[發(fā)明專利]一種基于階梯形標(biāo)定物的激光輪廓傳感器eye-in-hand標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110445265.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN113237434B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫煒;苑河南;劉乃銘;劉權(quán)利;舒帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 常曉慧

1.一種基于階梯形標(biāo)定物的激光輪廓傳感器標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、標(biāo)定機(jī)器人的機(jī)器人基坐標(biāo)系，階梯形標(biāo)定物放置于機(jī)器人加工的工作臺(tái)上，利用機(jī)器人以該階梯形標(biāo)定物標(biāo)定用戶坐標(biāo)系；

S2、控制機(jī)器人使激光輪廓傳感器的激光線對(duì)齊階梯形標(biāo)定物上的每一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，掃描此時(shí)階梯形標(biāo)定物獲取輪廓數(shù)據(jù)，提取掃描輪廓數(shù)據(jù)的每個(gè)特征點(diǎn)，該特征點(diǎn)為輪廓數(shù)據(jù)的角點(diǎn)，這些角點(diǎn)構(gòu)成輪廓的特征點(diǎn)集；

S3、利用隨機(jī)抽樣一致算法對(duì)輪廓特征點(diǎn)集合進(jìn)行直線擬合，并根據(jù)直線方程修正錯(cuò)誤的特征點(diǎn)；

S4、根據(jù)輪廓特征點(diǎn)在用戶坐標(biāo)系下的坐標(biāo)、輪廓特征點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)構(gòu)建手眼矩陣方程；

S5、根據(jù)最小二乘法求解手眼矩陣方程的近似解，得到手眼矩陣完成激光輪廓傳感器的手眼標(biāo)定；

步驟S1、標(biāo)定機(jī)器人的機(jī)器人基坐標(biāo)系，階梯形標(biāo)定物放置于機(jī)器人加工的工作臺(tái)上，利用機(jī)器人以該階梯形標(biāo)定物標(biāo)定用戶坐標(biāo)系，具體方法如下：

利用機(jī)器人以該階梯形標(biāo)定物標(biāo)定用戶坐標(biāo)系，由于標(biāo)定物的尺寸已知，完成用戶坐標(biāo)系的標(biāo)定后，根據(jù)尺寸關(guān)系可以推導(dǎo)出每個(gè)階梯特征點(diǎn)在用戶坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，設(shè)某一特征點(diǎn)在用戶坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x_u,y_u,z_u)，用戶坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的齊次變換矩陣為則該特征點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x_b,y_b,z_b)用下式(1)計(jì)算，式(1)中，為齊次變換矩陣，對(duì)于每個(gè)齊次變換矩陣都可用式(2)表示，式中R_3×3為旋轉(zhuǎn)矩陣，t_3×1為平移向量，式(2)中，x,y,z分別為平移向量沿x軸，y軸和z軸平移的數(shù)值，手眼標(biāo)定的過程就是求取如式(2)所示的齊次變換矩陣，共存在12個(gè)未知量；

步驟S2、控制機(jī)器人使激光輪廓傳感器的激光線對(duì)齊階梯形標(biāo)定物上的每一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，掃描此時(shí)階梯形標(biāo)定物獲取輪廓數(shù)據(jù)，提取掃描輪廓數(shù)據(jù)的每個(gè)特征點(diǎn)，該特征點(diǎn)為輪廓數(shù)據(jù)的角點(diǎn)，這些角點(diǎn)構(gòu)成輪廓的特征點(diǎn)集；階梯形標(biāo)定物的每一階階梯水平面的相同位置上有一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，且標(biāo)記點(diǎn)所處位置的尺寸均已知；控制機(jī)器人使激光輪廓傳感器的激光線對(duì)齊階梯形標(biāo)定物上的每一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)；激光輪廓傳感器的激光線照射標(biāo)記點(diǎn)后，獲取此處的輪廓數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)定物的尺寸信息可得被激光線照射的階梯上的每個(gè)角點(diǎn)在用戶坐標(biāo)系的坐標(biāo)，對(duì)齊標(biāo)記點(diǎn)便于建立機(jī)器人基坐標(biāo)系和傳感器坐標(biāo)系的關(guān)系；提取掃描輪廓的特征點(diǎn)，該特征點(diǎn)為輪廓數(shù)據(jù)的角點(diǎn)，根據(jù)最大距離法計(jì)算出這些角點(diǎn)，具體方法如下：

(a)設(shè)輪廓上共有k個(gè)輪廓數(shù)據(jù)點(diǎn)，設(shè)第i個(gè)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)為(x_i,z_i)，若找到輪廓數(shù)據(jù)點(diǎn)索引1～k范圍內(nèi)的角點(diǎn)，對(duì)于該范圍內(nèi)每一個(gè)點(diǎn)(x_i,z_i)做如下式(3)運(yùn)算，求取d_i，式(3)中sinθ,cosθ計(jì)算方式如式(4)和式(5)所示：

d_i＝|(z₁-z_k)·cosθ+(x₁-x_k)·sinθ| (3)

(b)取d_i最大點(diǎn)，若d_i大于用戶設(shè)定的閾值，則該點(diǎn)為角點(diǎn)，并保存該點(diǎn)，設(shè)該點(diǎn)的索引為l，則點(diǎn)(x_l,z_l)的索引l為分界將該輪廓數(shù)據(jù)分割為前后兩個(gè)輪廓的子集合，繼續(xù)遞歸搜索輪廓子集合的特征點(diǎn)直至檢測(cè)所有角點(diǎn)，所述角點(diǎn)形成的集合稱為特征點(diǎn)集；否則，判定該輪廓為直線，不存在角點(diǎn)，結(jié)束特征點(diǎn)搜索。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于階梯形標(biāo)定物的激光輪廓傳感器標(biāo)定方法，其特征在于，步驟S3、利用隨機(jī)抽樣一致算法對(duì)輪廓特征點(diǎn)集合進(jìn)行直線擬合，并根據(jù)直線方程修正錯(cuò)誤的特征點(diǎn)；設(shè)利用RANSAC算法對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行直線擬合得到直線ax+bz+c＝0，計(jì)算特征點(diǎn)中每個(gè)點(diǎn)到擬合直線的距離d_f，若d_f大于用戶設(shè)置的閾值Δs，則認(rèn)為該點(diǎn)為離群點(diǎn)，將該點(diǎn)的x坐標(biāo)帶入擬合直線，對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行修正，修正后的點(diǎn)代替離群點(diǎn)形成新的特征點(diǎn)集，否則，不存在離群點(diǎn)，無需對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行修正。