系下的相機(jī)位姿轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的機(jī)器人位姿；

步驟S5：通過(guò)相機(jī)獲取當(dāng)前位姿并記錄，判斷當(dāng)前位姿是否為最后的標(biāo)定位姿，如果是最后的位姿，則對(duì)所有已采集圖片和位姿進(jìn)行手眼標(biāo)定，否則繼續(xù)采集圖片和位姿。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)手眼標(biāo)定方法，其特征在于，步驟S4規(guī)劃的相機(jī)位姿轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的機(jī)器人位姿具體步驟如下：

在整個(gè)標(biāo)定過(guò)程中，無(wú)論相機(jī)如何變換位姿，標(biāo)定板位置不變，標(biāo)定板在機(jī)器人坐標(biāo)系中的位姿也不變；

^BH_W＝^BH_T^TH_C^CH_W＝^B0H_T0^T0H_C0^C0H_W0＝^B0H_W0

其中，^C0H_W0為相機(jī)手動(dòng)調(diào)整到標(biāo)定板正上方工作距離時(shí)，標(biāo)定板坐標(biāo)系在相機(jī)坐標(biāo)系中的位姿，^T0H_C0為機(jī)械加工與安裝所粗略決定的相機(jī)坐標(biāo)系在機(jī)械手工具坐標(biāo)系中的位姿，在完成相機(jī)與機(jī)器人手眼標(biāo)定之前有^TH_C＝^T0H_C0，^B0H_T0即為機(jī)器人的位姿，由機(jī)器人控制系統(tǒng)給出；

相機(jī)的規(guī)劃位姿到機(jī)器人位姿之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為，

^BH_T＝^B0H_T0^T0H_C0^C0H_W0(^TH_C^CH_W)^-1＝^B0H_W0(^CH_W)^-1(^TH_C)^-1

由規(guī)劃的相機(jī)在標(biāo)定板坐標(biāo)系下的位姿^WH_C到工具坐標(biāo)系到機(jī)器人坐標(biāo)系下的位姿^BH_T完成，機(jī)器人根據(jù)^BH_T運(yùn)動(dòng)即可使相機(jī)到達(dá)規(guī)劃位姿，進(jìn)行有效的標(biāo)定板圖像采集。