[发明专利]工业机器人末端相机在线标定方法

说明书

本发明提供了一种工业机器人末端相机在线标定方法，涉及机器人工业相机标定的技术领域，标定方法通过末端执行器控制工业相机在多个位置采集特征点的实际像点坐标；将所述初始重投影变换坐标模型作为当前重投影变换坐标模型，标定物的物理坐标通过当前重投影变换坐标模型获得重投影像点坐标，至少确定调整第一参数和调整第二参数使标定物的实际像点和重投影像点之间距离和最小，并将包括调整第一参数和调整第二参数的重投影变换坐标模型作为新的当前坐标模块，确定符合停止条件的当前重投影变换坐标模型为标定的重投影变换坐标模型；该方法整合了工业机器人的姿态规划、手眼标定参数优化等流程，能够实现工业机器人末端安装相机的在线自动标定。

技术领域

本发明涉及机器人工业相机标定技术领域，尤其是涉及一种工业机器人末端相机在线标定方法及装置。

背景技术

在工业机器人的机械臂末端安装工业相机，通过视觉图像技术使工业机器人获得一定的智能和柔性工作能力，使工业自动化和智能制造工程中常用的解决方案。为确定空间物体表面某点的三位几何位置与其在相机成像中对应点之间的相互关系，必须建立工业机器人末端执行器上的工业相机成像的几何模型，通过实验与计算获得这些几何模型的参数，这个求解几何模型参数的过程叫相机标定。

现有的相机标定方法需要使用高精度的尺寸已知的标定物，通过建立标定物上坐标已知的点与其图像点之间的对应关系，利用一定的算法获得相机模型的内外参数。这些传统相机标定法需要人工参与，标定效率低，在标定过程中始终需要标定物，且标定物的制作精度会影响标定结果。同时有些场合不适合放置标定物，比如自动化产线上的工业机器人末端相机在作临时调整的情况下，传统相机标定方法无法实时地对相机进行标定，对这类场景的相机标定就要用到相机在线标定的技术。

发明内容

本发明的目的在于为了克服传统相机标定方法的应用局限性，提高相机标定的效率、精度以及稳定性，针对常见的机械臂末端安装工业相机的情况，本发明提出一种工业机器人末端相机在线自动标定的方法，亦称手眼在线标定，手表示工业机器人的末端执行器，眼表示工业相机。这种方法不需要高精度标定物的配合，可以在工业机器人作业场景下，实现全自动地根据特征点重投影建立相机在线标定非线性优化模型，再利用非线性迭代优化方法求解，获得相机在线标定的最优参数。

本发明提供的一种工业机器人末端相机在线标定方法，所述方法适用于工业机器人，所述工业机器人包括末端执行器和工业相机，所述末端执行器与所述工业相机连接，所述包括如下步骤：

通过末端执行器控制工业相机在第一位置采集标定物的图像，通过所述标定物的图像得到特征点的成像坐标；

根据所述特征点的物理坐标和成像坐标确定初始重投影变换坐标模型的初始第一参数和初始第二参数，所述第一参数用于定义手眼变换坐标的旋转矩阵，所述第二参数用于定义手眼变换坐标的平移向量；

通过末端执行器控制工业相机在多个位置采集标定物的图像，通过所述多个位置的标定物的图像得到特征点的实际像点坐标；

将所述初始重投影变换坐标模型作为当前重投影变换坐标模型，并重复执行如下步骤直至符合停止条件，确定符合停止条件的当前重投影变换坐标模型为标定的重投影变换坐标模型，所述停止条件至少包括第一参数或第二参数的梯度范数；

标定物的物理坐标通过当前重投影变换坐标模型获得重投影像点坐标，至少确定调整第一参数和调整第二参数使标定物的实际像点和重投影像点之间距离和最小，并将包括调整第一参数和调整第二参数的重投影变换坐标模型作为新的当前坐标模块。

进一步的，所述至少确定调整第一参数和调整第二参数使标定物的实际像点和重投影像点之间距离和最小的方法包括：通过非线性参数模型至少确定调整第一参数和调整第二参数使标定物的实际像点和重投影像点之间距离和最小，所述非线性参数模型为：