[发明专利]一种机器人末端相机的标定方法

权利要求书

1.一种机器人末端相机的标定方法，其特征在于，采用如下步骤：

S1-标定数据采集；

在白色纸片上打印一个标定物；

控制机器人以姿态A使标定物的中心与相机成像的图像中心对准，控制机器人以姿态B使标定物的中心与相机成像的图像中心对准，控制机器人以姿态C使标定物出现在相机成像的图像左上或右上或左下或右下，在姿态A、姿态B、姿态C三种情形下分别采集机器人的位姿参数rpos和标定物在相机成像的图像坐标系中的坐标Pi；

在步骤S1中，控制机器人以姿态A使标定物的中心与相机成像的图像中心对准，采集机器人的位姿参数rpos_a和标定物在相机成像的图像坐标系中的坐标Pi_a；

控制机器人以姿态B使标定物的中心与相机成像的图像中心对准，采集机器人的位姿参数rpos_b和标定物在相机成像的图像坐标系中的坐标Pi_b；

控制机器人以姿态C使标定物出现在相机成像的图像左上或右上或左下或右下，采集机器人的位姿参数rpos_c和标定物在相机成像的图像坐标系中的坐标Pi_c；

S2-建立转换矩阵；

建立相机坐标系到机器人末端坐标系的转换矩阵Hce，转换矩阵Hce的数学模型如下列公式所示：

其中，θ为相机成像的图像坐标系相对于机器人末端坐标系的旋转角度，tx、ty为相机中心相对于机器人末端坐标系原点的平移；

S3-计算标定结果；

鉴于标定物的像素坐标到相机成像的图像坐标系存在唯一的转换关系Hic，机器人在姿态A和姿态B时标定物的像素坐标到机器人末端坐标系存在唯一的转换关系Pw，机器人在姿态A和姿态B时机器人末端坐标系到机器人坐标系存在唯一的转换关系Hew，通过转换矩阵Hce建立标定物的像素坐标到机器人末端坐标系的转换关系Pw，其中Pw=Hew*Hce*Hic*Pi，再结合机器人在姿态C采集的位姿参数rpos和标定物在相机成像的图像坐标系中的坐标Pi，据此推导出转换矩阵Hce中的tx、ty、θ的求解，得出完善后的转换矩阵Hce，完成机器人末端相机的标定；

在步骤S3中，鉴于机器人在姿态A时标定物的像素坐标到机器人末端坐标系存在唯一的转换关系Pw_a，机器人在姿态A时机器人末端坐标系到机器人坐标系存在唯一的转换关系AHew，机器人在姿态B时机器人末端坐标系到机器人坐标系存在唯一的转换关系BHew，建立Pw_a的数学模型，Pw_a的数学模型如下列公式所示：

Pw_a=AHew*Hce*Hic*Pi_a=BHew*Hce*Hic*Pi_b

鉴于机器人在姿态A和姿态B时标定物的中心与相机成像的图像中心对准，即Pi_a,Pi_b位于相机成像的图像中心,也就是相机成像的图像坐标系的原点，得出机器人在姿态A和姿态B时θ的角度为0度、Pi=Pi_a=Pi_b，依据Pw_a的数学模型得出转换矩阵Hce中的tx、ty的计算方式如下：

完成tx,ty计算后，代入Pw_a的数学模型可求解出Pw_a；

鉴于机器人在姿态C时标定物在相机成像的图像左上或右上或左下或右下，机器人在姿态C时标定物的像素坐标到机器人末端坐标系的转换关系为Pw_c，其中Pw_c=CHew*Hce*Hic*Pi_c，将转换矩阵Hce代入Pw_c得到：

其中CHew系机器人在姿态C时机器人末端坐标系到机器人坐标系的转换关系；

又鉴于Pw_c=Pw_a，进而求解出角度θ，至此完成tx、ty、θ的求解，得出完善后的转换矩阵Hce，完成机器人末端相机的标定。

2.如权利要求1所述的一种机器人末端相机的标定方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S4-误差评价；

依据完善后的转换矩阵Hce，通过rpos_a、rpos_b、rpos_c、Pi_a、Pi_b、Pi_c分别计算出机器人在姿态A、姿态B、姿态C时标定物的像素坐标对应的机器人末端坐标计算值，机器人末端坐标计算值与机器人在姿态A、姿态B、姿态C时标定物的像素坐标对应的机器人末端坐标实际值之差作为误差评价参考值。