(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210542608.1 (22)申请日 2022.05.18 (71)申请人 西安中科光电精密工程有限公司 地址 710077 陕西省西安市高新区丈 八五 路二号现代企业中心东区工业厂房3 栋3层10302室 (72)发明人 赵军丽　路超　张恒　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 房鑫 (51)Int.Cl. G06T 7/60(2017.01) G06T 7/70(2017.01) G06T 7/80(2017.01) G06T 7/13(2017.01)B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 工业机器人携带球形合作目标的位姿在线 标定方法及系统 (57)摘要 一种工业机器人携带球形合作目标的位姿 在线标定方法及系统， 标定方法包括将球形合作 目标平稳固定在工业机器人末端的作业机械手 上； 工业机器人保持标定位置坐标不变， 带动球 形合作目标运动至多个标定姿态， 立体相机采集 球形合作目标的轮廓点云； 对各个标定位姿下立 体相机采集到的轮廓点云进行识别、 分割， 计算 球形合作目标的球心坐标； 结合球形合作目标的 球心在法兰坐标系下的坐标与工业机器人的位 姿信息， 计算出各个标定位姿球形合作目标的球 心在工业机器人基坐标系下的坐标； 最后计算出 工业机器人与立体相机的位姿转换矩阵。 本发明 操作简单、 高效、 高精度， 无需拆卸机械手， 可自 动化实现在线校验或标定工业机器人与立体相 机位姿坐标转换矩阵。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 114897961 A 2022.08.12 CN 114897961 A 1.一种工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法， 其特 征在于， 包括： 将球形合作目标(3)平稳固定在工业机器人(1)末端的作业机 械手(5)上； 控制工业机器人(1)保持标定位置坐标不变， 带动 球形合作目标(3)运动 至多个标定姿 态， 立体相机(2)采集球形合作目标(3)的轮廓点云； 对各个标定位姿下立体相机(2)采集到的球形合作目标(3)的轮廓点云进行识别、 分 割， 计算球形合作目标(3)的球心坐标； 读取各个标定姿态下工业机器人(1)的位姿信 息， 计算旋转矩阵； 以及读取各个标定位 姿下球形合作目标(3)的球心坐标， 计算球形合作目标(3)的球心在法兰坐标系下的坐标； 结合球形合作目标(3)的球心在法兰坐标系下的坐标与工业机器人(1)的位姿信息， 计 算出各个标定位姿球形合作目标(3)的球心在工业机器人基坐标系下的坐标； 根据各个标定位姿球形合作目标(3)的球心在工业机器人基坐标系下的坐标， 计算出 工业机器人(1)与立体相机(2)的位姿转换矩阵。 2.根据权利要求1所述工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法， 其特征在 于， 所述将球形合作目标(3)平稳固定在工业机器人(1)末端的作业机 械手(5)上包括： 选择不少于一个 球体的球形合作目标(3)进行平稳固定； 各标定位姿下， 使不少于一个 球体的球形合作目标(3)在立体相机 视场范围内。 3.根据权利要求1所述工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法， 其特征在 于， 所述控制工业机器人(1)保持标定位置坐标不变， 带动球形合作目标(3)运动至多个标 定姿态， 立体相机(2)采集球形合作目标(3)的轮廓点云包括： 工业机器人(1)保持标定位置 坐标不变， 选择不少于三个标定姿态， 由工业机器人(1)带动球形合作目标(3)运动至各个 标定位姿， 立体相机(2)采集球形合作目标(3)的局部轮廓， 得到轮廓点云。 4.根据权利要求1所述工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法， 其特征在 于， 所述对各个标定位姿下立体相机(2)采集到的球形合作目标(3)的轮廓点云进行识别、 分割， 计算球形合作目标(3)的球心坐标包括： 识别各个标定位姿下球形合作目标(3)的轮廓点云； 从包含背景点云数据以及球形合 作目标(3)轮廓点云的点云集中分割球形合作目标(3)的轮廓点云； 拟合计算分割后的轮廓 点云的球心坐标Pn ＝[xn,yn,zn,1]， n ＝1,2,……， N， N为标定位姿数量。 5.根据权利要求4所述工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法， 其特征在 于， 所述读取 各个标定姿态下工业机器人(1)的位姿信息包括： 读取工业机器人(1)各个标定位姿的参数； 工业机器人(1)各个标定位姿的参数根据工业机器人厂家的坐标系定义进行计算， 设 定位姿参数对应的姿态 矩阵为Rrn， 平 移矩阵为Tr， 其中r 表示工业机器人； 读取各个标定位姿下球形合作目标(3)的球心坐标， 计算球形合作目标(3)的球心在法 兰坐标系下的坐标包括： 根据球心坐标Pn， 计算球心在法兰坐标系下的坐标[a,b,c,1]， 计算表达式如下： 6.根据权利要求5所述工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114897961 A 2于， 所述计算出各个标定位姿球形合作目标(3)的球心在工业机器人基坐标系下的坐标包 括： 工业机器人的姿态矩阵为Rrn， 平移矩阵为Tr， 位姿矩阵为[Rrn,Tr]； 根据球心在法兰 坐标系下的坐标[a,b,c,1]， 按下式计算球心点在工业机器人基坐标系下的坐标Pbn： Pbn＝[Rrn,Tr]*[a,b,c,1]T。 7.根据权利要求6所述工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定方法， 其特征在 于， 所述计算出工业机器人(1)与立体相机(2)的位姿转换矩阵包括： 由球心坐标Pn组成矩阵A； 由球心点在工业机器人基坐标系下的坐标Pbn组成矩阵B； 根据矩阵A、 矩阵B计算工业机器人与立体相机的位姿转换矩阵[Rrc， Trc]。 8.一种工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定系统， 其特 征在于， 包括： 轮廓点云采集模块， 用于将球形合作目标(3)平稳固定在工业机器人(1)末端的作 业机 械手(5)之后， 控制工业机器人(1)保持标定位置坐标不变， 带动球形合作目标(3)运动至多 个标定姿态， 立体相机(2)采集球形合作目标(3)的轮廓点云； 球心坐标计算模块， 用于对各个标定位姿下立体相机(2)采集到的球形合作目标(3)的 轮廓点云进行识别、 分割， 计算球形合作目标(3)的球心坐标； 位姿信息求解模块， 用于读取各个标定姿态下工业机器人(1)的位姿信息， 计算旋转矩 阵； 以及读取各个标定位姿下球形合作目标(3)的球心坐标， 计算球形合作目标(3)的球心 在法兰坐标系下的坐标； 球心坐标转换模块， 用于结合球形合作目标(3)的球心在法兰坐标系下的坐标与工业 机器人(1)的位姿信息， 计算出各个标定位姿球形合作目标(3)的球心在工业机器人基坐标 系下的坐标； 位姿转换矩阵求解模块， 用于根据各个标定位姿球形合作目标(3)的球心在工业机器 人基坐标系下的坐标， 计算出工业机器人(1)与立体相机(2)的位姿转换矩阵。 9.根据权利要求8所述工业机器人携带球形合作目标的位姿在线标定系统， 其特征在 于， 所述的球形合作目标(3)固定在工业机器人(1)末端的作业机械手(5)上， 所述的球形合 作目标(3)由数量为一个或多个球体组成， 且球体均处在立体相机视场范围内， 球形合作目 标(3)具有球面的局部轮廓特 征。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114897961 A 3