[发明专利]基于随机标记点阵的机器人手眼标定方法

说明书

本发明公开了一种基于随机标记点阵的机器人手眼标定方法，包括：对末端执行器进行平移与旋转，借助于3D相机构建点阵坐标系，并获取末端执行器上随机标记点在点阵坐标系中的坐标信息；通过对3D相机的可视圆标记点进行重建及姿态解算，获取点阵坐标系到3D相机坐标之间的转换关系；根据法兰盘坐标系与机器人基坐标系以及点阵坐标系与3D相机坐标系的转换关系，解算出3D相机坐标系与机器人基坐标系之间的变换矩阵，实现手眼标定。本发明以粘贴于机械臂末端执行器上的随机标记点阵为标定靶标，该方法无需依赖于高精度标定靶标，所使用标定靶标制作简单、灵活性强，易于实现自动化高精度标定。

技术领域

本发明涉及工业机器人、机器视觉技术领域，特别是一种基于随机标记点阵的机器人手 眼标定方法。

背景技术

伴随着计算机视觉、人工智能以及机器人等相关技术的发展，由机械臂与3D相机组成 的机器人系统正越来越广泛的应用于各种工业场景，3D相机能让机械臂更快、更智能、更精 确的执行各种复杂的任务。手眼标定是一种将3D相机与机械臂建立联系的方法，手眼标定 的精度直接影响着整个机器人系统的执行精度。

3D相机能够感知工作场景中目标对象的大小、颜色以及深度距离等信息，上述信息是位 于3D相机的相机坐标系中；机械臂的末端执行器在机械臂的基坐标系下抓取工作场景中的 目标对象。由于相机坐标系与机械臂基坐标系的不同导致同一目标对象存在着两组空间坐标。 手眼标定的作用就是获取相机坐标系与机械臂基坐标系之间的转换关系，进而实现将3D相 机感知的目标对象信息统一至机械臂的基坐标系中。

现有研究者提出的手眼标定方法主要依赖于平面标定板、立体标定块、标准球等高精度 标定靶标。例如申请号为CN201910491608.1的中国发明专利“一种基于球目标的机器人3D 视觉手眼标定方法”提供了一种使用标准球对机器人手眼关系进行标定的方法，但是该方法 需要解决机械臂末端如何固定标准球的问题；除此之外，该方法单次拍照仅能获取一个标定 特征点。申请号为CN201911175406.2的中国发明专利“基于一种新型三维标定块的机器人手 眼标定方法与装置”提出了一种基于三维标定块的机器人手眼标定方法，但该方法所使用的 三维标定制造要求高，不利于眼在手外构型的手眼标定。

综上所述，借助上述靶标工具对系统进行手眼标定时，需要将靶标工具固定在机械臂法 兰末端，故而机械臂末端执行器无法保持正常工作状态，需要对末端执行器进行拆除等操作； 除此之外，还存在单个视野中标定数据较少，需要多次变换标定靶标的位姿，导致标定过程 繁琐等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于随机标记点阵的 机器人手眼标定方法，该基于随机标记点阵的机器人手眼标定方法具有操作简单、精度高、 灵活性强以及易于实现自动化标定等特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于随机标记点阵的机器人手眼标定方法，包括如下步骤。

步骤1、构建点阵坐标系：对机器人的末端执行器进行平移与旋转，位置固定的3D相机 通过对末端执行器上的随机标记点阵中的圆标记点进行特征识别、双目重建以及多视角匹配， 构建点阵坐标系并获取标记点阵在点阵坐标系中的坐标信息。

步骤2、获取法兰盘坐标系与基坐标系之间的转换关系：机器人的末端执行器通过法兰 盘安装在机器人本体上；机器人具有基坐标系和法兰盘坐标系；在3D相机视场范围内，对 末端执行器的位置及姿态进行变换；获取末端执行器处于不同位姿时，法兰盘坐标系与基坐 标系之间的转换关系。

步骤3、获取点阵坐标系到相机坐标之间的转换关系：在步骤2获取法兰盘坐标系与基 坐标系之间的转换关系的同时，通过对3D相机的可视圆标记点进行重建及姿态解算，获取 点阵坐标系到3D相机的相机坐标之间的转换关系。