Ett billigt mätsystem; tryckt ons, 22 maj 1996 2 1. Abstract För att bibehålla robotnoggrannheten behövs kalibreringsutrustning. I detta papper presenterar vi ett självkalibrerande mätsystem baserat på en kamera i robothanden plus ett känt referensobjekt i robotarbetsytan. En samling bilder av referensobjektet erhålls. Med hjälp av bildbehandlings-, bildigenkännings- och fotogrammetrisk teknik beräknas kamerans position och orientering. De väsentliga geometriska och optiska kameraparametrarna kan härledas från redundansen i mätningarna. Från varje bild placeras markörer på referensobjektet extraheras och de enskilda markörerna identifieras. Kamerapositionerna för alla bilder plus kamerans parametrar löses tillsammans i en icke-linjär monteringsprocedur. Experimentella resultat för detta lågkostnadsmätningssystem presenteras. Nyckelord: robotkalibrering, kamerakalibrering, fotogrammetri. Nuvarande och framtida robotapplikationer kräver noggrann positionskontroll för roboten. Robotrepeterbarheten har blivit mycket bättre under de senaste åren, vilket i princip gör detta möjligt. Men det behövs mer för att uppnå en sådan exakt kontroll, nämligen en exakt kontrollmodell, som beskriver alla robotegenskaper som påverkar robotens positionering. Utvecklingen av sådana modeller beskrivs av Schröer [13]. Parametrarna i modellen kan ändras över tiden och måste därför bestämmas upprepade gånger för att bibehålla kontrollnoggrannheten. Därför är ett lätthanterligt mätsystem för användning på arbetsgolvet önskvärt för tillfällig och periodisk (partiell) omkalibrering. Beroende på syftet med en kalibreringssession och de omständigheter under vilka den utförs måste olika krav uppfyllas genom mät- och dataanalysförfarandena. Det är lättare att uppnå en måttlig förbättring av positioneringsnoggrannheten över en begränsad del av det tillgängliga arbetsutrymmet än att exakt identifiera alla modellparametrar för en robot. Kalibrering av en robot vid första installationen skiljer sig från omkalibrering av en robot i en produktionslinje. Vid universitetet i Amsterdam har vi utvecklat ett enkelt mätsystem baserat på en kamera i robothanden, plus ett känt referensobjekt i robotarbetsytan. Det kan användas för att mäta 6-D-robotposen i en begränsad del av robotens driftvolym. Själva mätsystemet har beskrivits Ett lågkostnadsmätsystem; tryckt ons, 22 maj 1996 3 annorstädes [1]. I detta dokument ska vi beskriva de olika databehandlingsförfaranden som krävs. Detta arbete som beskrivs utfördes för CAR, ESPRIT projekt nr. 5220 1............................................................... Syftet med vårt mätsystem var att det skulle kunna ge positions- och orienteringsdata med en noggrannhet i storleksordningen 0,1 mm och 1' i en begränsad del av robotens arbetsutrymme och att det skulle vara billigt, portabelt, lätt att hantera av icke-expert personal och tillräckligt robust. Den valda lösningen är ett system baserat på en enda kamera i robothanden, plus en speciellt utformad, passiv, platt referensobjekt (referensplatta) placerad i robotarbetsutrymmet. När en tillräckligt stor och varierad samling bilder är tillgänglig kan kamerans positioner och orienteringar, kameraparametrarna och eventuell förvrängning av referensobjektet beräknas tillsammans, dvs. Systemet är självkalibrerande, med undantag för absolut skala, läge och orientering. Vi har implementerat en prototypversion av mätsystemet med hjälp av en enkel off-the-shälf-kamera. Referensplattan består av en blank aluminiumplatta med ett svart mönster av ringformade markörer tryckta på den. Resultaten, som presenteras i detta dokument, visar att kamerasystemets noggrannhet, på grund av dess självkalibreringskapacitet, i allmänhet är tillräcklig för robotkalibrering. Mätförfarandet börjar med valet av modellparametrar för roboten som behöver omdefinieras. Med hjälp av denna uppsättning modellparametrar kommer posegenereringsprogrammet (Albright, [2]) att generera en uppsättning mätbara poser som gör det möjligt att beräkna dessa parametrar. Med hjälp av dessa poser genereras ett robotprogram som leder roboten längs en väg som innehåller dessa positioner. Vid varje mätposition, roboten stannar och en Nästa, de bilder som erhålls kan bearbetas off-line för att få positionerna för kameran i förhållande till referensplattan, plus parametrarna för kameran. Detta "fotografiska förfarande" är det huvudsakliga ämnet för detta dokument. Med hjälp av kalibreringsförfarandet utvecklat vid IPK, Berlin (Schröer, [13], Albright, [2]) kan de okända robotparametrarna, plus positionen för referensplattan i förhållande till robotbasen, härledas från dessa fotogrammetriskt härledda poser. Mätförfarandet illustreras i figur 1. Här är figur 1. I den fotogrammetriska proceduren behandlar vi de erhållna bilderna av referensplattan och beräknar kamerans position för varje bild. När en tillräckligt stor samling av tillräckligt olika bilder finns tillgängliga, egenskaper kameran och referensplattan kan också härledas, vilket gör systemet självkalibrering 1. Hela det fotogrammetriska förfarandet består av två separata uppgifter: (1) bildbehandlingsförfarande som identifierar och identifierar markörerna på referensplattan och bestämmer deras positioner i bilden, (2) pose- och parameteruppskattningsförfarande montering av modellen som kan förutsäga positionen för markörerna i varje bild. Detta uppnås genom att man löser kamerapositionerna för alla bilder och kameraparametrarna i ett icke-linjärt minsta fyrkantsförfarande. I bild förvärvsfasen referensplattan som innehåller ett mönster av fyllda och öppna cirkulära markörer (figur 2) observeras med en CCD genom en lins; data överförs till en ram grabber, digitaliseras och lagras. För optimal 1 De enda parametrar som inte kan härledas på detta sätt är skalan och referensplattans absoluta läge och orientering. Omöjligheten att härleda dessa 7 parametrar är grundläggande för alla mätsystem. Ett billigt mätsystem; tryckt ons den 22 maj 1996 5 resulterar i bildbehandlingsfasen (1), den digitala bild som produceras bör i möjligaste mån ha enhetlig ljusstyrka, enhetlig kontrast, maximal upplösning och få bildfel. Här är figur 2. Vissa författare [t.ex. 7] kombinera bildbehandlingsfasen och status- och parameteruppskattningsfasen till en enda bildåterbyggnadsfas (2) genom att försöka anpassa en lämpligt förvrängd version av referensplattan till de observerade intensiteterna. Fördelen med ett sådant förfarande är att all information i bilden kan användas; nackdelarna är att pose- och parameteruppskattningsförfarandet blir ganska beräkningsintensivt, och att bilddefekter bort från de kritiska kanterna kan påverka passformens kvalitet. Vi har valt att använda en kontur-tracing metod för att bestämma positionerna för markörerna i bilden, främst för enkelhetens skull. Vår pose- och parameteruppskattningsmetod kan användas i flera olika lägen. När kamerans och referensplattans parametrar är kända med tillräcklig noggrannhet kan 6-D-bilden beräknas för en enskild bild. När tillräckligt många punkter har identifierats i en serie av minst fyra bilder (men helst mycket mer), kan pose- och parameteruppskattningsförfarandet användas för att beräkna en unik uppsättning kameraparametrar plus 6-M posera parametrar för alla M-bilder i en serie, med hjälp av en icke-linjär minsta-kvartsmontering förfarande. För ännu större antal bilder kan förvrängningar av referensplattan och ytterligare korrigeringar av kameramodellen beräknas. Denna förordning träder i kraft den tjugonde dagen efter det att den har offentliggjorts i Europeiska unionens officiella tidning.
Albada m.fl. använde ett kamera-inhand robotsystem för att lokalisera en platta fast i robotens arbetsyta REF.
A Low-Cost Pose-Measuring System for Robot Calibration
{'venue': 'Robotics Auton. Syst.', 'journal': 'Robotics Auton. Syst.', 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}