[发明专利]全自动手眼标定、工作平面标定方法及装置

说明书

本发明涉及一种全自动手眼标定、工作平面标定方法及装置，该方法包括以下步骤：自动曝光，以保证标定板能被识别；获取机械臂的位姿、标定板图像数据，并通过自动路径规划方法来计算机械臂的下一个位姿；判断是否至少有九张覆盖了整个图像视野的标定板图像，如果没有继续采集位姿和标定板图像，否则，根据位姿数据、标定板图像数据计算手眼关系矩阵，同时标定出相机内参、当前工作平面，给出标定结果的重投影误差；本发明同现有技术相比，实现了一键自动手眼标定、工作平面标定，减少了标定过程中的人工干预，可以有效地提高标定的精度，提供了标定的重投影误差，标定结果的评价更明确，且操作简便，有效改善了现有技术存在的问题。

[技术领域]

本发明涉及机器人标定技术领域，具体地说是一种全自动手眼标定、工作平面标定方法及装置。

[背景技术]

目前，现有视觉引导系统中，标定是一项基础且关键的问题。标定分为两类：一是三维空间的手眼标定，直接标定出相机坐标系和机器人坐标系的关系矩阵，将视觉识别的位置信息转换到机器人坐标系下；二是将三维空间的问题转化为二维平面的问题，进行工作平面标定，标定出图像平面和工作平面的关系，将图像坐标转换为机器人坐标。以下介绍四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。

第四种方案，使用标定板，获取机械手位姿，在多个位姿下采集标定板图像，根据预设的球面路径来进行标定数据的采集并计算，最终完成手眼标定。

以上四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。第一种至第三种方案中没有对标定结果没有量化指标；标定过程中不能提供避障功能。第四种方案需要根据严格的预设球面路径进行数据采集，工作平面一旦改变，需要重新进行复杂的手眼标定。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种全自动手眼标定、工作平面标定方法，减少了标定过程中的人工干预，可以有效地提高标定的精度，有效改善了现有技术存在的问题。

为实现上述目的设计一种全自动手眼标定、工作平面标定方法，包括以下步骤：1)自动曝光，以保证标定板能被识别；2)获取机械臂末端当前位姿、标定板图像数据，并通过自动路径规划方法计算机械臂末端下一个位姿；3)判断是否至少有九张覆盖了整个图像视野的标定板图像；4)若没有，则继续采集机械臂位姿和标定板图像；若有，则根据机械臂位姿数据、标定板图像数据计算手眼关系矩阵，同时标定出相机内参、当前工作平面，给出标定结果的重投影误差。

进一步地，步骤2)中，所述自动路径规划方法中，机械臂在安全范围内往9或16个方向运动，每个方向进行编号，相反的方向编号相邻，搜索标定板图像可被识别的位姿，搜索到后，记录该位姿和图像。