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基于闭式最小二乘解的二维激光线传感器位置与姿态标定

DOI:10.1016/j.ifacol.2019.11.136 期刊:IFAC-PapersOnLine 出版年份:2019 更新时间:2025-09-16 10:30:52
摘要: 激光线传感器用于检测、定位和扫描三维物体。它们通常安装在工业机器人的法兰盘上。该传感器提供相对于其坐标系的x和z方向二维测量值。为将这些测量值转换至机器人坐标系,从而将二维数据扩展为三维坐标,需通过求解基于变换矩阵的运动学方程来确定传感器坐标系相对于法兰盘坐标系的位置与姿态。本文提供了该问题的完整解决方案:在满足约束条件[Shiu & Ahmad(2014)]下,机器人法兰盘经过两次运动后,基于可分离的闭式解法推导出唯一解??悸堑交魅擞τ弥型ǔ4嬖谠肷扇?,通过多次测量后采用最小二乘法确定解[Park & Martin(1994)]。
作者: Prof. Dr.-Ing. R. Müller,Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) M. Vette–Steinkamp, M.Eng.,A. Kanso, M.Sc.
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多位科学家已研究过确定安装在机器人法兰上的三维传感器位置与方向的问题。三维传感器多为立体相机,可提供相对于相机坐标系的x、y和z坐标。借助信号处理算法,利用这些传感器能轻松检测物体的6D位姿参数,因为三维测量值覆盖范围较大?;魅舜衅餍W嫉脑硕侍饣岵稳鏏X = XB的齐次变换方程。其中A、X和B是形如H = [RH rH; 0T 1]的4×4齐次矩阵。RH和rH分别是齐次矩阵H的旋转矩阵和平移向量。A和B分别表示相对于初始法兰的固定法兰与传感器坐标系之间,以及相对于移动机器人法兰前的传感器坐标系的变换矩阵。X是传感器坐标系相对于法兰坐标系的变换矩阵,因此它是校准传感器时需要确定的矩阵。

开发了一种针对串联机器人法兰盘校准激光线传感器的方法。所获结果前景良好,足以应用于多个工业场景。采用Matlab计算时耗时仅零点零几秒。通过提升本方法关键基准立方体的精度,可进一步提高校准准确性。通过识别运动学参数来校准机器人运动学链,能够提升机器人的位姿精度。

校准的准确性受到构建立方体的公差、机器人运动链的不精确性以及使用激光线传感器测量立方体时产生的噪声的影响。该方法要求精确构建校准目标并准确记录机器人法兰的位姿。

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