一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置及其使用方法.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CN107253190A(43)申请公布日2017.10.17(21)申请号201710048740.6(22)申请日2017.01.23(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.B25J9/16(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置及其使用方法(57)摘要本发明公开了一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置，包括工业机器人、机器人末端工具、连接至工业机器人末端工具的激光发生器、标定板和相机，所述工业机器人与连接件的一侧连接，在连接件的另一侧上安装机器人末端工具，在机器人末端工具的一侧安装激光发生器，所述激光发生器包括红色激光发生器和绿色激光发生器，所述标定板为黑白相间的棋盘格，所述相机固定在工作台上，所述相机为2D相机。本发明有效解决了工业机器人手眼相机标定时需要高精度放置标定板以及安装末端工具的问题，同时，本发明无需将标定板放置在精确位置，仅需将标定板放在机器人工作空间中的任意位置并使得激光与标定板相交即可，极大的降低了相机标定的工作量。CN107253190ACN107253190A权利要求书1/2页1.一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置，其特征在于，包括工业机器人、机器人末端工具、连接至工业机器人末端工具的激光发生器、标定板和相机，所述工业机器人与连接件的一侧连接，在连接件的另一侧上安装机器人末端工具，在机器人末端工具的一侧安装激光发生器，所述激光发生器包括红色激光发生器和绿色激光发生器，所述标定板为黑白相间的棋盘格，所述相机固定在工作台上，所述相机为2D相机。2.根据权利要求1所述的高精度机器人手眼相机自动标定的装置，其特征在于，所述激光发生器与机器人末端工具的相对位置固定。3.一种如权利要求1-2任一所述的高精度机器人手眼相机自动标定的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：利用2D相机拍摄标定板图片，结合2D相机内参，估计相机外参即相对于标定板的坐标变换矩阵步骤二：调整机器人关节角，使得固定在机器人末端上的激光发生器发出的激光与标定板相交于点P1、P2；步骤三：采用2D相机拍摄标定板以及其上激光点的图片，计算点P1、P2在标定板坐标系中的位置；P1在标定板(board)坐标系中的坐标记作(u1，v1，0)，仿射形式记作(u1，v1，0，1)；P2在标定板坐标系中的坐标记作(u2，v2，0)，仿射形式记作(u2，v2，0，1)；步骤四：根据步骤三中激光点P1、P2在标定板坐标系中的位置，计算其在机器人基座坐标系中的位置：其中，分别为激光点P1、P2在机器人基座坐标系(base)中的位置；为标定板坐标系相对于基座坐标系的坐标变换；分别为激光点P1、P2在标定板坐标系(board)中的位置；步骤五：根据激光点P1、P2在激光器坐标系中的位置结合机器人的运动学方程计算激光点P1、P2在机器人基座坐标系中的位置：由于投射激光为一条直线，因而，激光点P1在激光坐标系中位置可以记作(0，0，lP1)，仿射形式记作(0，0，lP1，0)，激光点P2在激光坐标系中位置可以记作(0，0，lP2)，仿射形式记作(0，0，lP2，0)，其中lP1，lP2分别为红绿投射激光的长度；因而，激光点P1、P2在机器人基座坐标系中的位置分别为：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；为激光发生器相对于机器人末端工具坐标系的坐标变换；分别为激光点P1、P2在自身激光发生器坐标系中的位置；其中：2CN107253190A权利要求书2/2页lP为点P1、P2到激光发生器的长度，即激光的距离；步骤六：将步骤四与步骤五得到的激光点P1、P2在机器人基座坐标系中位置进行等效，得到：即步骤七：上述步骤六得到的方程含有18个未知数，确定四个限制条件，因而，需要至少6个特征点便可以计算上述18个参数；如果特征点的个数大于5，则通过优化方法确定上述12个未知数；通过机器人的运动任意大于5个线性无关的特征点，再通过优化方法求取。3CN107253190A说明书1/5页一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置及其使用方法技术领域[0001]本发明涉及工业机器人以及相机标定技术领域，具体是一种高精度机器人手眼相机自动标定的装置及其使用方法。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