[发明专利]基于一种新型三维标定块的机器人手眼标定方法与装置

说明书

本发明提出了基于一种新型三维标定块的机器人手眼标定方法与装置，通过调节机器人姿态及三维标定块的摆放姿态，使三维视觉装置能够获取三维标定块上包含有三个关键点的点云，并且探针能准确触及三维标定块上三个关键点位置；确定三个关键点在机器人基坐标系下坐标值；根据所获取的三维标定块上包含有三个关键点的点云确定三个关键点在三维视觉系统坐标系下的坐标值；确定机器人基坐标系下的工件坐标系P_B；确定三维视觉系统坐标系下的工件坐标系P_S；根据P_B、P_S确定三维视觉坐标系到机器人基坐标系下的变换矩阵，利用该变换矩阵实现机器人的手眼标定。本发明能低成本的、便捷的、高精度机器人动态三维视觉系统中进行手眼标定，适用较广。

技术领域

本发明涉及机器人自动化加工系统中视觉引导系统标定、机器人自动装配系统中待装配零件的位置和相关参数检测中的视觉系统标定、加工中心中通过分析传感器数据获取瑕疵后的目标位置信息的转换中的视觉检测系统标定及其他自动化加工(操作)过程中的视觉引导作业等自动化领域的检测系统的手眼标定技术领域，具体涉及基于一种新型三维标定块的机器人手眼标定方法与装置。

背景技术

自动化装备是制造强国的利器，因此必须要向高速化，智能化方向迈进，其一个重要的手段是给机器装上“眼睛”和能够与这颗眼睛配合的“大脑”。这只眼睛可以是单目相机，双目相机，多目相机，三维扫描仪，也可以是RGB-D传感器。通过视觉传感器获取相关数据，可以分析得到的加工信息，这里的加工信息是以视觉传感器的坐标系定义的，这些加工信息在被机器人执行前必须变换到机器人基坐标系下。因此，机器人视觉引导系统的手眼关系的标定非常重要。

目前，眼在手上的视觉系统的手眼标定方法很多，但是对于机器人动态三维视觉系统来说，现有的标定方法要么标定精度较低，要么标定成本较高(需要激光跟踪仪等昂贵的仪器设备)，且不利于快速标定。因此，急需一种低成本的、便捷的、高精度的机器人在动态三维视觉系统中的手眼标定方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出基于一种新型三维标定块的机器人手眼标定方法与装置，能低成本的、便捷的、高精度机器人动态三维视觉系统中进行手眼标定，适用较广。

为实现上述目的，本发明提供的基于一种新型三维标定块的机器人手眼标定方法，包括以下步骤：

步骤1，调节机器人姿态及三维标定块的摆放姿态，使设于机器人末端的三维视觉装置能够获取三维标定块上包含有三个关键点的点云，并且设于机器人末端的探针能准确触及三维标定块上三个关键点位置；其中，所述三维标定块上的三个关键点在高度方向不重合，且对三维标定块进行摆放时三维标定块上三个关键点中的任意两点连线在XY平面上的投影，与机器人基坐标系的任意坐标轴不平行；

步骤2，根据探针对三个关键点的检测，确定三个关键点在机器人基坐标系下坐标值；

步骤3，获取三维标定块上包含有三个关键点的点云，并根据所获取的三维标定块上包含有三个关键点的点云确定三个关键点在三维视觉系统坐标系下的坐标值；

步骤4，根据三个关键点在机器人基坐标系下的坐标值，确定机器人基坐标系下的工件坐标系P_B；

步骤5，根据三个关键点在三维视觉系统坐标系下坐标值，确定三维视觉系统坐标系下的工件坐标系P_S；

步骤6，根据机器人基坐标系下的工件坐标系P_B与三维视觉系统坐标系下的工件坐标系P_S，确定三维视觉坐标系到机器人基坐标系下的变换矩阵，利用该变换矩阵实现机器人的手眼标定。

优选的，所述三维标定块为多面体结构且形状不规则，其俯视图为三角形，前视图和右视图为多边形。

优选的，所述步骤3包括以下子步骤：