[发明专利]基于视觉的机器人自动标定方法、设备和存储介质

说明书

本发明公开了一种基于视觉的机器人自动标定方法、设备和存储介质，机器人末端固定MARK点，MARK点的姿态用相机观测；标定方法包括步骤：(1)机器人移动九个步长，获得3*3九个点位，对应每个点位均记录机器人末端在机器人坐标系中的位置坐标，以及MARK点在相机坐标系中的像素坐标，根据九点标定法处理所记录的九个点位的位置坐标和像素坐标，获得机器人坐标系和相机坐标系之间的映射矩阵X_3*3；(2)根据映射矩阵X_3*3，以MARK点为中心计算并建立工具坐标系T(X_t，Y_t，θ)；(3)根据工具坐标系T和映射矩阵X_3*3计算MARK点像素坐标和位置坐标的转换关系，实现相机坐标系到机器人坐标系的九点标定。本发明的标定方法，不需要手动示教，简化标定流程，有效提高标定速度和标定精度。

技术领域

本发明涉及机器标定技术领域，具体涉及一种基于视觉的机器人自动标定方法、设备和存储介质。

背景技术

常规2D视觉应用中，以eye-to-hand为例，参照图1所示，摄像机相对于机械手固定安装，因此摄像机坐标系相对工件坐标系固定。九点标定的目的就是要获得像素坐标和机械手末端坐标之间的转换矩阵。

假设图像坐标为(x，y)，机械手坐标为(X，Y)，则机械手坐标可以看成由图像坐标通过旋转和平移得到，如式(1)：

进而有，

对于不同的点，则有：

写成矩阵形式，

同理可得：

将(4)和(5)合并，得到九点标定方程：

因此，相机通过视觉获得像素坐标，机械手末端安装标定针，分别示教9个点的位置，并且与相应的像素坐标一一对应。将相应参数带入式(6)，求得变换矩阵后，便完成了像素坐标到机械手末端坐标的转换。此后，相机拍照获得像素坐标后带入式(6)，求得机械手末端坐标后控制机械手运动到该点处。

从标定流程看，需要根据相机视野打印合适大小的九点标定纸，机器人末端安装标定针，手动示教九个机器人坐标，操作麻烦且繁琐。

从标定精度看，该方法标定的精度取决于标定针末端与机器人末端旋转中心的重合度，以及手动示教平面九点机器人末端的坐标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于视觉的机器人自动标定方法、设备和存储介质，整个标定过程不需要手动示教，简化标定流程，有效提高标定速度和标定精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于视觉的机器人自动标定方法，机器人末端固定MARK点，所述MARK点的姿态用相机观测；标定方法包括以下步骤：

(1)第一阶段标定：机器人自动按照一定顺序移动九个步长，获得3*3九个点位，对应每个点位均记录机器人末端在机器人坐标系中的位置坐标，以及MARK点在相机坐标系中的像素坐标，根据九点标定法处理所记录的九个点位的位置坐标和像素坐标，获得机器人坐标系和相机坐标系之间的映射矩阵X_3*3；

(2)根据第一阶段标定得到的映射矩阵X_3*3，以机器人移动初始状态下的MARK点为中心计算并建立工具坐标系T(X_t，Y_t，θ)；X_t表示MARK点相对于机器人末端沿X轴的平移距离，Y_t表示MARK点相对于机器人末端的沿Y轴平移距离，θ表示工具坐标系相对于机器人坐标系的旋转角度；