[發明專利]一種高精度機械臂手眼相機標定方法及標定系統

有效

• 申請號: 201710324006.8
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107256568B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 王飛;劉彤;王偉農;王麗霞;楊海偉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王霞

本發明公開的一種高精度機械臂手眼相機標定方法及標定系統，通過采集不同位置的標定板圖像，通過視覺方法，測出相機內部參數，以及腕部相機與標定板之間的外部參數；通過高精度自準經緯儀、機械臂靶標設計和標定板上選取的關鍵點，測出機械臂靶標和標定板之間的外部參數；最后，由視覺計算方法，完成機械臂腕部相機的標定。本發明的標定系統通過兩臺高精度測量儀器，以標定板坐標系作為中間坐標系，實現高精度坐標系參數轉換，最終求得機械臂末端和相機之間的外參數，該方法能夠實現機械臂與相機之間外參的高精度標定。

技術領域

本發明屬于計算機視覺測量和圖像處理領域，具體涉及一種高精度機械臂手眼相機標定方法及標定系統。

背景技術

在機器人領域，利用視覺方法進行位姿估計來幫助機械臂實現精確的目標抓取有著重要的應用。而其中，高精度的相機內外參標定和相機與機械臂外參標定是保證視覺測量精度的重要條件。通過標定算法實現的相機內外參標定在算法上保證了對相機自身內外參數的標定精度，但對于機械臂與相機之間外參的高精度標定方法一直沒有得到解決。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高精度機械臂手眼相機標定方法及標定系統，該標定系統設置合理，該方法能夠實現相機內外參數和相機與機械臂之間的外參數的高精度標定。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明公開了一種高精度機械臂手眼相機標定方法，包括以下步驟：

步驟一：固定腕部相機和機械臂，使腕部相機的光軸方向與機械臂的中心視軸方向平行；

定義相機坐標系Oc、標定板世界坐標系Ow、機械臂末端坐標系Om；

對腕部相機的內部參數進行標定，得到腕部相機的內部參數矩陣為：

(f_x,f_y)為腕部相機的等效焦距，(u₀,v₀)為腕部相機的光心坐標；

步驟二：放置并調整兩臺高精密測量儀器A₁和A₂，確保標定板在腕部相機的視野范圍內，標定板和機械臂末端在高精密測量儀器的視野范圍內；

定義參考坐標系O_r，并在標定板上選取n個關鍵點，獲得所有關鍵點的世界坐標；

步驟三：使用兩臺高精密測量儀器分別測量并記錄機械臂末端靶標上k個十字刻線的方位、俯仰讀數，由標定工具計算出此時機械臂末端坐標系Om相對于參考坐標系O_r的外參[R_mr T_mr]；其中，k為大于等于4的正整數；

步驟四：將標定板放于相機前，用相機采集一幅標定板圖像；使用兩臺高精密測量儀器分別測量并記錄標定板上n個關鍵點的方位、俯仰讀數；然后將標定板由近及遠放置在不同位置上；

重復本步驟內的操作(包括用相機采集一幅標定板圖像；使用兩臺高精密測量儀器分別測量并記錄標定板上n個關鍵點的方位、俯仰讀數)；

然后由標定工具計算出此時標定板世界坐標系Ow相對于相機坐標系Oc的外參[R_wcT_wc]，以及標定板世界坐標系Ow相對于參考坐標系O_r的外參[R_wr T_wr]；