基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法及装置，包括：获取精度标定板预设的多个特征点在线扫描仪坐标系的坐标和在基坐标系的世界坐标；基于基座标系下多个特征点进行平面拟合，并计算得到拟合平面的中心点坐标；移动机器人末端工具中心点到精度标定板中心点位置并读取精度标定板中心点在基座标系下的参考坐标；基于参考坐标和预设次拟合平面的中心点坐标的偏差，进行重复定位精度测量。本发明专利技术避免了在图像坐标转换到世界坐标的过程中，因相机畸变和手眼标定造成的转换误差被叠加带入到了机器人基座标系下实际靶标交叉点的位置中，保持了坐标变换时的误差一致性，提高了重复精度测量的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法及装置
本专利技术涉及计算机视觉领域，具体涉及基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法及装置。
技术介绍
随着我国国民经济的快速发展,自动化生产已经成为未来的发展趋势和方向。利用机器人代替人工实现各种工业操作，不仅节约生产成本,同时也提高了生产效率和安全系数,降低了工人劳动强度,成为越来越多企业的理想选择。为了实现机器人自动操作，需要其具有较高的重复定位精度。但是恶劣的生产环境,严重的噪声污染,机器人自身的不确定性,一般测量方法的精度很难满足实际要求。比如在焊接领域，焊接过程复杂，夹具固定人工参与多，焊缝间隙的变化无法预测，这会直接影响到引导焊接质量。通过非接触式的视觉测量，将结构光视觉原理应用在焊接机器人上，引导焊接机器人实现对于焊缝的跟踪，可实时对焊缝进行纠偏，进一步提高焊接精度。基于线结构光扫描仪坐标系与机器人末端执行器上的坐标系关系固定不变的先决条件，获取传感器与机器人末端执行器之间的空间位置坐标变换关系，即为手眼标定。利用空间中高精度标准球来实现线激光扫描仪与机器人之间位置关系的手眼标定关系测算后，需要对机器人焊枪末端精度进行重复性验证。实际生产环境复杂且恶劣，工件焊缝特征点查找存在不稳定性，直接使用焊缝特征点验证手眼标定准确性，容易发生机器人焊枪枪头与工件位置的碰撞，对机器人造成损害，而且容易造成机器人工具中心点TCP需要重新校准。目前，市场上有一些关于重复定位精度测量的解决方法，如中国专利公开号为CN110864671A的基于线结构光拟合平面的机器人重复定位精度测量方法，其利用利用水平线结构光照射平面合作靶标上表面，并提取合作靶标上表面的图像坐标，根据相机坐标系和图像坐标系间的几何关系，将线结构光图像坐标转换为相机系坐标，并进行平面拟合，确定合作靶标上表面在相机坐标系下的位置，进而确定合作靶标的模型坐标系坐标轴以及原点。该方法先计算图像坐标系中的十字光数据交点的位置，无法忽略掉相机畸变带来的误差，另外，图像坐标转换到世界坐标之间的转换误差也被带入到了靶标交点位置中。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法，包括如下步骤：(1)获取精度标定板中多个特征点在线扫描仪坐标系的坐标，并基于预设机器手末端工具坐标系-线扫描仪(眼)坐标系-机器手基坐标系之间的关系矩阵，得到多个所述特征点在基坐标系的世界坐标；(2)基于基座标系下多个特征点进行平面拟合，并计算得到拟合平面的中心点坐标(基座标系坐标)；(3)移动机器人末端工具中心点到精度标定板中心点位置并读取所述精度标定板中心点在基座标系下的参考坐标；(4)改变机器手末端姿态，重复预设次步骤(1)-(2)，统计预设次拟合平面的中心点坐标与参考坐标的偏差，进行重复定位精度测量。作为上述方案的进一步优化，所述精度标定板中多个特征点呈不共线分布。作为上述方案的进一步优化，所述预设的多个特征点设置方法为：基于精度标定板上表面的对角线设有两条交叉呈X型的凹槽；在一个机器手末端姿态下沿着一条凹槽边采集m个数据点记为一组数据；取同一凹槽轮廓的m个数据点，利用差分法获得所述凹槽轮廓第一边缘交点和第二边缘交点的坐标分别为作为上述方案的进一步优化，所述基于多个非中心特征点在基坐标系拟合平面，包括：基于基坐标系上凹槽轮廓特征点，获取每个凹槽的中轴线；基于两条相交中轴线所在平面即为拟合平面。本专利技术还提供了基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量装置，包括：精度标定板特征点基坐标系坐标单元，用于获取精度标定板预设的多个特征点在线扫描仪坐标系的坐标，并基于预设机器手末端工具坐标系-线扫描仪(眼)坐标系-机器手基坐标系之间的关系矩阵，得到多个所述特征点在基坐标系的世界坐标；精度标定板特征点拟合平面中心点坐标单元，用于基于基座标系下多个特征点进行平面拟合，并计算得到拟合平面的中心点坐标(基座标系坐标)；精度标定板中心点参考坐标单元，用于移动机器人末端工具中心点到精度标定板中心点位置并读取所述精度标定板中心点在基座标系下的参考坐标；重复定位精度测量单元，用于改变机器手末端姿态，重复预设次调用精度标定板特征点基坐标系坐标单元和精度标定板特征点拟合平面中心点坐标单元，统计预设次拟合平面的中心点坐标与参考坐标的偏差，进行重复定位精度测量。本专利技术还提供了一种电子设备,所述电子设备包括：存储器,用于存储可执行指令；处理器,用于运行所述存储器存储的可执行指令时,实现上述的基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法。本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质,存储有可执行指令,所述可执行指令被处理器执行时实现上述的基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法。本专利技术的基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法及装置，具备的有益效果：1、通过在(眼)坐标系获取精度标定板预设的多个特征点坐标，然后投影到基坐标系后进行投影坐标的平面拟合和中心特征点拟合，而不是采用在投影到基坐标系之前进行投影坐标的平面拟合和中心特征点拟合，避免了相机畸变带来的误差，以及图像坐标转换到世界坐标之间的转换误差被带入到了靶标交点位置中，实现机器人与扫描仪之间手眼标定矩阵重复精度的测量。2、为了避免上述的相机畸变以及坐标系之间的转换误差叠加，设计特定“X”型精度标定板，线扫描仪采集“X”型平面合作靶标凹槽，非接触提取标定板平面上的凹槽轮廓，根据手眼标定关系先计算出“X”字光数据上所有特征点的世界坐标系下坐标，然后进行平面投影，计算投影上两空间直线的交点，得到“X”字光交点的世界坐标系坐标。这种方法保持了坐标变换时的误差一致性，提高了重复精度测量的鲁棒性。另外，这种无接触式测量，避免了焊枪枪头碰撞，而且操作简单，不限制机器人的位姿，不需要稳定的焊缝特征，测量速度快，安全性高。附图说明图1是本专利技术实施例的基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法流程框图；图2是本专利技术实施例中“X”型凹槽标定板平面示意图；图3是本专利技术实施例中标定板凹槽线结构光图像及边缘交点示意图；图4是本专利技术的基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量装置结构框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述,所描述的实施例不应视为对本专利技术的限制,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本实施例提供的基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法，包括如下步骤：(1)获取精度标定板中的多个特征点在线扫描仪坐标系的坐标，并基于预设机器手末端工具坐标系-线扫描仪(眼)坐标系-机器手基坐标系之间的关系矩阵，得到多个所述特征点在基坐标系的世界坐标；(2)基于基座标系下多个特征点进行平面拟合，并计算得到拟合平面的中心点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法，其特征在于，包括：/n(1)获取精度标定板中多个特征点在线扫描仪坐标系的坐标，并基于预设机器手末端工具坐标系-线扫描仪(眼)坐标系-机器手基坐标系之间的关系矩阵，得到多个所述特征点在基坐标系的世界坐标；/n(2)基于基座标系下多个特征点进行平面拟合，并计算得到拟合平面的中心点坐标(基座标系坐标)；/n(3)移动机器人末端工具中心点到精度标定板中心点位置并读取所述精度标定板中心点在基座标系下的参考坐标；/n(4)改变机器手末端姿态，重复预设次步骤(1)-(2)，统计预设次拟合平面的中心点坐标与参考坐标的偏差，进行重复定位精度测量。/n

【技术特征摘要】
1.基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法，其特征在于，包括：
(1)获取精度标定板中多个特征点在线扫描仪坐标系的坐标，并基于预设机器手末端工具坐标系-线扫描仪(眼)坐标系-机器手基坐标系之间的关系矩阵，得到多个所述特征点在基坐标系的世界坐标；
(2)基于基座标系下多个特征点进行平面拟合，并计算得到拟合平面的中心点坐标(基座标系坐标)；
(3)移动机器人末端工具中心点到精度标定板中心点位置并读取所述精度标定板中心点在基座标系下的参考坐标；
(4)改变机器手末端姿态，重复预设次步骤(1)-(2)，统计预设次拟合平面的中心点坐标与参考坐标的偏差，进行重复定位精度测量。


2.根据权利要求1所述的基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法，其特征在于，所述精度标定板中多个特征点呈不共线分布。


3.根据权利要求2所述的基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法，其特征在于，所述多个特征点设置方法为：
基于精度标定板上表面的对角线设有两条交叉呈X型的凹槽；
在一个机器手末端姿态下沿着一条凹槽边采集m个数据点记为一组数据；
取同一凹槽轮廓的m个数据点，利用差分法获得所述凹槽轮廓的第一边缘交点和第二边缘交点的坐标分别为


4.根据权利要求3所述的基于线扫描仪的手眼标定重复定位精度测量方法，其特征在于，所述基于多个中心特征点在基坐标系拟合平面，包括：
基于基坐标系上凹槽轮廓特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱冠菲，秦少谦，雷秀军，严德斌，金一，
申请(专利权)人：合肥富煌君达高科信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34