CN114670203A - 一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及视觉机器人自动焊接技术领域,具体是一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法,包括步骤(1)设计一个带有三个标定点的三维标定板,确定焊接模型;步骤(2)根据所述标定点及所述焊接模型,进行标定板坐标系与机械手基坐标系之间的变换矩阵的标定;步骤(3)移动机械手通过线激光传感器采集投射到所述三维标定板上的线激光标定线,得到标定特征点,完成手眼标定。本方法操作简单,标定精度较高,适合现场快速标定,完全满足自动引导焊接的精度需求。
Description
技术领域
本发明涉及视觉机器人自动焊接技术领域,尤其涉及一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法。
背景技术
随着工业自动化和智能化的发展,视觉引导机器人自动焊接的需求越来越大。在机械手末端安装视觉传感器,通过视觉传感器获取焊缝的三维轨迹信息,引导机械手完成整个焊接过程。传感器获取的三维信息是在视觉传感器坐标系下的,因此需要建立视觉传感器坐标系与机械手坐标系之间的变换关系,将传感器的三维信息转化为机械手下的轨迹信息。建立传感器坐标系与机械手坐标系之间的转化关系的过程称为称为手眼标定,手眼标定结果的好坏,直接影响最终引导焊接的精度。
视觉引导机器人自动焊接系统主要包括线激光三维视觉传感器、六轴机械人、焊枪和运动控制器等。将视觉传感器安装在机械手的末端属于眼在手上(eye-in-hand)手眼标定问题,经典的标定方法通过四元数求解矩阵方程组AX=XB来实现,其中A为机械手的运动矩阵,B为传感器的运动矩阵,X为需要标定的变换矩阵。这种标定方法在标定过程中需要机械手的两次运动保持末端的旋转轴不平行,标定过程操作繁琐,标定精度不稳定,不适合现场快速标定。
因此,急需一种技术来解决该问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的问题,提供了一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法,首先根据线激光传感器的成像特性设计了一个特殊的三维标定板,通过该标定板上的三个标定点即可快速建立机械手坐标系与标定板坐标系的关系;接着,通过调整机械手的姿态采集标定板上的线激光标定线,最后根据所获取的高精度标定线和标定特征点完成机械手与线激光传感器之间的手眼标定。
上述目的是通过以下技术方案来实现:
一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法,包括:
步骤(1)设计一个带有三个标定点的三维标定板,确定焊接模型;
步骤(2)根据所述标定点及所述焊接模型,进行标定板坐标系与机械手基坐标系之间的变换矩阵的标定;
步骤(3)移动机械手通过线激光传感器采集投射到所述三维标定板上的线激光标定线,得到标定特征点,完成手眼标定。
进一步地,步骤(1)所述焊接模型为:
设定机械手基坐标系为Ob-xbybzb,设定机械手末端坐标系为Oe-xeyeze;设定标定板坐标系为Oc-xcyczc,设定线激光传感器坐标系为Ol-xlylzl,则:
设P为焊缝上的一点,其在激光传感器中的坐标为pl,则P在机械手基坐标系中的坐标pb有:
进一步地,所述步骤(2)具体为:
机械手基坐标系Ob-xbybzb与标定板坐标系Ot-xtytzt之间的位移关系为:
标定板坐标系Ot-xtytzt与标定板坐标系OC-xcyczc之间的旋转关系为:
因此有:
由式(6)可以得到关于旋转矩阵R=[r1 r2 r3]的第一列r1和第二列r2的参数方程:
设:
r=[r1,r2,r4,r5,r6,r7]T,
根据旋转矩阵列向量的正交性,可以得到r3:
进一步地,所述步骤(3)具体为:
调整机械手的姿态使线激光与标定板上的标定线对齐,然后变换机械手姿态采集激光标定线,采集到的激光标定线与标定板之间的关系;
有益效果
本发明所提供的一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法,根据线激光传感器的特性设计了一块特殊的三维标定板,首先对标定板与机器人之间的关系进行标定,接着通过标定板调制线激光,最后采集标定特征点进行手眼标定。本方法操作简单,标定精度较高,适合现场快速标定,完全满足自动引导焊接的精度需求。
附图说明
图1为本发明所述一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法的视觉引导自动焊接系统模型示意图;
图2为本发明所述一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法的三维标定板及标定板平面参数示意图;
图3为本发明所述一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法的手眼标定操作示意图;
图4为本发明所述一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法的线激光及标定特征点对应的图像;
图5为本发明所述一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法的三个标定点对应的坐标系坐标表;
图6为本发明所述一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法的三次标定线采集的特征端点坐标及机械手姿态表。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法,包括如下步骤:
步骤(1)设计一个带有三个标定点的三维标定板,确定焊接模型;
步骤(2)根据所述标定点及所述焊接模型,进行标定板坐标系与机械手基坐标系之间的变换矩阵的标定;
步骤(3)移动机械手通过线激光传感器采集投射到所述三维标定板上的线激光标定线,得到标定特征点,完成手眼标定。
其中,如图2所示,本方案所设计的三维标定板成梯形状,在顶部斜面设置有一个水平的等腰三角形标定板,作为标定面。
如图1所示,步骤(1)所述焊接模型为:
设定机械手基坐标系为Ob-xbybzb,设定机械手末端坐标系为Oe-xeyeze;设定标定板坐标系为Oc-xcyczc,设定线激光传感器坐标系为Ol-xlylzl,则:
设P为焊缝上的一点,其在激光传感器中的坐标为pl,则P在机械手基坐标系中的坐标pb有:
作为步骤(2)的优化,所述步骤(2)具体为:
机械手基坐标系Ob-xbybzb与标定板坐标系Ot-xtytzt之间的位移关系为:
标定板坐标系Ot-xtytzt与标定板坐标系OC-xcyczc之间的旋转关系为:
因此有:
由式(6)可以得到关于旋转矩阵R=[r1 r2 r3]的第一列r1和第二列r2的参数方程:
设:
r=[r1,r2,r4,r5,r6,r7]T,
根据旋转矩阵列向量的正交性,可以得到r3:
如图3所示,作为步骤(3)的进步一优化,所述步骤(3)具体为:
调整机械手的姿态使线激光与标定板上的标定线对齐,如图3(a)所示;
之后,调整机械手姿态采集激光标定线,如图3(b)所示。
采集到的激光标定线与标定板之间的关系如图3(c)所示,
如图5所示,为标定点对应的坐标系坐标表,给出了标定点pi,i=1,2,3在标定板坐标系中的坐标及其在基坐标系中的坐标,通过上述公式(5)和(7)可得:
如图4所示,为进行手眼标定时采集到的线激光图像及其特征端点图像,图6为三次标定线采集特征端点坐标及机械手姿态表,给出了进行3次线激光标定线采集之后得到的特征端点激光坐标及对应的机械手末端姿态参数,根据上述手眼标定方法得到手眼标定参数:
以上所述仅为说明本发明的实施方式,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法,其特征在于,包括:
步骤(1)设计一个带有三个标定点的三维标定板,确定焊接模型;
步骤(2)根据所述标定点及所述焊接模型,进行标定板坐标系与机械手基坐标系之间的变换矩阵的标定;
步骤(3)移动机械手通过线激光传感器采集投射到所述三维标定板上的线激光标定线,得到标定特征点,完成手眼标定。
3.根据权利要求2所述的一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法,其特征在于,所述步骤(2)具体为:
机械手基坐标系Ob-xbybzb与标定板坐标系Ot-xtytzt之间的位移关系为:
标定板坐标系Ot-xtvtzt与标定板坐标系OC-xcyczc之间的旋转关系为:
因此有:
由式(6)可以得到关于旋转矩阵R=[r1 r2 r3]的第一列r1和第二列r2的参数方程:
设:
r=[r1,r2,r4,r5,r6,r7]T,
根据旋转矩阵列向量的正交性,可以得到r3:
4.根据权利要求3所述的一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法,其特征在于,所述步骤(3)具体为:
调整机械手的姿态使线激光与标定板上的标定线对齐,然后变换机械手姿态采集激光标定线,采集到的激光标定线与标定板之间的关系;
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CN202210417510.3A CN114670203A (zh) | 2022-04-20 | 2022-04-20 | 一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法 |
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CN202210417510.3A Pending CN114670203A (zh) | 2022-04-20 | 2022-04-20 | 一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115319754A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-11-11 | 唐山松下产业机器有限公司 | 机器人与激光传感器手眼标定方法及装置 |
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2022
- 2022-04-20 CN CN202210417510.3A patent/CN114670203A/zh active Pending
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