[发明专利]全自动手眼标定方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及机器人标定技术领域，具体而言，涉及一种全自动手眼标定方法及装置。

背景技术

赋予工业机器人一双“慧眼”，建立机器人和相机的坐标关系，是使机器人走向智能化的重要一环。机器人安装视觉传感器后，可以借助视觉信息执行更加复杂和智能的任务，而机器人与相机的精准标定是建立机器人与视觉系统相互关系的桥梁。

在机器人系统中，相机的安装方式可以分为两大类：eye-in-hand，即相机安装在机械臂末端，随机械臂的运动而运动；eye-to-hand，相机安装在机械臂之外，与机械臂的基座相对固定，不随机械臂的运动而运动。这两种安装方式的标定方式略有不同，但基本原理相似：工业机器人带着手臂上的相机或者标定板变换姿态，相机拍摄识别视场内的标定板，经过一系列的计算，得出相机相对与机械臂末端或者相机相对于机械臂基座的变换关系矩阵。由此关系，就可以将相机坐标下的工件等物体转换到机器人坐标下，引导机器人进行抓取等工作。

以下介绍三种现有的机器人手眼标定方案。

第一种方案，提出了工业六轴机器人的eye-in-hand标定方法。机器人变换两个姿态，识别各个姿态的特征点和坐标点在相机坐标系下的坐标值，计算得出相机到机器人的坐标变换关系。

第二种方案，首先在基准工件上贴上标定板，然后建立视觉坐标系并计算基准工件上所有点在视觉坐标系下的坐标，再将基准工件和标定板移动到机器人工位下，通过视觉坐标系和机器人坐标系的转换，最终得到基准工件上所有点的坐标。

第三种方案，一种基于指数积模型手眼机器人自动标定方法。使用一面镜子和若干觇标，利用利用了镜子的反射原理将末端相机视野范围外的手部信息转换到相机坐标系下，完成手眼标定。

然而，以上三种方案均存在一定的不足：

第一种方案虽然只需要两次机器人姿态变换就可以计算出相机相对于机器人的变换矩阵，但是标定过程中需要人工干预设定机器人的姿态。相机内参需要事先标定。

第二种方案标定过程全程需要人工干预，标定流程复杂，精度无法保证。相机内参需要事先标定。

第三种方案除标定板外还需要额外的镜子作为辅助设施。

此外，以上三种方案中没有提供eye-to-hand的标定方法；对标定结果没有量化指标；标定过程中不能提供避障功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自动手眼标定方法及装置，其能够有效改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种全自动手眼标定方法，所述方法包括：获取机械臂当前的位姿；根据所述机械臂当前的位姿以及预设的运动路径，获取所述机械臂的下一个位姿；获取在所述机械臂的每一个位姿下的标定板数据；根据所述机械臂的位姿以及所述标定板数据获得相机与所述机械臂的手眼标定结果。

第二方面，本发明实施例还提供了一种全自动手眼标定装置，其包括位姿获取模块，用于获取机械臂当前的位姿；位姿计算模块，用于根据所述机械臂当前的位姿以及预设的运动路径，获取所述机械臂的下一个位姿；图像获取模块，用于获取在所述机械臂的每一个位姿下的标定板数据；结果计算模块，根据所述机械臂的位姿以及所述标定板数据获得相机与所述机械臂的手眼标定结果。

本发明实施例提供的全自动手眼标定方法及装置，通过获取机械臂当前的位姿，可获得机械臂在启动标定前的初始状态，以对接下来的机械臂运动起到参照；再根据所述机械臂当前的位姿以及预设的运动路径，获取所述机械臂的下一个位姿，可获得机械臂在经过一次按照预设的运动路径运动之后的下一个状态；通过在机械臂运动的过程中，获取在所述机械臂的每一个位姿下的标定板数据，可以得到在所述机械臂的每一个位姿下的相机与标定板的变换矩阵；最后，根据所述机械臂的位姿以及所述标定板数据获得相机与所述机械臂的手眼标定结果，即可通过上一步获得的相机与标定板的相对位置关系，推算出相机与机械臂的变换矩阵即手眼标定结果。和现有技术相比，本发明提供的全自动手眼标定方法及装置为机器人的手眼标定提供了一种更简易、更准确、无碰撞的一键式eye-in-hand和eye-to-hand六自由度工业机器人自动化标定方案，该标定系统除标定板外不需要额外的辅助硬件设备，在启动标定后，可自动控制机械臂以标定板或相机为中心按照预设路径进行运动，即可同时完成相机内参、相机与机械臂的变换矩阵的标定，且可在标定结束后计算冲投影误差，便于提供标定结果的量化指标。

附图说明