[发明专利]一种机器人手眼标定方法及系统

权利要求书

1.一种机器人手眼标定方法，其特征在于，机器人的末端上固定有标定板，所述标定板上设有标定点，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、获取机器人的工具中心点在机器人基坐标系内的位姿信息，将所述位姿信息转换为对偶四元数的表示形式得到所述工具中心点的手运动螺旋信息；

步骤S2、获取所述标定板的图像信息，并根据所述图像信息计算所述标定点在相机坐标系内的坐标信息，将所述坐标信息转换为对偶四元数的表示形式得到所述标定点的眼运动螺旋信息；

步骤S3、建立所述手运动螺旋信息与所述眼运动螺旋信息之间的运动变换方程，并提取所述运动变换方程中的矩阵因子；

步骤S4、获取机器人位于不同位姿时的多个所述矩阵因子，根据各所述矩阵因子构建变换矩阵；对所述变换矩阵进行奇异值分解得到机器人基坐标系相对于相机坐标系的单位对偶四元数，进而实现机器人的手眼标定。

2.根据权利要求1所述机器人手眼标定方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

步骤S31、建立所述手运动螺旋信息与所述眼运动螺旋信息之间的运动变换方程:

上式中，表示所述手运动螺旋信息，表示所述眼运动螺旋信息，表示所述单位对偶四元数，表示所述单位对偶四元数的共轭对偶四元数；

步骤S32、将所述运动变换方程分为对偶部分和非对偶部分:

上式中，h和h'分别表示手运动螺旋信息的非对偶部分和对偶部分，e和e'分别表示眼运动螺旋信息的非对偶部分和对偶部分，q和q'分别表示单位对偶四元数的非对偶部分和对偶部分，q^*和q^*'分别表示共轭对偶四元数的非对偶部分和对偶部分；

步骤S33、利用所述运动变换方程与对偶四元数的标量部分无关的特性，将所述运动变换方程的对偶部分以及非对偶部分表示为:

上式中，e₁为眼运动螺旋信息非对偶部分e的矢量部分，e₁'为眼运动螺旋信息对偶部分e'的矢量部分，h₁为手运动螺旋信息非对偶部分h的矢量部分，h₁'为手运动螺旋信息对偶部分h'的矢量部分，[e₁+h₁]^∨为e₁+h₁的反对称矩阵，[e₁'+h₁']^∨为e₁'+h₁'的反对称矩阵。

步骤S34、提取所述运动变换方程中的矩阵因子：

3.根据权利要求2所述机器人手眼标定方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

步骤S41、获取机器人位于不同位姿时的多个所述矩阵因子S₁,S₂,...,S_n，根据多个所述矩阵因子构建所述变换矩阵

步骤S42、对所述变换矩阵M进行奇异值分解M＝UΣV，获取所述变换矩阵M中零特征值所对应的特征向量V_m、V_n，令：

得到所述单位对偶四元数非对偶部分q和单位对偶四元数对偶部分q'的线性方程：

步骤S43、求解所述线性方程的约束方程：

得到约束系数λ₁、λ₂的值，根据λ₁、λ₂的值以及所述线性方程计算所述单位对偶四元数非对偶部分q以及对偶部分q’，进而得到所述单位对偶四元数

4.根据权利要求1-3任一所述机器人手眼标定方法，其特征在于，还包括步骤S5、利用最小二乘法公式计算所述单位对偶四元数的标定误差根据所述标定误差检验所述单位对偶四元数的标定精度。