一种用于工业机器人手眼相机的自动标定装置及标定方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107256567A(43)申请公布日2017.10.17(21)申请号201710046391.4(22)申请日2017.01.22(71)申请人梅卡曼德（北京）机器人科技有限公司地址100098北京市海淀区大钟寺13号院1号楼地下一层FA110-03(72)发明人丁有爽邵天兰张贶恩(51)Int.Cl.G06T7/80(2017.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称一种用于工业机器人手眼相机的自动标定装置及标定方法(57)摘要本发明公开了一种用于工业机器人手眼相机的自动标定装置，包括激光发生器、标定板和相机；所述激光发生器设置在机器人末端工具上，机器人末端工具安装在工业机器人上；所述标定板放置在工作台面上，标定板上设置有黑白相间的棋盘格；所述相机固定在工作台面上方，且位于标定板的上方。本发明还公开了基于上述自动标定装置的标定方法。本发明将激光发生器固定在机器人末段工具上，然后通过激光与标定板相交，通过相机提取特征点的位置，最终利用激光特征点在标定板中的位置以及在机器人坐标系中的位置，实现对工业机器人与相机相对位置的标定，极大的降低了相机标定的工作量。CN107256567ACN107256567A权利要求书1/2页1.一种用于工业机器人手眼相机的自动标定装置，其特征在于，包括激光发生器(3)、标定板(4)和相机(5)；所述激光发生器(3)设置在机器人末端工具(2)上，机器人末端工具(2)安装在工业机器人(1)上；所述标定板(4)放置在工作台面上，标定板(4)上设置有黑白相间的棋盘格；所述相机(5)固定在工作台面上方，且位于标定板(4)的上方。2.根据权利要求1所述的用于工业机器人手眼相机的自动标定装置，其特征在于，所述激光发生器(3)设置在连接件(6)上，连接件(6)安装在工业机器人(1)与末端工具(2)之间。3.一种基于如权利要求1-2任一所述的用于工业机器人手眼相机的自动标定装置的标定方法，其特征在于，步骤如下：1)利用相机(5)拍摄标定板(4)的图片；2)计算相机(5)相对于标定板(4)的坐标变换矩阵，即相机外参3)控制工业机器人(1)动作，使固定在机器人末端工具(2)上的激光发生器(3)发出的激光点与标定板(4)相交于点P；4)采用相机(5)拍摄标定板(4)及其上激光点的图片，计算点P在标定板坐标系中的位置，点P在标定板坐标系中的坐标记作(u，v，0)，仿射形式记作(u，v，0，1)；5)根据步骤4)中点P在标定板坐标系中的坐标，计算其在机器人基座坐标系中的位置：其中为点P在机器人基座坐标系中的位置；为标定板坐标系相对于基座坐标系的坐标变换；为点P在标定板坐标系中的位置；6)根据点P在激光坐标系中的位置，结合机器人的运动学方程计算点P在机器人基座坐标系中的位置：点P在激光坐标系中位置记作(0，0，lP)，仿射形式记作(0，0，lP，0)，其中lP为投射激光的长度，因而，点P在机器人基座坐标系中的位置为：其中，为机器人末端工具坐标系相对于机器人基座的坐标变换，即机器人正运动学变换；为激光发生器3相对于机器人末端工具坐标系的坐标变换；为点P在激光发生器坐标系中的位置，其中：lP为点P到激光发生器(3)的长度；7)将步骤5)和步骤6)得到的点P在机器人基座坐标系中位置进行等效，得到标定方程：即：8)控制工业机器人(1)动作，任意确定至少6个线性不相关的特征点，然后通过优化方2CN107256567A权利要求书2/2页法对标定方程进行优化求解；9)根据步骤8)获得的求解结果得到最终标定后的系统参数。4.根据权利要求3所述的基于用于工业机器人手眼相机的自动标定装置的标定方法，其特征在于，步骤2)中，计算相机(5)的相机外参的具体步骤如下：A：相机(5)拍摄标定板(4)的图片；B：利用图像处理算法从拍摄的图片中提取特征点；C：计算特征点在标定板坐标系中的坐标(u，v，0，1)，以及特征点在相机坐标系中的坐标(p，q，0，1)；D：利用相机外参标定理论得到一组标定方程；E：利用优化方法计算相机外参。3CN107256567A说明书1/4页一种用于工业机器人手眼相机的自动标定装置及标定方法技术领域[0001]本发明涉及工业机器人技术领域，具体是一种用于工业机器人手眼相机的自动标定装置及标定方法。背景技术[0002]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。[0003]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