[發明專利]一種無需機器人運動的手眼標定方法及裝置

在審

• 申請號: 202110556216.6
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113276115A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 李瀧杲;黃翔;周蒯;李根;孔盛杰;王德重;季銳;樓佩煌;錢曉明
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;南京航空航天大學蘇州研究院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 蘇州國卓知識產權代理有限公司 32331
• 代理人: 康進廣

本發明公開了一種無需機器人運動的手眼標定方法及裝置，所述手眼標定裝置包括正方形平面光源、玻璃棋盤格標定板和設置有激光跟蹤儀靶球座的標定板固定裝置，所述玻璃棋盤格標定板和所述定板固定裝置固定連接，以上結構依次安裝在所述正方形平面光源的上表面，本發明操作簡單，且通過手眼標定裝置的運行會減少機器人運動的誤差，精度較高，可以應用于并聯機器人或有自由度約束限制的機器人上，適用范圍廣。

技術領域

本發明涉及機器人標定領域，特別涉及一種無需機器人運動的手眼標定方法及裝置。

背景技術

將計算機視覺與機器人結合，利用視覺決策控制機器人運動，對目標對象進行各種操作。計算機視覺所使用的傳感器為工業相機。相機相當于機器人的研究，用于感知周圍環境與目標對象信息。根據相機拍攝到的圖片確定目標對象的位置與姿態信息，并將這些信息傳遞給機器人，以便機器人實現抓取，鉆孔，裝配等操作。為了讓機器人獲取目標對象的位置信息，并對其進行操作，需要獲取機器人末端與相機直接的位置轉換關系，即機器人的手眼關系。目前，該手眼標定需要機器人帶動相機進行多次運動，拍攝不同位置下的物體照片以完成，該過程花費較多人力。并且，現有手眼標定方法引入了機器人自身的運動誤差，如果機器人自身運動精度較差，獲得的手眼關系將達不到使用要求。

現有研究者提出的手眼標定方法要么需要對機器人進行示教，操作繁瑣且因為引入了機器人的運動誤差，精度較低；要么需要機器人進行較大幅度的運動，無法應用于并聯機器人或有自由度約束限制的機器人上。因此，確有必要對現有技術進行改進以解決現有技術之不足。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無需機器人運動的手眼標定方法及裝置，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種無需機器人運動的手眼標定方法及裝置，一種無需機器人運動的手眼標定方法及裝置，所述手眼標定裝置包括正方形平面光源、玻璃棋盤格標定板和設置有激光跟蹤儀靶球座的標定板固定裝置，所述玻璃棋盤格標定板和所述定板固定裝置固定連接，以上結構依次安裝在所述正方形平面光源的上表面，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟一：對手眼標定裝置進行拍攝，獲得手眼標定裝置圖像，確定相機與手眼標定裝置的位置轉換關系；

步驟二：使用激光跟蹤儀對手眼標定裝置進行測量，獲得手眼標定裝置上基準點三維坐標，確定激光跟蹤儀與手眼標定裝置的位置轉換關系；

步驟三：使用激光跟蹤儀對機器人末端進行測量，獲得機器人末端上基準點三維坐標，確定激光跟蹤儀與機器人末端的位置轉換關系；

步驟四：根據相機與手眼標定裝置的位置轉換關系、激光跟蹤儀與手眼標定裝置的位置轉換關系和激光跟蹤儀與機器人末端的位置轉換關系，得到相機與機器人末端的位置轉換關系，即機器人的手眼關系。

優選的，開啟所述正方形平面光源，將所述手眼標定裝置放置于相機視場范圍內合適位置，固定手眼標定裝置，使用相機對手眼標定裝置進行拍攝，獲得手眼標定裝置圖像。

優選的，所述檢測手眼標定裝置圖像上的棋盤格角點，獲取全部棋盤格角點的二維像素坐標μ_i：

其中i為棋盤格角點數量，根據所述標定板的實際尺寸，確定所述角點的空間三維坐標P_i

輸入預先獲得的相機的內參矩陣M和畸變矩陣D：

D＝[k₁ k₂ p₁ p₂]

利用PnP算法計算相機與手眼標定裝置的位置轉換關系H_co，表示相機在手眼標定裝置坐標系下的位置和姿態；