[发明专利]基于3D视觉传感器的三自由度并联机器人手眼标定方法有效

专利信息
申请号: 202010741078.4 申请日: 2020-07-29
公开(公告)号: CN111872922B 公开(公告)日: 2021-09-03
发明(设计)人: 潘云;兰智菲;张倩;张英;姜慧灵;潘丰;程麒 申请(专利权)人: 贵州电网有限责任公司
主分类号: B25J9/00 分类号: B25J9/00;B25J9/16
代理公司: 北京高航知识产权代理有限公司 11530 代理人: 刘艳玲
地址: 550002 贵*** 国省代码: 贵州;52
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摘要:
搜索关键词: 基于 视觉 传感器 自由度 并联 机器人 手眼 标定 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于3D视觉传感器的三自由度并联机器人手眼标定方法,属于机器人视觉领域。首先建立三自由度并联机器人视觉系统的数学模型,再控制机器人的执行机构进行两次相互垂直的平移运动,获取机器人工具坐标系的两个平移矢量以及点云坐标系的两个平移矢量,根据这两组平移矢量分别建立基于工具坐标系的规范正交基以及点云坐标系的规范正交基,从而解出两个坐标系转换关系的旋转部分,最后操作执行机构对标定板的标志点进行接触式测量,结合已经求出的旋转部分来求解出平移部分。本发明的手眼标定方法适用于由三自由度并联机器人和3D传感器组成的视觉系统,并具有较高的精度。

技术领域

本发明属于机器人视觉领域,涉及一种基于3D视觉传感器的三自由度并联机器人手眼标定方法。

背景技术

手眼标定是机器人实现视觉定位引导的关键技术环节。针对不同工作模式的机器人和不同类型的视觉传感器,研究恰当可行且具有高精度、良好稳定性的手眼标定方法对机器人视觉系统的发展具有重要意义。

相比常见的六自由度机器人,三自由度并联机器人有更大的工作范围和更高的定位精度,但其执行机构只具有三个相互正交方向上的平移自由度,并不具备旋转自由度。传统的手眼标定方法大都需要操作机器人执行机构对标定物进行多个姿态下的数据采集,这在三自由度并联机器人上是无法实现的。

视觉传感器是机器人的“眼睛”,使机器人可以无接触地采集到待测物体的位置信息,随着视觉技术的发展,3D视觉传感器替代传统的平面相机,被应用到机器人视觉系统中。基于结构光的3D视觉传感器能够快速获取相机视野范围内物体的三维坐标信息,生成实时的点云数据。对点云数据进行分析和处理,从中获取所需的标定信息,是实现基于3D视觉传感器的手眼标定的重要环节。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题,本发明提供了一种基于3D视觉传感器的三自由度并联机器人手眼标定方法。考虑到三自由度并联机器人末端执行机构的可控自由度有限的问题,设计了无需执行机构和传感器的姿态变化便可求出手眼关系唯一解的方法。在此方法的基础上,针对从3D视觉传感器采集的点云数据中获取标定信息的问题,设计了通过二维图像辅助点云定位的方法,并进行了相应的优化。

本发明的技术方案:

一种基于3D视觉传感器的三自由度并联机器人手眼标定方法,包括以下过程:

1)建立三自由度并联机器人视觉系统的坐标转换数学模型:

其中,XCam=[xC yC zC 1]T表示待测物体在3D视觉传感器的点云坐标系下的齐次坐标,xC、yC、zC分别表示待测物体在点云坐标系的X轴、Y轴、Z轴方向上的坐标;XTool=[xT yTzT 1]T表示待测物体在机器人的工具坐标系下的齐次坐标,xT、yT、zT分别表示待测物体在工具坐标系的X轴、Y轴、Z轴方向上的坐标;XBase=[xB yB zB 1]T表示待测物体在机器人的基坐标系下的齐次坐标,xB、yB、zB分别表示待测物体在机器人的基坐标系的X轴、Y轴、Z轴方向上的坐标;矩阵表示基坐标系到工具坐标系的转换关系,的求取方法为:

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