[发明专利]一种基于外部跟踪的机器人视觉测量系统及其标定方法

权利要求书

1.一种基于外部跟踪的机器人视觉测量系统的标定方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)设定面阵扫描仪的位姿，在该设定的位姿下，通过外部跟踪装置和面阵扫描仪获得一组目标数据，保持所述面阵扫描仪的姿态不变，n-1次改变其位置，通过所述外部跟踪装置和面阵扫描仪获得不同位置下的n-1组目标数据，以此获得在所述设定姿态下的n组目标数据；

(b)m次改变所述面阵扫描仪的位姿，通过所述外部跟踪装置和面阵扫描仪获得m组目标数据，以此获得n+m组所述目标数据，其中，每组所述目标数据包括所述外部跟踪装置获取的立体球笼靶标的位姿和所述面阵扫描仪扫描的标定装置的点云数据；

(c)对所述n+m组目标数据中所述面阵扫描仪扫描的所述标定装置的点云数据进行处理，以此获得每组目标数据中每个标定球在所述面阵扫描仪坐标系下的球心坐标和半径，根据该球心坐标和半径对所述标定装置中的每个标定球进行编号，以此获得每个标定球的编号；

(d)对于所述n+m组目标数据，构建所述立体球笼靶标在外部跟踪装置中的位姿、标定球在所述面阵扫描仪坐标系下的球心坐标和面阵扫描仪坐标系与立体球笼靶标坐标系之间的转换矩阵的关系式(一)，利用所述n+m组目标数据按照所述关系式(一)计算获得所述面阵扫描仪坐标系和立体球笼靶标坐标系之间转换矩阵E；

(e)对于所述m组目标数据，构建所述立体球笼靶标坐标系在外部跟踪装置坐标系中的位姿、所述面阵扫描仪坐标系与立体球笼靶标坐标系之间转换矩阵、所述标定装置坐标系与外部跟踪装置坐标系之间的转换矩阵、所述面阵扫描仪坐标系与标定装置坐标系之间的转换矩阵的关系式(二)，利用所述m组目标数据按照所述关系式(二)计算获得多个所述面阵扫描仪坐标系和立体球笼靶标坐标系之间转换矩阵E'；

(f)将步骤(e)中获得的所述多个所述转换矩阵E'与步骤(d)获得的所述转换矩阵E进行比较，确定最终所需的面阵扫描仪坐标系和立体球笼靶标坐标系之间的转换矩阵。

2.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述对标定装置的点云数据进行处理按照下列步骤进行：

(c1)对于所述点云数据进行球的自动分割和识别，以此获得多个弧面型点集；

(c2)对每个弧面型点集进行二次球体拟合获得一个标定球以及该标定球的半径和球心坐标，以此方式获得所述点云数据中每个标定球的半径和球心坐标。

3.如权利要求1或2所述的标定方法，其特征在于，在步骤(d)中，所述关系式(一)按照下列表达式进行：

G₁^-1·G₂·E＝E·X₁·X₂⁺

其中，X₁是标定球i在面阵扫描仪的位姿j时球心的坐标值，X₂是标定球i在面阵扫描仪的位姿h时球心的坐标值，h≠j，G₁是在面阵扫描仪的位姿j下，在所述立体球笼靶标在外部跟踪装置中的位姿，G₂是在面阵扫描仪的位姿h下，在所述立体球笼靶标在外部跟踪装置中的位姿，E是所述面阵扫描仪坐标系和立体球笼靶标坐标系之间转换矩阵。

4.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，在步骤(e)中，所述关系式(二)按照下列表达式进行：

G·E＝Z·B

其中，G是所述立体球笼靶标在外部跟踪装置中的位姿，Z是标定装置坐标系与外部跟踪装置坐标系之间的转换矩阵，B是所述面阵扫描仪坐标系和标定装置坐标系之间转换矩阵。

5.如权利要求3所述的标定方法，其特征在于，在步骤(e)中，所述标定装置的坐标系是通过在所述标定装置选择任意三个不在一条直线上的标定球按照下列方式建立，三个标定球的球心形成的平面为XOY平面，该XOY平面法向量的方向设定为Z轴方向，X方向为其中两个标定球球心的连线，所述立体球笼靶标坐标系、外部跟踪装置和面阵扫描仪的坐标系是各自自带的坐标系，为已知量。