【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及機器人3d視覺標定，特別是涉及一種協作機器人線結構光3d視覺手眼標定方法。
技術介紹
1、目前手眼標定方法常見的有三維靶標法和二維靶標法兩種。二維靶標主要有棋盤格標定板，圓心標定板等，標定過程中要獲取靶標不同的位姿，通過識別角點來估計手眼變換矩陣。三維靶標種類較多，為了較準確的獲取特征點三維坐標，采用三維標定球法較多。標準球法是以激光線在球面形成的一段局部圓弧為基礎，通過一系列點云處理來計算球心坐標。下面介紹兩種現有較成熟標定算法：
2、一、兩步法：
3、tsai兩步法是一種經典的手眼標定方法，用于確定機器人末端與相機之間的轉換關系。該方法主要實現方式如下：
4、第一步：求解旋轉關系：
5、標定板放在檢測平面內保持不動，改變機器人位姿進行一系列運動，并且在每個位姿處采集標定板圖像數據。
6、用標定板來獲取定位信息，并由此計算標定板到相機坐標系中的旋轉矩陣和平移向量。
7、通過相機標定獲得相機的內，外參數據，并由此計算出不同機器人位姿間標定板的相對旋轉。
8、使用rodrigues公式或四元數方法來從多組不同位姿間的旋轉差異中解算出手眼矩陣中的旋轉矩陣。
9、第二步：求解平移關系：
10、利用第一步求取的旋轉矩陣，去除旋轉分量的影響。
11、使用旋轉關系聯合之前求得的相對平移，建立線性方程組。
12、使用最小二乘法解線性方程組來求解手眼矩陣的平移部分。
13、二、輔助標定球法
14、標定球法手眼標定主要通過使用一個已知幾何特征的標定球來輔助定位和判定機器人末端與傳感器之間的空間變換關系，傳感器包含相機和線激光器。標定球法手眼標定有以下步驟：
15、準備一個標定球，把標定球放置在機器人的工作空間內，使其在相機視場內，激光器發射線激光打在標定球表面。
16、控制機器人末端帶動傳感器移動到標定球的不同位置和方向，記錄機器人每個位置的末端位姿矩陣；并用相機采集表面帶有線激光的標定球圖像。
17、分析相機獲取的標定球圖像，經過點云擬合，得到切面圓圓心坐標，后解出標定球球心坐標。
18、利用多個不同的機器人末端位姿矩陣和相對應的球心坐標，構建一個線性或非線性方程組，求解出機器人末端相對于相機坐標系的變換矩陣。
19、根據機器人末端傳感器的空間關系和相機視場中球心位置的關系，求解出機器人工具坐標系和相機坐標系之間的空間變換關系，即手眼標定的結果。
20、上述現有技術方案的問題：
21、tsai兩步法手眼標定需要借助棋盤格標定板輔助，且標定步驟繁雜，需要多組標定板和對應的機器人位姿，且對機器人位姿、標定板位姿數據精度要求較高，并且tsai兩步法在標定過程中旋轉矩陣的誤差會累積到求解平移向量中。
22、輔助標定球法標定需要借助外物標定球，成本較高；切面圓弧點云分割、擬合等處理計算球心，精度容易受噪點影響，對相機的成像質量和圖像處理算法都有較高的要求；由于標準球表面存在粗糙度影響，該圓弧上所有點并不都在同一平面上，會導致該平面的法向量偏移，影響球心坐標精度。
技術實現思路
1、為了解決上述現有技術存在的問題，本專利技術的目的是提出一種協作機器人線結構光3d視覺手眼標定方法，從應用角度出發，在實際應用中找到算法的最優應用形式，簡化手眼標定的步驟，降低操作難度，并應用線結構光輔助獲取三維坐標，提高特征點識別精度。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：
3、一種協作機器人線結構光3d視覺手眼標定方法，包括：
4、獲取機器人運動空間，在所述機器人運動空間中選擇固定焊縫特征點，確定所述固定焊縫特征點在機器人基坐標系和傳感器坐標系下的坐標值；
5、基于所述固定焊縫特征點在機器人基坐標系和傳感器坐標系下的坐標值，獲取相機坐標系到機器人基坐標系下的轉換關系；
6、獲取機器人表達姿態方式，基于所述機器人表達姿態方式，確定機器人末端坐標系到機器人基座標系之間的轉換矩陣、傳感器坐標系到機器人末端坐標系之間的轉換矩陣,即手眼矩陣；
7、通過所述相機坐標系到機器人基坐標系下的轉換關系、所述機器人末端坐標系到機器人基座標系之間的轉換矩陣以及手眼矩陣進行手眼標定。
8、可選地，獲取所述相機坐標系到機器人基坐標系下的轉換關系的方法為：
9、pb＝htbhltpl
10、其中，pb為空間中點p在機器人基坐標系下的坐標，pl為空間中點p在傳感器坐標系下的坐標，htb為機器人末端坐標系到機器人基座標系之間的轉換矩陣，hlt為傳感器坐標系到機器人末端坐標系之間的轉換矩陣,即手眼矩陣。
11、可選地，獲取所述機器人表達姿態方式包括：
12、基于歐拉角和四元數，確定不同表示姿轉化成姿態矩陣，獲取所述機器人表達姿態方式。
13、可選地，確定所述手眼矩陣包括：
14、
15、其中，hlt為傳感器坐標系到機器人末端坐標系之間的轉換矩陣,即手眼矩陣，r11、r12、r13、r21、r22、r23、r31、r32、r33均為手眼矩陣中旋轉矩陣的參數，t1、t2、t3均為手眼矩陣中平移向量參數。
16、可選地，通過所述相機坐標系到機器人基坐標系下的轉換關系、所述機器人末端坐標系到機器人基座標系之間的轉換矩陣以及手眼矩陣進行手眼標定包括：
17、根據所述手眼矩陣結合相機坐標系到機器人基坐標系下的轉換關系，獲取第一轉換結果：
18、
19、基于所述機器人末端坐標系到機器人基座標系之間的轉換矩陣滿秩，對所述第一轉換結果乘以htb-1，獲取第二轉換結果：
20、
21、對所述第二轉換結果進行處理，獲取第三轉換結果：
22、
23、將所述第二轉換結果和所述第三轉換結果進行聯立，獲取聯立結果：
24、
25、其中，xb、yb、zb均為特征點在機器人基座標系下的坐標值，htb為機器人末端坐標系到機器人基座標系的轉換矩陣，htb-1為機器人末端坐標系到機器人基座標系的轉換矩陣的逆，r11、r12、r13、r21、r22、r23、r31、r32、r33均為手眼矩陣中的旋轉矩陣的參數，t1、t2、t3均為手眼矩陣中平移向量參數，yl,zl為特征點在傳感器坐標系下的坐標值，x、y、z均為替代htb-1左乘(xb,yb,zb,1)的矩陣。
26、可選地，通過所述相機坐標系到機器人基坐標系下的轉換關系、所述機器人末端坐標系到機器人基座標系之間的轉換矩陣以及手眼矩陣進行手眼標定還包括：
27、利用所述聯立結果建立求解模型：
28、
29、其中，x1、x2、x3、x4、y1、y2、y3、y4、z1、z2、z3、z4均為替代h本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種協作機器人線結構光3D視覺手眼標定方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的協作機器人線結構光3D視覺手眼標定方法，其特征在于，獲取所述相機坐標系到機器人基坐標系下的轉換關系的方法為：
3.根據權利要求1所述的協作機器人線結構光3D視覺手眼標定方法，其特征在于，獲取所述機器人表達姿態方式包括：
4.根據權利要求1所述的協作機器人線結構光3D視覺手眼標定方法，其特征在于，確定所述手眼矩陣包括：
5.根據權利要求1所述的協作機器人線結構光3D視覺手眼標定方法，其特征在于，通過所述相機坐標系到機器人基坐標系下的轉換關系、所述機器人末端坐標系到機器人基座標系之間的轉換矩陣以及手眼矩陣進行手眼標定包括：
6.根據權利要求5所述的協作機器人線結構光3D視覺手眼標定方法，其特征在于，通過所述相機坐標系到機器人基坐標系下的轉換關系、所述機器人末端坐標系到機器人基座標系之間的轉換矩陣以及手眼矩陣進行手眼標定還包括：
7.根據權利要求6所述的協作機器人線結構光3D視覺手眼標定方法，其特征在于，通過所述相機坐標系到
8.根據權利要求7所述的協作機器人線結構光3D視覺手眼標定方法，其特征在于，定義分解條件為：
...【技術特征摘要】
1.一種協作機器人線結構光3d視覺手眼標定方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的協作機器人線結構光3d視覺手眼標定方法，其特征在于，獲取所述相機坐標系到機器人基坐標系下的轉換關系的方法為：
3.根據權利要求1所述的協作機器人線結構光3d視覺手眼標定方法，其特征在于，獲取所述機器人表達姿態方式包括：
4.根據權利要求1所述的協作機器人線結構光3d視覺手眼標定方法，其特征在于，確定所述手眼矩陣包括：
5.根據權利要求1所述的協作機器人線結構光3d視覺手眼標定方法，其特征在于，通過所述相機坐標系到機器人基坐標系下的轉換關系、所述機器人末端坐標系到...
【專利技術屬性】
技術研發人員：高興宇，王旭晗，李偉明，寧黎華，陳水標，魏洪興，婁威，趙宇，
申請(專利權)人：南寧桂電電子科技研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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