[发明专利]一种机器人延伸手眼标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人延伸手眼标定技术，尤其涉及一种机器人延伸手眼标定方法。

背景技术

在实际应用中，机器人手臂上常需加装特定工件或操作工具等对象，以实现自主装配或自动对接等任务。如空间站对接的地面模拟实验中，通过在两机器人手臂上安装两个对接舱工件来实现模拟，而机器手臂的作用是在眼摄像机的导引下驱动对接舱实现对接任务。所述对接任务实现的前提是精确标定机器人手臂上的对接舱等对象与眼摄像机的空间关系。所述安装在机器人手臂上的对接舱等对象称为延伸手，相应的，将标定延伸手和眼摄像机之间的空间关系的方法称为延伸手眼标定。通常，机器人手臂上的眼摄像机只能拍摄到眼摄像机对面的场景，而无法拍摄到延伸手的图像，因此，不能采用眼看延伸手的方式实现延伸手与眼摄像机之间空间关系的标定。

现有技术中，一般采用触点法(Product manuals，ABB Robot Documentation-IRB 1400 M2004，2005)进行延伸手眼标定，所述触点法通过人眼观察，使延伸手上的某一点多次(一般为三次以上)碰触空间中某一固定点，并使机器人在任意两方向做正交运动，实现机器人延伸手眼的标定，该方法简单易行，但由于存在人为因素，标定精度难以保证，且在该方法中，往往需要沿固定路径反复对延伸手眼进行标定。另外，还可采用高精度的外部三维坐标测量设备，如电子经纬仪对(周富强、张广军，现场双经纬仪三维坐标测量系统[J].机械工程学报，Vol.40，No.1，2004，pp.165-169)实现机器人延伸手眼的标定，但该方法成本高，且不适于现场标定。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种机器人延伸手眼标定方法，该方法应用成本低，易于操作，且能够增强现场标定的便捷性和可靠性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种机器人延伸手眼标定方法，调整中介标定靶标与机器人上的眼摄像机的空间位置，将中介标定靶标充满眼摄像机视场；设置辅助摄像机，将中介标定靶标与机器人上的延伸手同时包含在辅助摄像机视场内，该方法进一步包括：

A、通过眼摄像机拍摄的包含中介标定靶标的图像，计算眼摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系；通过辅助摄像机拍摄的包含中介标定靶标和延伸手的图像，分别计算辅助摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系、以及延伸手坐标系与辅助摄像机坐标系之间的空间转换关系；

B、根据计算得到的眼摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系、辅助摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系、以及延伸手坐标系与辅助摄像机坐标系之间的空间转换关系，计算眼摄像机坐标系与延伸手坐标系之间的空间转换关系。

其中，步骤B具体为：先根据计算得到的辅助摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系、以及延伸手坐标系与辅助摄像机坐标系之间的空间转换关系，计算延伸手坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系；再根据计算得到的延伸手坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系、以及眼摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系，计算延伸手坐标系与眼摄像机坐标系之间的空间转换关系。

步骤B具体为：根据计算得到的眼摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系、辅助摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系、以及延伸手坐标系与辅助摄像机坐标系之间的空间转换关系，直接计算眼摄像机坐标系与延伸手坐标系之间的空间转换关系。

辅助摄像机拍摄图像之前进一步包括：标定并存储辅助摄像机的内参数。

所述计算眼摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系具体为：

a1、提取所述眼摄像机拍摄的包含中介标定靶标的图像中中介标定靶标的一定数量的特征点；

b1、根据所提取的特征点相应的空间坐标及图像坐标计算眼摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系。

所述计算辅助摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系具体为：

a2、提取所述辅助摄像机拍摄的包含中介标定靶标和延伸手的图像中中介标定靶标的一定数量的特征点；

b2、根据所提取的特征点相应的空间坐标及图像坐标计算辅助摄像机坐标系与中介标定靶标坐标系之间的空间转换关系。

所述计算延伸手坐标系与辅助摄像机坐标系之间的空间转换关系具体为：

a3、使用基于矩形平面特征的衍生特征点生成方法，提取延伸手上空间矩形的一定数量的衍生特征点；