1.一种基于顺序旋转机理的机器人无奇异手眼标定方法,其特征在于,包括以下步骤:采集用于手眼标定的测量数据组{ , },并从所述测量数据组{ , }中提取未知手眼矩阵旋转部分的转角值 ,其中, 与 分别为过渡矩阵和相对位姿矩阵;
若 不等于或远离 弧度,根据基于修改罗德里格斯参数的手眼标定算法求解未知手眼矩阵,否则根据顺序旋转机理定义三类用户矩阵 ,j=1,2,3;
使用向量组 替换原来的向量组 ,求解向量组 旋转至与 重合所需的旋转矩阵 ,并提取旋转矩阵 对应的转角值 ;
从所述 中选择一个介于0到 弧度之间的角度值,将其记为 ,并记录 所对应的旋转矩阵 和用户矩阵 ;
利用所述 与 计算未知手眼矩阵估计值 ,即 ;
将所述手眼矩阵估计值 代入 中,获取未知手眼矩阵平移列向量 的线性最小二乘估计值;其中, 为 的旋转矩阵, 、 以及 依次为矩阵 、 以及中任意矩阵 的位置列向量。
2.如权利要求1所述的一种基于顺序旋转机理的机器人无奇异手眼标定方法,其特征在于,所述采集用于手眼标定的测量数据组{ , },包括如下步骤:控制机器人的机械臂进行两次相异运动,记录机械臂工具坐标系在两次相异运动间的过渡矩阵 以及机械臂所夹持相机坐标系在两次相异运动间的相对位姿矩阵 ;
重复获取过渡矩阵 和相对位姿矩阵 的过程,获得k组测量数据{ , },并提取其所对应的旋转轴单位方向向量{ }及转角值{ , }。
3.如权利要求2所述的一种基于顺序旋转机理的机器人无奇异手眼标定方法,其特征在于,所述从所述测量数据组{ , }中提取未知手眼矩阵旋转部分的转角值 ,包括步骤:根据修改罗德里格斯参数与旋转矩阵的对应关系,依次构造 与 所对应的修改罗德里格斯参数 与 ;
构造超定线性方程组 ,运用线性最小二乘法求解向量 的值;
将未知手眼矩阵所对应的向量 带入 中,反解出 的值;
根据向量 与 ,可得未知手眼矩阵的转角值 ;
其中,向量 为矩阵X对应的修改罗德里格斯参数;a tan为反正切运算符,为向量的取模运算符。
4.如权利要求3所述的一种基于顺序旋转机理的机器人无奇异手眼标定方法,其特征在于,所述构造 与 所对应的修改罗德里格斯参数 与 ,具体表达式为:。
5.如权利要求1所述的一种基于顺序旋转机理的机器人无奇异手眼标定方法,其特征在于,所述根据基于修改罗德里格斯参数的手眼标定算法求解未知手眼矩阵,具体包括如下步骤:给定手眼矩阵估计值 ,获取手眼矩阵估计值 对应的修改罗德里格斯参数 ;
采集机械臂工具坐标系与相机坐标系在相邻两次运动间的齐次坐标变换矩阵 与 ,并依次提取 与 旋转部分对应的修改罗德里格斯参数 与 ;
获取由多次测量数据所构成的超定线性方程组 ,并计算超定线性方程组中的 ;
其中, 为向量所对应的反对称矩阵,为向量的取模运算符;
根据 ,构造向量 所对应的罗德里格斯参数 ,获得 所对应的手眼矩阵估计值 ;
将 代入方程 ,获得手眼矩阵平移列向量 的线性最小二乘估计值。
6.如权利要求5所述的一种基于顺序旋转机理的机器人无奇异手眼标定方法,其特征在于,所述修改罗德里格斯参数 的计算表达式为:其中, 与向量 分别为 的转角值以及旋转轴单位方向向量。
7.如权利要求6所述的一种基于顺序旋转机理的机器人无奇异手眼标定方法,其特征在于,所述向量 的计算表达式为:将 代入 中,计算得到
;
其中, 指未知手眼矩阵的旋转角度值。
8.如权利要求1所述的一种基于顺序旋转机理的机器人无奇异手眼标定方法,其特征在于,所述根据顺序旋转机理定义三类用户矩阵 ,包括步骤:根据顺序旋转机理,定义第一类用户矩阵: ;
根据顺序旋转机理,定义第二类用户矩阵: ;
根据顺序旋转机理,定义第三类用户矩阵: ;
其中, 为坐标轴X的单位方向向量; 为坐标轴Y的单位方向向量; 为坐标轴Z的单位方向向量;为介于0到 弧度之间的任意角度值; 为绕 旋转 弧度所得的旋转矩阵; 为绕 旋转 弧度所得的旋转矩阵; 为绕 旋转 弧度所得的旋转矩阵。
9.如权利要求8所述的一种基于顺序旋转机理的机器人无奇异手眼标定方法,其特征在于,所述三类用户矩阵 中,存在一个满足转角值介于0到 弧度之间的用户矩阵,具体包括如下步骤:向量组 旋转至与 重合所需的旋转矩阵为 ,则 ;
由旋转矩阵性质获得,用户自定义的旋转矩阵 ,j=1,2,3的迹依次为:其中,代表 第i行第j列的元素,tr(·)为旋转矩阵的迹;
根据 内元素间的约束整理可得:
通过旋转矩阵迹的性质获得,三类用户矩阵 中至少有一个矩阵的迹是非负的,即至少存在一个转角值介于0到 弧度之间的用户矩阵 。
10.如权利要求8所述的一种基于顺序旋转机理的机器人无奇异手眼标定方法,其特征在于,将向量组 旋转至已知测量数据 的旋转轴线 ,其重合所需旋转矩阵的旋转角度值与 对应的旋转角度值不同。