[發明專利]一種用于線激光傳感器的標定塊及手眼標定方法

有效

• 申請號: 202010881809.5
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111735390B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 江文松;羅哉;趙洪楠;朱志遠;陳藝文
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;B25J19/00;B25J9/16
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

1.一種用于線激光傳感器的標定塊，所述標定塊表面具有棋盤格，所述棋盤格由縱橫的等距棋盤線列相交形成，其特征在于，所述標定塊中部具有圓臺孔，所述圓臺孔的軸線垂直于棋盤格所在的表面，所述圓臺孔的軸線過棋盤格上兩根相交線的交點；所述圓臺孔下方設置有掃描定位裝置，所述掃描定位裝置包括可接收掃描光的光電檢測器，所述光電檢測器的光電探頭設置在變形架上，變形架包括12個弧形變形單元，變形單元包括兩個弧形桿，兩個弧形桿中部通過中部鉸鏈軸轉動連接，多個變形單元的弧形桿通過端部鉸鏈軸收尾連接成封閉的圓形的變形架，圓形的變形架與圓臺孔的中軸線垂直，變形架的圓心位于圓臺孔的中軸線上，同一變形單元的同一徑向上的兩個端部鉸鏈軸滑動的配合在徑向導軌上；端部鉸鏈軸或中部鉸鏈軸由直線電機控制沿徑向導軌移動，從而控制所述變形架的收縮變形，從而改變光電檢測器距離圓臺孔中軸線的距離，光電檢測器設置在變形架內側的12個 端部鉸鏈軸上。

2.根據權利要求1所述的用于線激光傳感器的標定塊，其特征在于，所述圓臺孔的孔壁面與棋盤格所在表面相交的圓形口沿的直徑小于棋盤格上最小的方格的邊長。

3.根據權利要求1所述的用于線激光傳感器的標定塊，其特征在于，圓臺母線與底面夾角為45°。

4.根據權利要求1所述的用于線激光傳感器的標定塊，其特征在于，所述棋盤格為陰刻線。

5.一種用于線激光傳感器的手眼標定方法，其特征在于：包括上述權利要求1所述的一種用于線激光傳感器的標定塊，還包括以下步驟：

(1)傳感器設置：將線激光傳感器固定安裝在機械臂的末端執行器上，所述標定塊和棋盤格安裝在線激光傳感器的測量范圍內；

(2)獲取“位姿—點云數據集”：通過機械臂調整末端執行器的位姿，使對應位姿下的線激光傳感器發射的激光掃描面與標定塊上的棋盤格相交，在棋盤格面上形成光條直線，所述光條直線至少經過兩個關于圓臺孔的中心對稱的棋盤線交點，以便使得圓臺孔的中心處于光條直線上，傳感器采集激光掃描面反射回的3D點云在傳感器坐標系下的坐標數據，通過機械臂示教器讀取并記錄所述末端執行器在不同位姿下的位姿信息數據，獲取末端執行器的至少6個不同位姿對應的3D點云數據；

(3)計算出圓臺孔中心在傳感器坐標系下的坐標：

對不同位姿下對應的3D點云數據進行直線擬合，并構造擬合直線方程，獲取關于圓臺孔中心對稱的兩個對稱點，將兩個對稱點在同一個坐標軸上對應的第一坐標值代入擬合直線方程，得到兩個對稱點在擬合直線上對應的另一個坐標軸上的第二坐標值，兩個對稱點的對應坐標值和的二分之一即為圓臺孔的中心在傳感器坐標系下的坐標；

(4)對機器人進行手眼標定：由于標定塊和機械臂的基座都是固定的，因此可由以下矩陣等式求解出傳感器坐標系相對于末端執行器坐標系的平移和旋轉矩陣R_χ，T_χ：

其中，n表示掃描采集數據的總次數，P_Base表示圓臺孔的中心在基坐標系中的坐標，P_Si表示第i次掃描采集數據時圓臺孔的中心的在傳感器坐標系中的擬合坐標，表示第i次掃描采集數據時末端執行器坐標系相對于基坐標系的平移和旋轉矩陣，R_χ，T_χ表示傳感器坐標系相對于末端執行器坐標系的平移和旋轉矩陣，也就是需要求解的手眼關系。

6.根據權利要求5所述的用于線激光傳感器的手眼標定方法，其特征在于，所述兩個對稱點為每個光條直線對應的3D點云數據中坐標發生突變的兩點。

7.根據權利要求5所述的用于線激光傳感器的手眼標定方法，其特征在于，在驅動線激光傳感器時，使得棋盤格上關于圓臺孔的中心對稱的兩個縱橫棋盤線的交點均處于所述光條直線上。

8.根據權利要求5所述的用于線激光傳感器的手眼標定方法，其特征在于，所述兩個對稱點為關于圓臺孔對稱的兩個棋盤格線與光條直線的交點。

9.根據權利要求5所述的用于線激光傳感器的手眼標定方法，其特征在于，在驅動線激光傳感器時，掃描光部分的射進圓臺孔內，通過直線電機控制變形架的變形，使得掃描光被其中兩個鉸鏈軸上的光電檢測器檢測到，根據直線電機的伸縮量及檢測到光的光電檢測器所在鉸鏈軸的位置即可計算出掃描光入射的角度及朝向，從而可知在棋盤格上掃描光掃描的位置。