机械臂和工业相机的手眼标定装置的制作方法

1.本发明涉及机械臂的手眼标定技术领域，具体涉及一种机械臂和工业相机的手眼标定装置。


背景技术：

2.在工业应用领域中，机械臂通常需要依靠手眼系统执行机械加工及安装等任务，其中手眼系统是由摄像机和机械臂构成的机械臂视觉系统，机械臂视觉系统中摄像机相当于人的眼睛，机械臂末端执行器相当于人的手。在机器视觉领域，机械臂需要根据视觉系统给出的信号进行相应的路径规划等操作，而机械臂坐标系统与视觉坐标系统又为两个独立的模块，因此，要将视觉系统的坐标和机械臂的坐标进行标定，使视觉定位的坐标转换为机械臂坐标，以完成视觉的引导，其中手眼标定作为视觉引导机械臂的关键所在。
3.手眼标定时，一个模块是手（也就是机械臂），一个模块是眼睛（工业相机）。这两大模块常见的协同工作流程往往是：1.手眼标定得到眼和手的位姿关系，简称刚体变换矩阵rt；2.通过视觉定位物体的位姿；3.将物体位姿通过rt矩阵转换从视觉坐标系转换到机器人坐标系下；4.完成一次定位。
4.目前，工业相机的参数标定主要使用棋盘格标定板和圆形阵列标定板进行标定。常用的标定方法是单标定板多角度标定的方法，通过拍摄标定板在目标测量位置的多角度的多幅图像，利用图像建立投射投影方程，进而联立求解方程，从而得到工业相机的参数值。传统标定方式在获取多角度多幅图像的过程中，需要人工不停地调节标定板的角度，拍摄过程中标定板容易晃动，并且由于某些特定场景限制标定板不一定能到达预期标定姿态或位置。特别是在自动化场景下的视觉定位应用中工业相机的外参标定，由于工作场景的复杂性，并且需要通过测量标定板中图形靶心的空间坐标来确定各个相机的空间相对位姿，对传统标定方式的准确性造成了极大的困难。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的是提供一种机械臂和工业相机的手眼标定装置，用以解决现有技术中存在的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明所提供的机械臂和工业相机的手眼标定装置采用如下技术方案：机械臂和工业相机的手眼标定装置，包括靶标板、连接件和末端转接件；其中，靶标板为十字型的平板，其正面和反面设有圆环靶标，圆环靶标的圆心设有靶心圆点；靶标板的尾端通过l型a类连接板与连接件前端固定相连，连接件的后端通过l型b类连接板与末端转接件的前端固定相连；末端转接件的尾端为弧形，弧形结构处设有安装通孔，与机械臂通过螺栓固定；所述靶标板包括中心板以及与所述中心板可拆连接的四个一字板，所述四个一字板与所述中心板连接形成十字型的所述靶标板，所述一字板上设置有所述圆环靶标。
7.进一步地，所述中心板的周向设置有四个分别对应四个所述一字板的t型槽，所述一字板具有用于插入所述t型槽内的弹性片，所述t型槽延伸方向的两端中至少一端开口，形成开口端，所述开口端旋装有可拆下的挡止螺栓。弹性片随一字板安装时，首先收缩，待进入t型槽的头部后展开与t型槽的相应位置卡紧，这样设置的好处在于，一方面方便了靶标板的拆卸转移，另一方面在使用时，中心板和一字板之间通过弹性片和t型槽实现卡紧，限位效果较好，也能充分保证组装使用的稳定性，当需要拆卸时，将挡止螺栓拆下，即可将弹性片从t型槽的侧向抽出，从而将一字板拆下。
8.进一步地，所述l型a类连接板和l型b类连接板的两端各设有两个通孔，通孔通过螺栓与相应部件连接。
9.进一步地，所述连接件的一端设有水平的槽口、另一端设有垂直的槽口，分别与靶标板和末端转接件相连；连接件的两端设有通孔，分别与l型a类连接板和l型b类连接板相连。
10.进一步地，所述圆环靶标主体双面均为黑色同心圆环状，呈十字分布，圆度高，圆心处印有靶心圆点。
11.进一步地，l型b类连接板与末端转接件与靶标板垂直设置。
12.本发明所提供的机械臂和工业相机的手眼标定装置的有益效果是：（1）该相机外参标定装置质量较轻、结构稳定、安装方便且稳固，为外参靶标图像获取提供了稳定的拍摄环境；(2)该相机外参标定装置安装固定于机械臂末端，工业机器人控制精准、灵活、稳定，可以通过控制机械臂来改变标定装置的位姿，简单快捷地到达预期位置并进行姿态优选调整。该装置可减少传统标定方法中多次人工摆放、调整、安装的工作量和工作时间，并且能够避免操作过程中带来的人工操作误差，更加快速方便地获得多角度、多方位、优质的外参标定图像。(3)该相机外参标定装置可通过外形结构和靶心的标定，根据靶心与机械臂末端(机器人tool0位置)的相对空间位置关系，将相机坐标系与机器人坐标系进行关联。此过程在相机外参标定过程中即可同步开展，通过一次外部测量即可实现相机外参标定和相机坐标系与机器人坐标系的转换关系求解，避免了两次测量实现，更加高效快捷；通过上述设置，本发明有效解决了现有技术中存在的相应技术问题。
附图说明
13.图1是本发明所提供的机械臂和工业相机的手眼标定装置的结构示意图；图2是本发明所提供的机械臂和工业相机的手眼标定装置的结构爆炸图；图3是本发明所提供的机械臂和工业相机的手眼标定装置的圆环靶标示意图；图4是本发明所提供的机械臂和工业相机的手眼标定装置的安装应用图；图5是本发明所提供的机械臂和工业相机的手眼标定装置与机械臂装配示意图；图6是本发明所提供的机械臂和工业相机的手眼标定装置的靶心标定图；图7是本发明中一字板和中心板的连接示意图；图8是本发明中的中心板的俯视角度的局部剖视图。
14.图中标号：1、靶标板；2、圆环靶标；3、l型a类连接板；4、连接件；5、l型b类连接板；6、末端转接件；7、中心板；8、一字板；9、弹性片；10、t型槽；11、挡止螺栓。
具体实施方式
15.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.如图1至图8所示，一种机械臂和工业相机的手眼标定装置，包括靶标板1、连接件4和末端转接件6；其中，靶标板1为十字型的平板，其正面和反面设有圆环靶标2，圆环靶标2的圆心设有靶心圆点；靶标板1的尾端通过l型a类连接板3与连接件4前端固定相连，连接件4的后端通过l型b类连接板5与末端转接件6的前端固定相连；末端转接件6的尾端为弧形，弧形结构处设有安装通孔，与机械臂通过螺栓固定；所述靶标板1包括中心板7以及与所述中心板7可拆连接的四个一字板8，所述四个一字板8与所述中心板7连接形成十字型的所述靶标板1，所述一字板8上设置有所述圆环靶标2。
17.所述中心板7的周向设置有四个分别对应四个所述一字板8的t型槽10，所述一字板8具有用于插入所述t型槽10内的弹性片9，所述t型槽10延伸方向的两端中至少一端开口，形成开口端，所述开口端旋装有可拆下的挡止螺栓11。弹性片9随一字板8安装时，首先收缩，待进入t型槽10的头部后展开与t型槽10的相应位置卡紧，这样设置的好处在于，一方面方便了靶标板1的拆卸转移，另一方面在使用时，中心板7和一字板8之间通过弹性片9和t型槽10实现卡紧，限位效果较好，也能充分保证组装使用的稳定性，当需要拆卸时，将挡止螺栓11拆下，即可将弹性片9从t型槽10的侧向抽出，从而将一字板8拆下。
18.所述l型a类连接板3和l型b类连接板5的两端各设有两个通孔，通孔通过螺栓与相应部件连接。
19.所述连接件4的一端设有水平的槽口、另一端设有垂直的槽口，分别与靶标板1和末端转接件6相连；连接件4的两端设有通孔，分别与l型a类连接板3和l型b类连接板5相连。
20.所述圆环靶标2主体双面均为黑色同心圆环状，呈十字分布，圆度高，圆心处印有靶心圆点。
21.l型b类连接板5与末端转接件6与靶标板1垂直设置。
22.本发明所提供的机械臂和工业相机的手眼标定装置的有益效果是：（1）该相机外参标定装置质量较轻、结构稳定、安装方便且稳固，为外参靶标图像获取提供了稳定的拍摄环境；(2)该相机外参标定装置安装固定于机械臂末端，工业机器人控制精准、灵活、稳定，可以通过控制机械臂来改变标定装置的位姿，简单快捷地到达预期位置并进行姿态优选调整。该装置可减少传统标定方法中多次人工摆放、调整、安装的工作量和工作时间，并且能够避免操作过程中带来的人工操作误差，更加快速方便地获得多角度、多方位、优质的外参标定图像。(3)该相机外参标定装置可通过外形结构和靶心的标定，根据靶心与机械臂末端(机器人tool0位置)的相对空间位置关系，将相机坐标系与机器人坐标系进行关联。此过程在相机外参标定过程中即可同步开展，通过一次外部测量即可实现相机外参标定和相机坐标系与机器人坐标系的转换关系求解，避免了两次测量实现，更加高效快捷；通过上述设置，本发明有效解决了现有技术中存在的相应技术问题。
23.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆
卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。