一種機器人坐標系標定方法技術

本發明專利技術公開了一種機器人坐標系標定方法，應用于機器人裝置，機器人裝置包括機器人和相機，相機設置于機器人末端的法蘭，機器人坐標系標定方法包括：獲取相機中心原點O在空間幾何坐標下的坐標Ca，記Ca為(x，y，z)；獲取機器人末端的法蘭中心位置在機器人坐標系下的坐標fa；獲取機器人坐標系與空間幾何坐標系之間的轉換關系式。本發明專利技術提供的機器人坐標系標定方法的計算過程得以簡化，步驟較少，計算過程明顯縮短，計算效率提高，并且由于計算過程中相機中心原點O的位置與機器人末端的法蘭中心位置接近度高，因此本發明專利技術提供的機器人坐標系標定方法的計算結果精度能夠滿足要求。定方法的計算結果精度能夠滿足要求。定方法的計算結果精度能夠滿足要求。

【技術實現步驟摘要】
一種機器人坐標系標定方法


[0001]本專利技術涉及機器人
，更具體地說，涉及一種機器人坐標系標定方法。

技術介紹

[0002]機器人視覺系統在工業機器人中應用十分廣泛。通常視覺系統可以分為固定場景的視覺，即靜態視覺，和運動場景下的跟隨視覺，即動態視覺。在動態視覺的應用場景中，相機通常作為工具被安裝在工業機器人末端，隨機器人末端的運動而變換位置。
[0003]機器人視覺應用中，手眼標定是一個非常關鍵的問題。簡單來說手眼標定的目的就是獲取機器人坐標系和相機坐標系的關系，最后將視覺識別的結果轉移到機器人坐標系下。
[0004]手眼標定行業內分為兩種形式，根據相機固定的地方不同，如果相機和機器人末端固定在一起，就稱之為“眼在手”，如果相機固定在機器人外面的底座上，則稱之為“眼在外”。
[0005]眼在手的情況下，無論機器人處于什么位置，機器人末端關節和相機之間的關系都是固定不變的，因此需要求解的目標就是相機和末端關節坐標系之間的相對變換；標定板和機器人底座之間的關系也是固定不變的，但隨著機器人的運動，相機和標定板之間的相對位置不停改變。
[0006]現有技術中，通常需要求解未知數為矩陣的方程，求解過程較為復雜，有一定的計算負荷且精度要求高。
[0007]綜上所述，如何簡化機器人坐標系標定方法的計算過程，是目前本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現思路

[0008]有鑒于此，本專利技術的目的是提供一種機器人坐標系標定方法，應用于機器人裝置，機器人裝置包括機器人和相機，相機設置于機器人末端的法蘭，該方法將標定過程基于相機動態視覺識別的實際應用場景進行了簡化，縮短了計算過程，提高了計算效率，同時計算的精度也能夠滿足要求。
[0009]為了實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
[0010]一種機器人坐標系標定方法，應用于機器人裝置，所述機器人裝置包括機器人和相機，所述相機設置于所述機器人末端的法蘭；
[0011]所述機器人坐標系標定方法包括：
[0012]獲取所述相機中心原點O在空間幾何坐標下的坐標Ca，記Ca為(x，y，z)；
[0013]獲取所述機器人末端的法蘭中心位置在機器人坐標系下的坐標fa；
[0014]根據所述相機中心原點O在所述空間幾何坐標下的坐標Ca和所述機器人末端的法蘭中心位置在所述機器人坐標系下的坐標fa，獲取所述機器人坐標系與所述空間幾何坐標系之間的轉換關系式，并將所述轉換關系式確定為坐標系標定結果，以用作機器人的控制。
[0015]優選的，所述計算相機中心原點O在空間幾何坐標下的坐標Ca，記Ca為(x，y，z)包括：
[0016]獲取所述相機坐標系下至少三個圖像點的圖像坐標；
[0017]獲取三個所述圖像點的圖像坐標所確定的圓周的圓周公式；
[0018]將所述圓周的圖像向標定板投影；
[0019]根據投影過程中空間內的幾何關系計算所述相機中心原點O的空間幾何坐標Ca。
[0020]優選的，所述獲取相機坐標系下至少三個圖像點的圖像坐標包括：
[0021]步驟S111，在所述標定板上標記一點，記為標記點；
[0022]步驟S112，調整相機的位姿，使所述標記點進入所述相機的拍攝畫面，所述標記點在所述拍攝畫面中呈現的像記為所述圖像點；
[0023]步驟S113，記錄當前所述圖像點在所述相機坐標系中的圖像坐標；
[0024]步驟S114，轉動所述相機，記錄旋轉之后所述圖像點在所述相機坐標系中的圖像坐標；
[0025]步驟S115，判斷所述相機的轉動次數是否達到預設值，若是，則結束，若否則返回步驟S114。
[0026]優選的，所述預設值為轉動四次。
[0027]優選的，所述記錄當前所述圖像點在所述相機坐標系中的圖像坐標和所述記錄旋轉之后所述圖像點在所述相機坐標系中的圖像坐標均包括：
[0028]記錄所述機器人各軸關節的角度以及移動變換距離。
[0029]優選的，根據投影過程中的幾何關系計算所述相機中心原點O的空間幾何坐標Ca包括：
[0030]測量所述圓周的直徑在所述標定板投影中的距離。
[0031]優選的，根據投影過程中的幾何關系計算所述相機中心原點O的空間幾何坐標Ca包括：
[0032]當所述圓周所在平面與所述標定板所在平面平行時，Ca＝(x，y，z)＝(xh，yh，zh+|OH|)，其中|OH|為相機中心原點O與其向標定板的投影H之間的距離。
[0033]優選的，所述計算機器人末端的法蘭中心位置在機器人坐標系下的坐標fa包括：
[0034]記錄至少四組所述機器人各軸位置和角度的數據；
[0035]根據所述數據正解得到至少四組所述機器人末端的法蘭中心位置在機器人坐標系下的坐標fa。
[0036]優選的，所述根據所述相機中心原點O在所述空間幾何坐標下的坐標Ca和所述機器人末端的法蘭中心位置在所述機器人坐標系下的坐標fa，獲取所述機器人坐標系與所述空間幾何坐標系之間的轉換關系式，包括：
[0037]將所述機器人坐標系與所述空間幾何坐標系之間的轉換關系式定義為：R
·
fa+T＝Ca，其中R為歐拉角旋轉矩陣，T為平移向量；
[0038]設所述歐拉角旋轉矩陣R為
[0039]將至少四組所述坐標fa代入公式R
·
fa+T＝Ca，計算得到所述歐拉角旋轉矩陣R。
[0040]優選的，所述計算得到所述歐拉角旋轉矩陣R之后，包括：
[0041]設所述歐拉角旋轉矩陣R代入公式R
·
fa+T＝Ca，計算得到所述平移向量T。
[0042]在使用本專利技術提供的機器人坐標系標定方法對機器人坐標系標定的過程中，首先需要計算相機中心原點O在空間幾何坐標系下的坐標Ca，記相機中心原點O在空間幾何坐標系下的坐標Ca為(x，y，z)，然后計算得到機器人末端的法蘭中心位置在機器人坐標系下的坐標fa，由于本專利技術主要針對機器人視覺應用中眼在手的情況，因此相機中心原點O在空間幾何坐標系下的坐標Ca即為機器人末端的法蘭中心位置在空間幾何坐標系下的坐標，根據相機中心原點O在空間幾何坐標下的坐標Ca和機器人末端的法蘭中心位置在機器人坐標系下的坐標fa，獲取機器人坐標系與空間幾何坐標系之間的轉換關系式，并將轉換關系式確定為坐標系標定結果，以用作機器人的控制，在機器人控制的過程中，可以將坐標在機器人坐標系與空間坐標系之間進行轉化。
[0043]相比于現有技術，本專利技術提供的機器人坐標系標定方法的計算過程得以簡化，步驟較少，計算過程明顯縮短，計算效率提高，并且由于計算過程中相機中心原點O的位置與機器人末端的法蘭中心位置接近度高，因此本專利技術提供的機器人坐標系標定方法的計算結果精度能夠滿足要求。
附圖說明
[0044]為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種機器人坐標系標定方法，其特征在于，應用于機器人裝置，所述機器人裝置包括機器人(2)和相機(1)，所述相機(1)設置于所述機器人(2)末端的法蘭；所述機器人坐標系標定方法包括：獲取所述相機中心原點O在空間幾何坐標下的坐標Ca，記Ca為(x，y，z)；獲取所述機器人(2)末端的法蘭中心位置在機器人坐標系下的坐標fa；根據所述相機中心原點O在所述空間幾何坐標下的坐標Ca和所述機器人(2)末端的法蘭中心位置在所述機器人坐標系下的坐標fa，獲取所述機器人坐標系與所述空間幾何坐標系之間的轉換關系式，并將所述轉換關系式確定為坐標系標定結果，以用作機器人的控制。2.根據權利要求1所述的機器人坐標系標定方法，其特征在于，所述計算相機中心原點O在空間幾何坐標下的坐標Ca，記Ca為(x，y，z)包括：獲取所述相機坐標系下至少三個圖像點(4)的圖像坐標；獲取三個所述圖像點(4)的圖像坐標所確定的圓周的圓周公式；將所述圓周的圖像向標定板(3)投影；根據投影過程中空間內的幾何關系計算所述相機中心原點O的空間幾何坐標Ca。3.根據權利要求2所述的機器人坐標系標定方法，其特征在于，所述獲取相機坐標系下至少三個圖像點(4)的圖像坐標包括：步驟S111，在所述標定板(3)上標記一點，記為標記點；步驟S112，調整相機(1)的位姿，使所述標記點進入所述相機(1)的拍攝畫面，所述標記點在所述拍攝畫面中呈現的像記為所述圖像點(4)；步驟S113，記錄當前所述圖像點(4)在所述相機坐標系中的圖像坐標；步驟S114，轉動所述相機(1)，記錄旋轉之后所述圖像點(4)在所述相機坐標系中的圖像坐標；步驟S115，判斷所述相機(1)的轉動次數是否達到預設值，若是，則結束，若否則返回步驟S114。4.根據權利要求3所述的機器人坐標系標定方法，其特征在于，所述預設值為轉動四次。5.根據權利要求4所述的機器人坐標系標定方法，其特征在于，所述記錄當前所述圖像點(4)在所述相...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張志明，
申請(專利權)人：配天機器人技術有限公司，
類型：發明
國別省市：