[发明专利]一种机器人手眼标定方法及系统

说明书

本发明涉及一种机器人手眼标定方法，机器人的末端上固定有设有标定点的标定板，标定方法包括：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，将位姿信息转换为对偶四元数的形式得到手运动螺旋信息；获取标定板的图像信息，并根据图像信息计算标定点在相机坐标系内的坐标信息，将坐标信息转换为对偶四元数的形式得到眼运动螺旋信息；建立手运动螺旋信息与眼运动螺旋信息之间的运动变换方程，并提取运动变换方程的矩阵因子；获取机器人位于不同位姿时的多个矩阵因子，根据各矩阵因子构建变换矩阵；对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。本发明具有标定速度快、计算简单的优点。

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，尤其涉及一种机器人手眼标定方法及系统。

背景技术

随着工业机器人广泛的应用于装配、抓取等作业过程中，机器人手眼标定精度的要求也越来越高。在传统的手眼标定方法中，大多数是通过齐次变换矩阵建立手眼标定方程，并利用最小二乘法对标定方程进行求解，其计算过程包括旋转矩阵以及平移矩阵的求解，具有计算过程复杂、计算速度慢、精度低等缺点，此外对于标定数据的获取也有一定的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种机器人手眼标定方法，通过建立对偶四元数形式的运动变换方程对机器人进行手眼标定，计算过程简单，标定速度快，标定精度高。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种机器人手眼标定方法，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。

本发明的有益效果是：本发明通过对偶四元数的形式表示手运动以及眼运动，并建立手眼变换的对偶四元数形式的运动变换方程，提取对偶四元数形式的运动变换方程中的矩阵因子，得出单位对偶四元数。相对于直接直接运用矩阵构建的运动变换方程而言，本发明构建的运动变换方程的求解过程更加简便，计算难度低，标定精度更高。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：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: