[发明专利]机器人手眼系统结构光平面参数标定装置及方法

权利要求书

1.一种机器人手眼系统结构光平面参数标定装置，其特征在于，该装置包括：机器人、摄像机、激光器和平面棋盘格靶标，其中：

所述摄像机与所述激光器固定在所述机器人的末端，构成机器人结构光视觉传感系统；

所述平面棋盘格靶标置于所述摄像机和所述激光器下方的标定区域内；

通过调整所述机器人末端的位姿，使得所述激光器投射出一束激光平面到所述平面棋盘格靶标上形成线结构光条纹，然后由所述摄像机采集得到所述线结构光条纹的图像。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机器人为六自由度工业机器人。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摄像机为CCD摄像机。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器为红光半导体线激光器。

5.一种使用权利要求1所述的标定装置对机器人手眼系统结构光平面参数进行标定的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，调整机器人末端的位置和姿态，使得激光器投射出的激光能够投射到平面棋盘格靶标上形成线结构光条纹，且摄像机能够采集到线结构光条纹图像；

步骤2，在第一标定位置，即当前标定位置处采集并保存所述线结构光条纹图像，提取图像中线结构光条纹所在的直线，并求取图像坐标系下第一线结构光条纹直线上点的坐标所满足的关系；

步骤3，求取所述第一标定位置处第一摄像机坐标系下，所述第一线结构光条纹直线对应的射影平面上点的三维坐标所满足的关系；

步骤4，求取所述第一标定位置处所述第一摄像机坐标系下，平面棋盘格靶标所在平面上点的三维坐标所满足的关系；

步骤5，在所述第一标定位置处所述第一摄像机坐标系下，基于所述步骤3得到的所述线结构光条纹直线对应的射影平面上点的三维坐标所满足的关系和所述步骤4得到的平面棋盘格靶标所在平面上点的三维坐标所满足的关系，得到所述第一线结构光条纹直线上点的三维坐标所满足的关系；

步骤6，控制机器人绕其腕部坐标系的x轴或y轴旋转一角度，使得固定于机器人末端的摄像机与位置固定的平面棋盘格靶标之间的相对位置和姿态发生改变，得到第二标定位置，同时使得激光器在第二标定位置处投射出一束激光到平面棋盘格靶标上形成第二线结构光条纹，且摄像机能够采集到第二线结构光条纹图像；

步骤7，与所述步骤2-5类似，通过求取第二标定位置处图像坐标系下第二线结构光条纹直线上点的坐标所满足的关系，第二标定位置处第二摄像机坐标系下所述第二线结构光条纹直线对应的射影平面上点的三维坐标所满足的关系，以及平面棋盘格靶标所在平面上点的三维坐标所满足的关系，得到第二标定位置处第二摄像机坐标系下所述第二线结构光条纹直线上点的三维坐标所满足的关系；

步骤8，在第一摄像机坐标系下，基于所述步骤5和步骤7得到的两条线结构光条纹直线上点的三维坐标所满足的关系，得到结构光平面上点的三维坐标所满足的关系，从而实现基于直线基元的结构光平面参数标定。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，在求取图像坐标系下所述第一线结构光条纹直线上点的坐标所满足的关系之前，首先提取所述线结构光条纹的中心。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述射影平面为摄像机光心与所述线结构光条纹直线所确定的平面。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤3进一步为：联立所述步骤2得到的图像坐标系下第一线结构光条纹直线上点的坐标所满足的关系与所述摄像机的透视投影模型，得到第一标定位置处第一摄像机坐标系下，所述第一线结构光条纹直线对应的射影平面上点的三维坐标所满足的关系。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤4进一步包括：

在所述平面棋盘格靶标上选取一点作为原点，以靶标平面为XOY平面，设定Z轴垂直于靶标平面向上，按照右手定则建立靶标坐标系；

通过对摄像机外参数的标定，获取所述靶标坐标系相对于所述第一摄像机坐标系的齐次变换矩阵；

由所述齐次变换矩阵得到所述第一摄像机坐标系下，所述靶标平面的法矢量和所述靶标坐标系原点的三维坐标，从而得到所述靶标平面上点的三维坐标所满足的关系。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一结构光条纹直线与所述第二结构光条纹直线均产生于结构光平面。