一種機器人手眼標定方法及裝置制造方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┝艘环N機器人手眼標定方法及裝置，應(yīng)用于機器人手眼標定系統(tǒng)，機器人手眼標定系統(tǒng)中的機器人包含機械前臂，機械前臂上設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)軸，且機械前臂上安裝有第一相機，第一旋轉(zhuǎn)軸上安裝有第二相機，第二相機下放置有定位圓；其中，所述手眼標定方法通過第二相機采集定位圓圖像擬合圓心，控制第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心對準擬合圓心，獲取第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標，并控制第一旋轉(zhuǎn)軸在預(yù)設(shè)空間范圍內(nèi)多次平移，獲取第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像，進而確定預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的值，完成機器人的手眼標定，本申請?zhí)峁┑姆椒ㄟm用但不限定于對貼補強機等機器人的手眼標定。
【專利說明】一種機器人手眼標定方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機器人標定【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種機器人手眼標定方法及裝置，適用 但不限定于對貼補強機等機器人的手眼標定。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，機器人已經(jīng)在多個行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。其中，在工 業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，機器人具有視覺系統(tǒng)，利用視覺系統(tǒng)獲取到的圖像，機器人可以控制末端執(zhí) 行器執(zhí)行機械加工及安裝等動作。簡單來講，視覺系統(tǒng)相當于人的眼睛，末端執(zhí)行器相當于 人的手，通過手眼之間的配合完成預(yù)先設(shè)置的動作任務(wù)。
[0003] 具體地，機器人利用手-眼系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)時，視覺系統(tǒng)采集環(huán)境空間物體的位置 坐標，但該位置坐標是以視覺系統(tǒng)坐標系為基準的，需要將其向控制末端執(zhí)行器移動的機 械手坐標系進行轉(zhuǎn)換，同時，末端執(zhí)行器的運動參數(shù)也需轉(zhuǎn)換為視覺系統(tǒng)坐標系內(nèi)的位置 坐標。
[0004] 因此，為了保證機器人將空間物體準確移動到目標位置，需要確定出視覺系統(tǒng)坐 標系與機械手坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，也即，需要對機器人的手眼進行標定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N機器人手眼標定方法及裝置，用以確定機器人視覺 系統(tǒng)坐標系與機械手坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，進而保證機器人依據(jù)該空間轉(zhuǎn)換關(guān)系將物體 移動至目標位置。
[0006] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
[0007] -種機器人手眼標定方法，應(yīng)用于機器人手眼標定系統(tǒng)，所述機器人手眼標定系 統(tǒng)中的機器人包含機械前臂，所述機械前臂上設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)軸，可用于旋轉(zhuǎn)末端執(zhí)行器， 且所述機械前臂上安裝有第一相機，所述第一旋轉(zhuǎn)軸上安裝有第二相機，所述第二相機下 放置有定位圓；該方法包括：
[0008] 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸多次旋轉(zhuǎn)，并獲取所述第二相機在每一次旋轉(zhuǎn)后采集的定位 圓圖像；
[0009] 對所述第二相機采集的各個定位圓圖像進行擬合，獲取擬合圓心；
[0010] 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心圖像坐標與所述擬合圓心的圖像坐標重合；
[0011] 獲取平移后的第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標；所述機械坐標是在機械手坐標系下的坐 標；
[0012] 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸在預(yù)設(shè)空間范圍內(nèi)多次平移，并獲取所述第一相機在每一次 平移后采集的定位圓圖像；
[0013] 依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標、所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移的位移量，以及所 述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像的圖像坐標，確定預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù) 的值；其中，所述預(yù)設(shè)運動模型表征機器人第一相機坐標系與所述機械手坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān) 系。
[0014] 上述機器人手眼標定方法，優(yōu)選地，所述控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心圖像坐標與 所述擬合圓心的圖像坐標重合，包括：
[0015] 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心沿著所述機械手坐標系的X軸平移第一空間位移，同 時獲取所述第二相機采集的定位圓的第一圖像位移；
[0016] 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心沿著所述機械手坐標系的Y軸平移第二空間位移，同 時獲取所述第二相機采集的定位圓的第二圖像位移；
[0017] 依據(jù)所述第一空間位移及所述第一圖像位移，計算單位第一空間位移對應(yīng)的第一 圖像位移，并依據(jù)所述第二空間位移及所述第二圖像位移，計算單位第二空間位移對應(yīng)的 第二圖像位移；
[0018] 將所述定位圓的初始圖像坐標與所述擬合圓心的圖像坐標之差確定為第三圖像 位移；其中，所述定位圓的初始圖像坐標為，未控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)前，所述定位圓的 圖像坐標；
[0019] 依據(jù)所述單位第一空間位移對應(yīng)的第一圖像位移、所述單位第二空間位移對應(yīng)的 第二圖像位移，以及所述第三圖像位移，確定空間位移量；
[0020] 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸平移所述空間位移量，以使所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心圖像坐標 與所述擬合圓心的圖像坐標重合。
[0021] 上述機器人手眼標定方法，優(yōu)選地，所述依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標、所述第 一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移的位移量，以及所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像的圖 像坐標，確定預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的值，包括：
[0022] 依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標，以及所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移的位移量，確 定所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移后的第一機械坐標；
[0023] 獲取所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像的第一圖像坐標；
[0024] 依據(jù)各個所述第一機械坐標以及各個所述第一圖像坐標，確定預(yù)設(shè)運動模型中模 型參數(shù)的第一值。
[0025] 上述機器人手眼標定方法，優(yōu)選地，在所述依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移后的 機械坐標，以及所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圓心圖像的圖像坐標，確定預(yù) 設(shè)運動模型中模型參數(shù)的第一值之后，還包括：
[0026] 依據(jù)所述模型參數(shù)的第一值對應(yīng)的運動模型，確定多個預(yù)設(shè)定位圓圖像坐標各自 對應(yīng)的第一旋轉(zhuǎn)軸的第二機械坐標；其中，所述多個預(yù)設(shè)定位圓圖像坐標是第一相機成像 圖像中的圖像坐標；
[0027] 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸依次平移至各個所述第二機械坐標，并獲取所述第一相機在 每一次平移后采集的定位圓圖像的第二圖像坐標；
[0028] 依據(jù)各個所述第二機械坐標以及各個所述第二圖像坐標，確定所述預(yù)設(shè)運動模型 中模型參數(shù)的第二值。
[0029] 上述機器人手眼標定方法，優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)運動模型中的模型參數(shù)包括：
[0030] 機械前臂中第一運動臂的長度、機械前臂中第二運動臂的長度、第一相機與第一 旋轉(zhuǎn)軸的距離、第一相機成像中心與第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心之間的連線與第二運動臂之間的夾 角、第一相機坐標系的X軸與第二運動臂之間的夾角、機械坐標系Y軸與第二運動臂之間的 夾角、第一運動臂與第二運動臂的第二旋轉(zhuǎn)軸的軸心機械坐標、第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標、及 第一相機采集的定位圓的圖像坐標。
[0031] 本申請還提供了一種機器人手眼標定裝置，應(yīng)用于機器人手眼標定系統(tǒng)，所述機 器人手眼標定系統(tǒng)中的機器人包含機械前臂，所述機械前臂上設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)軸，可用于 旋轉(zhuǎn)末端執(zhí)行器，且所述機械前臂上安裝有第一相機，所述第一旋轉(zhuǎn)軸上安裝有第二相機， 所述第二相機下放置有定位圓；該裝置包括：
[0032] 第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸多次旋轉(zhuǎn)，并獲取所述第二相機 在每一次旋轉(zhuǎn)后采集的定位圓圖像；
[0033] 擬合圓心坐標確定單元，用于對所述第二相機采集的各個定位圓圖像進行擬合， 獲取擬合圓心；
[0034] 第一旋轉(zhuǎn)軸對準單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心圖像坐標與所述擬合圓心 的圖像坐標重合；
[0035] 機械坐標獲取單元，用于獲取平移后的第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標；所述機械坐標是 在機械手坐標系下的坐標；
[0036] 定位圓圖像采集單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸在預(yù)設(shè)空間范圍內(nèi)多次平移，并 獲取所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像；
[0037] 運動模型參數(shù)確定單元，用于依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標、所述第一旋轉(zhuǎn)軸 每一次平移的位移量，以及所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像的圖像坐標， 確定預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的值；其中，所述預(yù)設(shè)運動模型表征機器人第一相機坐標系 與所述機械手坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0038] 上述機器人手眼標定裝置，優(yōu)選地，所述第一旋轉(zhuǎn)軸對準單元包括：
[0039] X軸平移控制子單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心沿著所述機械手坐標系的 X軸平移第一空間位移，同時獲取所述第二相機采集的定位圓的第一圖像位移；
[0040] Y軸平移控制子單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心沿著所述機械手坐標系的 Y軸平移第二空間位移，同時獲取所述第二相機采集的定位圓的第二圖像位移；
[0041] 單位位移確定子單元，用于依據(jù)所述第一空間位移及所述第一圖像位移，計算單 位第一空間位移對應(yīng)的第一圖像位移，并依據(jù)所述第二空間位移及所述第二圖像位移，計 算單位第二空間位移對應(yīng)的第二圖像位移；
[0042] 圖像位移確定子單元，用于將所述定位圓的初始圖像坐標與所述擬合圓心的圖像 坐標之差確定為第三圖像位移；其中，所述定位圓的初始圖像坐標為，未控制所述第一旋轉(zhuǎn) 軸旋轉(zhuǎn)前，所述定位圓的圖像坐標；
[0043] 空間位移確定子單元，用于依據(jù)所述單位第一空間位移對應(yīng)的第一圖像位移、所 述單位第二空間位移對應(yīng)的第二圖像位移，以及所述第三圖像位移，確定空間位移量；
[0044] 執(zhí)行器平移子單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸平移所述空間位移量，以使所述第 一旋轉(zhuǎn)軸的軸心圖像坐標與所述擬合圓心的圖像坐標重合。
[0045] 上述機器人手眼標定裝置，優(yōu)選地，所述運動模型參數(shù)確定單元包括：
[0046] 第一機械坐標確定子單元，用于依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標，以及所述第一 旋轉(zhuǎn)軸每一次平移的位移量，確定所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移后的第一機械坐標；
[0047] 第一圖像坐標獲取子單元，用于獲取所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓 圖像的第一圖像坐標；
[0048] 第一模型參數(shù)確定子單元，用于依據(jù)各個所述第一機械坐標以及各個所述第一圖 像坐標，確定預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的第一值。
[0049] 上述機器人手眼標定裝置，優(yōu)選地，還包括：
[0050] 第二機械坐標確定子單元，用于依據(jù)所述模型參數(shù)的第一值對應(yīng)的運動模型，確 定多個預(yù)設(shè)定位圓圖像坐標各自對應(yīng)的第一旋轉(zhuǎn)軸的第二機械坐標；其中，所述多個預(yù)設(shè) 定位圓圖像坐標是第一相機成像圖像中的圖像坐標；
[0051] 第二圖像坐標確定子單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸依次平移至各個所述第二機 械坐標，并獲取所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像的第二圖像坐標；
[0052] 第二模型參數(shù)確定子單元，用于依據(jù)各個所述第二機械坐標以及各個所述第二圖 像坐標，確定所述預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的第二值。
[0053] 上述機器人手眼標定裝置，優(yōu)選地，所述運動模型參數(shù)確定單元確定的預(yù)設(shè)運動 模型中的模型參數(shù)包括：
[0054] 機械前臂中第一運動臂的長度、機械前臂中第二運動臂的長度、第一相機與第一 旋轉(zhuǎn)軸的距離、第一相機成像中心與第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心之間的連線與第二運動臂之間的夾 角、第一相機坐標系的X軸與第二運動臂之間的夾角、機械坐標系Y軸與第二運動臂之間的 夾角、第一運動臂與第二運動臂的第二旋轉(zhuǎn)軸的軸心機械坐標、第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標、及 第一相機采集的定位圓的圖像坐標。
[0055] 由以上技術(shù)方案可知，本申請?zhí)峁┑囊环N機器人手眼標定方法及裝置，控制所述 第一旋轉(zhuǎn)軸多次旋轉(zhuǎn)，并獲取所述第二相機在每一次旋轉(zhuǎn)后采集的定位圓圖像，并對所述 第二相機采集的各個定位圓圖像進行擬合，獲取擬合圓心，控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心圖 像坐標與所述擬合圓心的圖像坐標重合，進而獲取平移后的第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標，控制 所述第一旋轉(zhuǎn)軸在預(yù)設(shè)空間范圍內(nèi)多次平移，并獲取所述第一相機在每一次平移后采集的 定位圓圖像，進而依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標、所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移的位移量， 以及所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像的圖像坐標，確定預(yù)設(shè)運動模型中模 型參數(shù)的值。由于，預(yù)設(shè)運動模型表征機器人第一相機坐標系與機械手坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系， 因此確定出預(yù)設(shè)運動模型中的模型參數(shù)值后，即完成了機器人的手眼標定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0056] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0057] 圖1為本發(fā)明實施例提供的機器人手眼標定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0058] 圖2為本發(fā)明實施例提供的機器人手眼標定方法的流程圖；
[0059] 圖3為本發(fā)明實施例提供的對采集的多個定位圓圓心擬合獲取擬合圓心圖像坐 標的示意圖；
[0060] 圖4為本發(fā)明實施例提供的機器人手眼標定系統(tǒng)中各個坐標系的示意圖；
[0061] 圖5為本發(fā)明實施例提供的機器人手眼標定方法對準第一旋轉(zhuǎn)軸的流程圖；
[0062] 圖6為本發(fā)明實施例提供的運動模型對應(yīng)的幾何關(guān)系圖；
[0063] 圖7為本發(fā)明實施例提供的機器人手眼標定方法求解運動模型的流程圖；
[0064]圖8為本發(fā)明實施例提供的機器人手眼標定方法求解運動模型時第一相機采集 到的定位圓的第一圖像示意圖；
[0065]圖9為本發(fā)明實施例提供的機器人手眼標定方法求解運動模型時第一相機采集 到的定位圓的第二圖像示意圖；
[0066] 圖10為本發(fā)明實施例提供的機器人手眼標定裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0067] 圖11為本發(fā)明實施例提供的機器人手眼標定裝置中運動模型參數(shù)確定單元的結(jié) 構(gòu)框圖。

【具體實施方式】
[0068] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0069] 參見圖1，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N機器人的手眼標定系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的機器人 為多關(guān)節(jié)機器人，包括機械前臂11，所述機械前臂上設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)軸12,且所述機械前 臂上安裝有第一相機13,所述第一旋轉(zhuǎn)軸上安裝有第二相機14。其中，第一旋轉(zhuǎn)軸進行旋 轉(zhuǎn)時，安裝在該軸上的第二相機隨之進行旋轉(zhuǎn)；機械前臂包括兩個相連的運動臂（運動臂 111及運動臂112)，兩個運動臂相連處設(shè)置有第二旋轉(zhuǎn)軸15,第二旋轉(zhuǎn)軸也可稱為關(guān)節(jié)旋 轉(zhuǎn)軸。機器人下放置有標定平臺16,標定平臺上放置有定位圓（圖示中未標出），該定位圓 位于第二相機的視野范圍內(nèi)，優(yōu)選地，該定位圓位于第二相機視野的正下方。需要說明的 是，第一相機的光軸與第二相機的光軸均與標定平臺垂直。
[0070] 需要說明的是，第二相機只是用于對機器人的手眼標定過程，在機器人在實際執(zhí) 行定位任務(wù)時，安裝第二相機的位置用來安裝末端執(zhí)行器，進而第一旋轉(zhuǎn)軸也可稱為末端 執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)軸。根據(jù)機器人執(zhí)行任務(wù)的不同，末端執(zhí)行器的具體形式不同，如末端執(zhí)行器可 以是吸嘴，用于吸附物體對象。假設(shè)機器人執(zhí)行的任務(wù)是吸附某目標物體，則需要第一相機 采集目標物體的圖像坐標（相當于人的眼睛看到物體），并利用本申請標定的運動模型計 算出末端執(zhí)行器拿到該目標物體需要移動到的機械坐標（相當于人的大腦計算出拿到該 物體需要將手移動至何位置點），進而控制末端執(zhí)行器移動至該機械坐標（相當于控制手 到達該位置點），從而完成指定任務(wù)。需要說明的是，本申請?zhí)峁┑氖盅蹣硕ǚ椒?，可以適用 但不限定僅適用于對貼補強機的手眼標定。
[0071] 上述機器人標定系統(tǒng)中標定的機器人在實際執(zhí)行任務(wù)時，第一相機安裝在機械前 臂上，而非安裝在末端執(zhí)行器上，從而可以給末端執(zhí)行器更多的動作空間執(zhí)行搬運、抓取及 安放等動作，增大了末端執(zhí)行器的活動空間，具有更好的實用性。
[0072] 基于圖1示出的所述機器人手眼標定系統(tǒng)，本發(fā)明實施例提供了一種機器人手眼 標定方法，如圖2所示，具體包括以下步驟：
[0073] 步驟SlOl :控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸多次旋轉(zhuǎn)，并獲取所述第二相機在每一次旋轉(zhuǎn)后 采集的定位圓圖像。
[0074] 其中，旋轉(zhuǎn)機器人的第一旋轉(zhuǎn)軸，帶動設(shè)置在第一旋轉(zhuǎn)軸上的第二相機進行旋轉(zhuǎn)。 具體地，預(yù)先設(shè)置第一旋轉(zhuǎn)軸每次旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度步長及旋轉(zhuǎn)次數(shù)，控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸 以預(yù)設(shè)角度進行預(yù)設(shè)次數(shù)的旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)次數(shù)大于5次，且多次旋轉(zhuǎn)以完成一整周轉(zhuǎn) 動?？刂频诙鄼C在每一次旋轉(zhuǎn)后均對下方的定位圓的圖像進行采集，優(yōu)選地，定位圓圖像 用圓心表示，從而第二相機采集到的是一組圓心圖像，當然，第二相機還需要采集第一旋轉(zhuǎn) 軸未進行旋轉(zhuǎn)前定位圓初始位置的圓心圖像。
[0075] 步驟S102 :對所述第二相機采集的各個定位圓圖像進行擬合，獲取擬合圓心。
[0076] 其中，對各個定位圓的圓心圖像坐標點進行擬合，獲得擬合后的圓心圖像坐標，見 圖3,該圖示出了對第一旋轉(zhuǎn)軸進行五次旋轉(zhuǎn)后采集到的一組圓心圖像，圖中的箭頭表示第 二相機的旋轉(zhuǎn)方向，黑點31代表定位圓圓心的原始位置點，黑點32至黑點36表示各次旋 轉(zhuǎn)后采集到的定位圓圓心位置點，圖中的十字交叉點為擬合后的圓心位置點。其中，具體的 擬合過程參見下文描述。
[0077] 步驟S103 :控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心圖像坐標與所述擬合圓心的圖像坐標重 合。
[0078] 其中，控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸在機械坐標系中進行平移，以使所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸 心圖像坐標與擬合圓心的圖像坐標重合。具體地，控制第一旋轉(zhuǎn)軸平移的過程可以是，確定 第一旋轉(zhuǎn)軸軸心與定位圓圓心的空間位移量，依據(jù)該空間位移量移動第一旋轉(zhuǎn)軸，使其軸 心圖像坐標對準該擬合圓心圖像坐標。其中，具體確定第一旋轉(zhuǎn)軸與定位圓圓心的空間位 移量的過程參見下文描述。
[0079] 步驟S104 :獲取平移后的第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標；所述機械坐標是在機械手坐標 系下的坐標。
[0080] 其中，當?shù)谝恍D(zhuǎn)軸的軸心對準擬合圓的圓心圖像坐標后，直接獲取到此時第一 旋轉(zhuǎn)軸在機械手坐標系中的機械坐標。需要說明的是，所述機械手坐標系即控制第一旋轉(zhuǎn) 軸進行平移運動的坐標系，即以該坐標系的位移量對第一旋轉(zhuǎn)軸執(zhí)行平移動作。其中，有關(guān) 該機械手坐標系的說明參見下文描述。
[0081] 步驟S105 :控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸在預(yù)設(shè)空間范圍內(nèi)多次平移，并獲取所述第一相 機在每一次平移后采集的定位圓圖像。
[0082] 其中，通過控制機器人的機械前臂平移，帶動安裝在機械前臂上的第一相機平移， 以使定位圓出現(xiàn)在第一相機的視野范圍內(nèi)。然后，再次多次平移第一旋轉(zhuǎn)軸，并且控制第一 相機對每一次平移后的定位圓進行拍照，以獲取每一次平移后的定位圓圖像坐標，具體為 定位圓的圓心圖像坐標。
[0083] 步驟S106 :依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標、所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移的位移 量，以及所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像的圖像坐標，確定預(yù)設(shè)運動模型 中模型參數(shù)的值；其中，所述預(yù)設(shè)運動模型表征機器人第一相機坐標系與所述機械手坐標 系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0084] 其中，預(yù)設(shè)運動模型中包括多個模型參數(shù)，其表示了機器人第一相機坐標系與機 械手坐標系之間的空間坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系。當然，該預(yù)設(shè)運動模型只是對所述轉(zhuǎn)換系進行定性 描述，利用步驟S104獲取到的第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標，及步驟S105中對第一旋轉(zhuǎn)軸多次平 移的各個位移量，以及步驟S105中第一相機采集到的多個定位圓圖像坐標，求解出預(yù)設(shè)運 動模型中各個模型參數(shù)的參數(shù)值，將求解出的參數(shù)值代入該預(yù)設(shè)運動模型后，該運動模型 可以定量地描述上述空間坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系，也即實現(xiàn)了機器人的手眼標定。
[0085]由以上的技術(shù)方案可知，本發(fā)明實施例通過旋轉(zhuǎn)第一旋轉(zhuǎn)軸時，第二相機采集的 各個定位圓圖像坐標，引導(dǎo)第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心指向定位圓圓心圖像坐標擬合后的圓心，進 而獲得第一旋轉(zhuǎn)軸在機械坐標系下的坐標，然后，控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸，以使所述定位圓出 現(xiàn)在所述第一相機的視野范圍內(nèi)，并多次平移第一旋轉(zhuǎn)軸，以使第一相機采集到多個定位 圓圖像坐標，進而利用第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標，第一旋轉(zhuǎn)軸的平移量及第一相機采集的圖 像坐標，求解預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的值，由于運動模型可以定性并定量地描述機器人 第一相機坐標系與機械手坐標系之間的空間坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而實現(xiàn)了機器人的手眼標 定。
[0086] 首先，對機器人手眼標定系統(tǒng)利用的各個空間坐標系進行說明。其中，該系統(tǒng)中涉 及三個空間坐標系，即機械手坐標系、第一旋轉(zhuǎn)軸坐標系及第一相機坐標系。如圖4所示， 具體地：
[0087] 機械手坐標系為O-XYZ坐標系,坐標原點0為機械前臂的旋轉(zhuǎn)軸21的軸心，X軸 及Y軸分別與標定平臺的寬邊及長邊平行，Z軸與標定平臺相垂直；
[0088] 第一旋轉(zhuǎn)軸坐標系為Oe-XJc^坐標系,坐標原點0。為第一旋轉(zhuǎn)軸22的軸心,X。軸、 Y。軸及Z。軸分別與機械手坐標系的X軸、Y軸及Z軸平行；
[0089] 第一相機坐標系為Oe-WZe坐標系，坐標原點O e為第一相機22光軸軸心與相機 成像平面的交點，Xe軸及之軸分別與相機成像平面的X軸及Y軸平行，且Z e軸與標定平臺 相垂直。
[0090] 當然，各個空間坐標系可以根據(jù)實際應(yīng)用中進行相應(yīng)設(shè)定，并不限定于上述一種 形式。
[0091] 需要說明的是，上述方法實施例中，步驟S102對所述第二相機采集的各個定位圓 圖像進行擬合，獲取擬合圓心的過程如下：
[0092] 優(yōu)選地，各個所述定位圓圖像用圖像的圓心表示，則假設(shè)各個圓心圖像坐標依次 為（X1, Y1)，（X2, Y2)，（X3, Y3). ·· (XN，Yn)，其中，（X1, Y1)為定位圓初始位置圓心圖像坐標，N的 值為第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)次數(shù)加1 ;假設(shè)該組圓心圖像坐標擬合為的圓方程為：X2+y2+ax+b x+cx =0〇
[0093] 利用上述擬合圓方程可知：

【權(quán)利要求】
1. 一種機器人手眼標定方法，其特征在于，應(yīng)用于機器人手眼標定系統(tǒng)，所述機器人手 眼標定系統(tǒng)中的機器人包含機械前臂，所述機械前臂上設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)軸，可用于旋轉(zhuǎn)末 端執(zhí)行器，且所述機械前臂上安裝有第一相機，所述第一旋轉(zhuǎn)軸上安裝有第二相機，所述第 二相機下放置有定位圓；該方法包括： 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸多次旋轉(zhuǎn)，并獲取所述第二相機在每一次旋轉(zhuǎn)后采集的定位圓圖 像； 對所述第二相機采集的各個定位圓圖像進行擬合，獲取擬合圓心； 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心圖像坐標與所述擬合圓心的圖像坐標重合； 獲取平移后的第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標；所述機械坐標是在機械手坐標系下的坐標； 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸在預(yù)設(shè)空間范圍內(nèi)多次平移，并獲取所述第一相機在每一次平移 后采集的定位圓圖像； 依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標、所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移的位移量，以及所述第 一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像的圖像坐標，確定預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的 值；其中，所述預(yù)設(shè)運動模型表征機器人第一相機坐標系與所述機械手坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人手眼標定方法，其特征在于，所述控制所述第一旋轉(zhuǎn) 軸的軸心圖像坐標與所述擬合圓心的圖像坐標重合，包括： 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心沿著所述機械手坐標系的X軸平移第一空間位移，同時獲 取所述第二相機采集的定位圓的第一圖像位移； 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心沿著所述機械手坐標系的Y軸平移第二空間位移，同時獲 取所述第二相機采集的定位圓的第二圖像位移； 依據(jù)所述第一空間位移及所述第一圖像位移，計算單位第一空間位移對應(yīng)的第一圖像 位移，并依據(jù)所述第二空間位移及所述第二圖像位移，計算單位第二空間位移對應(yīng)的第二 圖像位移； 將所述定位圓的初始圖像坐標與所述擬合圓心的圖像坐標之差確定為第三圖像位移； 其中，所述定位圓的初始圖像坐標為，未控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)前，所述定位圓的圖像坐 標； 依據(jù)所述單位第一空間位移對應(yīng)的第一圖像位移、所述單位第二空間位移對應(yīng)的第二 圖像位移，以及所述第三圖像位移，確定空間位移量； 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸平移所述空間位移量，以使所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心圖像坐標與所 述擬合圓心的圖像坐標重合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人手眼標定方法，其特征在于，所述依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn) 軸的機械坐標、所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移的位移量，以及所述第一相機在每一次平移后 采集的定位圓圖像的圖像坐標，確定預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的值，包括： 依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標，以及所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移的位移量，確定所 述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移后的第一機械坐標； 獲取所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像的第一圖像坐標； 依據(jù)各個所述第一機械坐標以及各個所述第一圖像坐標，確定預(yù)設(shè)運動模型中模型參 數(shù)的第一值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人手眼標定方法，其特征在于，在所述依據(jù)所述第一旋 轉(zhuǎn)軸每一次平移后的機械坐標，以及所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圓心圖像 的圖像坐標，確定預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的第一值之后，還包括： 依據(jù)所述模型參數(shù)的第一值對應(yīng)的運動模型，確定多個預(yù)設(shè)定位圓圖像坐標各自對應(yīng) 的第一旋轉(zhuǎn)軸的第二機械坐標；其中，所述多個預(yù)設(shè)定位圓圖像坐標是第一相機成像圖像 中的圖像坐標； 控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸依次平移至各個所述第二機械坐標，并獲取所述第一相機在每一 次平移后采集的定位圓圖像的第二圖像坐標； 依據(jù)各個所述第二機械坐標以及各個所述第二圖像坐標，確定所述預(yù)設(shè)運動模型中模 型參數(shù)的第二值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人手眼標定方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)運動模型中的 模型參數(shù)包括： 機械前臂中第一運動臂的長度、機械前臂中第二運動臂的長度、第一相機與第一旋轉(zhuǎn) 軸的距離、第一相機成像中心與第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心之間的連線與第二運動臂之間的夾角、 第一相機坐標系的X軸與第二運動臂之間的夾角、機械坐標系Y軸與第二運動臂之間的夾 角、第一運動臂與第二運動臂的第二旋轉(zhuǎn)軸的軸心機械坐標、第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標、及第 一相機采集的定位圓的圖像坐標。
6. -種機器人手眼標定裝置，其特征在于，應(yīng)用于機器人手眼標定系統(tǒng)，所述機器人手 眼標定系統(tǒng)中的機器人包含機械前臂，所述機械前臂上設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)軸，可用于旋轉(zhuǎn)末 端執(zhí)行器，且所述機械前臂上安裝有第一相機，所述第一旋轉(zhuǎn)軸上安裝有第二相機，所述第 二相機下放置有定位圓；該裝置包括： 第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸多次旋轉(zhuǎn)，并獲取所述第二相機在每 一次旋轉(zhuǎn)后采集的定位圓圖像； 擬合圓心坐標確定單元，用于對所述第二相機采集的各個定位圓圖像進行擬合，獲取 擬合圓心； 第一旋轉(zhuǎn)軸對準單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心圖像坐標與所述擬合圓心的圖 像坐標重合； 機械坐標獲取單元，用于獲取平移后的第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標；所述機械坐標是在機 械手坐標系下的坐標； 定位圓圖像采集單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸在預(yù)設(shè)空間范圍內(nèi)多次平移，并獲取 所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像； 運動模型參數(shù)確定單元，用于依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標、所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一 次平移的位移量，以及所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像的圖像坐標，確定 預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的值；其中，所述預(yù)設(shè)運動模型表征機器人第一相機坐標系與所 述機械手坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機器人手眼標定裝置，其特征在于，所述第一旋轉(zhuǎn)軸對準單 元包括： X軸平移控制子單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心沿著所述機械手坐標系的X軸 平移第一空間位移，同時獲取所述第二相機采集的定位圓的第一圖像位移； Y軸平移控制子單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心沿著所述機械手坐標系的Y軸 平移第二空間位移，同時獲取所述第二相機采集的定位圓的第二圖像位移； 單位位移確定子單元，用于依據(jù)所述第一空間位移及所述第一圖像位移，計算單位第 一空間位移對應(yīng)的第一圖像位移，并依據(jù)所述第二空間位移及所述第二圖像位移，計算單 位第二空間位移對應(yīng)的第二圖像位移； 圖像位移確定子單元，用于將所述定位圓的初始圖像坐標與所述擬合圓心的圖像坐標 之差確定為第三圖像位移；其中，所述定位圓的初始圖像坐標為，未控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸旋 轉(zhuǎn)前，所述定位圓的圖像坐標； 空間位移確定子單元，用于依據(jù)所述單位第一空間位移對應(yīng)的第一圖像位移、所述單 位第二空間位移對應(yīng)的第二圖像位移，以及所述第三圖像位移，確定空間位移量； 執(zhí)行器平移子單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸平移所述空間位移量，以使所述第一旋 轉(zhuǎn)軸的軸心圖像坐標與所述擬合圓心的圖像坐標重合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機器人手眼標定裝置，其特征在于，所述運動模型參數(shù)確定 單元包括： 第一機械坐標確定子單元，用于依據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標，以及所述第一旋轉(zhuǎn) 軸每一次平移的位移量，確定所述第一旋轉(zhuǎn)軸每一次平移后的第一機械坐標； 第一圖像坐標獲取子單元，用于獲取所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像 的第一圖像坐標； 第一模型參數(shù)確定子單元，用于依據(jù)各個所述第一機械坐標以及各個所述第一圖像坐 標，確定預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的第一值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的機器人手眼標定裝置，其特征在于，還包括： 第二機械坐標確定子單元，用于依據(jù)所述模型參數(shù)的第一值對應(yīng)的運動模型，確定多 個預(yù)設(shè)定位圓圖像坐標各自對應(yīng)的第一旋轉(zhuǎn)軸的第二機械坐標；其中，所述多個預(yù)設(shè)定位 圓圖像坐標是第一相機成像圖像中的圖像坐標； 第二圖像坐標確定子單元，用于控制所述第一旋轉(zhuǎn)軸依次平移至各個所述第二機械坐 標，并獲取所述第一相機在每一次平移后采集的定位圓圖像的第二圖像坐標； 第二模型參數(shù)確定子單元，用于依據(jù)各個所述第二機械坐標以及各個所述第二圖像坐 標，確定所述預(yù)設(shè)運動模型中模型參數(shù)的第二值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機器人手眼標定裝置，其特征在于，所述運動模型參數(shù)確定 單元確定的預(yù)設(shè)運動模型中的模型參數(shù)包括： 機械前臂中第一運動臂的長度、機械前臂中第二運動臂的長度、第一相機與第一旋轉(zhuǎn) 軸的距離、第一相機成像中心與第一旋轉(zhuǎn)軸的軸心之間的連線與第二運動臂之間的夾角、 第一相機坐標系的X軸與第二運動臂之間的夾角、機械坐標系Y軸與第二運動臂之間的夾 角、第一運動臂與第二運動臂的第二旋轉(zhuǎn)軸的軸心機械坐標、第一旋轉(zhuǎn)軸的機械坐標、及第 一相機采集的定位圓的圖像坐標。
【文檔編號】B25J9/16GK104354167SQ201410437919
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】張坤, 劉 英, 許德平, 甘明輝, 陳伯平, 莫偉源 申請人:廣東正業(yè)科技股份有限公司