[发明专利]一种机器人线结构光视觉测量系统的手眼标定方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人手眼标定技术领域，具体涉及一种机器人线结构光视觉测量系统的手眼标定方法。

背景技术

线结构光视觉测量技术，因其具有精度高、测量速度快等优点而被广泛用于三维重建，工业视觉检测等领域。在工业检测领域，线结构光传感器通常安装机器人末端执行器上用于检测产品的质量。

线结构光视觉传感器与机器人一起组成机器人线结构光视觉测量系统，在使用该系统进行测量时必须先确定线结构光视觉传感器与机器人末端执行器之间的位姿关系，确定这个关系的过程称为手眼标定。

目前，李爱国等提出了一种以标准球为靶标的手眼标定方法，该方法以标准球为靶标，通过光结构投射器投射到标准球表面的光条纹进行光条纹的提取，然后拟合出光条纹所在的球方程。这种方法面临标定过程中图像处理的难题。而且，该标定方法是基于控制机器人末端执行器做纯平移运动，进而通过分析摄像机坐标系和靶标坐标系之间的关系，获得相应的旋转矩阵和平移量。然而，这对于大部分旋转关节机器人来说，其末端执行器的移动精度无法达到纯平移运动，最终导致标定不准确。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种机器人线结构光视觉测量系统的手眼标定方法，能够通过控制机器人做一般的运动而实现手眼标定。

一种机器人线结构光视觉测量系统的手眼标定方法，该方法包括：

以机器人基座中心位置为原点O_o，建立机器人基座坐标系O_o-X_oY_oZ_o；以机器人末端法兰盘中心位置为原点O_e，建立第一机器人末端坐标系O_e-X_eY_eZ_e；以与机器人末端相连的摄像机光心为原点O_c，建立第一摄像机坐标系O_c-X_cY_cZ_c；其中，第一摄像机坐标系中X_c轴和Y_c轴分别平行于摄像机成像平面的u轴和v轴，Z_c轴由右手定则确定；以一个具有一组正交直径AB、CD的圆为靶标，靶标圆心为原点O_w，建立靶标坐标系O_w-X_wY_wZ_w；靶标坐标系中靶标的直径AB所在直线从A到B的方向为靶标坐标系的X_w轴，CD所在直线从C到D的方向为靶标坐标系的Y_w轴，Z_w轴由右手定则确定；

步骤一、通过机器人控制器获得机器人在初始状态下第一机器人末端坐标系相对于机器人基座坐标系的变换矩阵A_oe；将线结构光投射器与摄像机刚性连接安装在机器人末端；线结构光投射器向靶标投射一光条纹，且该光条纹穿过靶标圆心位置处，利用光条纹所穿靶标圆心处的光平面方程和摄像机成像原理获得第一摄像机坐标系相对于靶标坐标系的第一平移量t_cw；利用调和共轭理论，获得直径AB相对于第一摄像机坐标系的消隐点p和直径CD相对于第一摄像机坐标系的消隐点q，并结合已知的摄像机内参数和罗德里格旋转公式获得第一摄像机坐标系相对于靶标坐标系的第一旋转矩阵R_cw；

步骤二、根据步骤一中获得的第一平移量t_cw和第一旋转矩阵R_cw，根据齐次变换矩阵定义，获得第一摄像机外参数

步骤三、机器人末端进行第一次移动，并以机器人末端第一次移动后末端法兰盘中心位置为原点O_e'，建立第二机器人末端坐标系O_e'-X_e'Y_e'Z_e'；以第一次移动后摄像机光心为原点O_c'，建立第二摄像机坐标系O_c'-X_c'Y_c'Z_c'；通过机器人控制器获得末端第一次移动后第二机器人末端坐标系相对于机器人基座坐标系的变换矩阵A_oe'，并根据A_ee'＝(A_oe')^-1A_oe，获得末端第一次移动前后的机器人末端运动量A_ee'；