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激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法及系統(tǒng)，所述方法包括：接收激光器數(shù)據(jù)，獲取初始位置下，靶球的圓弧半徑R0；以及機(jī)器人分別沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步長(zhǎng)后靶球的圓弧半徑Rx，Ry，Rz；根據(jù)上述圓弧半徑確認(rèn)本次搜索方向；以及確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間；采用區(qū)間消去法逐漸減小搜索區(qū)間；在所述搜索區(qū)間內(nèi)，判斷當(dāng)前圓弧半徑R是否滿足如下關(guān)系：，若是，對(duì)應(yīng)獲取圓弧半徑為R的圓弧圓心坐標(biāo)，以及機(jī)器人的位置姿態(tài)信息；并將其形成一個(gè)共軛對(duì)，求取多個(gè)共軛對(duì)，并根據(jù)其求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定。本發(fā)明使手眼標(biāo)定結(jié)果更加準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，同時(shí)，該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量。
【專利說明】激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法及系統(tǒng)，主要應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]激光測(cè)量機(jī)器人是指工業(yè)機(jī)器人搭載成品化的激光器組成的機(jī)器人視覺測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于工業(yè)零部件的形位尺寸檢測(cè)。目前，最常見的機(jī)器人視覺測(cè)量系統(tǒng)的組成方式是六自由度工業(yè)機(jī)器人搭載2D激光器，其中2D激光器輸出的數(shù)據(jù)是光平面上的被測(cè)物體的二維數(shù)據(jù)，2D激光器有廠家內(nèi)置的坐標(biāo)系。當(dāng)2D激光器固定到工業(yè)機(jī)器人末端手臂上之后，不考慮環(huán)境因素影響的話，激光器坐標(biāo)系與工業(yè)機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系的相對(duì)變換矩陣就唯一確定，且激光器拆卸再安裝前不會(huì)改變。
[0003]手眼標(biāo)定，即2D激光器坐標(biāo)系與工業(yè)機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系的相對(duì)變換矩陣的確定，往往通過一個(gè)半徑已知的高精度靶球，理想情況下機(jī)器人以不同的位置姿態(tài)使激光器恰好輸出祀球球心所在的最大圓弧，通過圓擬合可求出最大圓弧的圓心，即球心，此時(shí)機(jī)器人位置姿態(tài)信息與靶球球心坐標(biāo)即組成一個(gè)共軛對(duì)，然后建立多個(gè)共軛對(duì)，并以球心相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系位置不變作為約束，即可求解激光器坐標(biāo)系與工業(yè)機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系的相對(duì)變換矩陣。
[0004]而實(shí)際標(biāo)定中很難人為控制機(jī)器人使激光器恰好能輸出靶球球心所在的最大圓弧，目前做法通常是輸出靶球某一圓弧，該圓弧半徑與靶球半徑、該圓弧圓心與靶球球心距離構(gòu)成直角三角形，通過計(jì)算該圓弧圓心與靶球球心距離得到靶球球心的坐標(biāo)。然而，該方法不能準(zhǔn)確建立機(jī)器人位置姿態(tài)信息與靶球球心坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，現(xiàn)有方法建立的對(duì)應(yīng)關(guān)系并不是機(jī)器人位置姿態(tài)信息與靶球球心坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系的真實(shí)反映，進(jìn)一步的，導(dǎo)致手眼標(biāo)定結(jié)果不夠精準(zhǔn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法及系統(tǒng)；該方法及系統(tǒng)可以控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)使激光器恰好輸出靶球球心所在的最大圓弧，進(jìn)而準(zhǔn)確建立機(jī)器人真實(shí)位置姿態(tài)與靶球球心坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使手眼標(biāo)定結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0006]相應(yīng)的，本發(fā)明一實(shí)施方式的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法，所述方法包括以下步驟:
51、將激光投射到靶球表面形成激光數(shù)據(jù)；
52、接收所述激光器數(shù)據(jù)，獲取初始位置下，所述靶球的圓弧半徑RO；
53、基于機(jī)器人的基坐標(biāo)系，以上述初始位置為基點(diǎn)，所述機(jī)器人分別沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步長(zhǎng)后，分別獲取并記錄X方向、Y方向、Z方向?qū)?yīng)的靶球的圓弧半徑Rx, Ry, Rz ； 54、將Rx，Ry,Rz分別與RO進(jìn)行大小比較，根據(jù)其比較結(jié)果，確認(rèn)本次搜索方向，并沿著當(dāng)前搜索方向，確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間；
55、采用區(qū)間消去法逐漸減小搜索區(qū)間；
56、在所述搜索區(qū)間內(nèi)，判斷當(dāng)前圓弧半徑R是否滿足如下關(guān)系:
M ，其中，r為靶球半徑，R為實(shí)時(shí)獲取的圓弧半徑，ε為系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值；
T
若是，獲取當(dāng)前狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)圓弧半徑為R的圓弧圓心坐標(biāo)，以及機(jī)器人的位置姿態(tài)信息；記錄機(jī)器人的位置姿態(tài)信息和所獲取的圓弧圓心坐標(biāo)，并將其形成一個(gè)共軛對(duì)；
若否，返回步驟S5 ；
57、根據(jù)所述共軛對(duì)信息，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述方法還包括以下步驟:接收激光投射到靶球表面的圓弧離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過圓擬合計(jì)算所述圓弧半徑R0、Rx，Ry, Rz。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S4具體包括:將圓弧半徑Rx，Ry, Rz分別與RO進(jìn)行比較,選擇圓弧半徑變化最大的坐標(biāo)軸方向作為本次搜索方向。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S4具體包括:沿著當(dāng)前搜索方向，通過外推法確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間，所述搜索區(qū)間按照?qǐng)A弧半徑小-大-小的位置關(guān)系確定。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S7具體包括:調(diào)整機(jī)器人到不同的位置姿態(tài)，重復(fù)步驟SI至S6，得到N個(gè)所述共軛對(duì)；
判斷N是否大于第二系統(tǒng)閾值；
若是，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定；
若否，回到步驟SI。
[0011]相應(yīng)地，本發(fā)明一實(shí)施方式的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:激光發(fā)射單元，所述激光發(fā)射單元用于將激光投射到靶球表面形成激光數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元用于接收所述激光器數(shù)據(jù)，獲取初始位置下，所述靶球的圓弧半徑RO ；
基于機(jī)器人的基坐標(biāo)系，以上述初始位置為基點(diǎn)，控制所述機(jī)器人分別沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步長(zhǎng)后，分別獲取并記錄X方向、Y方向、Z方向?qū)?yīng)的靶球的圓弧半徑Rx, Ry, Rz ；
將Rx，Ry, Rz分別與RO進(jìn)行大小比較，根據(jù)其比較結(jié)果，確認(rèn)本次搜索方向，并沿著當(dāng)前搜索方向，確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間；
采用區(qū)間消去法逐漸減小搜索區(qū)間；
在所述搜索區(qū)間內(nèi)，判斷當(dāng)前圓弧半徑R是否滿足如下關(guān)系:
，其中，r為靶球半徑，R為實(shí)時(shí)獲取的圓弧半徑，ε為系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值；
T
若是，獲取當(dāng)前狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)圓弧半徑為R的圓弧圓心坐標(biāo)，以及機(jī)器人的位置姿態(tài)信息；記錄機(jī)器人的位置姿態(tài)信息和所獲取的圓弧圓心坐標(biāo)，并將其形成一個(gè)共軛對(duì)；
若否，繼續(xù)沿著當(dāng)前搜索方向，采用區(qū)間消去法逐漸減小搜索區(qū)間； 根據(jù)所述共軛對(duì)信息，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述數(shù)據(jù)處理單元還用于，接收激光投射到靶球表面的圓弧離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過圓擬合計(jì)算所述圓弧半徑R0、Rx，Ry, Rz。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述數(shù)據(jù)處理單元還用于，將圓弧半徑Rx，Ry, Rz分別與RO進(jìn)行比較,選擇圓弧半徑變化最大的坐標(biāo)軸方向作為本次搜索方向。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述數(shù)據(jù)處理單元還用于，沿著當(dāng)前搜索方向，通過外推法確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間，所述搜索區(qū)間按照?qǐng)A弧半徑小-大-小的位置關(guān)系確定。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述數(shù)據(jù)處理單元還用于，調(diào)整機(jī)器人到不同的位置姿態(tài)，重復(fù)獲得N個(gè)所述共軛對(duì)；
判斷N是否大于第二系統(tǒng)閾值；
若是，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定；
若否，繼續(xù)調(diào)整機(jī)器人到不同的位置姿態(tài)，重復(fù)獲得下一個(gè)所述共軛對(duì)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法及系統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)可以控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)使激光器恰好輸出祀球球心所在的最大圓弧，進(jìn)而準(zhǔn)確建立機(jī)器人真實(shí)位置姿態(tài)與靶球球心坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使手眼標(biāo)定結(jié)果更加準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，同時(shí)，該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式中激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法的流程圖；
圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式中確定圓弧半徑搜索區(qū)間過程示意圖；
圖3是本發(fā)明一實(shí)施方式中激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下將結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0019]如圖1所示，在本發(fā)明一實(shí)施方式中激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法，所述方法包括以下步驟:
S1、將激光投射到靶球表面形成激光數(shù)據(jù)。
[0020]相應(yīng)的，借助人工，手動(dòng)調(diào)整機(jī)器人的位置，進(jìn)而使機(jī)器人帶動(dòng)激光器運(yùn)動(dòng)將激光投射在靶球上。
[0021]優(yōu)選的，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述機(jī)器人為6自由度機(jī)器人，所述激光器為2D激光器。
[0022]優(yōu)選的，激光投射到靶球上的位置沒有具體限定，然而，由于本發(fā)明最終所要獲取的結(jié)果與通過該圓心坐標(biāo)的最大圓弧相關(guān)，相應(yīng)的，為了縮短優(yōu)化過程，以及提高收斂度，故，激光第一次投射到靶球上的位置，應(yīng)盡可能的靠近通過所述靶球圓心坐標(biāo)的最大圓弧處。
[0023]S2、接收所述激光器數(shù)據(jù)，獲取初始位置下，所述靶球的圓弧半徑R0。
[0024]具體的，接收激光投射到靶球表面的圓弧離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過圓擬合計(jì)算所述圓弧半徑R0，并記錄所述圓弧半徑RO的數(shù)值。
[0025]所述初始位置為激光初次投射到靶球表面的位置。
[0026]S3、基于機(jī)器人的基坐標(biāo)系，以上述初始位置為基點(diǎn)，所述機(jī)器人分別沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步長(zhǎng)后，分別獲取并記錄X方向、Y方向、Z方向?qū)?yīng)的靶球的圓弧半徑 Rx, Ry, Rz。
[0027]具體的，沿著機(jī)器人基坐標(biāo)系的X方向、Y方向、Z方向，分別平移數(shù)值相等的微小步長(zhǎng)，并記錄平移微小步長(zhǎng)后，X方向、Y方向、Z方向上分別對(duì)應(yīng)的靶球圓弧半徑Rx，Ry，Rz。
[0028]進(jìn)一步的，機(jī)器人每次沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步長(zhǎng)，獲取圓弧半徑Rx，Ry, Rz后，所述機(jī)器人均退回到初始位置；以優(yōu)化計(jì)算過程，縮短計(jì)算時(shí)間。
[0029]相應(yīng)的，按照獲取RO的數(shù)值的方法，接收激光投射到靶球表面的圓弧離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過圓擬合計(jì)算所述圓弧半徑Rx，Ry7 Rz,并記錄所述圓弧半徑Rx, Ry, Rz的數(shù)值。
[0030]S4、將Rx，Ry，Rz分別RO的進(jìn)行大小比較，根據(jù)其比較結(jié)果，確認(rèn)本次搜索方向，并沿著當(dāng)前搜索方向，確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間。
[0031 ] 具體的，將圓弧半徑Rx，Ry, Rz分別與RO進(jìn)行比較，選擇圓弧半徑變化最大的坐標(biāo)軸方向作為本次搜索方向。
[0032]相應(yīng)的，將Rx與RO的差值的絕對(duì)值、將Ry與RO的差值的絕對(duì)值、將Rz與RO的差值的絕對(duì)值進(jìn)行大小比較，選擇相較于RO變化最大的圓弧半徑所在方向?yàn)楸敬嗡阉鞣较颉?br> [0033]進(jìn)一步，判斷本次搜索方向上的圓弧半徑是否大于初始位置的圓弧半徑；若是，沿著與機(jī)器人前次平移方向的同一方向確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間；若否，沿著與機(jī)器人前次平移方向的相反方向確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間。
[0034]為了更清楚的描述本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將列舉一具體實(shí)施例描述步驟S4，需要說明的是，本具體實(shí)施例并不能用來限制本發(fā)明，在此不做詳細(xì)贅述。
[0035]具體的，在將Rx，Ry，Rz分別RO的進(jìn)行大小比較后，假設(shè)，確認(rèn)Rx與RO的差值絕對(duì)值最大，此時(shí)，確認(rèn)當(dāng)如的搜索方向?yàn)?，相?duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的X方向；進(jìn)一步，判斷Rx是否大于R0,若是,確認(rèn)搜索方向與獲取Rx時(shí)的平移方向相同，若否，確認(rèn)搜索方向與獲取Rx時(shí)的平移方向相反。
[0036]具體的，沿著當(dāng)前搜索方向，通過外推法確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間，所述搜索區(qū)間按照?qǐng)A弧半徑小-大-小的位置關(guān)系確定。
[0037]為了更清楚的描述本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將列舉一具體實(shí)施例描述步驟S5，需要說明的是，本具體實(shí)施例并不能用來限制本發(fā)明，在此不做詳細(xì)贅述。
[0038]結(jié)合圖2所示，沿著當(dāng)前搜索方向，假設(shè)獲得第一個(gè)位置下激光器輸出的圓弧半徑為^，第二個(gè)位置下圓弧半徑為r2，第三個(gè)位置下圓弧半徑為r3，則上述圓弧半徑滿足如下關(guān)系< r2 > r3，此時(shí)，確定靶球球心所在的圓弧在巧所在位置和1*3所在位置之間。上述搜索過程即為所述搜索區(qū)間按照?qǐng)A弧半徑小-大-小的位置關(guān)系確定。需要說明的是，圖2中箭頭所示方向?yàn)楫?dāng)前搜索方向，該箭頭指示方向僅僅是示意性的標(biāo)識(shí),在實(shí)際應(yīng)用中，所述搜索方向根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定，在此不做詳細(xì)贅述。
[0039]S5、采用區(qū)間消去法逐漸減小搜索區(qū)間。
[0040]相應(yīng)的，采用區(qū)間消去規(guī)則減小搜索區(qū)間；即在上一次的搜索方向上及搜索區(qū)間內(nèi)，使機(jī)器人往復(fù)運(yùn)動(dòng)，減小搜索區(qū)間。
[0041]S6、在所述搜索區(qū)間內(nèi)，判斷當(dāng)前圓弧半徑R是否滿足如下關(guān)系:，其





r
中，r為靶球半徑，R為實(shí)時(shí)獲取的圓弧半徑，ε為系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值；
若是，獲取當(dāng)前狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)圓弧半徑為R的圓弧圓心坐標(biāo)，以及機(jī)器人的位置姿態(tài)信息；并記錄機(jī)器人的位置姿態(tài)信息和所獲取的圓弧圓心坐標(biāo)，將其形成一個(gè)共軛對(duì)；以供后續(xù)計(jì)算使用。
[0042]若否，返回步驟S5;
相應(yīng)的，ε的取值范圍并沒有具體限定，其取值標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)需要，具體設(shè)定，可以理解的是，ε取值越小，其計(jì)算結(jié)果更加精準(zhǔn)，在此不做詳細(xì)贅述。
[0043]相應(yīng)的，所述機(jī)器人的位置姿態(tài)信息也被稱為:所述機(jī)器人各關(guān)節(jié)的碼盤數(shù)，或所述機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系相對(duì)于基坐標(biāo)系的變換關(guān)系。
[0044]S7、根據(jù)所述共軛對(duì)信息，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定。
[0045]相應(yīng)的，在所述機(jī)器人形成當(dāng)前共軛對(duì)的最終姿態(tài)的基礎(chǔ)上，人工控制機(jī)器人至下一個(gè)位置姿態(tài)，或機(jī)器人自動(dòng)調(diào)整至下一個(gè)位置姿態(tài)，重復(fù)步驟SI至步驟S6的過程，并在不同的位置姿態(tài)上，形成后續(xù)所需要的多個(gè)共軛對(duì)，同時(shí)，對(duì)獲取的多個(gè)共軛對(duì)進(jìn)行保存。
[0046]具體的，控制機(jī)器人至不同的位置姿態(tài)后，重復(fù)步驟SI至S6，得到N個(gè)所述共軛對(duì)；
判斷N是否大于第二系統(tǒng)閾值；
若是，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定；若否，控制機(jī)器人在形成前一個(gè)共軛對(duì)的最終位置姿態(tài)基礎(chǔ)上，控制機(jī)器人至下一個(gè)位置姿態(tài)，并重新開始進(jìn)行步驟SI。
[0047]具體的，根據(jù)N個(gè)共軛對(duì)，計(jì)算出2D激光器坐標(biāo)系與機(jī)器人位置姿態(tài)信息相對(duì)變換矩陣，完成手眼標(biāo)定。
[0048]需要說明的是，所述第二系統(tǒng)閾值的數(shù)值沒有具體限定，一般情況下，所述第二系統(tǒng)閾值的數(shù)值越大，最終所要獲取的結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0049]相應(yīng)的，所述位置姿態(tài)的確定，盡可能的在不同的方向使激光投射到靶球上，進(jìn)而計(jì)算出對(duì)應(yīng)靶球各個(gè)方向上對(duì)應(yīng)的多個(gè)所述共軛對(duì)的信息。
[0050]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法，該方法及系統(tǒng)可以控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)使激光器恰好輸出靶球球心所在的最大圓弧，進(jìn)而準(zhǔn)確建立機(jī)器人真實(shí)位置姿態(tài)與靶球球心坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使手眼標(biāo)定結(jié)果更加準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，同時(shí)，該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量。
[0051]相應(yīng)的，結(jié)合圖3所示，圖3是本發(fā)明一實(shí)施方式中激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052]相應(yīng)的，所述系統(tǒng)包括:激光發(fā)射單元100，數(shù)據(jù)處理單元200。
[0053]激光發(fā)射單元100，激光發(fā)射單元100用于將激光投射到靶球表面形成激光數(shù)據(jù)； 相應(yīng)的，借助人工，手動(dòng)調(diào)整機(jī)器人的位置，進(jìn)而使機(jī)器人帶動(dòng)激光器運(yùn)動(dòng)，激光發(fā)射單元100將激光投射在靶球上。
[0054]優(yōu)選的，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述機(jī)器人為6自由度機(jī)器人，所述激光器為2D激光器。
[0055]優(yōu)選的，激光發(fā)射單元100將激光投射到靶球上的位置沒有具體限定，然而，由于本發(fā)明最終所要獲取的結(jié)果與通過該圓心坐標(biāo)的最大圓弧相關(guān)，相應(yīng)的，為了縮短優(yōu)化過程，以及提高收斂度，故，激光第一次投射到靶球上的位置，應(yīng)盡可能的靠近通過所述靶球圓心坐標(biāo)的最大圓弧處。
[0056]數(shù)據(jù)處理單元200，數(shù)據(jù)處理單元200用于接收所述激光器數(shù)據(jù)，獲取初始位置下，所述靶球的圓弧半徑R0;
具體的，數(shù)據(jù)處理單元200用于接收激光投射到靶球表面的圓弧離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過圓擬合計(jì)算所述圓弧半徑R0，并記錄所述圓弧半徑RO的數(shù)值。
[0057]所述初始位置為激光初次投射到靶球表面的位置。
[0058]數(shù)據(jù)處理單元200用于基于機(jī)器人的基坐標(biāo)系，以上述初始位置為基點(diǎn)，控制所述機(jī)器人分別沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步長(zhǎng)后，分別獲取并記錄X方向、Y方向、Z方向?qū)?yīng)的祀球的圓弧半徑Rx，Ry，Rz。
[0059]具體的，數(shù)據(jù)處理單元200控制機(jī)器人沿其基坐標(biāo)系的X方向、Y方向、Z方向，分別平移數(shù)值相等的微小步長(zhǎng)，并記錄平移微小步長(zhǎng)后，X方向、Y方向、Z方向上分別對(duì)應(yīng)的革巴球圓弧半徑Rx，Ry, Rz。
[0060]進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)處理單元200控制機(jī)器人每次沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步長(zhǎng)，獲取圓弧半徑Rx，Ry，Rz后，均控制所述機(jī)器人均退回到初始位置；以優(yōu)化計(jì)算過程，縮短計(jì)算時(shí)間。
[0061]相應(yīng)的，數(shù)據(jù)處理單元200按照獲取RO的數(shù)值的方法，接收激光投射到靶球表面的圓弧離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過圓擬合計(jì)算所述圓弧半徑Rx，Ry, Rz，并記錄所述圓弧半徑Rx，Ry,Rz的數(shù)值。
[0062]數(shù)據(jù)處理單元200將Rx，Ry, Rz分別RO的進(jìn)行大小比較，根據(jù)其比較結(jié)果，確認(rèn)本次搜索方向，并沿著當(dāng)前搜索方向，確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間。
[0063]具體的，數(shù)據(jù)處理單元200將圓弧半徑Rx，Ry，Rz分別與RO進(jìn)行比較，選擇圓弧半徑變化最大的坐標(biāo)軸方向作為本次搜索方向。
[0064]相應(yīng)的，數(shù)據(jù)處理單元200將Rx與RO的差值的絕對(duì)值、將Ry與RO的差值的絕對(duì)值、將Rz與RO的差值的絕對(duì)值進(jìn)行大小比較，選擇相較于RO變化最大的圓弧半徑所在方向?yàn)楸敬嗡阉鞣较颉?br> [0065]進(jìn)一步，數(shù)據(jù)處理單元200判斷本次搜索方向上的圓弧半徑是否大于初始位置的圓弧半徑；
若是，沿著與機(jī)器人前次平移方向的同一方向確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間；
若否，沿著與機(jī)器人前次平移方向的相反方向確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間。
[0066]為了更清楚的描述本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將列舉一具體實(shí)施例描述步驟S4，需要說明的是，本具體實(shí)施例并不能用來限制本發(fā)明，在此不做詳細(xì)贅述。
[0067]具體的，數(shù)據(jù)處理單元200在將Rx，Ry, Rz分別RO的進(jìn)行大小比較后，假設(shè)，確認(rèn)Rx與RO的差值絕對(duì)值最大，此時(shí)，確認(rèn)當(dāng)前的搜索方向?yàn)?，相?duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的X方向；進(jìn)一步，數(shù)據(jù)處理單元200判斷Rx是否大于R0，若是，確認(rèn)搜索方向與獲取Rx時(shí)的平移方向相同，若否，確認(rèn)搜索方向與獲取Rx時(shí)的平移方向相反。
[0068]數(shù)據(jù)處理單元200沿著當(dāng)前搜索方向，確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間。
[0069]具體的，數(shù)據(jù)處理單元200沿著當(dāng)前搜索方向，通過外推法確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間，所述搜索區(qū)間按照?qǐng)A弧半徑小-大-小的位置關(guān)系確定。
[0070]為了更清楚的描述本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將列舉一具體實(shí)施例詳細(xì)描述，需要說明的是，本具體實(shí)施例并不能用來限制本發(fā)明，在此不做詳細(xì)贅述。
[0071 ] 結(jié)合圖2所示，數(shù)據(jù)處理單元200沿著當(dāng)前搜索方向，假設(shè)獲得第一個(gè)位置下激光器輸出的圓弧半徑為A，第二個(gè)位置下圓弧半徑為r2，第三個(gè)位置下圓弧半徑為r3，則上述圓弧半徑滿足如下關(guān)系< r2 > r3,此時(shí),確定祀球球心所在的圓弧在!T1所在位置和r3所在位置之間。上述搜索過程即為所述搜索區(qū)間按照?qǐng)A弧半徑小-大-小的位置關(guān)系確定。需要說明的是，圖2中箭頭所示方向?yàn)楫?dāng)前搜索方向，該箭頭指示方向僅僅是示意性的標(biāo)識(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，所述搜索方向根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定，在此不做詳細(xì)贅述。
[0072]相應(yīng)的，數(shù)據(jù)處理單元200采用區(qū)間消去規(guī)則減小搜索區(qū)間；即在上一次的搜索方向上及搜索區(qū)間內(nèi)，使機(jī)器人往復(fù)運(yùn)動(dòng)，減小搜索區(qū)間。
[0073]數(shù)據(jù)處理單元200在所述搜索區(qū)間內(nèi)，判斷當(dāng)前圓弧半徑R是否滿足如下關(guān)系: <!，其中，r為靶球半徑，R為實(shí)時(shí)獲取的圓弧半徑，ε為系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值；
r
若是，數(shù)據(jù)處理單元200獲取當(dāng)前狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)圓弧半徑為R的圓弧圓心坐標(biāo)，以及機(jī)器人的位置姿態(tài)信息；記錄機(jī)器人的位置姿態(tài)信息和所獲取的圓弧圓心坐標(biāo)，并將其形成一個(gè)共軛對(duì)；
若否，數(shù)據(jù)處理單元200繼續(xù)沿著當(dāng)前搜索方向，進(jìn)一步減小搜索區(qū)間。
[0074]相應(yīng)的，ε的取值范圍并沒有具體限定，其取值標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)需要，具體設(shè)定，可以理解的是，ε取值越小，其計(jì)算結(jié)果更加精準(zhǔn)，在此不做詳細(xì)贅述。
[0075]相應(yīng)的，所述機(jī)器人的位置姿態(tài)信息也被稱為:所述機(jī)器人各關(guān)節(jié)的碼盤數(shù)，或所述機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系相對(duì)于基坐標(biāo)系的變換關(guān)系。
[0076]數(shù)據(jù)處理單元200根據(jù)所述共軛對(duì)信息，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定。
[0077]相應(yīng)的，數(shù)據(jù)處理單元200在所述機(jī)器人形成當(dāng)前共軛對(duì)的最終姿態(tài)的基礎(chǔ)上，控制機(jī)器人至下一個(gè)位置姿態(tài)，并在不同的位置姿態(tài)上，形成后續(xù)所需要的多個(gè)共軛對(duì)，同時(shí)，對(duì)獲取的多個(gè)共軛對(duì)進(jìn)行保存。當(dāng)然，也可以通過人工控制所述機(jī)器人至下一位置姿態(tài)，在此不做詳細(xì)贅述。
[0078]具體的，數(shù)據(jù)處理單元200控制機(jī)器人至不同的位置姿態(tài)后，得到N個(gè)所述共軛對(duì)；
判斷N是否大于第二系統(tǒng)閾值；若是，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定；若否，數(shù)據(jù)處理單元200在形成前一個(gè)共軛對(duì)的最終位置姿態(tài)基礎(chǔ)上，控制機(jī)器人至下一個(gè)位置姿態(tài)，獲得當(dāng)前位置姿態(tài)下的共軛對(duì)。
[0079]具體的，數(shù)據(jù)處理單元200根據(jù)N個(gè)共軛對(duì)，計(jì)算出2D激光器坐標(biāo)系與機(jī)器人位置姿態(tài)信息相對(duì)變換矩陣，完成手眼標(biāo)定。
[0080]需要說明的是，所述第二系統(tǒng)閾值的數(shù)值沒有具體限定，一般情況下，所述第二系統(tǒng)閾值的數(shù)值越大，最終所要獲取的結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0081]相應(yīng)的，所述位置姿態(tài)的確定，盡可能的在不同的方向使激光投射到靶球上，進(jìn)而計(jì)算出對(duì)應(yīng)靶球各個(gè)方向上對(duì)應(yīng)的多個(gè)所述共軛對(duì)的信息。
[0082]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法及系統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)可以控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)使激光器恰好輸出祀球球心所在的最大圓弧，進(jìn)而準(zhǔn)確建立機(jī)器人真實(shí)位置姿態(tài)與靶球球心坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使手眼標(biāo)定結(jié)果更加準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，同時(shí)，該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量。
[0083]為了描述的方便，描述以上裝置時(shí)以功能分為各種模塊分別描述。當(dāng)然，在實(shí)施本申請(qǐng)時(shí)可以把各模塊的功能在同一個(gè)或多個(gè)軟件和/或硬件中實(shí)現(xiàn)。
[0084]通過以上的實(shí)施方式的描述可知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本申請(qǐng)可借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來實(shí)現(xiàn)。基于這樣的理解，本申請(qǐng)的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品可以保存在保存介質(zhì)中，如R0M/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，信息推送服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本申請(qǐng)各個(gè)實(shí)施方式或者實(shí)施方式的某些部分所述的方法。
[0085]以上所描述的裝置實(shí)施方式僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的模塊可以是或者也可以不是物理上分開的，作為模塊顯示的部件可以是或者也可以不是物理模塊，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。
[0086]本申請(qǐng)可用于眾多通用或?qū)Ｓ玫挠?jì)算系統(tǒng)環(huán)境或配置中。例如:個(gè)人計(jì)算機(jī)、信息推送服務(wù)器計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備或便攜式設(shè)備、平板型設(shè)備、多處理模塊系統(tǒng)、基于微處理模塊的系統(tǒng)、置頂盒、可編程的消費(fèi)電子設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)PC、小型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、包括以上任何系統(tǒng)或設(shè)備的分布式計(jì)算環(huán)境等等。
[0087]本申請(qǐng)可以在由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的一般上下文中描述，例如程序模塊。一般地，程序模塊包括執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對(duì)象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等等。也可以在分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)踐本申請(qǐng)，在這些分布式計(jì)算環(huán)境中，由通過通信網(wǎng)絡(luò)而被連接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備來執(zhí)行任務(wù)。在分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可以位于包括保存設(shè)備在內(nèi)的本地和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)保存介質(zhì)中。
[0088]應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
[0089]上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 51、將激光投射到靶球表面形成激光數(shù)據(jù)； 52、接收所述激光器數(shù)據(jù)，獲取初始位置下，所述靶球的圓弧半徑RO； 53、基于機(jī)器人的基坐標(biāo)系，以上述初始位置為基點(diǎn)，所述機(jī)器人分別沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步長(zhǎng)后，分別獲取并記錄X方向、Y方向、Z方向?qū)?yīng)的靶球的圓弧半徑Rx, Ry, Rz ； 54、將Rx，Ry,Rz分別與RO進(jìn)行大小比較，根據(jù)其比較結(jié)果，確認(rèn)本次搜索方向，并沿著當(dāng)前搜索方向，確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間； 55、采用區(qū)間消去法逐漸減小搜索區(qū)間； 56、在所述搜索區(qū)間內(nèi)，判斷當(dāng)前圓弧半徑R是否滿足如下關(guān)系:
P — M ——< f，其中，r為靶球半徑，R為實(shí)時(shí)獲取的圓弧半徑，ε為系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值；
r 若是，獲取當(dāng)前狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)圓弧半徑為R的圓弧圓心坐標(biāo)，以及機(jī)器人的位置姿態(tài)信息；記錄機(jī)器人的位置姿態(tài)信息和所獲取的圓弧圓心坐標(biāo)，將其形成一個(gè)共軛對(duì)； 若否，返回步驟S5 ； 57、根據(jù)所述共軛對(duì)信息，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟: 接收激光投射到靶球表面的圓弧離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過圓擬合計(jì)算所述圓弧半徑R0、Rx，Ry, Rz0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括:將圓弧半徑Rx，Ry, Rz分別與RO進(jìn)行比較，選擇圓弧半徑變化最大的坐標(biāo)軸方向作為本次搜索方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括: 沿著當(dāng)前搜索方向，通過外推法確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間，所述搜索區(qū)間按照?qǐng)A弧半徑小-大-小的位置關(guān)系確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟S7具體包括: 調(diào)整機(jī)器人到不同的位置姿態(tài)，重復(fù)步驟SI至S6，得到N個(gè)所述共軛對(duì)； 判斷N是否大于第二系統(tǒng)閾值； 若是，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定； 若否，繼續(xù)調(diào)整機(jī)器人到不同的位置姿態(tài)，并回到步驟SI。
6.一種激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 激光發(fā)射單元，所述激光發(fā)射單元用于將激光投射到靶球表面形成激光數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元用于接收所述激光器數(shù)據(jù)，獲取初始位置下，所述靶球的圓弧半徑RO ； 基于機(jī)器人的基坐標(biāo)系，以上述初始位置為基點(diǎn)，控制所述機(jī)器人分別沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步長(zhǎng)后，分別獲取并記錄X方向、Y方向、Z方向?qū)?yīng)的靶球的圓弧半徑Rx, Ry, Rz ； 將Rx，Ry, Rz分別與RO進(jìn)行大小比較，根據(jù)其比較結(jié)果，確認(rèn)本次搜索方向，并沿著當(dāng)前搜索方向，確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間； 采用區(qū)間消去法逐漸減小搜索區(qū)間； 在所述搜索區(qū)間內(nèi)，判斷當(dāng)前圓弧半徑R是否滿足如下關(guān)系: M ，其中，r為靶球半徑，R為實(shí)時(shí)獲取的圓弧半徑，ε為系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值；
r 若是，獲取當(dāng)前狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)圓弧半徑為R的圓弧圓心坐標(biāo)，以及機(jī)器人的位置姿態(tài)信息；記錄機(jī)器人的位置姿態(tài)信息和所獲取的圓弧圓心坐標(biāo)，并將其形成一個(gè)共軛對(duì)； 若否，繼續(xù)沿著當(dāng)前搜索方向，采用區(qū)間消去法逐漸減小搜索區(qū)間； 根據(jù)所述共軛對(duì)信息，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元還用于，接收激光投射到靶球表面的圓弧離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過圓擬合計(jì)算所述圓弧半徑 R0、Rx, Ry, Rz。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)處理單元還用于，將圓弧半徑Rx，Ry, Rz分別與RO進(jìn)行比較，選擇圓弧半徑變化最大的坐標(biāo)軸方向作為本次搜索方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)處理單元還用于，沿著當(dāng)前搜索方向，通過外推法確認(rèn)圓弧半徑R的搜索區(qū)間，所述搜索區(qū)間按照?qǐng)A弧半徑小-大-小的位置關(guān)系確定。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9任一項(xiàng)所述的激光測(cè)量機(jī)器人的手眼標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)處理單元還用于，調(diào)整機(jī)器人到不同的位置姿態(tài)，重復(fù)獲得N個(gè)所述共軛對(duì)； 判斷N是否大于第二系統(tǒng)閾值； 若是，求解變換矩陣，完成手眼標(biāo)定； 若否，繼續(xù)調(diào)整機(jī)器人到不同的位置姿態(tài)，重復(fù)獲得下一個(gè)所述共軛對(duì)。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK104132616SQ201410408307
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】王浩田, 卞大超, 劉鐸, 宋孚群, 王巖, 張一丁, 張敏, 張冬運(yùn) 申請(qǐng)人:蘇州北碩檢測(cè)技術(shù)有限公司