[发明专利]一种基于光束平差的机器人方位与手眼关系同时标定方法

权利要求书

1.一种基于光束平差的机器人方位与手眼关系同时标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，通过单目立体视觉SFM算法进行三维重建，利用RANSAC数据筛选算法对相机外参数标定数据进行阈值自适应筛选；

S2，对手眼标定方程A(α)X＝ZB做等价变换，消除标定方程中尺度因子α，利用矩阵直积法建立齐次线性方程组，代入筛选后的标定数据，进行奇异值分解，得到机器人方位与手眼关系初值；

S3，利用光束平差优化模型对机器人方位与手眼关系初值以及单目立体视觉算法得到的三维重建结果一同进行迭代优化；

S4，判断是否满足设定的迭代终止条件，如果满足，则终止迭代，同时输出机器人方位和手眼关系矩阵以及检测目标的三维空间点坐标；

S5，利用PUMA560运动学模型建立机器人和摄像机运动轨迹仿真系统，模拟检测目标世界坐标系、机器人基坐标系、机器人工具坐标系以及摄像机坐标系四者之间的空间变换关系，验证标定方法的精度和鲁棒性。

2.根据权利要求1所述的基于光束平差的机器人方位与手眼关系同时标定方法，其特征在于，所述步骤S2，对手眼标定方程A(α)X＝XB做等价变换，消除标定方程中尺度因子α，利用矩阵直积法建立齐次线性方程组，代入筛选后的标定数据，进行奇异值分解，得到机器人方位和手眼关系初值，具体包括：

S201，设A表示参照物世界坐标系到不同姿态的摄像机坐标系的变换矩阵，B表示为不同姿态的机器人工具坐标系到机器人基坐标系的变换矩阵，机器人手眼关系X以及机器人坐标系与世界坐标系方位关系Z，则传统手眼标定方程表示为：AX＝ZB；考虑到尺度因子α，将传统手眼标定方程转化为：

A(α)X＝ZB (1)

其中A、X、Z、B都为4×4的矩阵；

S202，对A(α)X＝ZB解耦展开成旋转和平移分开的形式为：

R_AR_X＝R_ZR_B

R_At_X+αt_A＝R_Zt_B+t_Z (3)

式中，R_A,R_X,R_Z,R_B分别表示A、X、Z、B变换矩阵中的旋转部分，t_A,t_X,t_Z,t_B分别表示A、X、Z、B变换矩阵中的平移部分；

S203，由式(3)可知，标定方程中只有平移向量部分受尺度因子α的影响，将平移向量部分等式两边都乘以平移向量t_A的反对称矩阵消去尺度因子α可得：

其中，平移向量t_A的反对称矩阵为

S204，利用矩阵直积表示方法，将上式(4)用矩阵直积表示为：

对上式齐次线性方程组进行奇异值分解，最小特征值对应的特征向量v即为对应方程的解。