[发明专利]一种机器人高精度手眼标定方法

权利要求书

1.一种机器人高精度手眼标定方法，其特征在于，所述的机器人的端部执行机构包括手爪法兰盘和分别与所述的手爪法兰盘固定连接的末端执行器和相机，所述的手眼标定方法包括以下步骤，

1)将端部执行机构整体放置在三坐标测量仪的测量台上；

2)构建三坐标测量仪坐标系T_CMM并将其设定为世界坐标系T_W＝T_CMM；

3)构建相机坐标系并获得相机坐标系与世界坐标系的变换矩阵

4)通过三坐标测量仪，构建末端执行器坐标系T_M，并确定末端执行器坐标系相对于世界坐标系的关系

5)通过三坐标测量仪，构建手爪法兰盘坐标系T_F1，并确定手爪法兰盘坐标系相对于世界坐标系的关系

6)构建机器人法兰盘坐标系T_F2；根据手爪法兰盘的厚度及定位孔形位尺寸，确定机器人法兰盘坐标系相对于手爪法兰盘坐标系的关系

7)计算获得相机坐标系与机器人法兰盘坐标系之间的坐标变换矩阵：获得相机坐标系与末端执行器坐标系之间的坐标变换矩阵：获得手爪法兰盘和末端执行器坐标系之间的变换矩阵获得机器人法兰盘和末端执行器坐标系之间的变换矩阵

2.根据权利要求1所述的一种机器人高精度手眼标定方法，其特征在于，还包括建立所述相机的几何成像模型并对所述相机的内部参数进行标定的步骤。

3.根据权利要求2所述的一种机器人高精度手眼标定方法，其特征在于，所述的相机采用张正友标定法对内部参数矩阵A进行标定。

4.根据权利要求2所述的一种机器人高精度手眼标定方法，其特征在于，采用小孔成像原理建立所述相机的几何成像模型，具体方法为：

设点P在世界坐标系下的坐标为[u v l]^T是该点P在图像坐标系下的坐标，其中，[u₀ v₀]^T是世界坐标系所在平面坐标系的原点，[u v]^T是图像坐标系所在平面坐标系的原点，γ是倾斜因子，Z_C是所述相机的光心到所述图像坐标系的距离，是外部参数矩阵，以此确定所述世界坐标系中的点P转换到图像坐标系的变换关系式为：

5.根据权利要求2所述的一种机器人高精度手眼标定方法，其特征在于，所述的步骤3)具体为：在相机视野内拍摄一组三坐标测量仪的测头的图像，记录测头在三坐标测量仪坐标系下的坐标X，利用图像处理技术提取测头在图像中的坐标x，由经典的张正友标定法获得相机坐标系与世界坐标系的变换矩阵

6.根据权利要求1所述的一种机器人高精度手眼标定方法，其特征在于，所述步骤4)采用所述三坐标测量仪测量所述末端执行器的端面上的点和其柱面上的点，确定所述端面的平面方程和所述柱面的轴线方程，其中，所述柱面与所述端面的交点为所述末端执行器的坐标系的原点，所述端面为所述末端执行器的XOY平面，所述端面的法线为所述末端执行器的Z轴，以此确定所述末端执行器的坐标系为T_M，并确定末端执行器坐标系与世界坐标系的关系：

7.根据权利要求1所述的一种机器人高精度手眼标定方法，其特征在于，所述步骤5)采用所述三坐标测量仪测量所述手爪法兰盘的第一定位孔和第二定位孔，其中，所述第一定位孔的轴线与所述手爪法兰盘的端面的交点为所述手爪法兰盘的坐标系的原点，所述第二定位孔与所述手爪法兰盘的端面的交点为所述手爪法兰盘所在的坐标系中的x轴的正方向上的一点，根据右手定则确定所述手爪法兰盘所在的坐标系的y轴和z轴，以此确定所述手爪法兰盘的坐标系为T_F1，确定手爪法兰盘坐标系相对于世界坐标系的关系：

8.根据权利要求2所述的一种机器人高精度手眼标定方法，其特征在于，所述步骤3)采用标定板对所述相机的内部参数进行标定，其中，所述标定板为16×16黑白相间的棋盘格，采用所述相机对所述标定板的不同位姿拍摄25张图像，用于标定所述相机的内部参数。