[发明专利]一种用于工业机器人手眼相机的自动标定装置及标定方法

说明书

本发明公开了一种用于工业机器人手眼相机的自动标定装置，包括激光发生器、标定板和相机；所述激光发生器设置在机器人末端工具上，机器人末端工具安装在工业机器人上；所述标定板放置在工作台面上，标定板上设置有黑白相间的棋盘格；所述相机固定在工作台面上方，且位于标定板的上方。本发明还公开了基于上述自动标定装置的标定方法。本发明将激光发生器固定在机器人末段工具上，然后通过激光与标定板相交，通过相机提取特征点的位置，最终利用激光特征点在标定板中的位置以及在机器人坐标系中的位置，实现对工业机器人与相机相对位置的标定，极大的降低了相机标定的工作量。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体是一种用于工业机器人手眼相机的自动标定装置及标定方法。

背景技术

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。

手眼工业机器人系统主要分为eye-in-hand与eye-to-hand两类系统，其中，在eye-in-hand系统中，相机固定在工业机器人末段，因而，随着机器人的运动，相机可以以不同的方向观察标定板以及工作空间，eye-in-hand系统标定过程也相对较为简单，目前已经有很多成熟的方法可以使用。而对于eye-to-hand系统，由于相机固定，无法仅仅借助标定板以及机器人的运动实现相机与机器人相对位置的标定，其难点在于：1)如何将特征点的位置与机器人的运动关联起来；2)如何高精度的提取标定所需要的特征点的位置；3)如何自动化标定的过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于工业机器人手眼相机的自动标定装置及标定方法，通过在机器人末端工具上增加一个激光发生器，并结合标定板实现工业机器人与相机相对位置标定，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于工业机器人手眼相机的自动标定装置，包括激光发生器、标定板和相机；所述激光发生器设置在机器人末端工具上，机器人末端工具安装在工业机器人上；所述标定板放置在工作台面上，标定板上设置有黑白相间的棋盘格；所述相机固定在工作台面上方，且位于标定板的上方。

作为本发明进一步的方案：所述激光发生器设置在连接件上，连接件安装在工业机器人与末端工具之间。

一种基于所述用于工业机器人手眼相机的自动标定装置的标定方法，步骤如下：

1)利用相机拍摄标定板的图片；

2)计算相机相对于标定板的坐标变换矩阵，即相机外参

3)控制工业机器人动作，使固定在机器人末端工具上的激光发生器发出的激光点与标定板相交于点P；

4)采用相机拍摄标定板及其上激光点的图片，计算点P在标定板坐标系中的位置，点P在标定板坐标系中的坐标记作(u，v，0)，仿射形式记作(u，v，0，1)；

5)根据步骤4)中点P在标定板坐标系中的坐标，计算其在机器人基座坐标系中的位置：

其中为点P在机器人基座坐标系中的位置；为标定板坐标系相对于基座坐标系的坐标变换；为点P在标定板坐标系中的位置；

6)根据点P在激光坐标系中的位置，结合机器人的运动学方程计算点P在机器人基座坐标系中的位置：点P在激光坐标系中位置记作(0，0，l_P)，仿射形式记作(0，0，l_P，0)，其中l_P为投射激光的长度，因而，点P在机器人基座坐标系中的位置为：