[發明專利]一種移動機器人3D手眼標定方法及裝置

在審

• 申請號: 202110689530.1
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113362396A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 鄧輝;李華偉;王益亮;陳忠偉;石巖
• 申請（專利權）人: 上海仙工智能科技有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/70;G06F17/16;G06F17/12;G05D1/02
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 季永康

1.一種移動機器人3D手眼標定方法，其特征在于步驟包括：

S1標定相機取景范圍覆蓋移動機器人全部自由度；

S2記錄移動機器人所持標定球所處相機坐標系下的點云數據cPⁱ，及其對應當前機器人坐標系下機器人位姿rPⁱ，形成n組點云數據；

S3提取標定球球面點云，采用最小二乘擬合算法確定每組點云數據中，標定球球心點所處相機坐標系下的坐標值

S4根據機器人位姿rPⁱ和對應標定球球心點坐標cTⁱ，依據第一算法求解偏移量Δt及手眼標定矩陣H；

S5將手眼標定矩陣H轉化為歐拉角的形式，并將手眼標定矩陣結果H作為非線性優化的初值；根據第二算法分別計算手眼標定矩陣H和偏移量Δt與真值的差值dH、dΔr，并據此對手眼標定矩陣進行修正。

2.根據權利要求1所述得移動機器人3D手眼標定方法，其特征在于，所述第一算法步驟包括：

S41根據每個機器人位姿以歐拉角到旋轉矩陣的轉換關系，得到其矩陣形式下的位姿信息

S42設偏移量為Δt＝[Δx，Δy，Δz]^T，可得標定球球心點在機器人坐標系下相應時刻的坐標值

S43設相機坐標系到機器人坐標系的手眼標定矩陣為H，將相機坐標系下的球心點坐標轉到機器人坐標系下為設則相同時刻的機器人位姿與相機坐標系下標定球球心點坐標可以建立如下等式：其中偏移量Δt和手眼標定矩陣H是需要求解的未知量X；

S44根據n組對應的機器人位姿和標定球球心點坐標通過步驟S43聯立等式，并將等式劃為A·X＝b的形矩陣形式；

S45利用奇異值分解求解線性方程即可求出未知量X，其即為所求的偏移量Δt和手眼標定矩陣H。

3.根據權利要求2所述得移動機器人3D手眼標定方法，其特征在于，所述第二算法步驟包括：

S51將手眼標定矩陣H轉化為歐拉角的形式其中旋轉矩陣與歐拉角r＝[α，β，γ]之間的轉換關系為：

S52設手眼標定矩陣H和偏移量Δt與真值的差值分別為dH、dΔt，歐拉角形式下的表示為：dΔt＝[dΔx，dΔy，dΔz]；其中，dH、dΔt中的數值均趨于0；當dα，dβ，dγ≈0時，可以估計sindα≈0，cosdα≈1，則：

則矩陣形式的

S53將H、dH、Δt、dΔt帶入第一算法的公式中，得到A·(Δt+dΔt)＝(H+dH)·b的方程，由于H和Δt已知，前述方程便可利用線性最下二乘的方法進行求解，得到補償量dH和dΔt，從而得到更準確的手眼標定矩陣

4.根據權利要求1所述得移動機器人3D手眼標定方法，其特征在于，所述記錄移動機器人所持標定球所處相機坐標系下的點云數據cPⁱ，及其對應當前機器人坐標系下機器人位姿rPⁱ的步驟包括：

S21將機器人移動到相機取景范圍內后靜止不動，觸發相機拍攝第一組標定球的點云數據cP¹；同時記錄機器人此刻在機器人基坐標系下的位姿rP¹，位姿rP¹包括機器人末端執行器在機器人坐標系下的坐標值和其姿態采用歐拉角的方式表示機器人的姿態信息，分別表示其繞X、Y、Z軸的旋轉角度；

S22在相機取景范圍內改變機器人的位置和姿態，記錄機器人新的位姿信息rP²；同時相機拍攝該時刻下標定球的點云數據cP²；

S23重復以上步驟n次，以覆蓋相機整個取景范圍和機器人的空間自由度，得到n組標定的點云數據。

5.根據權利要求1所述得移動機器人3D手眼標定方法，其特征在于，步驟S3中提取標定球球面點云步驟包括：對任一組掃描點云數據cPⁱ，利用隨機采樣一致性算法，從點云數據中定位位于標定球上的點云。