[发明专利]用于二维平面的眼在手上机械手手眼标定方法及系统

权利要求书

1.一种用于二维平面的眼在手上机械手手眼标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、固定相机（3），改变二维标定板的位置、旋转角度和倾斜角度，通过相机（3）采集标定板图像，进行相机（3）标定获得相机（3）的内参与畸变参数；

步骤二、将相机（3）固定在机械手（4）上，标定板固定于相机（3）外，改变机械手（4）的位姿，并使相机（3）采集标定板图像，通过手眼标定确定像素坐标系与机械手（4）基础坐标系的转换关系；

步骤三、相机（3）采集机械手（4）工作现场图像，使用计算机（1）端软件获取工作现场图像，通过图像处理获得目标点的像素坐标；

步骤四、根据步骤二中得到的像素坐标系与机械手（4）基础坐标系的转换关系将像素坐标转换为机械手（4）运动坐标；

步骤五、搭建机械手（4）手眼标定系统，通过TCP通信将机械手（4）运动坐标传送给控制柜（2），编写机械手（4）控制程序，接收机械手（4）运动坐标并控制机械手（4）运动。

2.根据权利要求1所述的用于二维平面的眼在手上机械手手眼标定方法，其特征在于：所述步骤一中通过相机（3）标定获得相机（3）内参和畸变参数的步骤是：世界坐标系的三维坐标点转换为相机（3）坐标系的三维坐标点，然后投影到图像物理坐标系，转化为二维点；二维点经过畸变矫正后得到二维坐标点；经过二次转换，被转化到像素坐标系上的二维坐标点。

3.根据权利要求1所述的用于二维平面的眼在手上机械手手眼标定方法，其特征在于：所述步骤二中通过手眼标定确定像素坐标系与机械手（4）基础坐标系的转换关系的具体步骤是：相机（3）固定在机械手（4）末端法兰上，将标定板固定在机械手（4）外；通过控制机械手（4）末端运动带动相机（3）移动，使标定板完整的出现在相机（3）视场的不同位置，相机（3）采集带有标定板的图像，并记录下每幅图像对应的机械手（4）工具在机械手（4）基础坐标系的位姿；通过标定算法建立像素坐标系与机械手（4）基础坐标系的转换关系的超定方程。

4.根据权利要求3所述的用于二维平面的眼在手上机械手手眼标定方法，其特征在于：所述像素坐标系与机械手（4）基础坐标系的转换关系的超定方程为：

（11）

其中，表示在相机（3）坐标系下标定板坐标系的位姿，表示在相机（3）坐标系下机械手（4）工具坐标系的位姿，表示在机械手（4）工具坐标系下机械手（4）基础坐标系的位姿，表示在机械手（4）基础坐标系下标定板坐标系的位姿，其中、为常量固定不变。

5.根据权利要求4所述的用于二维平面的眼在手上机械手手眼标定方法，其特征在于：所述步骤三中的目标点为二维平面上九个圆圈的圆心。

6.根据权利要求5所述的用于二维平面的眼在手上机械手手眼标定方法，其特征在于：所述步骤三中通过图像处理获得目标点像素坐标的具体步骤是：采集的工作现场图像经过二值化、形态学处理、圆度特征提取、Hough变换获得圆圈的圆心像素坐标。

7.根据权利要求6所述的用于二维平面的眼在手上机械手手眼标定方法，其特征在于：所述步骤四中根据像素坐标系与机械手（4）基础坐标系的转换关系将像素坐标转换为机械手（4）运动坐标的具体步骤是：

（1）以标定板坐标系为参考坐标系，将像素坐标转化为参考坐标系下的坐标；

（2）根据参考坐标系与相机（3）坐标系的转换关系，将参考坐标系下的坐标转化为相机（3）坐标系下的坐标；

（3）根据相机（3）坐标系与机械手（4）基础坐标系的转换关系，将相机（3）坐标系下的坐标转换为机械手（4）基础坐标系下的坐标，即机械手（4）运动坐标。

8.根据权利要求1所述的用于二维平面的眼在手上机械手手眼标定方法，其特征在于：步骤五中搭建的机械手（4）手眼标定系统包括相机（3）、机械手（4）、控制柜（2）和计算机（1），相机（3）固定在机械手（4）上，机械手（4）与控制柜（2）连接，控制柜（2）和相机（3）与计算机（1）连接。