CN109465822A - 基于3d视觉手眼标定方法 - Google Patents

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宫正
葛继
谷森
汝长海
孙钰
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B25J9/1607—Calculation of inertia, jacobian matrixes and inverses

Abstract

本发明公开了一种基于3D视觉手眼标定方法。该方法包括以下步骤：将3D视觉传感器安装在机械手末端；将测量工件放置在地面；计算机械手末端法兰坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵；移动机器人不同位置，通过3D视觉传感器读取测量工件圆孔圆心在相机坐标系中不同的三维位置(X，Y，Z)；联立方程组，采用最小二乘法求解机械手法兰坐标系与3D视觉传感器坐标系之间的齐次变换矩阵。本发明通过读取机器人以及3D视觉传感器内部变量值，通过计算获得机械手法兰坐标与3D视觉传感器坐标之间的齐次变换矩阵，方法简单，精度值高，能够为大型零件三维点云精密重构提供换算基础。

Description

基于3D视觉手眼标定方法
技术领域
本发明涉及3D视觉领域，具体涉及一种基于3D视觉手眼标定方法。
背景技术
在工程大型零件精密检测过程中，需要3D视觉传感器采集零件三维点云数据与标准零件的点云数据进行比较。3D视觉传感器拍摄区域有限，对大型零件通常采用分段采集并通过数据配准方法重构大型零件，虽然能够完成目标，但是精度比较低。另一种对大型零件进行重构的方法是将3D视觉传感器获取得到的分段三维点云数据放入同一个实际坐标系中并进行三维重构，这种方法能够降低三维点云数据重构算法引起的精度误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于3D视觉手眼标定方法，计算机械手末端法兰坐标系与3D视觉传感器坐标系之间的转换矩阵，将3D视觉传感器获取得到的坐标数据转换成实际坐标系中数据。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于3D视觉手眼标定方法，包括：
通过移动机械手到合适位置，通过3D视觉传感器识别测量工件圆孔并记录圆孔圆心在3D视觉传感器坐标系中的位置C1(XC1,XC1,YC1)，从机械手的控制器中记录此时法兰位置F1(XF1,YF1,ZF1,AF1,BF1,CF1)；
保持测量零件的位置不变，通过控制器移动机械手到不同位置，分别记录这些位置圆孔圆心在3D视觉传感器坐标系中的位置C2(XC2,XC2,YC2)，C3(XC3,XC3,YC3)，C4(XC4,XC4,YC4)……..以及KUKA机械手末端法兰位置F2(XF2,YF2,ZF2,AF2,BF2,CF2)，F3(XF3,YF3,ZF3,AF3,BF3,CF3)，F4(XF4,YF4,ZF4,AF4,BF4,CF4)…….；
测量零件在基坐标系中的位置B＝[F][X]C，其中[F]为机械手法兰坐标系与基坐标系之间的变换矩阵，[X]4×4为需要求解的机械手法兰坐标系与3D视觉传感器坐标系之间的变换矩阵，C为测量零件圆孔圆心在3D视觉传感器坐标系中的坐标C4×1，对于机械手不同位置，B1＝[F1][X]C1，B2＝[F1][X]C1，B3＝[F1][X]C1……因为测量零件位置保持不变，所以B1＝B2＝B3＝…....Bn；
机械手法兰坐标与基坐标变换矩阵[F]计算公式为
测量零件圆孔圆心在3D视觉传感器坐标系中坐标C为[XC；YC；ZC；1]T，建立方程组，求解机械手法兰坐标系与3D视觉传感器坐标转换矩阵[X]4×4。
在其中一个实施例中，所述机械手是KUKA机械手。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。
一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任一项所述的方法。
本发明的有益效果：计算机器手末端法兰坐标系与3D视觉传感器坐标系之间的转换矩阵，将3D视觉传感器获取得到的坐标数据转换成实际坐标系中数据。
附图说明
图1是本发明基于3D视觉手眼标定系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
可以理解，下文的KUKA机械手也可以采用其他类型的机械手，本发明在此不做限制。
参照图1，本发明提供的基于3D视觉手眼标定系统由KUKA机械手1，3D视觉传感器2以及测量零件3构成。3D视觉传感器安装在KUKA机械手1法兰盘上，测量零件3放置在地面并保持位置不变。
首先将3D视觉传感器安装在KUKA机械手末端，并通过网线与电脑连接，在IE浏览器中输入IP地址，显示3D视觉传感器测量界面；将测量工件放置在地面。
参照图1，移动KUKA机械手1到某一位置，通过3D视觉传感器2识别测量零件3圆孔圆心并记录圆心在相机坐标系中的坐标(XC1,XC1,YC1)，通过KUKA控制器记录此时KUKA机械手1法兰位置F1(XF1,YF1,ZF1,AF1,BF1,CF1)；保持测量零件3位置不变，移动KUKA机械手1至不同位置，分别记录这些位置圆孔圆心在3D视觉传感器坐标系中的位置C2(XC2,XC2,YC2)，C3(XC3,XC3,YC3)，C4(XC4,XC4,YC4)……..以及KUKA机械手末端法兰位置F2(XF2,YF2,ZF2,AF2,BF2,CF2)，F3(XF3,YF3,ZF3,AF3,BF3,CF3)，F4(XF4,YF4,ZF4,AF4,BF4,CF4)…….。
参照图1，测量零件3在基坐标系中的位置B＝[F][X]C，其中[F]为KUKA机械手法兰坐标系与基坐标系之间的变换矩阵，[X]4×4为需要求解的KUKA机械手法兰坐标系与3D视觉传感器坐标系之间的变换矩阵，C为测量零件圆孔圆心在3D视觉传感器坐标系中的坐标C4×1，因为测量零件3的位置保持不变，所以B1＝B2＝B3＝…....Bn，即
[F1][X]C1＝[F2][X]C2
[F2][X]C2＝[F3][X]C3
[F3][X]C3＝[F4][X]C4
…….
KUKA机械手1法兰坐标与基坐标变换矩阵[F]计算公式为
需要求解的KUKA机械手1法兰坐标系与3D视觉传感器坐标系之间的变换矩阵[X]4×4表达式为
测量零件3圆孔圆心在3D视觉传感器坐标系中坐标C表达式为
[XC；YC；ZC；1]T
根据B1＝B2＝B3＝…....Bn建立线性方程组，采用最小二乘法求解出矩阵[X]4×4的12个未知数。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种基于3D视觉手眼标定方法，其特征在于，包括：
通过移动机械手到合适位置，通过3D视觉传感器识别测量工件圆孔并记录圆孔圆心在3D视觉传感器坐标系中的位置C1(XC1,XC1,YC1)，从机械手的控制器中记录此时法兰位置F1(XF1,YF1,ZF1,AF1,BF1,CF1)；
保持测量零件的位置不变，通过控制器移动机械手到不同位置，分别记录这些位置圆孔圆心在3D视觉传感器坐标系中的位置C2(XC2,XC2,YC2)，C3(XC3,XC3,YC3)，C4(XC4,XC4,YC4)……..以及KUKA机械手末端法兰位置F2(XF2,YF2,ZF2,AF2,BF2,CF2)，F3(XF3,YF3,ZF3,AF3,BF3,CF3)，F4(XF4,YF4,ZF4,AF4,BF4,CF4)…….；
测量零件在基坐标系中的位置B＝[F][X]C，其中[F]为机械手法兰坐标系与基坐标系之间的变换矩阵，[X]4×4为需要求解的机械手法兰坐标系与3D视觉传感器坐标系之间的变换矩阵，C为测量零件圆孔圆心在3D视觉传感器坐标系中的坐标C4×1，对于机械手不同位置，B1＝[F1][X]C1，B2＝[F1][X]C1，B3＝[F1][X]C1……因为测量零件位置保持不变，所以B1＝B2＝B3＝…....Bn；
机械手法兰坐标与基坐标变换矩阵[F]计算公式为
测量零件圆孔圆心在3D视觉传感器坐标系中坐标C为[XC；YC；ZC；1]T，建立方程组，求解机械手法兰坐标系与3D视觉传感器坐标转换矩阵[X]4×4。
2.如权利要求1所述的基于3D视觉手眼标定方法，其特征在于，所述机械手是KUKA机械手。
3.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1到2任一项所述方法的步骤。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1到2任一项所述方法的步骤。
5.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1到2任一项所述的方法。
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