[发明专利]一种高精度机械臂手眼相机标定方法及标定系统

权利要求书

1.一种高精度机械臂手眼相机标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：固定腕部相机和机械臂，使腕部相机的光轴方向与机械臂的中心视轴方向平行；

定义相机坐标系Oc、标定板世界坐标系Ow、机械臂末端坐标系Om；

对腕部相机的内部参数进行标定，得到腕部相机的内部参数矩阵为：

(f_x,f_y)为腕部相机的等效焦距，(u₀,v₀)为腕部相机的光心坐标；

步骤二：放置并调整两台高精密测量仪器A₁和A₂，确保标定板在腕部相机的视野范围内，标定板和机械臂末端在高精密测量仪器的视野范围内；

定义参考坐标系O_r，并在标定板上选取n个关键点，获得所有关键点的世界坐标；

步骤三：使用两台高精密测量仪器分别测量并记录机械臂末端靶标上k个十字刻线的方位、俯仰读数，由标定工具计算出此时机械臂末端坐标系Om相对于参考坐标系O_r的外参[R_mr T_mr]；其中，k为大于等于4的正整数；

具体操作包括以下步骤：

1)设定k个十字刻线在参考坐标系O_r下的坐标，记为：

其中，(X_rm1,Y_rm1,0),(X_rm2,Y_rm2,0)...(X_rmk,Y_rmk,0)分别为各个十字刻线的坐标；

2)设定十字刻线在机械臂末端坐标系Om下的坐标，记为：

则根据P_rm＝R_mr*P_m+T_mr，计算出此时机械臂末端坐标系Om相对于参考坐标系O_r的外参[R_mr T_mr]；

步骤四：将标定板放于腕部相机前，用腕部相机采集一幅标定板图像；使用两台高精密测量仪器分别测量并记录标定板上n个关键点的方位、俯仰读数；然后将标定板由近及远放置在不同位置上，重复本步骤内采集图像、测量记录方位及俯仰读数的操作；然后由标定工具计算出此时标定板世界坐标系Ow相对于相机坐标系Oc的外参[R_wc T_wc]，以及标定板世界坐标系Ow相对于参考坐标系O_r的外参[R_wr T_wr]；

步骤五：由步骤三中机械臂末端坐标系Om相对于参考坐标系O_r的外参[R_mr T_mr]和步骤四中标定板世界坐标系Ow相对于参考坐标系O_r的外参[R_wr T_wr]，计算得到机械臂末端坐标系Om相对于标定板世界坐标系Ow的外参[R_mw T_mw]＝f([R_mr T_mr],[R_wr T_wr])；

步骤六：由步骤五中机械臂末端坐标系Om相对于标定板世界坐标系Ow的外参[R_mw T_mw]和步骤四中标定板世界坐标系Ow相对于相机坐标系Oc的外参[R_wc T_wc]，计算得到机械臂末端坐标系Om相对于相机坐标系Oc的外参[R_mc T_mc]＝f([R_mw T_mw],[R_wc T_wc])。

2.根据权利要求1所述的高精度机械臂手眼相机标定方法，其特征在于，所述标定板采用黑白格棋盘标定板，且该黑白格棋盘标定板图像上黑色区域和白色区域的灰度值之差大于等于70。

3.根据权利要求2所述的高精度机械臂手眼相机标定方法，其特征在于，黑白格棋盘标定板上的黑白格数为25*24，边长为15mm，加工精度大于0.05mm。