激光测量机器人的手眼标定方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种激光测量机器人的手眼标定方法及系统，所述方法包括：接收激光器数据，获取初始位置下，靶球的圆弧半径R0；以及机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后靶球的圆弧半径Rx，Ry，Rz；根据上述圆弧半径确认本次搜索方向；以及确认圆弧半径R的搜索区间；采用区间消去法逐渐减小搜索区间；在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系：，若是，对应获取圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；并将其形成一个共轭对，求取多个共轭对，并根据其求解变换矩阵，完成手眼标定。本发明使手眼标定结果更加准确，实现方法简单，自动化程度高，同时，该系统实用性强，可广泛应用于工业测量。
【专利说明】激光测量机器人的手眼标定方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光测量机器人的手眼标定方法及系统，主要应用于工业测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]激光测量机器人是指工业机器人搭载成品化的激光器组成的机器人视觉测量系统，该系统用于工业零部件的形位尺寸检测。目前，最常见的机器人视觉测量系统的组成方式是六自由度工业机器人搭载2D激光器，其中2D激光器输出的数据是光平面上的被测物体的二维数据，2D激光器有厂家内置的坐标系。当2D激光器固定到工业机器人末端手臂上之后，不考虑环境因素影响的话，激光器坐标系与工业机器人末端法兰坐标系的相对变换矩阵就唯一确定，且激光器拆卸再安装前不会改变。
[0003]手眼标定，即2D激光器坐标系与工业机器人末端法兰坐标系的相对变换矩阵的确定，往往通过一个半径已知的高精度靶球，理想情况下机器人以不同的位置姿态使激光器恰好输出祀球球心所在的最大圆�。ü材夂峡汕蟪鲎畲笤不〉脑残模辞蛐模耸被魅宋恢米颂畔⒂氚星蚯蛐淖昙醋槌梢桓龉查疃裕缓蠼⒍喔龉查疃裕⒁郧蛐南喽杂诨魅嘶晗滴恢貌槐渥魑际纯汕蠼饧す馄髯晗涤牍ひ祷魅四┒朔ɡ甲晗档南喽员浠痪卣�。
[0004]而实际标定中很难人为控制机器人使激光器恰好能输出靶球球心所在的最大圆�。壳白龇ㄍǔＪ鞘涑霭星蚰骋辉不。迷不“刖队氚星虬刖�、该圆弧圆心与靶球球心距离构成直角三角形，通过计算该圆弧圆心与靶球球心距离得到靶球球心的坐标。然而，该方法不能准确建立机器人位置姿态信息与靶球球心坐标的对应关系，现有方法建立的对应关系并不是机器人位置姿态信息与靶球球心坐标对应关系的真实反映，进一步的，导致手眼标定结果不够精准。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种激光测量机器人的手眼标定方法及系统；该方法及系统可以控制机器人运动使激光器恰好输出靶球球心所在的最大圆�。既方⒒魅苏媸滴恢米颂氚星蚯蛐淖甑亩杂叵担故盅郾甓ń峁幼既�。
[0006]相应的，本发明一实施方式的激光测量机器人的手眼标定方法，所述方法包括以下步骤:
51、将激光投射到靶球表面形成激光数据；
52、接收所述激光器数据，获取初始位置下，所述靶球的圆弧半径RO；
53、基于机器人的基坐标系，以上述初始位置为基点，所述机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后，分别获取并记录X方向、Y方向、Z方向对应的靶球的圆弧半径Rx, Ry, Rz ； 54、将Rx，Ry,Rz分别与RO进行大小比较，根据其比较结果，确认本次搜索方向，并沿着当前搜索方向，确认圆弧半径R的搜索区间；
55、采用区间消去法逐渐减小搜索区间；
56、在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系:
M ，其中，r为靶球半径，R为实时获取的圆弧半径，ε为系统预设阈值；
T
若是，获取当前状态下，对应圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；记录机器人的位置姿态信息和所获取的圆弧圆心坐标，并将其形成一个共轭对；
若否，返回步骤S5 ；
57、根据所述共轭对信息，求解变换矩阵，完成手眼标定。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述方法还包括以下步骤:接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点数据，通过圆拟合计算所述圆弧半径R0、Rx，Ry, Rz。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述步骤S4具体包括:将圆弧半径Rx，Ry, Rz分别与RO进行比较,选择圆弧半径变化最大的坐标轴方向作为本次搜索方向。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述步骤S4具体包括:沿着当前搜索方向，通过外推法确认圆弧半径R的搜索区间，所述搜索区间按照圆弧半径小-大-小的位置关系确定。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述步骤S7具体包括:调整机器人到不同的位置姿态，重复步骤SI至S6，得到N个所述共轭对；
判断N是否大于第二系统阈值；
若是，求解变换矩阵，完成手眼标定；
若否，回到步骤SI。
[0011]相应地，本发明一实施方式的激光测量机器人的手眼标定方法系统，所述系统包括:激光发射单元，所述激光发射单元用于将激光投射到靶球表面形成激光数据；
数据处理单元，所述数据处理单元用于接收所述激光器数据，获取初始位置下，所述靶球的圆弧半径RO ；
基于机器人的基坐标系，以上述初始位置为基点，控制所述机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后，分别获取并记录X方向、Y方向、Z方向对应的靶球的圆弧半径Rx, Ry, Rz ；
将Rx，Ry, Rz分别与RO进行大小比较，根据其比较结果，确认本次搜索方向，并沿着当前搜索方向，确认圆弧半径R的搜索区间；
采用区间消去法逐渐减小搜索区间；
在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系:
，其中，r为靶球半径，R为实时获取的圆弧半径，ε为系统预设阈值；
T
若是，获取当前状态下，对应圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；记录机器人的位置姿态信息和所获取的圆弧圆心坐标，并将其形成一个共轭对；
若否，继续沿着当前搜索方向，采用区间消去法逐渐减小搜索区间； 根据所述共轭对信息，求解变换矩阵，完成手眼标定。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述数据处理单元还用于，接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点数据，通过圆拟合计算所述圆弧半径R0、Rx，Ry, Rz。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述数据处理单元还用于，将圆弧半径Rx，Ry, Rz分别与RO进行比较,选择圆弧半径变化最大的坐标轴方向作为本次搜索方向。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述数据处理单元还用于，沿着当前搜索方向，通过外推法确认圆弧半径R的搜索区间，所述搜索区间按照圆弧半径小-大-小的位置关系确定。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述数据处理单元还用于，调整机器人到不同的位置姿态，重复获得N个所述共轭对；
判断N是否大于第二系统阈值；
若是，求解变换矩阵，完成手眼标定；
若否，继续调整机器人到不同的位置姿态，重复获得下一个所述共轭对。
[0016]与现有技术相比，本发明的激光测量机器人的手眼标定方法及系统，该方法及系统可以控制机器人运动使激光器恰好输出祀球球心所在的最大圆�。既方⒒魅苏媸滴恢米颂氚星蚯蛐淖甑亩杂叵担故盅郾甓ń峁幼既罚迪址椒虻ィ远潭雀撸保孟低呈涤眯郧浚晒惴河τ糜诠ひ挡饬�。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明一实施方式中激光测量机器人的手眼标定方法的流程图；
图2是本发明一实施方式中确定圆弧半径搜索区间过程示意图；
图3是本发明一实施方式中激光测量机器人的手眼标定系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0019]如图1所示，在本发明一实施方式中激光测量机器人的手眼标定方法，所述方法包括以下步骤:
S1、将激光投射到靶球表面形成激光数据。
[0020]相应的，借助人工，手动调整机器人的位置，进而使机器人带动激光器运动将激光投射在靶球上。
[0021]优选的，在本发明的优选实施方式中，所述机器人为6自由度机器人，所述激光器为2D激光器。
[0022]优选的，激光投射到靶球上的位置没有具体限定，然而，由于本发明最终所要获取的结果与通过该圆心坐标的最大圆弧相关，相应的，为了缩短优化过程，以及提高收敛度，故，激光第一次投射到靶球上的位置，应尽可能的靠近通过所述靶球圆心坐标的最大圆弧处。
[0023]S2、接收所述激光器数据，获取初始位置下，所述靶球的圆弧半径R0。
[0024]具体的，接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点数据，通过圆拟合计算所述圆弧半径R0，并记录所述圆弧半径RO的数值。
[0025]所述初始位置为激光初次投射到靶球表面的位置。
[0026]S3、基于机器人的基坐标系，以上述初始位置为基点，所述机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后，分别获取并记录X方向、Y方向、Z方向对应的靶球的圆弧半径 Rx, Ry, Rz。
[0027]具体的，沿着机器人基坐标系的X方向、Y方向、Z方向，分别平移数值相等的微小步长，并记录平移微小步长后，X方向、Y方向、Z方向上分别对应的靶球圆弧半径Rx，Ry，Rz。
[0028]进一步的，机器人每次沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长，获取圆弧半径Rx，Ry, Rz后，所述机器人均退回到初始位置；以优化计算过程，缩短计算时间。
[0029]相应的，按照获取RO的数值的方法，接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点数据，通过圆拟合计算所述圆弧半径Rx，Ry7 Rz,并记录所述圆弧半径Rx, Ry, Rz的数值。
[0030]S4、将Rx，Ry，Rz分别RO的进行大小比较，根据其比较结果，确认本次搜索方向，并沿着当前搜索方向，确认圆弧半径R的搜索区间。
[0031 ] 具体的，将圆弧半径Rx，Ry, Rz分别与RO进行比较，选择圆弧半径变化最大的坐标轴方向作为本次搜索方向。
[0032]相应的，将Rx与RO的差值的绝对值、将Ry与RO的差值的绝对值、将Rz与RO的差值的绝对值进行大小比较，选择相较于RO变化最大的圆弧半径所在方向为本次搜索方向。
[0033]进一步，判断本次搜索方向上的圆弧半径是否大于初始位置的圆弧半径；若是，沿着与机器人前次平移方向的同一方向确认圆弧半径R的搜索区间；若否，沿着与机器人前次平移方向的相反方向确认圆弧半径R的搜索区间。
[0034]为了更清楚的描述本发明的技术方案，以下将列举一具体实施例描述步骤S4，需要说明的是，本具体实施例并不能用来限制本发明，在此不做详细赘述。
[0035]具体的，在将Rx，Ry，Rz分别RO的进行大小比较后，假设，确认Rx与RO的差值绝对值最大，此时，确认当如的搜索方向为，相对于机器人基坐标系的X方向；进一步，判断Rx是否大于R0,若是,确认搜索方向与获取Rx时的平移方向相同，若否，确认搜索方向与获取Rx时的平移方向相反。
[0036]具体的，沿着当前搜索方向，通过外推法确认圆弧半径R的搜索区间，所述搜索区间按照圆弧半径小-大-小的位置关系确定。
[0037]为了更清楚的描述本发明的技术方案，以下将列举一具体实施例描述步骤S5，需要说明的是，本具体实施例并不能用来限制本发明，在此不做详细赘述。
[0038]结合图2所示，沿着当前搜索方向，假设获得第一个位置下激光器输出的圆弧半径为^，第二个位置下圆弧半径为r2，第三个位置下圆弧半径为r3，则上述圆弧半径满足如下关系< r2 > r3，此时，确定靶球球心所在的圆弧在巧所在位置和1*3所在位置之间。上述搜索过程即为所述搜索区间按照圆弧半径小-大-小的位置关系确定。需要说明的是，图2中箭头所示方向为当前搜索方向，该箭头指示方向仅仅是示意性的标识,在实际应用中，所述搜索方向根据计算结果确定，在此不做详细赘述。
[0039]S5、采用区间消去法逐渐减小搜索区间。
[0040]相应的，采用区间消去规则减小搜索区间；即在上一次的搜索方向上及搜索区间内，使机器人往复运动，减小搜索区间。
[0041]S6、在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系:，其
r
中，r为靶球半径，R为实时获取的圆弧半径，ε为系统预设阈值；
若是，获取当前状态下，对应圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；并记录机器人的位置姿态信息和所获取的圆弧圆心坐标，将其形成一个共轭对；以供后续计算使用。
[0042]若否，返回步骤S5;
相应的，ε的取值范围并没有具体限定，其取值标准可根据需要，具体设定，可以理解的是，ε取值越小，其计算结果更加精准，在此不做详细赘述。
[0043]相应的，所述机器人的位置姿态信息也被称为:所述机器人各关节的码盘数，或所述机器人末端法兰坐标系相对于基坐标系的变换关系。
[0044]S7、根据所述共轭对信息，求解变换矩阵，完成手眼标定。
[0045]相应的，在所述机器人形成当前共轭对的最终姿态的基础上，人工控制机器人至下一个位置姿态，或机器人自动调整至下一个位置姿态，重复步骤SI至步骤S6的过程，并在不同的位置姿态上，形成后续所需要的多个共轭对，同时，对获取的多个共轭对进行保存。
[0046]具体的，控制机器人至不同的位置姿态后，重复步骤SI至S6，得到N个所述共轭对；
判断N是否大于第二系统阈值；
若是，求解变换矩阵，完成手眼标定；若否，控制机器人在形成前一个共轭对的最终位置姿态基础上，控制机器人至下一个位置姿态，并重新开始进行步骤SI。
[0047]具体的，根据N个共轭对，计算出2D激光器坐标系与机器人位置姿态信息相对变换矩阵，完成手眼标定。
[0048]需要说明的是，所述第二系统阈值的数值没有具体限定，一般情况下，所述第二系统阈值的数值越大，最终所要获取的结果更加准确。
[0049]相应的，所述位置姿态的确定，尽可能的在不同的方向使激光投射到靶球上，进而计算出对应靶球各个方向上对应的多个所述共轭对的信息。
[0050]与现有技术相比，本发明的激光测量机器人的手眼标定方法，该方法及系统可以控制机器人运动使激光器恰好输出靶球球心所在的最大圆�。既方⒒魅苏媸滴恢米颂氚星蚯蛐淖甑亩杂叵担故盅郾甓ń峁幼既罚迪址椒虻ィ远潭雀撸保孟低呈涤眯郧浚晒惴河τ糜诠ひ挡饬�。
[0051]相应的，结合图3所示，图3是本发明一实施方式中激光测量机器人的手眼标定系统的结构示意图。
[0052]相应的，所述系统包括:激光发射单元100，数据处理单元200。
[0053]激光发射单元100，激光发射单元100用于将激光投射到靶球表面形成激光数据； 相应的，借助人工，手动调整机器人的位置，进而使机器人带动激光器运动，激光发射单元100将激光投射在靶球上。
[0054]优选的，在本发明的优选实施方式中，所述机器人为6自由度机器人，所述激光器为2D激光器。
[0055]优选的，激光发射单元100将激光投射到靶球上的位置没有具体限定，然而，由于本发明最终所要获取的结果与通过该圆心坐标的最大圆弧相关，相应的，为了缩短优化过程，以及提高收敛度，故，激光第一次投射到靶球上的位置，应尽可能的靠近通过所述靶球圆心坐标的最大圆弧处。
[0056]数据处理单元200，数据处理单元200用于接收所述激光器数据，获取初始位置下，所述靶球的圆弧半径R0;
具体的，数据处理单元200用于接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点数据，通过圆拟合计算所述圆弧半径R0，并记录所述圆弧半径RO的数值。
[0057]所述初始位置为激光初次投射到靶球表面的位置。
[0058]数据处理单元200用于基于机器人的基坐标系，以上述初始位置为基点，控制所述机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后，分别获取并记录X方向、Y方向、Z方向对应的祀球的圆弧半径Rx，Ry，Rz。
[0059]具体的，数据处理单元200控制机器人沿其基坐标系的X方向、Y方向、Z方向，分别平移数值相等的微小步长，并记录平移微小步长后，X方向、Y方向、Z方向上分别对应的革巴球圆弧半径Rx，Ry, Rz。
[0060]进一步的，数据处理单元200控制机器人每次沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长，获取圆弧半径Rx，Ry，Rz后，均控制所述机器人均退回到初始位置；以优化计算过程，缩短计算时间。
[0061]相应的，数据处理单元200按照获取RO的数值的方法，接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点数据，通过圆拟合计算所述圆弧半径Rx，Ry, Rz，并记录所述圆弧半径Rx，Ry,Rz的数值。
[0062]数据处理单元200将Rx，Ry, Rz分别RO的进行大小比较，根据其比较结果，确认本次搜索方向，并沿着当前搜索方向，确认圆弧半径R的搜索区间。
[0063]具体的，数据处理单元200将圆弧半径Rx，Ry，Rz分别与RO进行比较，选择圆弧半径变化最大的坐标轴方向作为本次搜索方向。
[0064]相应的，数据处理单元200将Rx与RO的差值的绝对值、将Ry与RO的差值的绝对值、将Rz与RO的差值的绝对值进行大小比较，选择相较于RO变化最大的圆弧半径所在方向为本次搜索方向。
[0065]进一步，数据处理单元200判断本次搜索方向上的圆弧半径是否大于初始位置的圆弧半径；
若是，沿着与机器人前次平移方向的同一方向确认圆弧半径R的搜索区间；
若否，沿着与机器人前次平移方向的相反方向确认圆弧半径R的搜索区间。
[0066]为了更清楚的描述本发明的技术方案，以下将列举一具体实施例描述步骤S4，需要说明的是，本具体实施例并不能用来限制本发明，在此不做详细赘述。
[0067]具体的，数据处理单元200在将Rx，Ry, Rz分别RO的进行大小比较后，假设，确认Rx与RO的差值绝对值最大，此时，确认当前的搜索方向为，相对于机器人基坐标系的X方向；进一步，数据处理单元200判断Rx是否大于R0，若是，确认搜索方向与获取Rx时的平移方向相同，若否，确认搜索方向与获取Rx时的平移方向相反。
[0068]数据处理单元200沿着当前搜索方向，确认圆弧半径R的搜索区间。
[0069]具体的，数据处理单元200沿着当前搜索方向，通过外推法确认圆弧半径R的搜索区间，所述搜索区间按照圆弧半径小-大-小的位置关系确定。
[0070]为了更清楚的描述本发明的技术方案，以下将列举一具体实施例详细描述，需要说明的是，本具体实施例并不能用来限制本发明，在此不做详细赘述。
[0071 ] 结合图2所示，数据处理单元200沿着当前搜索方向，假设获得第一个位置下激光器输出的圆弧半径为A，第二个位置下圆弧半径为r2，第三个位置下圆弧半径为r3，则上述圆弧半径满足如下关系< r2 > r3,此时,确定祀球球心所在的圆弧在!T1所在位置和r3所在位置之间。上述搜索过程即为所述搜索区间按照圆弧半径小-大-小的位置关系确定。需要说明的是，图2中箭头所示方向为当前搜索方向，该箭头指示方向仅仅是示意性的标识，在实际应用中，所述搜索方向根据计算结果确定，在此不做详细赘述。
[0072]相应的，数据处理单元200采用区间消去规则减小搜索区间；即在上一次的搜索方向上及搜索区间内，使机器人往复运动，减小搜索区间。
[0073]数据处理单元200在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系: <!，其中，r为靶球半径，R为实时获取的圆弧半径，ε为系统预设阈值；
r
若是，数据处理单元200获取当前状态下，对应圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；记录机器人的位置姿态信息和所获取的圆弧圆心坐标，并将其形成一个共轭对；
若否，数据处理单元200继续沿着当前搜索方向，进一步减小搜索区间。
[0074]相应的，ε的取值范围并没有具体限定，其取值标准可根据需要，具体设定，可以理解的是，ε取值越�。浼扑憬峁泳迹诖瞬蛔鱿晗缸甘觥�
[0075]相应的，所述机器人的位置姿态信息也被称为:所述机器人各关节的码盘数，或所述机器人末端法兰坐标系相对于基坐标系的变换关系。
[0076]数据处理单元200根据所述共轭对信息，求解变换矩阵，完成手眼标定。
[0077]相应的，数据处理单元200在所述机器人形成当前共轭对的最终姿态的基础上，控制机器人至下一个位置姿态，并在不同的位置姿态上，形成后续所需要的多个共轭对，同时，对获取的多个共轭对进行保存。当然，也可以通过人工控制所述机器人至下一位置姿态，在此不做详细赘述。
[0078]具体的，数据处理单元200控制机器人至不同的位置姿态后，得到N个所述共轭对；
判断N是否大于第二系统阈值；若是，求解变换矩阵，完成手眼标定；若否，数据处理单元200在形成前一个共轭对的最终位置姿态基础上，控制机器人至下一个位置姿态，获得当前位置姿态下的共轭对。
[0079]具体的，数据处理单元200根据N个共轭对，计算出2D激光器坐标系与机器人位置姿态信息相对变换矩阵，完成手眼标定。
[0080]需要说明的是，所述第二系统阈值的数值没有具体限定，一般情况下，所述第二系统阈值的数值越大，最终所要获取的结果更加准确。
[0081]相应的，所述位置姿态的确定，尽可能的在不同的方向使激光投射到靶球上，进而计算出对应靶球各个方向上对应的多个所述共轭对的信息。
[0082]与现有技术相比，本发明的激光测量机器人的手眼标定方法及系统，该方法及系统可以控制机器人运动使激光器恰好输出祀球球心所在的最大圆�。既方⒒魅苏媸滴恢米颂氚星蚯蛐淖甑亩杂叵担故盅郾甓ń峁幼既罚迪址椒虻ィ远潭雀撸保孟低呈涤眯郧浚晒惴河τ糜诠ひ挡饬�。
[0083]为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各�？榈墓δ茉谕桓龌蚨喔鋈砑�/或硬件中实现。
[0084]通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以保存在保存介质中，如R0M/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，信息推送服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施方式或者实施方式的某些部分所述的方法。
[0085]以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的�？榭梢允腔蛘咭部梢圆皇俏锢砩戏挚模魑？橄允镜牟考梢允腔蛘咭部梢圆皇俏锢砟？椋纯梢晕挥谝桓龅胤剑蛘咭部梢苑植嫉蕉喔鐾缒？樯�。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0086]本申请可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如:个人计算机、信息推送服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理�？橄低�、基于微处理�？榈南低�、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
[0087]本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序�？�。一般地，程序�？榘ㄖ葱刑囟ㄈ挝窕蚴迪痔囟ǔ橄笫堇嘈偷睦獭⒊绦�、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序�？榭梢晕挥诎ū４嫔璞冈谀诘谋镜睾驮冻碳扑慊４娼橹手小�
[0088]应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0089]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种激光测量机器人的手眼标定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 51、将激光投射到靶球表面形成激光数据； 52、接收所述激光器数据，获取初始位置下，所述靶球的圆弧半径RO； 53、基于机器人的基坐标系，以上述初始位置为基点，所述机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后，分别获取并记录X方向、Y方向、Z方向对应的靶球的圆弧半径Rx, Ry, Rz ； 54、将Rx，Ry,Rz分别与RO进行大小比较，根据其比较结果，确认本次搜索方向，并沿着当前搜索方向，确认圆弧半径R的搜索区间； 55、采用区间消去法逐渐减小搜索区间； 56、在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系:
P — M ——< f，其中，r为靶球半径，R为实时获取的圆弧半径，ε为系统预设阈值；
r 若是，获取当前状态下，对应圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；记录机器人的位置姿态信息和所获取的圆弧圆心坐标，将其形成一个共轭对； 若否，返回步骤S5 ； 57、根据所述共轭对信息，求解变换矩阵，完成手眼标定。
2.根据权利要求1所述的激光测量机器人的手眼标定方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤: 接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点数据，通过圆拟合计算所述圆弧半径R0、Rx，Ry, Rz0
3.根据权利要求1所述的激光测量机器人的手眼标定方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括:将圆弧半径Rx，Ry, Rz分别与RO进行比较，选择圆弧半径变化最大的坐标轴方向作为本次搜索方向。
4.根据权利要求3所述的激光测量机器人的手眼标定方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括: 沿着当前搜索方向，通过外推法确认圆弧半径R的搜索区间，所述搜索区间按照圆弧半径小-大-小的位置关系确定。
5.根据权利要求1至4任一项所述的激光测量机器人的手眼标定方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括: 调整机器人到不同的位置姿态，重复步骤SI至S6，得到N个所述共轭对； 判断N是否大于第二系统阈值； 若是，求解变换矩阵，完成手眼标定； 若否，继续调整机器人到不同的位置姿态，并回到步骤SI。
6.一种激光测量机器人的手眼标定系统，其特征在于，所述系统包括: 激光发射单元，所述激光发射单元用于将激光投射到靶球表面形成激光数据； 数据处理单元，所述数据处理单元用于接收所述激光器数据，获取初始位置下，所述靶球的圆弧半径RO ； 基于机器人的基坐标系，以上述初始位置为基点，控制所述机器人分别沿X方向、Y方向、Z方向平移微小步长后，分别获取并记录X方向、Y方向、Z方向对应的靶球的圆弧半径Rx, Ry, Rz ； 将Rx，Ry, Rz分别与RO进行大小比较，根据其比较结果，确认本次搜索方向，并沿着当前搜索方向，确认圆弧半径R的搜索区间； 采用区间消去法逐渐减小搜索区间； 在所述搜索区间内，判断当前圆弧半径R是否满足如下关系: M ，其中，r为靶球半径，R为实时获取的圆弧半径，ε为系统预设阈值；
r 若是，获取当前状态下，对应圆弧半径为R的圆弧圆心坐标，以及机器人的位置姿态信息；记录机器人的位置姿态信息和所获取的圆弧圆心坐标，并将其形成一个共轭对； 若否，继续沿着当前搜索方向，采用区间消去法逐渐减小搜索区间； 根据所述共轭对信息，求解变换矩阵，完成手眼标定。
7.根据权利要求1所述的激光测量机器人的手眼标定系统，其特征在于，所述数据处理单元还用于，接收激光投射到靶球表面的圆弧离散点数据，通过圆拟合计算所述圆弧半径 R0、Rx, Ry, Rz。
8.根据权利要求1所述的激光测量机器人的手眼标定系统，其特征在于， 所述数据处理单元还用于，将圆弧半径Rx，Ry, Rz分别与RO进行比较，选择圆弧半径变化最大的坐标轴方向作为本次搜索方向。
9.根据权利要求8所述的激光测量机器人的手眼标定系统，其特征在于， 所述数据处理单元还用于，沿着当前搜索方向，通过外推法确认圆弧半径R的搜索区间，所述搜索区间按照圆弧半径小-大-小的位置关系确定。
10.根据权利要求6至9任一项所述的激光测量机器人的手眼标定系统，其特征在于， 所述数据处理单元还用于，调整机器人到不同的位置姿态，重复获得N个所述共轭对； 判断N是否大于第二系统阈值； 若是，求解变换矩阵，完成手眼标定； 若否，继续调整机器人到不同的位置姿态，重复获得下一个所述共轭对。
【文档编号】G01B11/00GK104132616SQ201410408307
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】王浩田, 卞大超, 刘铎, 宋孚群, 王岩, 张一丁, 张敏, 张冬运 申请人:苏州北硕检测技术有限公司
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