激光扫描器与机器人的相对位置的标定方法技术

本发明专利技术涉及激光扫描器与机器人的相对位置的标定方法，包括：１．机器人的机械臂运动使球体在扫描器的扫描范围；２．计算球体的球心相对于扫描器的坐标，记录此时机械臂末端相对于机器人基座的坐标；３．控制机械臂末端平动；４．重复步骤２；５．改变机器人机械臂的姿态，重复步骤２－４；６．重复步骤５；７．计算扫描器坐标与机器人基座坐标的转动关系；８．控制机械臂使球体平动，扫描器对球体进行扫描，记录下球体表面被扫描点相对于扫描器的坐标和对应时刻机械臂末端相对于机器人基座的坐标；９．改变机器人机械臂的姿态，重复步骤８；１０．计算扫描器坐标与机器人基座坐标的平移关系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
激光扫描器可以用于三维空间点的重建，但如果扫描器和被扫描物体的相互位置是固定的，其所能重构的范围就受到了很大限制。以线激光为例，其能重构的只是扫描线所照射到的点。为了扩展扫描器的扫描范围，通常使用的方法有两种。一是将扫描器放在一个机械装置上，通过机械装置的运动，使得扫描器的扫描线可以达到更多的空间点。另一种方法是，将被扫描物体放在机械装置上，通过机械装置的运动，使得被扫描物体上的各空间点都能被固定的扫描器扫描到。因此，无论采用何种方式，扫描器的TCP的标定即确定扫描器坐标系与机械装置坐标系间的关系是首先要解决的问题。但是目前的标定方法均是将扫描器与机械装置的旋转关系和平移关系耦合起来，其标定的鲁棒性和精确性低。本
技术实现思路
本专利技术的目的是利用一个半径已知的球体作为工具，实现了激光扫描器与机器人坐标系之间相对位置关系的标定，实现了旋转关系和平移关系的解耦，并且过程简单，精度高而且稳定性好。为实现上述目的，本专利技术提供了一种，包括以下步骤 步骤1、扫描器与机器人基座相对静止，机器人的机械臂末端夹持一个球体，机械臂运动使球体在扫描器的扫描范围内；步骤2、扫描器采集所述球体上的扫描线，计算所述球体的球心相对于扫描器的坐标，记录此时机械臂末端相对于机器人基座的坐标；步骤3、控制机械臂末端平动，使球体仍在扫描器的扫描范围内；步骤4、重复步骤2；步骤5、改变机器人机械臂的姿态，使机械臂末端平动和转动，重复步骤2-4；步骤6、重复步骤5；步骤7、计算扫描器坐标与机器人基座坐标的转动关系，即计算扫描器坐标系与机器人基座坐标系的旋转矩阵；步骤8、控制机械臂使球体平动，在球体平动的过程中扫描器对球体进行扫描，记录下球体表面被扫描点相对于扫描器的坐标和对应时刻机械臂末端相对于机器人基座的坐标；步骤9、改变机器人机械臂的姿态，使机械臂末端平动和转动，重复步骤8；步骤10计算扫描器坐标与机器人基座坐标的平移关系，即计算扫描器坐标系与机器人基座坐标系的平移矩阵。所述步骤9可以执行多次。所述步骤6还可以为重复步骤5一次以上所述方法中的扫描器为线激光扫描器。本专利技术还提供了一种，包括以下步骤步骤1、球体与机器人基座相对静止，机器人的机械臂末端夹持一个扫描器，机械臂运动使球体在扫描器的扫描范围内；步骤2、扫描器采集所述球体上的扫描线，计算所述球体的球心相对于扫描器的坐标，记录此时机械臂末端相对于机器人基座的坐标；步骤3、控制机械臂末端平动，使球体仍在扫描器的扫描范围内； 步骤4、重复步骤2；步骤5、改变机器人的姿态，使机械臂末端平动和转动，重复步骤2-4；步骤6、重复步骤5；步骤7、计算扫描器坐标与机器人机械臂末端坐标的转动关系，即计算扫描器坐标系与机器人机械臂末端坐标系的旋转矩阵；步骤8、控制机械臂使扫描器平动，在扫描器平动的过程中扫描器对球体进行扫描，记录下球体表面被扫描点相对于扫描器的坐标和对应时刻机械臂末端相对于机器人基座的坐标；步骤9、改变机器人机械臂的姿态，使机械臂末端平动和转动，重复步骤8；步骤10、计算扫描器坐标与机器人机械臂末端坐标的平移关系，即计算扫描器坐标系与机器人机械臂末端坐标系的平移矩阵。所述步骤9可以执行多次。所述步骤6还可以为重复步骤5一次以上。所述方法中的扫描器为线激光扫描器。因此，本专利技术具有以下优点1、利用球体做为工具，实现标定，其过程简单易行；2、利用针对局部扫描做局部标定的方法，可以提高扫描恢复精度；3、能实现平移关系与旋转关系的解耦，提高标定的稳定性和精度。下面结合附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术相对位置的标定方法实施例1的位置示意图。图2为本专利技术相对位置的标定方法实施例1的方法流程图。图3为本专利技术相对位置的标定方法实施例2的位置示意图。图4为本专利技术相对位置的标定方法实施例2的方法流程图。具体实施例方式本专利技术的专利技术思想是利用线激光扫描器和一个球体而实现当机器人夹持扫描器时，标定扫描器坐标系和机器人末端坐标系之间的关系；当机器人夹持球体时，标定扫描器坐标系和机器人基座坐标系之间的关系。因此本方法标定机器人与线激光扫描器的相互位置关系，线激光扫描器不仅是标定工具，还是被标定对象。实施例1如图1所示，为本专利技术实施例1的示意图。机器人1具有一个可以夹持物体的机械臂11，机械臂11的顶端12夹持一个球体3，机器人1和线激光扫描器2均固定在世界坐标系中，且球体3在扫描器2的扫描范围之内。本实施例是标定扫描器2与机器人底座10之间的位置关系，即确定扫描器2的坐标系与底座10的坐标系之间的旋转矩阵Rs和平移矩阵Ts。机械臂顶端12的坐标系设为Tool0坐标系。如图2所示，为本专利技术实施例1的方法流程图。步骤101、扫描器与机器人基座相对静止，机器人的机械臂末端夹持一个球体，机械臂运动使球体在扫描器的扫描范围内；步骤102、扫描器采集所述球体上的扫描线，计算所述球体的球心相对于扫描器的坐标，记录此时机械臂末端相对于机器人基座的坐标；步骤103、控制机械臂末端平动，使球体仍在扫描器的扫描范围内；步骤104、重复步骤102；步骤105、改变机器人机械臂的姿态，使机械臂末端平动和转动，重复步骤102-104；步骤106、重复步骤105；可以重复一次或多次；步骤107、计算扫描器坐标与机器人基座坐标的转动关系，即计算扫描器坐标系与机器人基座坐标系的旋转矩阵；步骤108、控制机械臂使球体平动，在球体平动的过程中扫描器对球体进行扫描，记录下球体表面被扫描点相对于扫描器的坐标和对应时刻机械臂末端相对于机器人基座的坐标； 步骤109、改变机器人机械臂的姿态，使机械臂末端平动和转动，重复步骤8；为了提高测量精度，本步骤可以执行多次。步骤110、计算扫描器坐标与机器人基座坐标的平移关系，即计算扫描器坐标系与机器人基座坐标系的平移矩阵。1、计算线激光扫描器坐标与机器人基座坐标的转动关系，即计算扫描器坐标与机器人基座坐标的旋转矩阵Rs；对于一个与Tool0坐标系位置固定的点(如球体的球心)，它在Tool0下的坐标(xt，yt，zt)与其相对于扫描器坐标系的坐标(xl，yl，zl)间的关系满足Xt1=R0T001-1·RsTs01·Xl1...(1)]]>其中，xt为该固定点在Tool0坐标系下的坐标 Xl为该固定点在扫描器中恢复出的坐标(即其相对于扫描器的坐标 R0为Tool0相对于机器人基座的旋转矩阵，T0为Tool0相对于机器人基座的平移矩阵，Rs与Ts是所要标定的扫描器相对于基座坐标系的旋转和平移矩阵。将(1)式展开后，可以得到R0·Xt+T0＝Rs·Xl+Ts(2)控制机器人，使得扫描器两次恢复同一固定点，可以得到R01·Xt+T01＝Rs·Xl1+Ts(3)R02·Xt+T02＝Rs·Xl2+Ts(4)如果使控制过程中机器人的姿态保持不变，即R01＝R02将(4)-(3)可以得到T02-T01＝Rs·(Xl2-Xl1)(5)对于线激光扫描器，找到某一空间点在扫描器下的坐标是困难的，可以通过让扫描器恢复虚拟空间点(此处指球体球心)来解决这一问题。在扫描器扫到球体时，其激光线拟合出一个空间圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光扫描器与机器人的相对位置的标定方法，其特征在于包括以下步骤：步骤１、扫描器与机器人基座相对静止，机器人的机械臂末端夹持一个球体，机械臂运动使球体在扫描器的扫描范围内；步骤２、扫描器采集所述球体上的扫描线，计算所述球体 的球心相对于扫描器的坐标，记录此时机械臂末端相对于机器人基座的坐标；步骤３、控制机械臂末端平动，使球体仍在扫描器的扫描范围内；步骤４、重复步骤２；步骤５、改变机器人机械臂的姿态，使机械臂末端平动和转动，重复步骤２－４ ；步骤６、重复步骤５；步骤７、计算扫描器坐标与机器人基座坐标的转动关系，即计算扫描器坐标系与机器人基座坐标系的旋转矩阵；步骤８、控制机械臂使球体平动，在球体平动的过程中扫描器对球体进行扫描，记录下球体表面被扫描点相对 于扫描器的坐标和对应时刻机械臂末端相对于机器人基座的坐标；步骤９、改变机器人机械臂的姿态，使机械臂末端平动和转动，重复步骤８；步骤１０、计算扫描器坐标与机器人基座坐标的平移关系，即计算扫描器坐标系与机器人基座坐标系的平移矩阵 。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤青，甘中学，吴水华，孙云权，
申请(专利权)人：新奥博为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]