[发明专利]一种基于主动双目视觉的机械手手眼标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械手的手眼标定方法，尤其涉及一种基于主动双目视觉的机械手的手眼标定方法。

背景技术

随着视觉技术的发展，和工业中对机器人精度要求的提高，越来越多的工业机器人将视觉传感器作为其操作导航工具。视觉传感器为给机械手提供导航指引，首先要进行手眼标定，得出视觉传感器与机械手的位置关系，然后再根据视觉传感器采集目标物体在双目视觉传感器坐标系下的坐标，转换为在机械手坐标系下的坐标，为机械手操作提供指引。由视觉传感器与机械手的位置关系可将视觉传感器系统分为：Eye-in-Hand式和Eye-to-Hand式。Eye-in-Hand式为视觉传感器安装在机械手上，此种安装方式的手眼标定算法较复杂，但摄像机可以和机械手控制端组成闭环控制系统，随着机械手的移动可以降低摄像机标定误差的影响，所以此种方法对摄像机标定精度的不是很严格。Eye-to-Hand式为视觉传感器与机械手分离，视觉传感器安装在机械手外的某处，不随机械手移动而改变位置，此种安装方式的手眼标定算法较简单，但精度受摄像机标定的限制，具体表现在视觉传感器计算得到目标点坐标的精度，故对摄像机标定的精度要求很严格。现有的Eye-to-Hand式机械手手眼标定方法，如专利“基于3D图像传感器的室内机器人视觉手眼关系标定方法”(申请号：201410166077.6)，在机械手末端添加标志点，使用视觉传感器采集该标志点三维坐标的方法，得出用以计算手眼关系矩阵的坐标数据，方法简单，但有些情况并不适合在机械手末端添加标志点，如机械手末端较尖锐、细小的情况。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种算法和操作简单且又具有高精度的基于主动双目视觉的机械手的手眼标定方法。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种基于主动双目视觉的机械手的手眼标定方法，包括以下步骤：

S1、使用2D平面标定靶对双目视觉传感器进行标定，建立双目视觉传感器坐标系；

S2、移动机械手末端到任意位置，记录此时机械手末端在机械手坐标系下的坐标，结构光发生器向机械手末端投射编码图像，双目视觉传感器采集图像，利用编码图案信息和极线几何约束计算机械手末端在双目视觉传感器坐标系下的三维坐标；

S3、重复步骤S2得到多组坐标数据，计算出机械手坐标系与双目视觉传感器坐标系的转换关系。

进一步，所述双目视觉传感器由两个摄像机和一个结构光发生器组成。

具体地，所述结构光发生器位于两个摄像机之间。

进一步，步骤S1中，通过立体视觉摄像机标定方法求得双目视觉传感器的内部参数和相互位置关系的外部参数，建立双目视觉传感器坐标系。

进一步，步骤S2中，通过机械手控制器移动机械手末端到任意位置，通过机械手控制器读取并记录此时机械手末端在机械手坐标系下的坐标。

进一步，步骤S2中，结构光发生器向机械手末端投射编码图像，双目视觉传感器采集图像后，利用编码图案信息和极线几何约束及步骤S1中所标定的内部参数和外部参数，计算出机械手末端在双目视觉传感器坐标系下的三维坐标。

进一步，步骤S3中，通过多次移动机械手末端的位置，重复至少4次步骤S2分别得到4组以上机械手末端在机械手坐标系、双目视觉传感器坐标系下的三维坐标，其中至少4次机械手末端所移动的位置点不共面。

进一步，步骤S3中，记录每次机械手末端在机械手坐标系下的坐标及其对应在双目视觉传感器坐标系下的坐标，采用最小二乘法求得转换矩阵，将所述的转换矩阵作为最后得出的手眼关系矩阵。

进一步地，所述双目视觉传感器坐标系为C_W，机械手坐标系为C_M，双目视觉传感器坐标系C_W到机械手坐标系C_M的关系为：C_M＝T·C_W，矩阵T为机械手手眼转换矩阵。

具体地，步骤S3中，通过4次移动机械手末端的位置，分别得到4组机械手末端在机械手坐标系下的三维坐标(x_j,y_j,z_j)(j＝1,2,3,4)，和双目视觉传感器坐标系下的三维坐标(X_j,Y_j,Z_j)(j＝1,2,3,4)，且这4个坐标位置点不共面，上述机械手坐标系下的三维坐标和双目视觉传感器坐标系下的三维坐标的机械手手眼转换矩阵T为：