【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及相机标定，尤其是涉及一种线激光相机手眼标定方法。
技术介绍
1、线激光相机手眼标定技术在焊接机器人中的应用至关重要，通过精确获取工件的三维信息，有效实现机器人焊接路径的精确控制和稳定操作。该技术能够将相机坐标系与机器人坐标系进行精准转换，提升焊接自动化水平，显著提高焊接精度，减少位置误差，确保焊接质量的一致性，特别适用于复杂工况下的自动化焊接任务。目前，常用的线激光相机手眼标定方法包括圆球标定块和平面靶标等。例如，使用圆球标定块时，虽然通过扫描圆球上的局部圆弧并进行算法拟合可以较为准确地求解圆心，但该方法受限于标定块表面的材质和粗糙度，且拟合精度在圆弧半径为标准球半径的0.5-0.9范围时更为理想，因此测量范围有限。此外，拟合过程中的误差累积也会影响标定结果。相比之下，平面靶标标定方法只能提供二维特征点信息，尽管通过多个角度拍摄可以获取三维信息，但复杂度较高，且误差累积风险较大。同时，平面靶标对相机的角度和视野要求较高，任何角度偏差都会影响特征点识别精度，从而影响标定效果。
2、目前针对传统的线激光相机手眼标定措施有：
3、1.一个标定的方法是对圆球标定块进行测量通过拟合圆心位置间接求解出手眼标定矩阵，如文献(曹冬旺,郝卫东,杨道国.线激光视觉测量机器人手眼标定方法研究[j].机床与液压,2020,48(21):31-35.)。该文章提出了一种基于标定球的线激光视觉测量机器人手眼标定方法。该方法利用标定球在机器人基坐标系下球心位置的固定性，结合机器人运动学建立矩阵变换关系，并通过引入四元数简
4、2.另一种标定方法为吴庆华等人提出的基于平面靶标的线结构光视觉传感器机器人手眼标定方法，文章提出了一种基于平面靶标的线激光视觉测量机器人手眼标定方法。该方法通过设计一个包含单一圆形标记的平面靶标，并使机器人调整姿态以确保激光线穿过靶标圆心位置，通过图像处理提取圆心的像素坐标，从而在传感器坐标系下获得圆心的三维坐标。通过多次采集不同姿态下的坐标数据，并结合机器人运动学关系，应用最小二乘法求解手眼矩阵，实现视觉传感器与机器人末端法兰盘坐标系之间的精确标定。实验表明，该方法在降低三维测量系统的定位误差方面取得了良好效果，且由于采用平面靶标，不需要使用高成本的标定工具，具有较高的经济性和实用性。然而，该方法也存在一定的限制，特别是对相机的视野范围和角度的要求较高。任何轻微的角度偏差或视野不完整都会导致特征点识别精度的降低，进而影响整体标定效果。因此，确保相机和靶标之间的精确对准是实现高精度标定的关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了提供一种提高机器人在复杂工况下的稳定性能和精确操作的线激光相机手眼标定方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种线激光相机手眼标定方法，包括以下步骤：
4、s1、基于线激光相机的测量范围和机器人末端的空间限制，确定三棱锥标定块，并选取固定标定点，其中所述机器人末端设置有所述线激光相机和末端工具；
5、s2、基于所述三棱锥标定块和固定标定点，对所述末端工具中心点进行tcp位置标定和tcp姿态标定，得到标定后的tcp点；
6、s3、选取所述线激光相机的标定参数，并结合所述三棱锥标定块，对线激光相机内参矩阵进行校验；
7、s4、基于校验后的标定参数和标定后的tcp点，以不同位姿多次测量所述固定标定点，并对所述固定标定点提取特征值，再计算手眼标定变换矩阵；
8、s5、对所述手眼标定变换矩阵进行标定误差校验，判断是否满足精度要求，若是，则返回步骤s2重新进行标定，直至满足精度要求，若否，则不做任何操作。
9、进一步地，所述固定标定点为所述三棱锥标定块中三个棱边上的任意选取的一点。
10、进一步地，步骤s2中，所述进行tcp位置标定的步骤包括：
11、将末端工具移动到空间中任意一点作为参考点，其中选取的所述参考点为固定标定点；
12、记录末端工具四次以不同姿态移动到所述参考点后，在末端坐标系中的位置数据，并通过求解计算得到标定后的tcp位置，其中所述标定后的tcp位置的计算过程包括：
13、确定所述参考点相对于机器人基座在不同位姿下的关系：
14、
15、式中，为末端工具末端点相对于机器人法兰盘位姿的旋转变换矩阵，为第i次姿态移动时机器人法兰盘相对于基座位置的平移变换矩阵，为第i次姿态移动时机器人法兰盘相对于基座位姿的旋转变换矩阵，为末端工具末端点相对于法兰盘位置的平移变换矩阵；
16、将关系式进行整理合并，得到超定方程组：
17、
18、采用奇异值分解方法对所述超定方程组进行求解：
19、
20、式中，v是的特征向量正交矩阵，u是的特征向量正交矩阵，σ是个对角矩阵对角元素为非负的奇异值，奇异值记为σ1,σ2,...,σn，σ+是σ的伪逆，即
21、采用最小二乘法求解的特征值并取平方根，得到标定后的tcp位置。
22、进一步地，还包括所述tcp位置标定后，衡量标定后的tcp位置的误差，其中误差的计算表达式为：
23、
24、式中，δ为标定的误差，为第i次姿态移动时机器人法兰盘相对于基座位置的平移变换矩阵，为第i次姿态移动时机器人法兰盘相对于基座位姿的旋转变换矩阵，为末端工具末端点相对于法兰盘位置的平移变换矩阵。
25、进一步地，步骤s2中，进行tcp姿态标定的步骤包括：
26、确定第五标定点和第六标定点，其中，根据所述末端工具四次以不同姿态移动到所述参考点确定四个标定点，所述第五标定点通过以第四个标定点为基础在x+方向上平移一定距离得到，所述第六标定通过以第四个标定点为基础在z+方向上平移一定距离得到；
27、计算所述第四个标定点与第五标定点之间的关系：
28、
29、式中，x为工具坐标系x轴的轴向量，为第六次姿态移动时机器人法兰盘相对于基座位置的平移变换矩阵，作为第五标定点位置；
30、计算所述第四个标定点与第六标定点之间的关系：
31、
32、式中，z为工具坐标系z轴的轴向向量，为第六次姿态移动时机器人法兰盘相对于基座位置的平移变换矩阵，作为第六标定点位本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，所述固定标定点为所述三棱锥标定块中三个棱边上的任意选取的一点。
3.根据权利要求1所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，步骤S2中，所述进行TCP位置标定的步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，还包括所述TCP位置标定后，衡量标定后的TCP位置的误差，其中误差的计算表达式为：
5.根据权利要求3所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，步骤S2中，进行TCP姿态标定的步骤包括：
6.根据权利要求1所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，还包括在对所述标定后的TCP点进行标定误差校验步骤，具体步骤包括：
7.根据权利要求1所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，所述线激光相机的标定参数包括触发方式、激光投影强度、曝光时间、采集模式、点云格式和降采样设置。
8.根据权利要求1所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于
9.根据权利要求1所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，步骤S4中，所述手眼标定变换矩阵的计算过程包括：
10.根据权利要求1所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，步骤S5中，采用最小二乘法拟合误差以对所述手眼标定变换矩阵进行标定误差校验，所述最小二乘法拟合误差的表达式为：
...【技术特征摘要】
1.一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，所述固定标定点为所述三棱锥标定块中三个棱边上的任意选取的一点。
3.根据权利要求1所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，步骤s2中，所述进行tcp位置标定的步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，还包括所述tcp位置标定后，衡量标定后的tcp位置的误差，其中误差的计算表达式为：
5.根据权利要求3所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，步骤s2中，进行tcp姿态标定的步骤包括：
6.根据权利要求1所述的一种线激光相机手眼标定方法，其特征在于，还包...
【专利技术属性】
技术研发人员：王英雄，罗健祯，冒建亮，周昕，张传林，夏飞，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：
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