[发明专利]一种相机在机器臂外的手眼标定装置及其标定方法

说明书

本发明公开了一种相机在机器臂外的手眼标定装置及其标定方法，手眼标定装置包括机器人本体、标定板、图像坐标采集设备，机器人本体上设置有机械臂，机械臂、图像坐标采集设备均设置在标定板上方；所述标定板为三维立体标定板，标定板上表面设置有若干个标定点且若干个标定点的空间坐标均不相同。其标定方法包括以下步骤：S1、通过标定点在图像坐标系下的点坐标建立坐标系U1，通过机器人末端在标定点位置上的世界坐标建立坐标系U2；S2、设定标定方程；S3、求解标定方程，得到转换矩阵S4、使用验证点对转换矩阵进行误差验证。

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种相机在机器臂外的手眼标定装置及其标定方法。

背景技术

随着科学技术的发展，机器人得到了广泛的应用，并逐渐成为核心的生产力。在机器人的推广应用中，用户对机器人的绝对精度要求也越来越高，在出厂前，生产商会对机器人进行标定校准，以提高其绝对精度。自主移动机器人在投入使用前，需要对机器人的视觉模组等部件进行标定，以确定机器人是正常且符合使用标准的。除此之外，随着机器人使用时间的增加，可能会造成轮子的磨损、机械结构的变化等情况，这些都会导致最初的标定精度下降。而当精度下降到一定程度时，机器人的相关功能会受到严重影响。因此，对机器人的标定十分重要。

在机器人领域，利用视觉方法进行位姿估计来帮助机械臂实现精确的目标抓取有着重要的应用，其中，手眼标定是一个非常基础且关键的问题。简单来说手眼标定的目的就是获取机器人坐标系和相机坐标系的关系，最后将视觉识别的结果转移到机器人坐标系下。而标定结果的精度又往往很大程度取决于测试数据的准确性，因此准确的获取到标定板数据是标定精确与否的关键。当前标定方法多采用高精度陶瓷球或者棋盘格的方式获取特征值进行手眼标定，这种单特征的方法很难保证特征数据的精度，从而降低了手眼标定结果的精确度，影响工业机器人整体的工作质量。手眼标定按照相机的安装方式可分为两类：眼在手外(eye-to-hand)和眼在手上(eye-in-hand)。前者是指相机安装在固定支架上，其位姿相对机械臂的基座固定。后者是指相机安装在机械臂的末端执行器上，其位姿相对机械臂的末端执行器固定。现有的手眼标定方法大都要利用一个标定板，通过迭代求解AX＝XB或者AX＝YB这两类高维非线性矩阵方程来进行标定。

现有标定的方法，一般是在测量设备上设置激光跟踪仪等高精密设备进行标定，这种方法不仅价格昂贵，而且处理器处理的数据量过大容易产生滞后性，虽能提高机器人的轨迹精度，但操作复杂、成本较高，不利于机器人标定操作的实施，并且使用该方法在对机器人进行标定时，不管场地的准备还是标定的测试过程，都需要专业人士进行，导致机器人的标定门槛和成本都很高；因此，有必要对其进行改进。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，提供一种操作简单、使用便利的相机在机器臂外的手眼标定装置及其标定方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种相机在机器臂外的手眼标定装置，包括机器人本体、标定板、图像坐标采集设备，机器人本体、标定板、图像坐标采集设备均固定在地面上，机器人本体上设置有机械臂，机械臂、图像坐标采集设备均设置在标定板上方；所述标定板为三维立体标定板，标定板上表面设置有若干个标定点且若干个标定点的空间坐标均不相同。

进一步的，所述机器人本体包括固定滑轨、活动板、第一旋转舵机、第二旋转舵机、机械臂，固定滑轨固定在地面上，活动板设置在固定滑轨上端且活动板与固定滑轨滑动连接，活动板与固定滑轨之间设置有推拉舵机并通过推拉舵机控制活动板在固定滑轨上滑动；活动板上固定连接有第一旋转舵机，第一旋转舵机的输出轴与第二旋转舵机固定连接，第二旋转舵机的输出轴与机械臂固定连接。

进一步的，所述标定板包括固定连接板、第一梯形块、第二梯形块，固定连接板、第一梯形块、第二梯形块一体成型，第一梯形块、第二梯形块均位于固定连接板上端且第一梯形块底端、第二梯形块底端分别位于固定连接板的两端，第一梯形块的高度低于第二梯形块的高度；所述标定点设置在固定连接板的上端面或第一梯形块、第二梯形块的倾斜斜面上。