[發明專利]基于球形合作目標的立體相機位姿標定方法及系統

在審

• 申請號: 202210543022.7
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114782554A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 趙軍麗;高飛;張曦郁;路超;張恒
• 申請（專利權）人: 西安中科光電精密工程有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/70;G06T7/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

本發明公開了一種基于球形合作目標的立體相機位姿標定方法及系統，標定方法包括：將由多個位置確定的球體擺放組成的球形合作目標平穩放置；控制工業機器人帶動安裝在末端機械手上的面結構光立體相機運動至各標定位姿，面結構光立體相機采集各個標定位姿下球形合作目標的輪廓點云；對球形合作目標的輪廓點云進行識別、分割，計算各個球體的球心坐標；根據各個標定位姿下，工業機器人與面結構光立體相機的位姿變化信息，計算得到面結構光立體相機與工業機器人的位姿轉換信息。本發明標定過程簡單、高效，在智能工業機器人作業過程中也能在線校驗或標定面結構光立體相機與工業機器人的位姿，可自動化實現，具有較高的標定精度。

技術領域

本發明屬于智能工業機器人領域，具體涉及一種基于球形合作目標的立體相機位姿標定方法及系統。

背景技術

具有視覺感知能力的智能工業機器人，能夠識別動態場景中的環境、作業對象以及設備自身的狀態，智能地規劃適用當前場景的作業工序和工藝，已經廣泛應用于高端智造領域當中多規格、小批量、形變產品的柔性生產任務，實現逆向三維重建、尺寸及形位公差檢測、裝配、焊接、加工引導等。

目前在工業生產領域，安裝于工業機器人末端的面結構光立體相機應用場景越來越多。面結構光立體相機控制工業機器人作業時，必須將其測量數據高精度地轉換為工業機器人末端機械手或其它工藝執行單元需要的工業機器人坐標系下的數據，智能工業機器人在使用前，需要標定面結構光立體相機與工業機器人的安裝位姿，得到坐標轉換矩陣。

行業內目前絕大多數采用的是傳統2D工業相機與工業機器人坐標轉換矩陣的標定方法，存在標定步驟多，耗時長，精度低，實現自動化困難，無法在使用過程中在線校驗或標定面結構光立體相機與工業機器人的坐標轉換矩陣。

行業內也有采用立體合作目標進行標定的方案。一類是在安裝作業機械手單元前，在機器人法蘭上安裝對尖工裝，將面結構光立體相機采集到的三維特征，通過對尖的方式建立兩個坐標系的對應關系。另一類是結構經過特別設計的立體合作目標，通過提取棱線、尖頂等特征信息，求解得到面結構光立體相機與工業機器人的坐標轉換矩陣。現有的這兩類標定方法對立體合作目標的加工要求高，成本高，準備周期長，為了評價立體合作目標的點云數據質量，標定算法復雜，易出錯，在線自動化算法有難度。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種基于球形合作目標的立體相機位姿標定方法及系統，標定過程簡單、高效，在智能工業機器人作業過程中也能在線校驗或標定面結構光立體相機與工業機器人的位姿，可自動化實現，具有較高的標定精度。

為了實現上述目的，本發明有如下的技術方案：

一種基于球形合作目標的立體相機位姿標定方法，包括：

將由多個位置確定的球體擺放組成的球形合作目標平穩放置；

控制工業機器人帶動安裝在末端機械手上的面結構光立體相機運動至各標定位姿，面結構光立體相機采集各個標定位姿下球形合作目標的輪廓點云；

對球形合作目標的輪廓點云進行識別、分割，計算各個球體的球心坐標；

根據各個標定位姿下，工業機器人與面結構光立體相機的位姿變化信息，計算得到面結構光立體相機與工業機器人的位姿轉換信息。

作為本發明立體相機位姿在線標定方法一種優選的方案，所述將球形合作目標平穩放置包括如下步驟：

選擇由不少于三個球體組成的球形合作目標平穩放置；

兩兩標定位姿下，球形合作目標的全部球體在面結構光立體相機視場范圍內。

作為本發明立體相機位姿在線標定方法一種優選的方案，所述的控制工業機器人運動至多個標定位姿包括如下步驟：

選擇不少于三個標定位姿；