CN114083536B - 一种利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法，单线结构光传感器固定在机器人末端，立体块与机器人相对位置固定；立体块的表面上至少形成有一个外凸或者内凹的棱锥或棱台；恢复步骤如下：1)粗调，令立体块处于传感器的视野范围内；2)投射激光条，其与立体块上棱锥或棱台的棱边相交；采集图像，解算传感器与立体块坐标系之间的旋转平移关系3)利用如下公式计算位置移动后传感器到法兰之间的旋转平移关系 分别为位置移动前，传感器相对于法兰、立体块的旋转平移关系。该方法利用相对测量原理，以固定的立体块为媒介，求解变动前后传感器坐标系相对于立体块坐标系的变化量，进而间接恢复出新的传感器手眼关系。
Description
技术领域
本发明涉及工业现场机器人视觉引导、测量领域，具体涉及一种利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法。
背景技术
单线结构光传感器是目前常用的一种三维测量传感器。在实际的生产过程中，难免发生传感器碰撞或损坏的情况，移动或更换传感器后将会面临单线结构光传感器需重新标定以获取新的手眼关系的问题。现有线结构光手眼标定方法通常有有限场景点法、平面靶标法、标准球法等。无论哪种方法，重新进行手眼标定无疑都会花费较长的标定时间，一般大于60分钟，不适合于现场传感器的快速恢复。这将大大降低生产效率，造成无可挽回的经济损失。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法，该方法利用相对测量原理，以固定不动的立体块为媒介，求解变动前后传感器坐标系相对于立体块坐标系的变化量，进而间接恢复出新的传感器手眼关系。整个过程仅需要一次拍照，耗时不超过30min，可极大节省重新标定手眼的时间。
为此，本发明技术方案如下：
一种利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法，所述单线结构光传感器固定在机器人末端，所述立体块与机器人相对位置固定；
所述立体块的表面上至少形成有一个外凸或者内凹的棱锥或棱台；
利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法包括如下步骤：
1)所述单线结构光传感器相对于机器人末端法兰的位置移动后，先利用粗调，令所述立体块处于单线结构光传感器的视野范围内；
2)所述单线结构光传感器向立体块表面投射激光条，所述激光条同时与所述立体块上棱锥或棱台的棱边相交；所述单线结构光传感器的相机采集图像，解算单线结构光传感器与立体块坐标系之间的旋转平移关系
3)利用如下公式计算单线结构光传感器相对于机器人末端法兰位置移动后单线结构光传感器到机器人末端法兰之间的旋转平移关系
其中：为单线结构光传感器相对于机器人末端法兰位置移动前，单线结构光传感器坐标系与机器人末端法兰坐标系之间的旋转平移关系，通过事先标定获得；
为单线结构光传感器相对于机器人末端法兰位置移动前，单线结构光传感器坐标系和立体块坐标系之间的旋转平移关系。
进一步，所述单线结构光传感器与立体块坐标系之间的旋转平移关系通过以下步骤获得：
①计算激光平面与立体块上棱边的交点在单线结构光传感器坐标系下的三维坐标；
②通过点云配准，获取步骤①求得点在立体块坐标系下的三维坐标；所述立体块上各点在立体块坐标系下的三维坐标已知；
③通过坐标系对齐获取单线结构光传感器与立体块坐标系之间的旋转平移关系。
进一步，所述立体块的表面上形成的棱锥或棱台的棱边有3～8条。
进一步，所述立体块的表面上形成有一个棱锥或棱台，在与其轴线平行的方向上还以内凹或者外凸的形式形成有棱柱。
进一步，所述立体块的表面上形成的棱锥或棱台的棱边有3条；激光在立体块上形成V形光线。
该方法因使用的立体块表面有连续锥面，不需限制激光投射角度，即能唯一确定在立体块坐标系下的位置；基于相对测量原理，以固定不动的立体块为媒介，求解单线结构光传感器位置变动前后的传感器坐标系相对于立体块坐标系的变化量，进而间接恢复出新的传感器手眼关系。整个过程仅需一次拍照，总耗时小于30分钟，可极大节省重新标定手眼的时间。
附图说明
图1为具体实施方式中使用的立体块的结构示意图；
图2为图1中立体块的主视图；
图3为能用于本发明的另一种立体块的结构示意图；
图4位图3中立体块的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。
一种利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法，单线结构光传感器固定在机器人末端，立体块与机器人相对位置固定；
立体块的表面上至少形成有一个外凸或者内凹的棱锥或棱台；进一步该棱锥或棱台的棱边有3～8条；以下以3条棱边的棱台(如图1，2所示)为例进行描述；
利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法包括如下步骤：
1)单线结构光传感器相对于机器人末端法兰的位置移动后，先利用粗调，令立体块处于单线结构光传感器的视野范围内；
2)单线结构光传感器向立体块表面投射激光条，激光条同时与立体块上棱锥或棱台的棱边相交(此处因使用的如图1所示的立体块，激光在其表面能形成V形光线)；单线结构光传感器的相机采集图像，解算单线结构光传感器与立体块坐标系之间的旋转平移关系
3)利用如下公式计算单线结构光传感器相对于机器人末端法兰位置移动后单线结构光传感器到机器人末端法兰之间的旋转平移关系
其中：为单线结构光传感器相对于机器人末端法兰位置移动前，单线结构光传感器坐标系与机器人末端法兰坐标系之间的旋转平移关系，通过事先标定获得；
为单线结构光传感器相对于机器人末端法兰位置移动前，单线结构光传感器坐标系和立体块坐标系之间的旋转平移关系。
具体来说，单线结构光传感器与立体块坐标系之间的旋转平移关系通过以下步骤获得：
①计算激光平面与立体块上棱边的交点在单线结构光传感器坐标系下的三维坐标；
②通过点云配准(例如ICP算法)，获取步骤①求得点在立体块坐标系下的三维坐标；立体块上各点在立体块坐标系下的三维坐标已知；
③通过坐标系对齐获取单线结构光传感器与立体块坐标系之间的旋转平移关系。
作为本发明可以使用的立体块，设计原理是表面上形成有一个棱锥或棱台，因尺寸在深度、宽度方向的逐渐变化能唯一的确定激光线在立体块坐标系下的位置以及对应点的三维坐标，在此基础上，其他与棱锥或棱台轴线平行的方向上还以内凹或者外凸的形式形成有棱柱，此种方式能获取激光线上更多点。
本方法的优势是：单线结构光传感器相对于法兰位置发生变动后，需重新恢复手眼标定时，仅需单次拍照，解算出新的视觉传感器坐标系与立体块坐标系的旋转平移关系，利用公式即可得出新的视觉传感器坐标系到机器人末端坐标系之间的旋转平移关系，无需重新示教机器人拍照位和做零位姿，节省了大量时间。
本方法用于汽车生产线的测量过程，不同的机器人视觉测量工位的耗时对比表格如下：
从表格中可以看出，对于切割引导和冲孔引导工位来说，由于需要重新利用三坐标测量机测量特征孔的三维坐标，当工位的库位、车型众多(即零位多)的情况下，现有方法用时成倍的增加。而采用本方法可复用原零位信息，不需要重新做零位，只需要半小时便可重新恢复视觉传感器功能，大大节省生产调试时间，为工厂带来极大的经济效益。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
Claims (4)
1.一种利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法，所述单线结构光传感器固定在机器人末端，所述立体块与机器人相对位置固定；
其特征在于：所述立体块的表面上至少形成有一个外凸或者内凹的棱锥或棱台；
利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法包括如下步骤：
1)所述单线结构光传感器相对于机器人末端法兰的位置移动后，先利用粗调，令所述立体块处于单线结构光传感器的视野范围内；
2)所述单线结构光传感器向立体块表面投射激光条，所述激光条同时与所述立体块上棱锥或棱台的棱边相交；所述单线结构光传感器的相机采集图像，通过以下步骤，解算单线结构光传感器与立体块坐标系之间的旋转平移关系
①计算激光平面与立体块上棱边的交点在单线结构光传感器坐标系下的三维坐标；
②通过点云配准，获取步骤①求得点在立体块坐标系下的三维坐标；所述立体块上各点在立体块坐标系下的三维坐标已知；
③通过坐标系对齐获取单线结构光传感器与立体块坐标系之间的旋转平移关系；
3)利用如下公式计算单线结构光传感器相对于机器人末端法兰位置移动后单线结构光传感器到机器人末端法兰之间的旋转平移关系
其中：为单线结构光传感器相对于机器人末端法兰位置移动前，单线结构光传感器坐标系与机器人末端法兰坐标系之间的旋转平移关系，通过事先标定获得；
为单线结构光传感器相对于机器人末端法兰位置移动前，单线结构光传感器坐标系和立体块坐标系之间的旋转平移关系。
2.如权利要求1所述利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法，其特征在于：所述立体块的表面上形成的棱锥或棱台的棱边有3～8条。
3.如权利要求1所述利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法，其特征在于：所述立体块的表面上形成有一个棱锥或棱台，在与其轴线平行的方向上还以内凹或者外凸的形式形成有棱柱。
4.如权利要求1所述利用立体块恢复单线结构光传感器手眼关系的方法，其特征在于：所述立体块的表面上形成的棱锥或棱台的棱边有3条；激光在立体块上形成V形光线。
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