[发明专利]一种用于线结构光传感器的手眼标定系统及标定方法

说明书

本发明公开了一种用于线结构光传感器的手眼标定系统及标定方法，涉及视觉标定技术领域，本发明的装置包括机器人、线结构光传感器、末端工具和锥形标靶。本发明的方法包括以下步骤：S1、移动机器人使末端工具的尖端与锥形标靶的锥尖对准，记录末端工具尖端的空间坐标；S2、移动机器人，测量并记录线结构光传感器测量锥尖位置的坐标，记录当锥尖位于线结构光的光平面上时，末端工具尖端的空间坐标；S3、移动机器人，重复执行步骤S2，在线结构光传感器测量范围内采集至少4组标定点坐标数据；S4、利用多组标定点坐标数据，建立标定点坐标约束的最小二乘方程，计算出手眼标定变换矩阵。本发明的标定系统简单易得，本发明的方法精度高、效率高。

技术领域

本发明涉及视觉标定技术领域，特别是涉及一种用于线结构光传感器的手眼标定系统及标定方法。

背景技术

近年来随着自动化技术的应用和发展，3D传感器在自动化制造业中的应用越来越广泛。线结构光传感器(如激光轮廓仪，焊缝跟踪传感器，激光扫描仪)作为一种3D视觉传感器，可以用于测量物体的轮廓形状、尺寸、坐标位置等。因此作为机器人的眼睛，线结构光传感器常被安装于机器人末端或安装于产线上相对机器人底座固定的位置，构成智能制造机器人系统。同其它机器视觉系统一样，线结构光传感器和机器人之间要实现坐标转换，需要进行手眼标定，以便将线结构光传感器测量的本地坐标数据转换为机器人本底坐标系统或机器人末端工具坐标系下的坐标数据。

现有适用于线结构光传感器与机器人之间的手眼标定的方法，包括如下几类：

先手动测量末端工具尖端与线结构光传感器外壳上某点之间的位置关系，再间接标定机器人和线结构光传感器之间的坐标转换关系。此种手眼标定方法效率低下，人为测量误差大，适用于对于精度要求不高的应用，如机器人抓取，机器人码垛等。

通过求解机器人在几何约束下的位姿关系进行标定，如通过扫描固定球的轮廓，分别测量出球心坐标在线结构光传感器和机器人末端工具坐标系下的坐标，再计算坐标转换关系。但这种方法操作和计算都很复杂，专业性程度要求较高，执行效率低。

通过标定板，探针，三坐标仪等末端工具进行标定。这种标定方法效率低，末端工具成本较高，流程复杂，不适合工况恶劣的作业环境。

采用“定点变位姿手眼标定法”，即要求线结构光传感器在机器人变换多个位姿的情况下，精确测量同一点的坐标，在通过最小二乘法计算出手眼坐标转换关系。该方法的不足之处是很难控制线结构光精确扫描到同一固定点。该方案的另一种改进设计是在标靶上设计线、面结构，通过计算线结构光扫描过线，面特殊结构而计算出线结构光与标靶上特殊设计的线、面的交点，来提高线结构光扫描同一固定点的精度和稳定性，以期提高手眼标定精度。但此类方法仍存在定点定位精度低，且末端工具尖端难以对准该定点，标定过程耗时耗力的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于线结构光传感器的手眼标定系统及标定方法，本发明的标定系统使用简单易获取的锥形标靶，在标定时既方便末端工具尖端对准标靶尖端，同时又保证了较高的对准精度，本发明的标定方法根据线结构光在锥形标靶尖端处形成的张角在尖锥中心处取得极值的特性，使得本发明方法的手眼标定精度理论上可以达到机器人运动定位精度和传感器自身测量精度的极限，从而极大地提高了手眼标定精度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种用于线结构光传感器的手眼标定系统，包括机器人、线结构光传感器、末端工具和锥形标靶，所述末端工具设置在机器人的动作部的末端，作为执行具体工作的工具。

本发明的标定系统使用简单易获取的锥形标靶，在标定时既方便末端工具尖端对准标靶尖端，同时又保证了较高的对准精度。

优选的，所述锥形标靶形状为圆锥体。

优选的，所述圆锥体的锥角为30°-80°。