[發(fā)明專(zhuān)利]一種使用雙層非線(xiàn)性?xún)?yōu)化的雙目視覺(jué)手眼標(biāo)定方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310399048.3
• 申請(qǐng)日: 2023-04-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116619354A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳琳;韓澤;鐘國(guó)威;高港;潘海鴻
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16;G06T7/80
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙層非線(xiàn)性?xún)?yōu)化的雙目視覺(jué)手眼標(biāo)定法。本方法首先建立手眼矩陣方程，用線(xiàn)性最小二乘法求解手眼矩陣初始值其次，對(duì)手眼矩陣中的旋轉(zhuǎn)分量Rsubgt;h2e/subgt;進(jìn)行歐拉角變換，以保證旋轉(zhuǎn)矩陣R的正交性；然后，構(gòu)建手眼矩陣的優(yōu)化模型Hsubgt;1/subgt;，并使用傳統(tǒng)的LM非線(xiàn)性?xún)?yōu)化法對(duì)手眼矩陣初始值進(jìn)行第一次優(yōu)化，得到第一次優(yōu)化后的手眼矩陣最后對(duì)手眼矩陣的優(yōu)化模型Hsubgt;1/subgt;進(jìn)行修正，得到二次優(yōu)化模型Hsubgt;2/subgt;，再加入樣本篩選方法的LM非線(xiàn)性?xún)?yōu)化法對(duì)第一次優(yōu)化后的手眼矩陣進(jìn)行第二次優(yōu)化，得到第二次優(yōu)化后的手眼矩陣針對(duì)傳統(tǒng)的手眼標(biāo)定方法精度不足的問(wèn)題，本方法可以減小機(jī)器人單目視覺(jué)系統(tǒng)中存在的隨機(jī)誤差的影響并提高機(jī)器人手眼矩陣的標(biāo)定精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種使用雙層非線(xiàn)性?xún)?yōu)化的雙目視覺(jué)手眼標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)智能化的發(fā)展，視覺(jué)技術(shù)與工業(yè)機(jī)器人相結(jié)合的案例層出不窮。將視覺(jué)系統(tǒng)安裝在機(jī)器人末端的方法稱(chēng)為眼在手上，這種方法得益于機(jī)器人的靈活性。它比固定在一個(gè)位置的視覺(jué)傳感器具有更寬的操作范圍。目前廣泛應(yīng)用于各類(lèi)機(jī)器人制造系統(tǒng)，典型應(yīng)用于機(jī)器人焊接、磨削、裝配、航空航天、汽車(chē)等領(lǐng)域。但是對(duì)視覺(jué)機(jī)器人而言，手眼標(biāo)定的精度會(huì)直接影響到機(jī)器人末端的最終定位精度，因此手眼標(biāo)定的穩(wěn)定性與精度則顯得尤為重要。

目前在手眼標(biāo)定方法上，主要有三種方法——Tsai的標(biāo)定法、Dual-Quaternion標(biāo)定法和張正友標(biāo)定法。Tsai的標(biāo)定法通過(guò)對(duì)多組已知的機(jī)器人末端執(zhí)行器和相機(jī)之間的關(guān)系進(jìn)行非線(xiàn)性最小二乘求解，得到標(biāo)定矩陣。Dual-Quaternion標(biāo)定法通過(guò)將機(jī)器人末端執(zhí)行器和相機(jī)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系表示為雙四元數(shù)，然后通過(guò)非線(xiàn)性?xún)?yōu)化求解雙四元數(shù)的參數(shù)，從而得到標(biāo)定矩陣。張正友標(biāo)定法是一種基于相機(jī)內(nèi)參和外參的手眼標(biāo)定方法，該方法通過(guò)對(duì)相機(jī)的內(nèi)參和外參進(jìn)行標(biāo)定，并通過(guò)相機(jī)測(cè)量和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡之間的優(yōu)化匹配，從而得到標(biāo)定矩陣。

目前關(guān)于手眼標(biāo)定的求解，例如公告號(hào)為CN115383749A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)的“帶電作業(yè)設(shè)備的標(biāo)定方法、裝置、控制器及存儲(chǔ)介質(zhì)”，該發(fā)明公開(kāi)了手眼標(biāo)定的具體流程，機(jī)械臂末端固定有雙目標(biāo)定板，控制機(jī)械臂移動(dòng)，以及控制圖像采集設(shè)備采集雙目標(biāo)定板的第一標(biāo)定板圖像；第一標(biāo)定板圖像對(duì)圖像采集設(shè)備進(jìn)行雙目標(biāo)定；如果雙目標(biāo)定的標(biāo)定結(jié)果合格，且機(jī)械臂末端固定有手眼標(biāo)定板，則控制機(jī)械臂移動(dòng)，以及控制圖像采集設(shè)備采集手眼標(biāo)定板的第二標(biāo)定板圖像；第二標(biāo)定板圖像對(duì)圖像采集設(shè)備和機(jī)械臂進(jìn)行手眼標(biāo)定，直至手眼標(biāo)定的標(biāo)定結(jié)果合格。然而，這種方法求解出來(lái)的手眼矩陣沒(méi)有優(yōu)化，會(huì)有誤差的干擾導(dǎo)致手眼標(biāo)定的不準(zhǔn)確，并且機(jī)器人系統(tǒng)的精度和魯棒性受到影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)中存在的隨機(jī)誤差，使用非線(xiàn)性?xún)?yōu)化的原理設(shè)計(jì)出雙層LM(Levenberg-Marquardt?method)優(yōu)化法，通過(guò)對(duì)構(gòu)建好的手眼矩陣優(yōu)化模型使用傳統(tǒng)LM方法進(jìn)行初次優(yōu)化后，再使用加入樣本點(diǎn)篩選功能的LM優(yōu)化法進(jìn)行二次優(yōu)化，該方法能夠在不需要特制靶標(biāo)的情況下完成標(biāo)定，所提出的標(biāo)定方法精度滿(mǎn)足視覺(jué)機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的工作需求。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明的主要技術(shù)方案如下：

首先，選取棋盤(pán)格標(biāo)定板，固定棋盤(pán)格標(biāo)定板位置，改變機(jī)器人末端位置和姿態(tài)，使得

棋盤(pán)格標(biāo)定板完整的呈現(xiàn)在雙目相機(jī)系統(tǒng)視野內(nèi)；然后，求解視野內(nèi)棋盤(pán)格標(biāo)定板上特征點(diǎn)P在機(jī)器人基坐標(biāo)1-1下的表達(dá)式并獲得手眼矩陣的初始值最后，利用LM非線(xiàn)性?xún)?yōu)化對(duì)手眼矩陣初始值進(jìn)行初次優(yōu)化，得到第一次優(yōu)化后的手眼矩陣再結(jié)合樣本篩選進(jìn)行二次非線(xiàn)性?xún)?yōu)化，得到第二次優(yōu)化后的手眼矩陣在迭代過(guò)程中將隨機(jī)誤差較大的點(diǎn)移出樣本點(diǎn)集，獲得第二次優(yōu)化后的手眼矩陣即可作為手眼標(biāo)定的最終結(jié)果，具體包括以下步驟：