[发明专利]视觉传感器快速标定方法

说明书

本发明公开了一种视觉传感器快速标定方法，该视觉传感器在使用过程中位置固定；标定过程中使用的特征点为机器人法兰或抓手上的显著点或者外设于机器人法兰或者抓手上的人工标记点；标定方法包括以下步骤：视觉传感器分别采集n个机器人位姿下的特征点图像，基于机器人位姿获取机器人法兰坐标到基座坐标系的转换矩阵，再依据n个不同位姿下特征点的相机成像方程组通过非线性最小二乘法进行迭代求解，得到机器人基座坐标系到相机坐标系的坐标转换矩阵。该方法无需标定板，适用于各种复杂现场环境，能在半个小时内完成标定，至少减少50％的时间。

技术领域

本发明涉及视觉检测领域，具体涉及视觉传感器快速标定方法。

背景技术

工业现场，视觉传感器越来越多的被引入到机器人自动化领域。视觉传感器安装在某固定位置，对传感器视场内来料位姿变化的工件进行拍照、解算，指导机器人实现准确抓取等任务。在该场合下，首先需要对视觉传感器进行手眼标定(eye to hand)，即获取视觉传感器坐标系和机器人基座坐标系之间的相对位姿关系。而对于手眼标定，传统的标定方式为：工业机器人末端通过特制夹具固定一块棋盘格标定板，调整机器人位姿使标定板在视觉传感器中变换不同姿态，进而确定视觉传感器和机器人基座之间的位姿关系。现场机器人末端通常安装有末端执行器(抓手、焊枪、胶枪等)，需要根据现场不同末端执行器适配不同夹具安装标定板，该过程耗时较多，严重影响现场生产节拍。因此，工业现场亟需一种简单、实用的相机快速标定方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种视觉传感器快速标定方法，无需标定板，适用于各种复杂现场环境，在半个小时内即可完成标定，至少减少50％的时间。为此，本发明的技术方案如下：

一种视觉传感器快速标定方法，该视觉传感器在使用过程中位置固定；标定过程中使用的特征点为机器人法兰或抓手上的显著点或者外设于机器人法兰或者抓手上的人工标记点；

标定方法包括如下步骤：

1)分别调节机器人至n个位姿，在每个位姿下，利用视觉传感器采集特征点的图像，对应记录特征点的图像坐标(u_i,v_i)；其中i为机器人处于第i组位姿状态，取值范围为区间[1，n]内的自然数，n≥5；b代表机器人基座坐标系；

2)获取机器人在第i组位姿时机器人法兰坐标系到机器人基座坐标系的转换矩阵

利用如下公式建立机器人第i组位姿所对应的特征点的相机成像方程，该相机成像方程组共有n个；

式中：s为比例因子；

(u_i,v_i)表示特征点在相机图像坐标系中的坐标；

M为相机内参矩阵，在相机出厂时标定完成；

^cT_b表示机器人基座坐标系到相机坐标系的坐标转换矩阵，即待求手眼关系；

(x_f,y_f,z_f)表示机器人法兰上固定特征点在法兰坐标系下坐标；

3)将步骤2)中建立的n个相机成像方程组通过非线性最小二乘法进行迭代求解，得到^cT_b。

为了提高测试结果的精度，将视觉检测传感器所采集的图像上特征点的图像坐标绘制在同一张图片上时，n个特征点分散在图片的不同位置。

进一步，n的取值为7、8或9。

进一步，机器人法兰或抓手上的显著点为螺钉、凸起、棱角、孔或凹槽。

进一步，外设于机器人法兰或者抓手上的人工标记点为反光标记点。