[发明专利]一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置，包括工业机器人、机器人末端工具、连接至工业机器人末端工具的激光发生器、标定板和相机，所述工业机器人与连接件的一侧连接，在连接件的另一侧上安装机器人末端工具，在机器人末端工具的一侧安装激光发生器，所述激光发生器包括红色激光发生器和绿色激光发生器，所述标定板为黑白相间的棋盘格，所述相机固定在工作台上，所述相机为2D相机。本发明有效解决了工业机器人手眼相机标定时需要高精度放置标定板以及安装末端工具的问题，同时，本发明无需将标定板放置在精确位置，仅需将标定板放在机器人工作空间中的任意位置并使得激光与标定板相交即可，极大的降低了相机标定的工作量。

技术领域

本发明涉及工业机器人以及相机标定技术领域，具体是一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置及其使用方法。

背景技术

随着劳动力成本的不断提高以及工业机器人控制、规划、识别方法的不断发展，用工业机器人代替人工进行自动化生产的程度越来越高。但目前工业中工业机器人手眼相机标定问题仍然没有得到解决。

手眼工业机器人系统主要分为eye-in-hand与eye-to-hand两类系统，其中，在eye-in-hand系统中，相机固定在工业机器人末端，因而，随着机器人的运动，相机可以以不同的方向观察标定板以及工作空间，因而eye-in-hand系统标定过程也相对较为简单，目前已经有很多成熟的方法可以使用。而对于 eye-to-hand系统，由于相机固定，无法仅仅借助标定板以及机器人的运动实现相机与机器人相对位置的标定，其难点在于：1)如何将特征点的位置与机器人的运动关联起来；2)如何高精度的提取标定所需要的特征点的位置；3)如何自动化标定的过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置，包括工业机器人、机器人末端工具、连接至工业机器人末端工具的激光发生器、标定板和相机，所述工业机器人与连接件的一侧连接，在连接件的另一侧上安装机器人末端工具，在机器人末端工具的一侧安装激光发生器，所述激光发生器包括红色激光发生器和绿色激光发生器，所述标定板为黑白相间的棋盘格，所述相机固定在工作台上，所述相机为2D相机。

作为本发明进一步的方案：所述激光发生器与机器人末端工具的相对位置固定。

一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：利用2D相机拍摄标定板图片，结合2D相机内参，估计相机外参相对于标定板的坐标变换矩阵；

步骤二：调整工业机器人关节角，使得固定在机器人末端工具上的激光发生器发出的激光与标定板相交于点P1、P2；

步骤三：采用2D相机拍摄标定板以及其上激光点的图片，计算点P1、P2在标定板坐标系中的位置；P1在标定板(board)坐标系中的坐标记作(u₁，v₁，0)，仿射形式记作(u₁，v₁，0，1)；P2在标定板坐标系中的坐标记作(u₂，v₂，0)，仿射形式记作(u₂，v₂，0，1)；

步骤四：根据步骤三中激光点P1、P2在标定板坐标系中的位置，计算其在机器人基座坐标系中的位置：

其中，分别为激光点P1、P2在机器人基座坐标系(base)中的位置；为标定板坐标系相对于机器人基座坐标系的坐标变换；分别为激光点P1、P2在标定板坐标系(board)中的位置；