[發明專利]一種用于線結構光傳感器的手眼標定系統及標定方法

有效

• 申請號: 201911046064.4
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110906863B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 張明勇
• 申請（專利權）人: 成都絕影智能科技有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 成都環泰專利代理事務所(特殊普通合伙) 51242
• 代理人: 李斌;黃青

本發明公開了一種用于線結構光傳感器的手眼標定系統及標定方法，涉及視覺標定技術領域，本發明的裝置包括機器人、線結構光傳感器、末端工具和錐形標靶。本發明的方法包括以下步驟：S1、移動機器人使末端工具的尖端與錐形標靶的錐尖對準，記錄末端工具尖端的空間坐標；S2、移動機器人，測量并記錄線結構光傳感器測量錐尖位置的坐標，記錄當錐尖位于線結構光的光平面上時，末端工具尖端的空間坐標；S3、移動機器人，重復執行步驟S2，在線結構光傳感器測量范圍內采集至少4組標定點坐標數據；S4、利用多組標定點坐標數據，建立標定點坐標約束的最小二乘方程，計算出手眼標定變換矩陣。本發明的標定系統簡單易得，本發明的方法精度高、效率高。

技術領域

本發明涉及視覺標定技術領域，特別是涉及一種用于線結構光傳感器的手眼標定系統及標定方法。

背景技術

近年來隨著自動化技術的應用和發展，3D傳感器在自動化制造業中的應用越來越廣泛。線結構光傳感器(如激光輪廓儀，焊縫跟蹤傳感器，激光掃描儀)作為一種3D視覺傳感器，可以用于測量物體的輪廓形狀、尺寸、坐標位置等。因此作為機器人的眼睛，線結構光傳感器常被安裝于機器人末端或安裝于產線上相對機器人底座固定的位置，構成智能制造機器人系統。同其它機器視覺系統一樣，線結構光傳感器和機器人之間要實現坐標轉換，需要進行手眼標定，以便將線結構光傳感器測量的本地坐標數據轉換為機器人本底坐標系統或機器人末端工具坐標系下的坐標數據。

現有適用于線結構光傳感器與機器人之間的手眼標定的方法，包括如下幾類：

先手動測量末端工具尖端與線結構光傳感器外殼上某點之間的位置關系，再間接標定機器人和線結構光傳感器之間的坐標轉換關系。此種手眼標定方法效率低下，人為測量誤差大，適用于對于精度要求不高的應用，如機器人抓取，機器人碼垛等。

通過求解機器人在幾何約束下的位姿關系進行標定，如通過掃描固定球的輪廓，分別測量出球心坐標在線結構光傳感器和機器人末端工具坐標系下的坐標，再計算坐標轉換關系。但這種方法操作和計算都很復雜，專業性程度要求較高，執行效率低。

通過標定板，探針，三坐標儀等末端工具進行標定。這種標定方法效率低，末端工具成本較高，流程復雜，不適合工況惡劣的作業環境。

采用“定點變位姿手眼標定法”，即要求線結構光傳感器在機器人變換多個位姿的情況下，精確測量同一點的坐標，在通過最小二乘法計算出手眼坐標轉換關系。該方法的不足之處是很難控制線結構光精確掃描到同一固定點。該方案的另一種改進設計是在標靶上設計線、面結構，通過計算線結構光掃描過線，面特殊結構而計算出線結構光與標靶上特殊設計的線、面的交點，來提高線結構光掃描同一固定點的精度和穩定性，以期提高手眼標定精度。但此類方法仍存在定點定位精度低，且末端工具尖端難以對準該定點，標定過程耗時耗力的問題。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種用于線結構光傳感器的手眼標定系統及標定方法，本發明的標定系統使用簡單易獲取的錐形標靶，在標定時既方便末端工具尖端對準標靶尖端，同時又保證了較高的對準精度，本發明的標定方法根據線結構光在錐形標靶尖端處形成的張角在尖錐中心處取得極值的特性，使得本發明方法的手眼標定精度理論上可以達到機器人運動定位精度和傳感器自身測量精度的極限，從而極大地提高了手眼標定精度。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一方面，本發明提供了一種用于線結構光傳感器的手眼標定系統，包括機器人、線結構光傳感器、末端工具和錐形標靶，所述末端工具設置在機器人的動作部的末端，作為執行具體工作的工具。

本發明的標定系統使用簡單易獲取的錐形標靶，在標定時既方便末端工具尖端對準標靶尖端，同時又保證了較高的對準精度。

優選的，所述錐形標靶形狀為圓錐體。

優選的，所述圓錐體的錐角為30°-80°。