[发明专利]一种机器人末端相机的标定方法

说明书

一种机器人末端相机的标定方法，采用如下步骤：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，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；建立相机坐标系到机器人末端坐标系的转换矩阵Hce。本发明采集三组数据即可完成机器人末端相机的标定，操作简单、方便。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，具体的是一种机器人末端相机的标定方法。

背景技术

单相机标定是指建立相机成像的几何模型，从而可以确定物理空间中的几何位置与其在图像中对应点之间的转换关系。相机成像的几何模型参数即相机的参数，包括内参、外参以及畸变参数等，鉴于相机标定涉及成像几何、镜头畸变、单应矩阵、非线性优化等问题，如果相机参数无法获得精确值，那么在实际的应用中则无法确定空间物理位置和像素位置之间的转换关系。

具体到机器人末端相机，其标定又不同于单相机标定，机器人末端相机标定主要是为了获得对应机器人不同姿态的各种坐标系之间的转换关系, 不仅包括相机标定，也包括机器人系统的手眼标定。在实际的应用中，通过视觉技术获得目标的像素坐标，然后利用机器人末端相机获得机器人当前姿态下的转换关系，将像素坐标转换到实际的空间物理坐标，供机械手抓取、控制等操作。因此机器人末端相机标定在机器人应用中也是一个必不可少的过程，而且精度要求更高。

因此，传统的机器人末端相机往往通常需要采集多达9组数据才能满足精度要求，操作方法过于复杂。

发明内容

为了弥补现有技术的上述不足，本发明提供了一种机器人末端相机的标定方法，其技术方案如下。

一种机器人末端相机的标定方法，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；

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。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

通过机器人以姿态A、姿态B、姿态C一共采集三组数据即可完成机器人末端相机的标定，标定可靠，并且操作简单、方便。