本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種實(shí)現(xiàn)手眼關(guān)系標(biāo)定和雙機(jī)器人關(guān)系同時(shí)標(biāo)定的方法。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)器人的普及應(yīng)用和工作環(huán)境的復(fù)雜性增加，越來越多的場合采用雙機(jī)器人協(xié)調(diào)工作的模式，如雙機(jī)器人噴涂、雙機(jī)器人焊接、雙機(jī)器人協(xié)調(diào)打磨和噴釉等。由于工裝夾具精度的限制，以及工件本身尺寸和位置的不一致性，傳統(tǒng)的示教再現(xiàn)型機(jī)器人已不能滿足當(dāng)下復(fù)雜狀況的工作要求，機(jī)器人配置視覺傳感器成為了一種必然選擇，通過視覺傳感器檢測出工件的位置變化，并指導(dǎo)機(jī)器人對(duì)示教的軌跡進(jìn)行自動(dòng)修正，以提高機(jī)器人的工作效率和質(zhì)量。

雙機(jī)器人配置視覺傳感器的工作模式涉及兩方面的標(biāo)定，一是視覺傳感器與機(jī)器人末端工具的轉(zhuǎn)換關(guān)系標(biāo)定，即手眼關(guān)系的標(biāo)定；二是兩個(gè)機(jī)器人之間的標(biāo)定。傳統(tǒng)的手眼關(guān)系標(biāo)定方法一般通過機(jī)器人的多次平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)得到，計(jì)算較為復(fù)雜，精度較差，不適合工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用，并且傳統(tǒng)標(biāo)定方法不能同時(shí)標(biāo)定兩個(gè)機(jī)器人之間的關(guān)系。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)缺陷，迫切需要研制一適合簡便易用并且高效的能同時(shí)標(biāo)定手眼關(guān)系和雙機(jī)器人關(guān)系的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可供現(xiàn)場應(yīng)用，并且簡便高效的能同時(shí)標(biāo)定手眼關(guān)系和雙機(jī)器人關(guān)系的方法。通過手眼關(guān)系的標(biāo)定以及雙機(jī)器人關(guān)系的標(biāo)定，為后續(xù)高精度的視覺伺服控制打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：在雙機(jī)器人的末端安裝視覺傳感器，在視覺傳感器的附近安裝尖狀標(biāo)定物，并且在雙機(jī)器人的中間放置棋盤格標(biāo)定板。通過雙機(jī)器人各自把持尖狀標(biāo)定物對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定板的三個(gè)特征角點(diǎn)，并結(jié)合攝像機(jī)的外參數(shù)矩陣，即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)手眼關(guān)系標(biāo)定以及雙機(jī)器人關(guān)系的標(biāo)定。其具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

S1：對(duì)攝像機(jī)2-a進(jìn)行內(nèi)參數(shù)標(biāo)定；

S2：對(duì)攝像機(jī)2-a進(jìn)行外參數(shù)標(biāo)定，記錄此時(shí)攝像機(jī)2-a的外參數(shù)矩陣為^wT_c1，工具坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣為^rT_t1；

S3：機(jī)器人1-a把持尖狀標(biāo)定物依次對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定板4的三個(gè)特征角點(diǎn)O、P₁和P₂；

S4：由三個(gè)特征角點(diǎn)O、P₁和P₂建立坐標(biāo)系，得到世界坐標(biāo)系到工具坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系^rT_w1；

S5：由轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_w1和^wT_c1可以得到攝像機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_c1；

S6：由轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_t1和^rT_c1可以得到左機(jī)器人中的攝像機(jī)坐標(biāo)系到工具坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^tT_c1，即左機(jī)器人的手眼關(guān)系矩陣；

S7：重復(fù)上述步驟S1-S6，可以得到右機(jī)器人中的攝像機(jī)坐標(biāo)系到工具坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^tT_c2，即右機(jī)器人的手眼關(guān)系矩陣；

S8：由左機(jī)器人的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_w1和右機(jī)器人的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_w2可以得到左右機(jī)器人之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^r1T_r2。

進(jìn)一步地，步驟S1和S2中的攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定采用公知的基于棋盤格的標(biāo)定方法。

進(jìn)一步地，標(biāo)定板上三個(gè)特征角點(diǎn)O、P₁和P₂分別與標(biāo)定攝像機(jī)外參數(shù)時(shí)的世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)、X軸和Y軸一致。

進(jìn)一步地，由標(biāo)定板上三個(gè)特征角點(diǎn)O、P₁和P₂建立坐標(biāo)系的步驟為：

S41：選定特征角點(diǎn)O為坐標(biāo)系的原點(diǎn)；

S42：特征角點(diǎn)O和P₁形成的向量作為X軸，X軸向量可計(jì)算為

S43：Z軸向量由O和P₁形成的向量以及O和P₂形成的向量通過叉乘得到，計(jì)算為

S44：Y軸向量通過X向量和Z向量叉乘得到，計(jì)算為y＝x×z。

進(jìn)一步地，攝像機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_c1的計(jì)算方法為：^rT_c1＝^rT_w1*^wT_c1；

進(jìn)一步地，左機(jī)器人的手眼關(guān)系矩陣^tT_c1的計(jì)算方法為：^tT_c1＝inv(^rT_t1)*^rT_c1，其中inv(*)是矩陣的求逆運(yùn)算符；

進(jìn)一步地，右機(jī)器人的手眼關(guān)系矩陣^tT_c2的計(jì)算方法為：^tT_c2＝inv(^rT_t2)*^rT_c2；

進(jìn)一步地，左右機(jī)器人之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^r1T_r2的計(jì)算方法為：^r1T_r2＝^rT_w1*inv(^rT_w2)；

本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)手眼關(guān)系和雙機(jī)器人關(guān)系同時(shí)標(biāo)定的方法通過結(jié)合攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)以及機(jī)器人末端的三點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)手眼關(guān)系和雙機(jī)器人關(guān)系的同時(shí)標(biāo)定，方法簡便易用，標(biāo)定精度高，尤其適合工業(yè)現(xiàn)場工人專業(yè)知識(shí)欠缺，并且要求快速標(biāo)定的場合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的手眼關(guān)系和雙機(jī)器人關(guān)系同時(shí)標(biāo)定的原理圖。

其中，1-a/1-b：工業(yè)機(jī)器人，2-a/2-b：視覺傳感器，3-a/3-b：尖狀標(biāo)定物，4：棋盤格標(biāo)定板。

圖2為本發(fā)明的世界坐標(biāo)系和三個(gè)特征角點(diǎn)的定義圖。

其中，OX：世界坐標(biāo)系的X軸，OY：世界坐標(biāo)系的Y軸，O：第一個(gè)特征角點(diǎn)，P₁：第二個(gè)特征角點(diǎn)，P₂：第三個(gè)特征角點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，實(shí)施例的內(nèi)容不作為對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制。

圖1示出了本發(fā)明的手眼關(guān)系和雙機(jī)器人關(guān)系同時(shí)標(biāo)定的原理結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，工業(yè)機(jī)器人1-a和1-b呈左右并排放置，攝像機(jī)2-a和2-b分別安裝于機(jī)器人的末端，尖狀標(biāo)定物3-a和3-b分別安裝于機(jī)器人的末端，尖狀標(biāo)定物與攝像機(jī)的朝向保持一致，并且尖狀標(biāo)定物的頂端距離攝像機(jī)的距離為200mm。在雙機(jī)器人的中間放置棋盤格標(biāo)定板。同時(shí)實(shí)現(xiàn)手眼關(guān)系和雙機(jī)器人關(guān)系標(biāo)定的方法具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

S1：對(duì)攝像機(jī)2-a進(jìn)行內(nèi)參數(shù)標(biāo)定；

S2：對(duì)攝像機(jī)2-a進(jìn)行外參數(shù)標(biāo)定，記錄此時(shí)攝像機(jī)2-a的外參數(shù)矩陣為^wT_c1，工具坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣為^rT_t1；

S3：機(jī)器人1-a把持尖狀標(biāo)定物依次對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定板4的三個(gè)特征角點(diǎn)O、P₁和P₂；

S4：由三個(gè)特征角點(diǎn)O、P₁和P₂建立坐標(biāo)系，得到世界坐標(biāo)系到工具坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系^rT_w1；

S5：由轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_w1和^wT_c1可以得到攝像機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_c1；

S6：由轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_t1和^rT_c1可以得到左機(jī)器人中的攝像機(jī)坐標(biāo)系到工具坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^tT_c1，即左機(jī)器人的手眼關(guān)系矩陣；

S7：重復(fù)上述步驟S1-S6，可以得到右機(jī)器人中的攝像機(jī)坐標(biāo)系到工具坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^tT_c2，即右機(jī)器人的手眼關(guān)系矩陣；

S8：由左機(jī)器人的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_w1和右機(jī)器人的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_w2可以得到左右機(jī)器人之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^r1T_r2。

進(jìn)一步地，步驟S1和S2中的攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定采用公知的基于棋盤格的標(biāo)定方法。

進(jìn)一步地，標(biāo)定板上三個(gè)特征角點(diǎn)O、P₁和P₂分別與標(biāo)定攝像機(jī)外參數(shù)時(shí)的世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)、X軸和Y軸一致。

進(jìn)一步地，由標(biāo)定板上三個(gè)特征角點(diǎn)O、P₁和P₂建立坐標(biāo)系的步驟為：

S41：選定特征角點(diǎn)O為坐標(biāo)系的原點(diǎn)；

S42：特征角點(diǎn)O和P₁形成的向量作為X軸，X軸向量可計(jì)算為

S43：Z軸向量由O和P₁形成的向量以及O和P₂形成的向量通過叉乘得到，計(jì)算為

S44：Y軸向量通過X向量和Z向量叉乘得到，計(jì)算為y＝x×z。

進(jìn)一步地，攝像機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^rT_c1的計(jì)算方法為：^rT_c1＝^rT_w1*^wT_c1；

進(jìn)一步地，左機(jī)器人的手眼關(guān)系矩陣^tT_c1的計(jì)算方法為：^tT_c1＝inv(^rT_t1)*^rT_c1，其中inv(*)是矩陣的求逆運(yùn)算符；

進(jìn)一步地，右機(jī)器人的手眼關(guān)系矩陣^tT_c2的計(jì)算方法為：^tT_c2＝inv(^rT_t2)*^rT_c2；

進(jìn)一步地，左右機(jī)器人之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣^r1T_r2的計(jì)算方法為：^r1T_r2＝^rT_w1*inv(^rT_w2)；

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。