[發明專利]機械臂坐標系和相機坐標系標定方法、裝置、設備及介質

在審

• 申請號: 202010615931.8
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111890356A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 談繼勇;張智勝;楊光耀;李元偉;俞林昊;李冰
• 申請（專利權）人: 深圳瀚維智能醫療科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G06T7/70;G06T7/80
• 代理公司: 深圳市華勤知識產權代理事務所(普通合伙) 44426
• 代理人: 隆毅

本發明公開一種機械臂坐標系和相機坐標系標定方法，包括:獲取標定板的彩色圖像和深度圖像；獲取彩色圖像上每個標定圖案的像素坐標，根據像素坐標和映射關系計算深度坐標；獲取標定圖案的深度值，根據深度坐標與深度值計算在深度相機坐標系下的三維坐標；分別控制機械臂末端移動至標定工具對準每個標定圖案的位置，并根據機械臂正運動學方法，計算機械臂末端關節的局部坐標系相對于機械臂基礎坐標系的旋轉平移矩陣；根據旋轉平移矩陣與標定工具的坐標，計算標定工具末端在機械臂基礎坐標系下的三維坐標；根據深度相機坐標系下的三維坐標與機械臂基礎坐標系下的三維坐標，計算深度相機坐標系與機械臂基礎坐標系的旋轉平移矩陣。

技術領域

本發明涉及機器視覺領域，特別涉及一種機械臂坐標系和相機坐標系標定方法、裝置、設備及介質。

背景技術

為控制機械臂按深度相機采集的點云數據進行相關的運動，需要通過標定實現將深度相機的坐標系轉換為機械臂的坐標系，即求出一個4×4的旋轉平移矩陣，這樣就可以將深度相機采集的點云數據轉換到機械臂坐標系下，從而控制機械臂運動。然而，傳統機械臂坐標系和相機坐標系所采取的標定方法，存在標定精度低的缺陷。

發明內容

本發明的主要目的在于提出一種機械臂坐標系和相機坐標系標定方法，旨在解決現有的機械臂坐標系和相機坐標系存在標定精度低的技術問題。

為實現上述目的，本發明提出一種機械臂坐標系和相機坐標系標定方法，該機械臂坐標系和相機坐標系標定方法包括在機械臂任一關節上安裝深度相機，并在機械臂末端安裝標定工具；控制機械臂移動至標定板所在位置，以使得所述深度相機拍攝完整的標定板圖像，所述標定板圖像包括彩色圖像和深度圖像，所述標定板上設置有多個標定圖案；獲取所述彩色圖像上每個所述標定圖案的像素坐標，根據所述像素坐標以及所述像素坐標與深度坐標的映射關系，計算每個所述標定圖案在深度圖像上的深度坐標；獲取所述深度圖像上每個所述標定圖案的深度值，根據所述深度坐標與深度值計算每個所述標定圖案在深度相機坐標系下的三維坐標；分別控制機械臂末端移動至所述標定工具對準每個所述標定圖案的位置，并根據機械臂正運動學方法，計算得到機械臂末端關節的局部坐標系相對于機械臂基礎坐標系的旋轉平移矩陣；根據所述旋轉平移矩陣與預設的標定工具的坐標，計算所述標定工具末端在機械臂基礎坐標系下的三維坐標，即每個所述標定圖案在機械臂基礎坐標系下的三維坐標；根據每個所述標定圖案在深度相機坐標系下的三維坐標與每個所述標定圖案在機械臂基礎坐標系下的三維坐標，通過奇異值分解方法，計算得到所述深度相機坐標系與機械臂基礎坐標系之間的旋轉平移矩陣。

優選地，所述像素坐標與深度坐標之間的映射關系為：

x_s＝a*x_c+b

y_s＝e*y_c+f

其中，所述(x_c，y_c)為所述彩色圖像上某個標定圖案的像素坐標，所述(x_s，y_s)為所述(x_c，y_c)映射到深度圖上的坐標，所述a、b、e、f分別為所述彩色圖像與深度圖像之間的縮放平移參數。

優選地，按照以下公式計算每個所述標定圖案在深度相機坐標系下的三維坐標：

X＝D*(x_s-U₀)/(f_x)

Y＝D*(y_s-V₀)/(f_y)

Z＝D