激光测距仪和机械臂末端关系的正交平面标定方法及系统

摘要

本发明公开了一种激光测距仪和机械臂末端关系的正交平面标定方法及系统。本发明采用激光测距仪固定在机械臂末端，并在空间中放置相互正交的标定平面，通过机械臂的旋转平移运动带动激光测距仪的位姿改变，使用激光测距仪测量的距离d，求解平移向量r和激光束的单位方向向量v，完成激光测距仪和机械臂末端的空间变换关系标定，根据x＝r+dv，实现对三维空间中物体上点x的重建；明确给出了机械臂末端坐标系和激光测距仪坐标系的变换关系；使用正交平面作为标定平面和应用非线性优化方法充分利用点的共面性作为约束条件来求解空间变换关系的标定问题，从而增加约束条件减少误差，降低噪声干扰，提高方法的鲁棒性和易实施性，并提高空间变换关系的标定精度。

主权项

一种激光测距仪和机械臂末端的空间变换关系的正交平面标定方法，其特征在于，所述标定方法包括以下步骤：1)建立空间变换关系：机械臂末端坐标系为O_m，激光测距仪坐标系为O_L，激光测距仪坐标系相对于机械臂末端坐标系只发生平移r，激光测距仪发出的激光束的单位方向向量在激光测距仪坐标系下为v，机械臂末端坐标系下激光束照射到标定平面上的点为x，即机械臂末端坐标系的原点到激光束照射到标定平面上的点表示为x，激光测距仪测量得到的距离为d，即在激光测距仪坐标系下，激光测距仪坐标系的原点到激光束照射到标定平面的点x的距离为d，根据机械臂末端坐标系和激光测距仪坐标系的关系，对于照射到标定平面上的点表示为：x＝r+dv，其中，r为平移向量，v为激光束的单位方向向量，二者未知，下面分别求得r和v；由第一标定平面P1求得的激光束的单位方向向量为v₁，平移向量为r₁，由第二标定平面P2求得的激光束的单位方向向量为v₂，平移向量为r₂，由第三标定平面P3求得的激光束的单位方向向量为v₃，平移向量为r₃；2)通过控制机械臂运动，使得激光测距仪发出的激光束分别照射到第一至第三标定平面上，分别测量并求解得到v₁和r₁、v₂和r₂以及v₃和r₃，其中，v₁和r₁分别为由第一标定平面P1求得的激光束的单位方向向量和平移向量，v₂和r₂分别为由第二标定平面P2求得的激光束的单位方向向量和平移向量，以及v₃和r₃分别为由第三标定平面P3求得的激光束的单位方向向量和平移向量；3)优化计算平移向量r和激光束的单位方向向量v：设定初始值、约束函数和目标函数，采用迭代算法，直至满足给定的收敛条件为止，得到优化计算后的平移向量r和激光束的单位方向向量v，完成激光测距仪和机械臂末端的空间变换关系的标定；4)对于激光束照射到三维空间中物体的一个点，激光测距仪测量得到的距离为d，根据步骤3)得到的激光束的单位方向向量v和平移向量r，在机械臂末端坐标系下，该点表示为x＝r+dv，完成对三维空间中物体上该点在机械臂末端坐标系下空间坐标的测量。