[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

说明书

本发明公开的一种高精度机械臂手眼相机标定方法及标定系统，通过采集不同位置的标定板图像，通过视觉方法，测出相机内部参数，以及腕部相机与标定板之间的外部参数；通过高精度自准经纬仪、机械臂靶标设计和标定板上选取的关键点，测出机械臂靶标和标定板之间的外部参数；最后，由视觉计算方法，完成机械臂腕部相机的标定。本发明的标定系统通过两台高精度测量仪器，以标定板坐标系作为中间坐标系，实现高精度坐标系参数转换，最终求得机械臂末端和相机之间的外参数，该方法能够实现机械臂与相机之间外参的高精度标定。

技术领域

本发明属于计算机视觉测量和图像处理领域，具体涉及一种高精度机械臂手眼相机标定方法及标定系统。

背景技术

在机器人领域，利用视觉方法进行位姿估计来帮助机械臂实现精确的目标抓取有着重要的应用。而其中，高精度的相机内外参标定和相机与机械臂外参标定是保证视觉测量精度的重要条件。通过标定算法实现的相机内外参标定在算法上保证了对相机自身内外参数的标定精度，但对于机械臂与相机之间外参的高精度标定方法一直没有得到解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度机械臂手眼相机标定方法及标定系统，该标定系统设置合理，该方法能够实现相机内外参数和相机与机械臂之间的外参数的高精度标定。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种高精度机械臂手眼相机标定方法，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；

步骤四：将标定板放于相机前，用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；

重复本步骤内的操作(包括用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_wcT_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]；