專利名稱：一種基于指數(shù)積模型的手眼機器人全自動標定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及手眼機器人標定領(lǐng)域，更具體地說是涉及一種基于指數(shù)積模型的手眼機器人全自動標定方法，以提高手眼機器人的絕對定位精度。
背景技術(shù)：
手眼機器人是指在機器人末端安裝相機，起到眼睛的作用，由于它靈活方便，備受人們關(guān)注。其整體標定精度的高低是決定該機器人能夠應用到實際的一種重要指標，手眼機器人的整體標定包括相機標定、手眼標定、機器人本體標定，其中相機標定是指對機器人末端固定安裝的相機內(nèi)參數(shù)進行標定。手眼標定是對機器人末端工具與安裝在其上的相機之間的關(guān)系進行標定。機器人本體標定是對機器人各關(guān)節(jié)參數(shù)進行標定，不同的運動學模型有不同的參數(shù)定義。每一部分標定都是機器人視覺領(lǐng)域不可忽視的問題，都比較復雜，因此對手眼機器人的應用帶來很多不便，為此人們在保證精度的前提下盡量簡化標定過程，有相機標定和手眼標定同時進行的，有手眼標定與機器人本體標定同時進行的，也有相機標定與機器人本體標定同時進行的，但還沒有一種將三者同時進行的標定方法，而且標定過程復雜需要交互才能實現(xiàn)，因此迫切需要研制開發(fā)一種簡單的、有效的自動方法來實現(xiàn)手眼機器人的整體標定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于解決現(xiàn)有技術(shù)中手眼機器人標定方法存在的不足，提供一種基于指數(shù)積模型的手眼機器人全自動標定方法。其技術(shù)解決方案是:一種基于指數(shù)積模型的手眼機器人全自動標定方法，包括以下步驟:a提供工業(yè)機器人、末端雙目相機、一塊平面鏡和若干覘標；末端雙目相機采取可拆分式連接方式安裝于機器人末端，覘標粘貼于平面鏡的鏡面上和機器人末端工具控制點處；然后進入步驟b，b確定機器人的初始位置，并選擇合適的位置將粘貼有覘標的平面鏡放置于末端雙目相機視場范圍內(nèi)，同時利用末端雙目相機獲取平面鏡的鏡面圖像一張，該鏡面圖像中包含鏡面覘標信息和反射到鏡子里面的末端手抓上的覘標信息，用來標定手眼關(guān)系；然后進入步驟c,c控制機器人從末端關(guān)節(jié)開始逐一旋轉(zhuǎn)，利用末端雙目相機在每個關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)過程中間隔一定角度拍攝鏡面覘標圖像一次，直到其超出相機視場范圍為止；假設(shè)機器人每個
關(guān)節(jié)運動過程中獲得Hii幅圖像，i=l，...，n，n為機器人關(guān)節(jié)個數(shù)，利用
權(quán)利要求
1.一種基于指數(shù)積模型的手眼機器人全自動標定方法，其特征在于包括以下步驟: a提供工業(yè)機器人、末端雙目相機、一塊平面鏡和若干覘標；末端雙目相機采取可拆分式連接方式安裝于機器人末端，覘標粘貼于平面鏡的鏡面上和機器人末端工具控制點處；然后進入步驟b， b確定機器人的初始位置，并選擇合適的位置將粘貼有覘標的平面鏡放置于末端雙目相機視場范圍內(nèi)，同時利用末端雙目相機獲取平面鏡的鏡面圖像一張，該鏡面圖像中包含鏡面覘標信息和反射到鏡子里面的末端手抓上的覘標信息，用來標定手眼關(guān)系；然后進入步驟c, c控制機器人從末端關(guān)節(jié)開始逐一旋轉(zhuǎn)，利用末端雙目相機在每個關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)過程中間隔一定角度拍攝鏡面覘標圖像一次，直到其超出相機視場范圍為止；假設(shè)機器人每個關(guān)節(jié)運動過程中獲得Hii幅圖像，i=l,η，η為機器人關(guān)節(jié)個數(shù)，利用幅圖像標定相機和機i—\器人關(guān)節(jié)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于指數(shù)積模型的手眼機器人全自動標定方法，其特征在于: 上述步驟a中，設(shè)定機器人的指數(shù)積運動模型為: (Θ) = e^A e5A...e5"61" 其中g(shù)WT( θ )是機器人處于θ = ( Θ u Θ 2，Θ 3，...，Θ n)時末端工具坐標系T相對世界坐標系w的變換關(guān)系，是運動旋量ξ的指數(shù)矩陣； 上述步驟b中，設(shè)定手眼變化關(guān)系為Adl, 4 =4^毛^,,.，其中1。和Ach,為已知數(shù)據(jù)； 上述步驟c中，假設(shè)末端雙目相機在第i個關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)過程中測量的點記為Xi=Uil, xi2,xim)，i=l,n, Xij e R4xnum為空間三維齊次坐標,Hii為第i關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)過程中相機測量數(shù)據(jù)的次數(shù)，num為空間被測點的個數(shù)，關(guān)節(jié)參數(shù)求解公式為: x,_a = χ Ζ,， .= 1，…，H , a,be {I,...,m} 其中Xw和Xu是\中任意兩組數(shù)據(jù)的齊次坐標值，根據(jù)上式可直接求出旋量參數(shù)ξ ij;再通過Xi中的Hii組測量數(shù)據(jù)，每兩組得到一組解，通過兩兩組合得到G組解，將C組解取平均值作為最終的關(guān)節(jié)參數(shù)，即:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于指數(shù)積模型的手眼機器人全自動標定方法，是一種機器人本體、手眼、相機三部分同時進行的全自動標定方法，該方法不需要額外的輔助測量儀器，只需利用一面鏡子和若干覘標即可。其主要特點為一是利用了鏡子的反射原理將末端相機視野范圍外的手部信息轉(zhuǎn)換到相機坐標系下，完成手眼標定；二是將機器人自身攜帶的末端相機作為測量儀器，以空間鏡面上的棋盤格為測量目標，增加機器人每個關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)過程中相機拍攝目標的次數(shù)，并在特定的運動策略下，同時實現(xiàn)相機標定和關(guān)節(jié)參數(shù)標定。本發(fā)明是一種簡單、有效的機器人全自動標定方法。
文檔編號G01B11/00GK103115615SQ20131003095
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者王海霞, 盧曉 申請人:山東科技大學