Bestehende Methoden zur Hand-Auge-Kalibrierung von Robotern mit 2D-Lidars weisen meist Nachteile wie hohe Herstellungskosten der Kalibriergeräte und strenge Anforderungen an den Abtastprozess auf. Zur Lösung dieser Probleme wird eine Methode vorgeschlagen, die ein Kalibriergerät mit vertikalen Winkelmerkmalen verwendet. Während der Kalibrierung bleibt die relative Position des Kalibriergeräts zum Basiskoordinatensystem des Roboters unverändert; der Roboter mit dem 2D-Lidar wird so gesteuert, dass er das Kalibriergerät in einer bestimmten Pose scannt. Die Scanebene des Lidars und die drei Kalibrierebenen bilden drei Linienmerkmale. Mithilfe der geometrischen Zwänge zwischen ihnen wird die Transformationsrelation zwischen dem Lidarkoordinatensystem und dem Kalibriersystem berechnet; durch Verschieben der Roboterpose und wiederholtes Scannen werden Zwangsgleichungen für die Transformationsmatrix zwischen dem Robotertoolkoordinatensystem und dem Lidarkoordinatensystem aufgestellt; durch Lösen der Zwangsgleichungen wird eine Schätzung der Transformationsmatrix erhalten. Zudem wird ein auf Ebenenmerkmalen basierender Hand-Auge-Kalibrierungsoptimierungsalgorithmus vorgeschlagen, der ein dreiphasiger iterativer Prozess ist und negative Einflüsse der Fertigungsgenauigkeit der vertikalen Winkelmerkmale auf das Kalibrierergebnis vermeidet. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass bei einem Laserscanfehler von 2 mm nach 10 Iterationen der Eulerwinkel-Fehler der Rotationsmatrix auf unter 0,01° und der Abstandsfehler der Translationsmatrix auf unter 1,0 mm reduziert werden kann. Im Vergleich zu anderen Methoden unter gleichen Kalibrierungsbedingungen besitzt diese Methode Vorteile hinsichtlich der Konvergenzgeschwindigkeit und einer objektiveren sowie vernünftigeren Wahl der Anfangswerte.

Roboter; 2D-Lidar; Hand-Auge-Kalibrierung; Winkelmerkmale