[发明专利]工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法及系统

说明书

一种工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法及系统，标定方法包括将球形合作目标平稳固定在工业机器人末端的作业机械手上；工业机器人保持标定位置坐标不变，带动球形合作目标运动至多个标定姿态，立体相机采集球形合作目标的轮廓点云；对各个标定位姿下立体相机采集到的轮廓点云进行识别、分割，计算球形合作目标的球心坐标；结合球形合作目标的球心在法兰坐标系下的坐标与工业机器人的位姿信息，计算出各个标定位姿球形合作目标的球心在工业机器人基坐标系下的坐标；最后计算出工业机器人与立体相机的位姿转换矩阵。本发明操作简单、高效、高精度，无需拆卸机械手，可自动化实现在线校验或标定工业机器人与立体相机位姿坐标转换矩阵。

技术领域

本发明属于智能工业机器人技术领域，具体涉及一种工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法及系统。

背景技术

工业生产领域，将立体相机固定安装，基于立体相机测量数据，引导工业机器人生产作业的场景非常多。立体相机测量获得的是自身坐标系下的测量数据，必须将其高精度地转换为工业机器人末端机械手或其它工艺执行单元需要的工业机器人坐标系下的数据，智能工业机器人在使用前，需要标定工业机器人与立体相机的安装位姿，求解坐标转换矩阵。

行业内目前绝大多数采用的是传统的2D工业相机与工业机器人坐标转换矩阵的标定方法，即将作业机械手拆下，在工业机器人末端安装棋盘格等合作目标，存在的标定步骤多，耗时长，精度低，自动化困难，精度低，无法在使用过程中在线校验或标定面结构光立体相机与工业机器人的坐标转换矩阵。

行业内也有采用立体合作目标进行标定的方案，提前已知立体合作目标与机械臂法兰的结构尺度，同样存在需要将作业机械手拆下，离线标定完成，再进行使用的问题。该种标定方法对立体合作目标的加工要求高，成本高，准备周期长，并且为了准确评价立体合作目标的点云数据质量，标定算法复杂，易出错，在线自动化算法有难度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法及系统，标定过程简单、高效、高精度，无需拆卸机械手，可自动化实现，在智能机器人作业过程中也能在线校验或标定工业机器人与立体相机位姿坐标转换矩阵。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法，包括：

将球形合作目标平稳固定在工业机器人末端的作业机械手上；

控制工业机器人保持标定位置坐标不变，带动球形合作目标运动至多个标定姿态，立体相机采集球形合作目标的轮廓点云；

对各个标定位姿下立体相机采集到的球形合作目标的轮廓点云进行识别、分割，计算球形合作目标的球心坐标；

读取各个标定姿态下工业机器人的位姿信息，计算旋转矩阵；以及读取各个标定位姿下球形合作目标的球心坐标，计算球形合作目标的球心在法兰坐标系下的坐标；

结合球形合作目标的球心在法兰坐标系下的坐标与工业机器人的位姿信息，计算出各个标定位姿球形合作目标的球心在工业机器人基坐标系下的坐标；

根据各个标定位姿球形合作目标的球心在工业机器人基坐标系下的坐标，计算出工业机器人与立体相机的位姿转换矩阵。

作为优选，所述将球形合作目标平稳固定在工业机器人末端的作业机械手上包括：

选择不少于一个球体的球形合作目标进行平稳固定；

各标定位姿下，使不少于一个球体的球形合作目标在立体相机视场范围内。