[发明专利]一种激光视觉引导的焊接机器人全自动运动自标定方法

权利要求书

1.一种激光视觉引导的焊接机器人全自动运动自标定方法，其特征是，实现标定过程中无需人的参与，自动地进行平移和旋转运动，提高标定自动化、流程化；该标定算法使用工业现场常见的直角三角形标定物，将其放在工作视野内，实现三角形角点的快速定位，并自动匹配；深入分析手眼系统的数学模型，通过至少四次满足要求的自动运动，将内参数矩阵和手眼矩阵旋转部分作为一个整体求解，得到内参数矩阵和手眼矩阵的旋转部分；通过设定的自动运动算法，自动实现两组满足要求的平移运动，求解光平面法向量信息；最后通过给定的三个位姿，得到手眼矩阵平移部分和各特征点的深度值，求解特征点在机器人基坐标系的坐标信息，用于标定激光平面的深度信息；整个算法包括以下几个模块：

内参数和手眼矩阵旋转部分标定模块，将标定物放置在机器人工作区域内，给定机器人一初始位姿T0，自动进行满足要求的四组平移运动，自动匹配特征点，计算FOE点；根据运动信息和FOE点标定内参数K和手眼矩阵旋转部分R；

光平面法向量标定模块，给定机器人位姿T1、T2(T1、T2位姿不同)，自动进行平移运动，采集五幅带光条的图像，计算消隐点，进而得到光平面的法向量(a₁，a₂，a₃)；

手眼矩阵平移部分和光平面深度信息标定模块，给定机器人位姿T3(T3与T1、T2位姿不同)，T1、T2和T3三位姿特征点坐标，结合手眼关系，求解得到手眼矩阵的平移部分t和三个特征点在机器人基坐标系的坐标；取光条上一点，进行手眼关系变换，求解光平面深度信息，可得到光平面的方程；

工件末端修正模块，完成激光视觉引导的焊接机器人系统的标定后，控制焊接工件在固定末端位姿下对标定物的特征点1精确点触，计算出工件末端点在机器人坐标下的坐标值，计算出工件在该位姿下的偏移值。

2.如权利要求1所述特征点的自动匹配，线性无关的平移运动的自动选取具有如下特征：

2.1、特征点的自动匹配中，提取标定物特征点，并依据特征点的距离信息进行自动匹配；

2.2、确定运动方向中，设运动方向为：

为沿机器人末端坐标系方向，方向为满足自动运动流程中条件点的中线方向，每次运动按下式取值：其中取π/6，i为运动次数；运动距离Zb，根据特征点像素坐标的变化与Z0的比例关系确定运动向量距离Zb。

3.如权利要求1所述消隐点的求取，和激光平面法向量的求解具有如下特征：消隐点的求取中，对细化后得到的点采用最小二乘的方法进行线方程拟合，并采用最小二乘优化思想求解消隐点；求解光平面法向量时，根据两相交直线确定一平面，确定光平面法向量(a₁，a₂，a₃)。

4.如权利要求1第三步所述手眼矩阵平移部分的求解和光平面深度信息的标定方法具有如下特征：

4.1、在手眼矩阵平移部分求取中，根据T1，T2，T3位姿提取的特征点坐标信息，结合机器人手眼系统中机器人基坐标系-机器人末端坐标系-相机坐标系-图像坐标系之间的关系，求解得到手眼矩阵平移部分t和各特征点在相机坐标系的深度值；

4.2、上述求解出的X中包含三个特征点在T3位姿下的深度值∈_i，通过∈_i可求解每个特征点在机器人基坐标系的三维坐标(x_wi，y_wi，Z_wi)，其中(i＝1，2，3)；由于三个不在同一直线上的点可确定一个平面，可得三个特征点确定的平面方程a₀x+b₀y+c₀z+1＝0；如图5所示，在光条直线上任取一点将其齐次坐标(u_g，v_g，1)，代入手眼系统关系式中，可得该点在机器人基坐标系含一个未知数∈_g的坐标∈_g(x_wg，y_wg，z_wg)^T，将坐标带入三个特征点确定的平面方程中，可求解∈_g，得到光点在基坐标系的坐标(x_g，y_g，z_g)^T，通过T₃，手眼矩阵Rt01,]]>变换到相机坐标系(x_CP，y_CP，z_CP)^T，将其代入光平面方程，可求解a₄，进而得到光平面的方程。