[發明專利]用于二維平面的眼在手上機械手手眼標定方法及系統

在審

• 申請號: 201910837390.0
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110717943A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 王福杰;俞恒杰;劉璐;管蘭芳;郭彥青;史亞坤;孫文;王世杰;邱韻霖
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 14110 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 任林芳

本發明涉及用于二維平面的眼在手上機械手手眼標定方法及系統，屬于視覺指導下的機械手運動技術領域，本發明的方法采用二維標定板進行相機標定與手眼標定，獲得相機采集圖像的像素坐標與機械手運動坐標之間的轉換關系；相機采集工作現場圖像，通過圖像處理確定目標點像素坐標，根據轉換關系將像素坐標轉換為機械手運動坐標，將運動坐標通過TCP通信傳送給控制柜，機械手接收坐標并運動至目標點。本發明的系統可以控制機械手運動并接受機械手當前坐標；控制柜與計算機以TCP協議通過以太網進行通信，傳送機械手運動目標坐標并接受機械手當前坐標。本發明通過相機標定、手眼標定、目標點識別與定位、坐標變換，實現了視覺指導下的機械手運動。

技術領域

本發明涉及用于二維平面的眼在手上機械手手眼標定方法及系統，屬于視覺指導下的機械手運動技術領域。

背景技術

在機械手參與的生產過程中，不僅包括外界環境及工作參數已知的生產環境，還會遇到未知的外界環境和工作參數無法預先設定的工況，也有些生產環境不適合人工作業或者人類的視覺無法滿足其精度要求。機器視覺作為替代人類視覺與生產工作環境進行信息交互的技術，成為機械手領域的重要研究方向，六自由度機器視覺焊接機器人(Huang W,Xu H. Development of six-DOF welding robot with machine vision[J]. ModernPhys. Lett. B, 2018,(34-36): 1840079)，被廣泛應用于現代工業生產中。機械手手眼標定技術作為機械手視覺技術的關鍵問題，一直都是機器視覺領域中的熱點問題(李巍，呂乃光，董明利，婁小平. 凸松弛全局優化機械手手眼標定[J].計算機應用,2017,(5):1451-1455)。

Tsai和Lenz(Tsai R Y, Lenz R K. A new technique for fully autonomousand efficient 3D robotics hand/eye calibration[J]. Robotics and Automation,IEEE Transactions on, 1989, (3): 345-358)在1989年首次提出了eye-on-hand手眼標定問題，首先標定旋轉角度，然后根據旋轉角度計算平移量，最終得出相對于機械手末端的相機三維位置和旋轉角度，旋轉精度十倍于當時現有的技術，線性精度與當時最先進的技術相同。基于Tsai和Lenz的研究，Daniilidis等(Daniilidis K. Hand-eye calibrationusing dual quaternions[J]. International Journal of Robotics Research, 1999,(3): 286-298)提出采用對偶四元數的方法同時求得旋轉和平移標定的方法，避免旋轉誤差對平移標定的影響。

近年來，隨著對優化算法的研究，許多新的、高精度的標定方法和標定算法被學者提出。Jan Heller等（J H, M H, T P. Globally Optimal Hand-Eye Calibration UsingBranch-and-Bound(Article)[J].IEEE Transactions on Pattern Analysis andMachine Intelligence,2016,(5): 1027-1033）在2016年提出了基于分支定界的全局優化手眼標定算法，使用分支定界方法來最小化基于極線約束的目標函數，采用線性規劃來決定算法的邊界步驟，該算法能夠同時恢復未知的旋轉和平移，并且保證解決方案相對于L1范數是全局最優的，在校準裝置缺乏精度或由于校準空間要求而不實用的情況下具有可行性。