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  • 机器人三点法
    2022-04-09 09:15:03

    FANUC机器人_三点法设置工具坐标系的具体方法步骤

    0.1
    0.2
    设置步骤可参考如下
    1
    如下图所示,按下MENU键,选择“设定”—“坐标系”进入设置画面,

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  • 机器人内部参数可以读取到ToolInBase 然后生成手眼标定参数集合 CalibDataID , CalibDataID中存放了相机内部参数, 标定板描述文件等, 通过手眼标定确定等号右边第一和第三个参数 BaseInCam , ObjInTool 最终要求得...

    固定相机

    原理: ObjInCam = BaseInCam × ToolInBase × ObjInTool

    其中 对标定板的多次拍照可以确定CalObjInCam
    机器人内部参数可以读取到ToolInBase

    然后生成手眼标定参数集合 CalibDataID , CalibDataID中存放了相机内部参数, 标定板描述文件等, 通过手眼标定确定等号右边第一和第三个参数 BaseInCam , ObjInTool

    最终要求得ObjInBase
    ObjInBase = CamInBase × ObjInCam

    手眼标定确定了 BaseInCam, 求出逆矩阵即可
    ObjInCam 为照相机拍标定板确定
    二者相乘得到ObjInBase

    注意:
    如果没有夹具, 则直接
    ToolInBase = ToolInBase
    如果有夹具, 则ToolInBase × GripperInTool = GripperInBase

    则ToolInBase = GripperInBase×Inv(GripperInTool)

    固定相机:

    
    *关闭程序计数器,变量更新,图像更新窗口
    dev_update_off ()
    * 校正图像路径
    *ImageNameStart := '3d_machine_vision/handeye/stationarycam_calib3cm_'
    ImageNameStart:= '3d_machine_vision/calib/' 
    ImgPath := '3d_machine_vision/calib/'
    *read_image (Image, ImgPath + 'calib_')
    *机器人工具坐标系的位姿
    *stationarycam_start_campar.dat
    DataNameStart := 'handeye/stationarycam_'
    
    *校正图像的数目
    NumImages := 17
    
    *读取一张图像
    read_image (Image, ImageNameStart+'calib_'+'02')
    
    *获取图像的大小
    get_image_size (Image, Width, Height)
    * 关闭已经打开的窗口
    dev_close_window ()
    
    *打开新窗口
    dev_open_window (0, 0, Width, Height, 'black', WindowHandle)
    
    *设置线宽
    dev_set_line_width (2)
    
    *设置区域填充方式为margin
    dev_set_draw ('margin')
    
    *显示图像
    dev_display (Image)
    
    * 设置字体
    set_display_font (WindowHandle, 14, 'mono', 'true', 'false')
    
    **************************************************************准备手眼标定的数据**************************************************************************************
    
    
    * 标定板描述文件
    CalTabFile := 'caltab_30mm.descr'
    
    * 读取摄像机内部参数
    read_cam_par (DataNameStart + 'start_campar.dat', StartCamParam)
    
    * 创建手眼标定模型
    
    create_calib_data ('hand_eye_stationary_cam', 1, 1, CalibDataID)
    
    * 重要, 将 摄像机内部参数  StartCamParam 写入手眼标定模型CalibDataID中
    * 对手眼标定模型设置摄像机内部参数
    set_calib_data_cam_param (CalibDataID, 0, 'area_scan_division', StartCamParam)
    
    
    * 对手眼标定模型设置标定板描述文件
    set_calib_data_calib_object (CalibDataID, 0, CalTabFile)
    
    *采用非线性算法获取精确校准姿态 再次校准 CalibDataID
    set_calib_data (CalibDataID, 'model', 'general', 'optimization_method', 'nonlinear')
    disp_message (WindowHandle, 'The calibration data model was created', 'window', 12, 12, 'black', 'true')
    disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
    stop ()
    
    
    
    
    **************************************************************获取标定板MARK点坐标和标定板相对相机的位姿获取ObjInCam**************************************************************************************
    
    for I := 1 to NumImages  by 1
        *读取含标定板的图像
        *read_image (Image, ImageNameStart + I$'02d')
         read_image (Image, ImgPath + 'calib_' + I$'02d')
         dev_display (Image)
        *寻找标定板对象
        find_calib_object (Image, CalibDataID, 0, 0, I, [], [])
        
        *获取标定板轮廓
        get_calib_data_observ_contours (Caltab, CalibDataID, 'caltab', 0, 0, I)
        
        *********非常重要 得到第一个已知参数
        *获取标定板MARK点坐标和标定板相对相机的位姿 Mark点: 标定板上的圆
        get_calib_data_observ_points (CalibDataID, 0, 0, I, RCoord, CCoord, Index, CalObjInCamPose)
    
        
        dev_set_color ('green')
        dev_display (Image)
        dev_display (Caltab)
        dev_set_color ('yellow')
        disp_cross (WindowHandle, RCoord, CCoord, 6, 0)
        dev_set_colored (3)
        disp_3d_coord_system (WindowHandle, StartCamParam, CalObjInCamPose, 0.01)
    
        
        * 读取机器人基座坐标系下机器人工具位姿
        read_pose (DataNameStart + 'robot_pose_' + I$'02d' + '.dat', ToolInBasePose)
    
        
        * 设置机器人基座坐标系下机器人工具位姿设置到手眼标定模型里 CalibDataID
        set_calib_data (CalibDataID, 'tool', I, 'tool_in_base_pose', ToolInBasePose)
        * Uncomment to inspect visualization
        disp_message (WindowHandle, 'Extracting data from calibration image ' + (I + 1) + ' of ' + NumImages, 'window', -1, -1, 'black', 'true')
        disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
        wait_seconds (1)
    endfor
    disp_message (WindowHandle, 'All relevant data has been set in the calibration data model', 'window', 12, 12, 'black', 'true')
    disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
    stop ()
    
    
    **************************************************************执行手眼标定**************************************************************************************
    dev_display (Image)
    disp_message (WindowHandle, 'Performing the hand-eye calibration', 'window', 12, 12, 'black', 'true')
    
    *执行手眼标定
    calibrate_hand_eye (CalibDataID, Errors)
    
    * 查询手眼标定的错误情况
    get_calib_data (CalibDataID, 'model', 'general', 'camera_calib_error', CamCalibError)
    
    
    * Query the camera parameters and the poses
    * 获取校正后摄像机内部参数
    get_calib_data (CalibDataID, 'camera', 0, 'params', CamParam)
    
    * 获取摄像机坐标系下机器人基座的位姿 : BaseInCamPose 未知 需要求出的 等号右边第一个参数
    get_calib_data (CalibDataID, 'camera', 0, 'base_in_cam_pose', BaseInCamPose)
    
    * 获取机器人工具坐标系下校正对象的位姿 : ObjInToolPose 未知 需要求出的 等号右边第三个参数
    get_calib_data (CalibDataID, 'calib_obj', 0, 'obj_in_tool_pose', ObjInToolPose)
    
    * 错误对话框是否被抑制
    dev_get_preferences ('suppress_handled_exceptions_dlg', PreferenceValue)
    
    dev_set_preferences ('suppress_handled_exceptions_dlg', 'true')
    
    **************************************************************保存手眼标定的结果到本地硬盘**************************************************************************************
    ****************************
    ***********************
    *********
    ***CalObjInCamPose = BaseInCamPose * ToolInBasePose * ObjInToolPose
    ***已知条件:CalObjInCamPose 通过标定板图像(校正对象), ToolInBasePose(系统)
    ***在有夹具下: ToolInBasePose(系统) = ObjInbase*Inv(GripperInTool)
    ***要求等号右边的13
    
    try
    
        * 保存相机内部参数参数到本地文件 : CamParam
        write_cam_par (CamParam, DataNameStart + 'final_campar.dat')
        
        * 将摄像机坐标系下的机器人底座位姿保存到本地   获得了未知参数 等号右边 参数1
        write_pose (BaseInCamPose, DataNameStart + 'final_pose_cam_base.dat')
       
        
        * 将机器人工具坐标系下的校正对象的位姿保存到本地   获得了未知参数 等号右边 参数3
        write_pose (ObjInToolPose, DataNameStart + 'final_pose_tool_calplate.dat')
        
    catch (Exception)
        * Do nothing
    endtry
    dev_set_preferences ('suppress_handled_exceptions_dlg', PreferenceValue)
    * Display calibration errors of the hand-eye calibration
    disp_results (WindowHandle, CamCalibError, Errors)
    disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
    stop ()
    
    
    **************************************************************计算摄像机坐标系下校正对象的位姿**************************************************************************************
    * 查询摄像机,校正对象,校正对象位姿的相对关系
    query_calib_data_observ_indices (CalibDataID, 'camera', 0, CalibObjIdx, PoseIds)
    
    for I := 0 to NumImages - 1 by 1
        
        read_image (Image, ImageNameStart + I$'02d')
    
        *获取机器人基准坐标中机器人工具的姿态 : 系统获得ToolInBasePose
        get_calib_data (CalibDataID, 'tool', PoseIds[I], 'tool_in_base_pose', ToolInBasePose)
        
        dev_display (Image)
    
        *计算摄像机坐标系下校正对象的位姿
        calc_calplate_pose_stationarycam (ObjInToolPose, BaseInCamPose, ToolInBasePose, CalObjInCamPose)
        dev_set_colored (3)
        disp_3d_coord_system (WindowHandle, CamParam, CalObjInCamPose, 0.01)
        Message := 'Using the calibration results to display the'
        Message[1] := 'coordinate system in image ' + (I + 1) + ' of ' + NumImages
        disp_message (WindowHandle, Message, 'window', 12, 12, 'black', 'true')
        if (I < NumImages - 1)
            disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
            stop ()
        endif
    endfor
    * 释放手眼标定模板内存
    clear_calib_data (CalibDataID)
    * 
    **************************************************************获取机器人基座坐标系中校正对象的位姿**************************************************************************************
    
    ObjInCamPose := CalObjInCamPose
    
    ***CalObjInCamPose = BaseInCamPose * ToolInBasePose * ObjInToolPose
    
    
    pose_invert (BaseInCamPose, CamInBasePose)
    
    *CalibDataID 有相机的内部参数, 标定板描述文件 标定板上Mark点坐标等
    *最终结果之一  由 get_calib_data (CalibDataID, 'camera', 0, 'base_in_cam_pose', BaseInCamPose) 得到等号右边第一个未知参数 BaseInCamPose
    *由 get_calib_data (CalibDataID, 'calib_obj', 0, 'obj_in_tool_pose', ObjInToolPose) 得到等号右边第三个未知参数 ObjInToolPose
    
    *最终结果之二,等号左边 需要看有没有Cal 由 get_calib_data_observ_points (CalibDataID, 0, 0, I, RCoord, CCoord, Index, CalObjInCamPose) 得到 等号左边已知参数 CalObjInCamPose
    *由 set_calib_data (CalibDataID, 'tool', I, 'tool_in_base_pose', ToolInBasePose) 得到等号右边第二个已知参数 ToolInBasePose
    
    *获取机器人基座坐标系中校正对象的位姿ObjInBasePose 
    pose_compose (CamInBasePose, ObjInCamPose, ObjInBasePose)
    

    移动相机

    *关闭程序计数器,变量更新,图像窗口更新
    dev_update_off ()
    
    * 校正图像路径
    ImageNameStart := '3d_machine_vision/handeye/movingcam_calib3cm_'
    
    *机器人工具坐标系的位姿
    DataNameStart := 'handeye/movingcam_'
    
    *校正图像的数目
    NumImages := 14
    
    *读取一张图像
    read_image (Image, ImageNameStart + '00')
    
    * 关闭已经打开的窗口
    dev_close_window ()
    
    *获取图像的大小
    get_image_size (Image, Width, Height)
    
    *打开新窗口
    dev_open_window (0, 0, Width, Height, 'black', WindowHandle)
    
    *设置线宽
    dev_set_line_width (2)
    
    *设置区域填充方式为margin
    dev_set_draw ('margin')
    
    *显示图像
    dev_display (Image)
    
    *设置字体信息,字体大小为14,字体为mono,粗体
    set_display_font (WindowHandle, 14, 'mono', 'true', 'false')
    
    * 标定板描述文件
    CalTabFile := 'caltab_30mm.descr'
    
    * 读取摄像机内部参数
    read_cam_par (DataNameStart + 'start_campar.dat', StartCamParam)
    
    * 创建手眼标定模型
    create_calib_data ('hand_eye_moving_cam', 1, 1, CalibDataID)
    
    * 对手眼标定模型设置摄像机内部参数
    set_calib_data_cam_param (CalibDataID, 0, 'area_scan_division', StartCamParam)
    
    * 对手眼标定模型设置标定板描述文件
    set_calib_data_calib_object (CalibDataID, 0, CalTabFile)
    
    *采用非线性算法获取精确校准姿态
    set_calib_data (CalibDataID, 'model', 'general', 'optimization_method', 'nonlinear')
    disp_message (WindowHandle, 'The calibration data model was created', 'window', 12, 12, 'black', 'true')
    disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
    stop ()
    **************************************************************获取标定板MARK点坐标和标定板相对相机的位姿**************************************************************************************
    for I := 0 to NumImages - 1 by 1
        *读取含标定板的图像
        read_image (Image, ImageNameStart + I$'02d')
    
        *寻找标定板对象
        find_calib_object (Image, CalibDataID, 0, 0, I, [], [])
        
         *获取标定板轮廓
        get_calib_data_observ_contours (Caltab, CalibDataID, 'caltab', 0, 0, I)
        
        *获取标定板MARK点坐标和标定板相对相机的位姿
        get_calib_data_observ_points (CalibDataID, 0, 0, I, RCoord, CCoord, Index, PoseForCalibrationPlate)
    
        dev_set_color ('green')
        dev_display (Image)
        dev_display (Caltab)
        dev_set_color ('yellow')
        disp_cross (WindowHandle, RCoord, CCoord, 6, 0)
        dev_set_colored (3)
        disp_3d_coord_system (WindowHandle, StartCamParam, PoseForCalibrationPlate, 0.01)
        
        * 读取机器人基座坐标系下机器人工具位姿
        read_pose (DataNameStart + 'robot_pose_' + I$'02d' + '.dat', ToolInBasePose)
        
        * 设置机器人基座坐标系下机器人工具位姿设置到手眼标定模型里
        set_calib_data (CalibDataID, 'tool', I, 'tool_in_base_pose', ToolInBasePose)
        * Uncomment for inspection of visualization
    *     disp_message (WindowHandle, 'Extracting data from calibration image ' + (I + 1) + ' of ' + NumImages, 'window', 12, 12, 'black', 'true')
    *     disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
    *     stop ()
    endfor
    disp_message (WindowHandle, 'All relevant data has been set in the calibration data model', 'window', 12, 12, 'black', 'true')
    disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
    stop ()
    
    **************************************************************执行手眼标定**************************************************************************************
    
    *执行手眼标定
    calibrate_hand_eye (CalibDataID, Errors)
    
    * 查询手眼标定的错误情况
    get_calib_data (CalibDataID, 'model', 'general', 'camera_calib_error', CamCalibError)
    
    * 获取摄像机内部参数
    get_calib_data (CalibDataID, 'camera', 0, 'params', CamParam)
    
    * 获取摄像机坐标系下机器人工具的位姿
    get_calib_data (CalibDataID, 'camera', 0, 'tool_in_cam_pose', ToolInCamPose)
    
    * 获取机器人基础坐标系下校正对象的位姿
    get_calib_data (CalibDataID, 'calib_obj', 0, 'obj_in_base_pose', CalObjInBasePose)
    
    * 错误对话框是否被抑制
    dev_get_preferences ('suppress_handled_exceptions_dlg', PreferenceValue)
    dev_set_preferences ('suppress_handled_exceptions_dlg', 'true')
    try
    
        * 保存相机内部参数参数到本地文件
        write_cam_par (CamParam, DataNameStart + 'final_campar.dat')
        
        * 将摄像机坐标系下的机器人工具位姿保存到本地
        write_pose (ToolInCamPose, DataNameStart + 'final_pose_cam_tool.dat')
        
        * 将机器人基础坐标系下的校正对象的位姿保存到本地
        write_pose (CalObjInBasePose, DataNameStart + 'final_pose_base_calplate.dat')
    catch (Exception)
        * do nothing
    endtry
    dev_set_preferences ('suppress_handled_exceptions_dlg', PreferenceValue)
    dev_display (Image)
    * Display calibration errors
    disp_results (WindowHandle, CamCalibError, Errors)
    disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
    stop ()
    
    **************************************************************计算摄像机坐标系下校正对象的位姿**************************************************************************************
    * 查询摄像机,校正对象,校正对象位姿的相对关系
    query_calib_data_observ_indices (CalibDataID, 'camera', 0, CalibObjIdx, PoseIds)
    
    for I := 0 to NumImages - 1 by 1
        read_image (Image, ImageNameStart + I$'02d')
        dev_display (Image)
        
        *获取机器人基准坐标中机器人工具的姿态
        get_calib_data (CalibDataID, 'tool', PoseIds[I], 'tool_in_base_pose', ToolInBasePose)
        
        *计算摄像机坐标系下校正对象的位姿
        calc_calplate_pose_movingcam (CalObjInBasePose, ToolInCamPose, ToolInBasePose, CalObjInCamPose)
        *显示坐标系统
        dev_set_colored (3)
        disp_3d_coord_system (WindowHandle, CamParam, CalObjInCamPose, 0.01)
        Message := 'Using the calibration results to display '
        Message[1] := 'the coordinate system in image ' + (I + 1) + ' of ' + NumImages
        disp_message (WindowHandle, Message, 'window', 12, 12, 'black', 'true')
        if (I < NumImages - 1)
            disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
            stop ()
        endif
    endfor
    * 释放手眼标定模板内存
    clear_calib_data (CalibDataID)
    
    
    **************************************************************获取机器人基座坐标系中校正对象的位姿**************************************************************************************
    ObjInCamPose := CalObjInCamPose
    
    *位姿反向,获取机器人工具坐标系下摄像机坐标系的位姿
    pose_invert (ToolInCamPose, CamInToolPose)
    
    *机器人基础坐标系下机器人工具坐标系的位姿和机器人工具坐标系下摄像机坐标系的位姿进行乘积,从而获取机器人基础坐标系下摄像机坐标系的位姿。
    pose_compose (ToolInBasePose, CamInToolPose, CamInBasePose)
    
    *机器人基础坐标系下摄像机坐标系的位姿和摄像机坐标系下校正对象坐标系的位姿进行乘积,从而获取机器人基础坐标系下校正对象坐标系的位姿。
    pose_compose (CamInBasePose, ObjInCamPose, ObjInBasePose)
    

    固定相机:
    在这里插入图片描述

    移动相机:

    在这里插入图片描述

    三点法操作步骤:
    记录接近点1

    a.移动光标到接近点1(Approachpoint1);

    b.把示教坐标切换成全局坐标(WORLD)后移动机器人,使工具尖端接触到基准点;

    c.按【SHIFT】+F5【RECORD】(位置记录)记录

    在这里插入图片描述

    记录接近点2

    a.移动光标到接近点2(Approachpoint2);

    b.把示教坐标切换成关节坐标(JOINT),旋转J6轴(法兰面)至少90度,不要超过360度

    c.把示教坐标切换成全局坐标(WORLD)后移动机器人,使工具尖端接触到基准点;

    d.按【SHIFT】+F5【RECORD】(位置记录)记录;

    在这里插入图片描述

    记录接近点3

    a.移动光标到接近点3(Approachpoint3);

    b.把示教坐标切换成关节坐标(JOINT),旋转J4轴和J5轴,不要超过90度;

    c.把示教坐标切换成全局坐标(WORLD)后移动机器人,工具尖端接触到基准点;

    d.按【SHIFT】+F5【RECORD】(位置记录)记录;

    在这里插入图片描述

    当三个点记录完成,新的工具坐标系被自动计算生成.Point1-3显示成USED,如下图所示:

    在这里插入图片描述

    展开全文
  • FANUC机器人_三点法设置工具坐标系的具体方法步骤
  • 手把手教你工业机器人三点示教法

    千次阅读 2020-12-23 23:54:47
    三点示教法( TCP自动设定 )设定工具中心点(工具坐标系的x、y、z)。进行示教,使参考点1、2、3以不同的姿势指向一点。由此自动计算TCP的位置。要进行正确的设定,应尽量使三个趋近方向各不相同。具体步骤:1.按下 ...

    三点示教法( TCP自动设定 )

    设定工具中心点(工具坐标系的x、y、z)。进行示教,使参考点1、2、3以不同的姿势指向一点。由此自动计算TCP的位置。要进行正确的设定,应尽量使三个趋近方向各不相同。

    具体步骤:

    1.按下 [MENU] (菜单)键,显示出画面菜单。

    2.选择“ 设定 ”,光标右移选择 “ 坐标系 ”。出现工具坐标系一览画面。

    3.将光标指向将要设定的工具坐标系号码所在行。

    4.按下F2“详细”。出现所选的坐标系号码的工具坐标系设定画面。

    5.按下F2“方法”。

    6.  选择“三点法”。

    7.输入注释

    a 将光标移动到注释行,按下ENTER(输入)键。

    b 选择使用单词、英文字母。

    c 按下适当的功能键,输入注释。

    d 注释输入完后,按下 ENTER 键。

    8.记录各参照点。

    使参考点1、2、3以不同姿势指向一点。此处以如下姿势为例:

    1)  记录接近点1:

    a. 移动光标到接近点1(Approach point 1);

    b. 把示教坐标切换成全局坐标(WORLD)后移动机器人,使工具尖端接触到基准点;

    c. 按【SHIFT】+ F5【RECORD】(位置记录)记录。

    2)   记录接近点2:

    a. 沿全局坐标(WORLD)+Z方向移动机器人50mm左右;

    b. 移动光标到接近点2(Approach point 2);

    c. 把示教坐标切换成关节坐标(JOINT),旋转J6轴(法兰面)至少90度,不要超过180度;

    d. 把示教坐标切换成全局坐标(WORLD)后移动机器人,使工具尖端接触到准点;

    e. 按【SHIFT】+ F5【RECORD】(位置记录)记录;

    f. 沿全局坐标(WORLD)的+Z方向移动机器人50mm左右;

    3)    记录接近点3:

    a. 移动光标到接近点3(Approach point 3);

    b. 把示教坐标切换成关节坐标(JOINT),旋转J4轴和J5轴,不要超过90度;

    c. 把示教坐标切换成全局坐标(WORLD),移动机器人,使工具尖端接触到基准点;

    d. 按【SHIFT】+F5【RECORD】(位置记录)记录;

    e. 沿全局坐标(WORLD)的+Z方向移动机器人50mm左右;

    9.对所有参考点都进行示教后,显示“已使用”。工具坐标系即被设定。

    10.再按住SHIFT键的同时按下F4“移至”,即可使机器人移动到所记录的点。

    11.要确认已记录的各点的位置数据,可以将光标指向各参考点,按下ENTER键来查看各点的详细位置数据。要返回原先的画面,按下PREV(返回)键。

    12.按下PREV(返回)键,显示工具坐标系一览画面。可以确认所有工具坐标系的设定值。

    13.要将所设定的工具坐标系作为当前有效的工具坐标系来使用,按下F5 “切换”,并输入坐标系号码。

    注意:

    若不按下 F5 “切换”,所设定的坐标系就不会有效。也可以使用SHIFT + COORD来选择需要使用的坐标系号码。

    14.要清除所设定的坐标系数据,按下F4 “清除”。

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