[发明专利]一种手眼标定及坐标转换方法在审

专利信息
申请号: 201811073643.3 申请日: 2018-09-14
公开(公告)号: CN109278044A 公开(公告)日: 2019-01-29
发明(设计)人: 丁雷鸣;严亚飞;赵丹阳;王庆;苗东东;徐海明;吕品 申请(专利权)人: 合肥工业大学
主分类号: B25J9/16 分类号: B25J9/16
代理公司: 合肥市长远专利代理事务所(普通合伙) 34119 代理人: 金宇平
地址: 230000 *** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 相机坐标系 机器臂 靶标 拟合 机械臂末端 起始坐标点 三维坐标 手眼标定 映射矩阵 终点坐标 坐标转换 矩阵变换 机械臂 残差 求解 去除 绘制 记录
【说明书】:

发明公开了一种手眼标定及坐标转换方法,包括:在机械臂末端设置靶标;控制机械臂末端从起始坐标点运动到终点坐标点,在机械臂末端从起始坐标点运动到终点坐标点的过程中,记录n次靶标在相机坐标系下的三维坐标、在机器臂坐标系下的三维坐标,得到n组靶标在相机坐标系下的坐标和靶标在机器臂坐标系下的坐标,将靶标在相机坐标系下的坐标与机器臂坐标系下的维坐标代入相机坐标系与机器臂坐标系之间的映射矩阵并求解,得到n组拟合点;根据n组初始拟合点绘制残差图,去除n组初始拟合点中m组离群点,将n‑m组目标拟合点代入相机坐标系与机器臂坐标系之间的映射矩阵,即可将得到相机坐标系与机械臂坐标系之间的矩阵变换关系。

技术领域

本发明涉及手眼标定技术领域,尤其涉及一种手眼标定及坐标转换方法。

背景技术

在视觉反馈的果蔬采摘机器人控制中,手眼系统的标定(即相机坐标系与机械臂坐标系的转换)非常重要,直接影响机器人的作业精度。双目立体视觉是一种使用较多的目标识别与定位的方法。因为世界坐标系和摄像机坐标都是右手坐标系,所以其不会发生形变。我们想把世界坐标系下的坐标转换到摄像机坐标下的坐标。

对于视觉系统与其他坐标系之间的标定方法,近年来,很多学者进行了大量的研究。有学者提出通过标定摄像机之间拍摄标定目标,完成了系统间的标定,但标定过程需要多个摄像机同时工作,标定过程较为复杂;有学者提出通过最小二乘法完成了基于双目视觉的采摘机器人手眼标定,但将人工示教引入到标定过程,增大了标定误差,误差达到10mm以上,其次,固定双目立体视觉因为其相机固定的结构特点,拍摄范围有限,在相机安装之后就限定了机械臂的运动空间,导致采集数据样本分布过于集中,可能得到过多线性相关的无效数据,导致标定误差的增大。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种手眼标定及坐标转换方法;

本发明提出的一种手眼标定及坐标转换方法,包括:

S1、在机械臂末端设置靶标;

S2、控制机械臂末端从起始坐标点运动到终点坐标点,在机械臂末端从起始坐标点运动到终点坐标点的过程中,记录靶标在机器臂坐标系下的三维坐标,并通过驱动机构驱动相机X、Y、Z三轴移动并记录机械臂末端上靶标在相机坐标系下的三维坐标;

S3、重复执行n次步骤S2,得到n组靶标在机器臂坐标系下的三维坐标、n组靶标在相机坐标系下的三维坐标,其中,每次执行步骤S2时,起始坐标点和终点坐标点均为对应取值范围内的随机坐标点;

S4、将靶标在相机坐标系下的三维坐标与靶标在机器臂坐标系下的三维坐标代入相机坐标系与机器臂坐标系之间的映射矩阵,并求解所述映射矩阵,得到n组拟合点;

S5、根据n组初始拟合点绘制残差图,根据残差图去除n组初始拟合点中m组离群点,得到n-m个目标拟合点,将n-m组目标拟合点代入相机坐标系与机器臂坐标系之间的映射矩阵,即可将得到相机坐标系与机械臂坐标系之间的矩阵变换关系。

优选地,所述机械臂为六自由度机械臂。

优选地,所述通过驱动机构驱动相机X、Y、Z三轴移动,具体包括:驱动机构包括第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构,所述第一驱动机构驱动相机X轴移动,所述第二驱动机构驱动相机Y轴移动,所述第三驱动机构驱动相机Z轴移动。

优选地,所述相机坐标系与机器臂坐标系之间的映射矩阵,具体包括:

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