[發明專利]基于3D圖像傳感器的室內機器人視覺手眼關系標定方法

無效

• 申請號: 201410166077.6
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103925879A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 孔令成;趙江海;張志華;張強
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院;常州先進制造技術研究所
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種機器人視覺方法，尤其涉及基于3D圖像傳感器的室內機器人視覺手眼關系標定方法。

背景技術

隨著3D傳感器的應用與發展，越來越多的機器人采用3D傳感器作為機器人視覺系統，與傳統的雙目視覺系統同，3D傳感器采集的是當前場景的點云圖像信息，其圖像信息是大量三維坐標值，能直觀的反應出深度和圖像信息。傳統的雙目視覺系統采用的是兩個工業相機，采集的是當前場景的平面圖像，其圖像信息是像素值，通過兩個圖像的視差來計算深度信息，這不可避免地會帶來計算誤差，導致精度降低。在機器人手眼標定系統中，采用3D傳感器返回標記點的三維坐標值，應用三維動態測量儀測量標記點相對于手臂基坐標系的三維坐標值，求出轉換矩陣即可得手眼關系標定矩陣，點云圖像獲取簡便快捷，標定操作簡單，標定精度較高；現有的機器人手眼關系標定方法，如文獻“手眼立體視覺的算法與實現”(熊春山，黃心漢，王敏。《機器人》，2001，23(2)，pp.113～117)基于直接將圖像坐標映射到機器人參考坐標的“黑箱”思想，簡化了標定過程，但計算相對復雜。本文提出的基于3D傳感器的室內機器人手眼標定的新方法，應用了“黑箱”思想，標定過程簡單，且計算量小，精度較高，能有效滿足機器手眼標定的需求。

發明內容

本發明的特征和優點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實踐本發明而學習。

為克服現有技術的問題，本發明提供一種基于3D圖像傳感器的室內機器人視覺手眼關系標定方法，包括步驟S1、在機器人的手抓末端關節標記多個標記點，通過該機器人的3D視覺傳感器采集該手抓面末端關節的點云圖像信息，獲取相對于視覺傳感器坐標系多組三維坐標值；S2、外部三維測量設備采集世界坐標系下的該手抓末端關節的多個標記點的三維坐標值，該值是相對于該機器人的手臂基坐標系采集的；S3、通過步驟S1、S2獲取的坐標值，得出手眼關系標定矩陣。

根據本發明的一個實施例，該手抓末端關節上標有四個標記點，其中三個位于手指末端，另一個位于手心，且在測量時其相互關系為任意三點不共線四點不共面。

根據本發明的一個實施例，在該步驟S1中，該3D視覺傳感器通過點云庫PCL內鼠標鍵盤觸發事件算法得到該手抓末端關節的點云圖像信息。

根據本發明的一個實施例，該外部三維測量設備在采集該手抓末端關節的標記點的三維坐標時，以該機器人手臂基坐標系為參考坐標系。

根據本發明的一個實施例，在該步驟S3中，通過改變該手抓末端多個標記點的相互位置，多次記錄數值并計算轉移矩陣，求得最優矩陣，將該最優該矩陣作為該手眼關系標定矩陣。

本發明提供的基于3D傳感器的室內機器人視覺手眼關系標定的方法，具有方法簡單、測量精度較高、易推廣等特點，能有效滿足室內機器人手眼標定的需要，且有效簡化了標定過程，不需要標定攝像機內外參數，計算量小，且具有較高的手眼標定精度。

通過閱讀說明書，本領域普通技術人員將更好地了解這些技術方案的特征和內容。

附圖說明

下面通過參考附圖并結合實例具體地描述本發明，本發明的優點和實現方式將會更加明顯，其中附圖所示內容僅用于對本發明的解釋說明，而不構成對本發明的任何意義上的限制，在附圖中：

圖1為本發明實施例的機器人與外部三維測量設備的結構示意圖。

圖2為本發明實施例的基于3D圖像傳感器的室內機器人視覺手眼關系標定方法的流程示意圖。

圖3為本發明實施例的基于3D圖像傳感器的室內機器人視覺手眼關系標定方法的具體流程示意圖。

具體實施方式

請參照圖1，圖1為本發明實施例的機器人與外部三維測量設備的結構示意圖，室內移動機器人4上設有3D傳感器Kinect，機器人手抓末端關節5標記了四個黑點2，作為標記點，分別位于左右手抓末端關節的三個手指末端和手心內，在該室內移動機器人的旁邊豎著NDI三維動態測量儀3。在測量時，令機器人給手臂及手抓末端各關節使能，使得手抓末端在機器人前方合適位置，確保在Kinect的視場范圍內，并使手指末端的四個標記點相互關系為三點不共線四點不共面。機器人終端運行Kinect采集點云圖像的程序，主要函數為點云庫PCL(Point?Cloud?Library)中的鼠標鍵盤觸發事件函數，該函數功能為點擊點云圖像中一點可返回該點的三維坐標值。