一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法技术

本发明专利技术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。的精度需求。的精度需求。

【技术实现步骤摘要】
一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法


[0001]本专利技术涉及视觉机器人自动焊接
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]因此，急需一种技术来解决该问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]上述目的是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种激光视觉引导机器人自动焊接手眼标定方法，包括：
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]进一步地，步骤(1)所述焊接模型为：
[0012]设定机械手基坐标系为O
b
‑
x
b
y
b
z
b
，设定机械手末端坐标系为O
e
‑
x
e
y
e
z
e
；设定标定板坐标系为O
c
‑
x
c
y
c
z
c
，设定线激光传感器坐标系为O
l
‑
x
l
y
l
z
l
，则：
[0013]所述机械手末端坐标系到所述机械手基坐标系的转换矩阵为可通过读取机械
手的控制器获得；
[0014]所述标定板坐标系到所述机械手基坐标系的转换矩阵为
[0015]所述线激光传感器坐标系到所述机械手末端坐标系的转换矩阵为
[0016]设P为焊缝上的一点，其在激光传感器中的坐标为p
l
，则P在机械手基坐标系中的坐标p
b
有：
[0017][0018]进一步地，所述步骤(2)具体为：
[0019]设定三个标定点在所述标定板坐标系中的坐标分别为将焊枪的端点分别对准标定点得到标定点在基坐标系中的坐标
[0020]标定定义坐标系O
t
‑
x
t
y
t
z
t
，该坐标系的原点位于标定点坐标系的方向与基坐标系的方向一致，则标定点在O
t
‑
x
t
y
t
z
t
中的坐标为：
[0021][0022]机械手基坐标系O
b
‑
x
b
y
b
z
b
与标定板坐标系O
t
‑
x
t
y
t
z
t
之间的位移关系为：
[0023][0024]标定板坐标系O
t
‑
x
t
y
t
z
t
与标定板坐标系O
C
‑
x
c
y
c
z
c
之间的旋转关系为：
[0025][0026]因此有：
[0027][0028][0029]由式(6)可以得到关于旋转矩阵R＝[r
1 r
2 r3]的第一列r1和第二列r2的参数方程：
[0030][0031]设：
[0032][0033]r＝[r1，r2，r4，r5，r6，r7]T
，
[0034]有：
[0035][0036]根据旋转矩阵列向量的正交性，可以得到r3：
[0037][0038]在得到之后，由式(5)得到
[0039]进一步地，所述步骤(3)具体为：
[0040]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；
[0041]设定为激光线的两个端点，其在线激光传感器坐标系中的坐标由传感器直接获得，两个端点之间的距离为L：
[0042][0043]则有端点在标定板坐标系中的坐标
[0044][0045]设当前机械手的姿态为根据可以得到端点在末端坐标系中的坐标
[0046][0047]重复标定线采集过程n次，可以得到和设手眼关系为则有：
[0048][0049]根据Kabsch算法计算对应点集和之间的旋转矩阵R和位移向量T的初始值R0和T0，最后通过LM算法最小化如下误差得到R和T的精确估值，最终得到
[0050][0051]有益效果
[0052]本专利技术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
[0053]图1为本专利技术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；
[0054]图2为本专利技术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；
[0055]图3为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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。2.根据权利要求1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，步骤(1)所述焊接模型为：设定机械手基坐标系为O
b
‑
x
b
y
b
z
b
，设定机械手末端坐标系为O
e
‑
x
e
y
e
z
e
；设定标定板坐标系为O
c
‑
x
c
y
c
z
c
，设定线激光传感器坐标系为O
l
‑
x
l
y
l
z
l
，则：所述机械手末端坐标系到所述机械手基坐标系的转换矩阵为可通过读取机械手的控制器获得；所述标定板坐标系到所述机械手基坐标系的转换矩阵为所述线激光传感器坐标系到所述机械手末端坐标系的转换矩阵为T
le
；设P为焊缝上的一点，其在激光传感器中的坐标为p
l
，则P在机械手基坐标系中的坐标p
b
有：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：设定三个标定点在所述标定板坐标系中的坐标分别为将焊枪的端点分别对准标定点得到标定点在基坐标系中的坐标标定定义坐标系O
t
‑
x
t
y
t
z
t
，该坐标系的原点位于标定点坐标系的方向与基坐标系的方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宗民，过志强，
申请(专利权)人：无锡信捷电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：