本发明涉及机器人手眼标定，尤其涉及一种基于线激光三维轮廓扫描仪旋转扫描的手眼标定方法。
背景技术：
1、手眼标定是在机器人学和计算机视觉领域中常用的一种技术，它主要用于解决机器人末端执行器(手)与相机(眼)之间的坐标变换关系，即手和眼之间的相对姿态和位置关系。在很多机器人应用中，机器人需要执行与视觉有关的任务，例如拾取、装配、导航等。手眼标定可以确保机器人末端执行器和相机之间的坐标转换是准确的，从而实现机器人手和视觉系统的协调工作。在一些应用中，可能使用多个相机或其他传感器来获取更多的信息。手眼标定可以用于融合多个传感器之间的坐标转换，使得系统中的各个组件协同工作。
2、机器人视觉系统分为眼在手上(eye-in-hand)和眼在手外(eye-to-hand)两种情况。而眼在手外情况的标定方法一般采用“n点标定法”，即在两个三维坐标系种找到n(n>＝3)个相同点分别在这两个坐标系中的坐标，并通过这些点坐标计算出两个坐标系之间的变换矩阵。一般项目中使用九个点，俗称九点标定。然而直接使用“n点标定法”进行手眼标定存在一定的局限性。例如，当机器人的“眼”为线激光轮廓扫描仪等线扫相机且工况为扫描转盘上物体的展开图时，传统的“n点标定法”就无法直接适用。因为展开图实际是将空间的三维物体转换成二维的平面信息。如果此时直接使用“n点标定法”进行手眼标定就会发现计算所得的变换矩阵不准、偏差大。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于线激光三维轮廓扫描仪旋转扫描的手眼标定方法，将平面二维图像坐标系转换为三维的空间坐标系，经过转换后的空间三维坐标系便可正常使用“n点标定法”进行手眼标定。
2、为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：
3、一种基于线激光三维轮廓扫描仪旋转扫描的手眼标定方法，包括：
4、1)通过定制转盘将标定件同轴安装于转盘上，使标定件的轴线处于转盘的中心位置，使标定件轴线与转盘的中心位置的图像深度值相同。所述标定件具有明显的高度特征以及多个特征点，其中，特征点可用于转换后的“n点标定法”，所述标定件沿轴线方向径向存在尺寸差，以便于计算单位长度所代表的深度值。
5、2)启动转盘使标定件旋转一周，通过线激光三维轮廓扫描仪对标定件侧面进行扫描，并将得到的标定件侧面扫描图以平面形式进行展开；
6、3)在标定件侧面展开图上建立二维笛卡尔坐标系，在同一纵坐标下选取展开图上深度值不同的两点定义为a、b，求出a、b两点的深度差，通过俯视图上标定件a、b两点的实际距离与所求的a、b两点的深度差映射出单位长度所代表的深度值lu；
7、4)选取a、b两点中任意一点，获取该点的深度值ls，并测量该点到标定件轴线的实际距离l，通过单位长度所代表的深度值lu、选取点的图像深度值ls以及选取点到标定件轴线的实际距离l，计算出转盘中心在图像上的深度值lcenter，其中lcenter的表达式如下：
8、lcenter＝l×lu+ls；
9、6)使用归一化原理将标定件侧面展开图的长度值转换成0°-360°的角度值α，选取标定件上的特征点，并读取该点的深度值lsurface与转盘中心深度值lcenter做差得出极径r，其中，r表达式如下：
10、r＝|lsurface-lcenter|；
11、6)以转盘中心作为原点，线激光三维轮廓扫描仪扫描的起始位置与原点的连线作为极轴建立极坐标系，将所求得的角度值α与极径r使用极坐标转换公式转换成三维笛卡尔坐标系中的x轴坐标与y轴坐标，利用标定件侧面展开图的纵轴作为三维笛卡尔坐标系的z轴，将坐标点转换成空间坐标点；
12、7)通过步骤5)～步骤6)计算出所需要的特征点在空间中的位置，最后使用“n点标定法”完成手眼标定。
13、作为一种可能的实施方式，进一步，所述标定件由正棱柱与直圆柱同轴连接而成。
14、作为一种可能的实施方式，进一步，所述定制转盘上设置有与标定件底部形状相匹配的卡槽，用于定位标定件，使标定件轴线位于转盘中心位置。
15、作为一种较优的实施方式，优选的，所述特征点选取正棱柱上的棱角点。
16、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤5)中使用归一化原理将标定件(3)侧面展开图的长度值转换成0°-360°的角度值α；其中，角度值α的表达式如下：
17、
18、其中，x为选取点在步骤3)建立的二维笛卡尔坐标系中的横坐标；xmin为步骤3)建立的二维笛卡尔坐标系中标定件侧面展开图起点位置的横坐标；xmax为步骤3)建立的二维笛卡尔坐标系中标定件侧面展开图终点位置的横坐标。
19、作为一种可能的实施方式，进一步，步骤6)中将所求得的角度值α与极径r使用极坐标转换公式转换成三维笛卡尔坐标系中的x轴坐标与y轴坐标；其中，极坐标转换公式为：
20、
21、采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：
22、1)本发明所提到的标定方式适用于所有线激光深度扫描仪在扫描转盘上物体展开图工况下的手眼标定(眼在手外)。
23、2)本发明所需要的定制标定件模型简单、加工方便、特征明显，能快速且准确的提取手眼标定所需要的特征点。
24、3)本发明利用平面图像的特征在空间中建立极坐标系，再将极坐标系转换成空间笛卡尔坐标系，原理简单且转换后可直接使用“n点标定法”直接标定，提升了标定结果的准确性。
1.一种基于线激光三维轮廓扫描仪旋转扫描的手眼标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于线激光三维轮廓扫描仪旋转扫描的手眼标定方法，其特征在于，所述标定件(3)由正棱柱与直圆柱同轴连接而成。
3.根据权利要求1所述的一种基于线激光三维轮廓扫描仪旋转扫描的手眼标定方法，其特征在于，所述定制转盘(2)上设置有与标定件(3)底部形状相匹配的卡槽，用于定位标定件(3)，使标定件(3)轴线位于转盘(4)中心位置。
4.根据权利要求2所述的一种基于线激光三维轮廓扫描仪旋转扫描的手眼标定方法，其特征在于，所述特征点选取正棱柱上的棱角点。
5.根据权利要求1所述的一种基于线激光三维轮廓扫描仪旋转扫描的手眼标定方法，其特征在于，步骤5)中使用归一化原理将标定件(3)侧面展开图的长度值转换成0°-360°的角度值α；其中，角度值α的表达式如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于线激光三维轮廓扫描仪旋转扫描的手眼标定方法，其特征在于，步骤6)中将所求得的角度值α与极径r使用极坐标转换公式转换成三维笛卡尔坐标系中的x轴坐标与y轴坐标；其中，极坐标转换公式为：
