本申请涉及手眼视觉技术领域，具体而言，涉及一种手眼标定方法、装置和计算机设备，一定程度上可以解决利用线性求解方法求解手眼标定方程时，存在求解得到的刚体变换矩阵精度低的问题。所述手眼标定方法包括：确定手眼视觉系统的手眼标定方程；对手眼标定方程进行线性求解，得到相机坐标系与机器人手臂末端坐标系之间的初始刚体变换矩阵；建立用于对初始刚体变换矩阵进行非线性迭代寻优的初始目标函数；利用新目标函数生成初始刚体变换矩阵对应的目标刚体变换矩阵，其中，目标刚体变换矩阵用于将相机坐标系的坐标变换到机器人手臂末端坐标系中，新目标函数为初始目标函数以初始刚体变换矩阵作为初始值进行非线性迭代寻优得到。得到。得到。
【技术实现步骤摘要】
一种手眼标定方法、装置和计算机设备
[0001]本申请涉及手眼视觉
，具体而言，涉及一种手眼标定方法、装置和计算机设备。
技术介绍
[0002]在机器视觉领域，基于手眼视觉系统的智能制造产线能够完成如拾取、码垛、焊接、点胶及装配等自动化任务。为了让机器人手臂能够按照相机所识别的空间位姿进行作业，就必须要知道相机和机械人手臂末端之间的位姿关系，手眼标定就是确定机器人手臂末端坐标系与固定在机器人手臂末端上的相机坐标系之间的刚体变换矩阵。
[0003]在手眼标定过程中，先建立手眼标定方程，然后求解该手眼标定方程。在求解该手眼标定方程时，一般先采用线性求解方法求解旋转矩阵，再将旋转矩阵代入该手眼标定方程，求解平移向量，旋转矩阵和平移向量表示机器人手臂末端坐标系与相机坐标系之间的刚体变换矩阵。
[0004]由于线性求解方法易受噪声影响，因此需在无噪声干扰情况下才能严格成立，但是在实际手眼标定过程中，观测数据中存在噪声是不可避免的，比如会存在机器人自身的运动误差、相机的成像误差等噪声，这噪声都会导致采用线性化方法求解出的旋转矩阵精度降低；同时，将精度较低的旋转矩阵参数带入该手眼标定方程继续求解平移向量，会使得旋转矩阵参数的估计误差传递到平移向量中，进一步影响了平移向量的精度。因此，由于线性求解方法易受噪声影响，而导致利用线性求解方法求解手眼标定方程时，存在求解得到的刚体变换矩阵精度低的问题。
技术实现思路
[0005]为了解决利用线性求解方法求解手眼标定方程时，存在求解得到的刚体变换矩阵精度低的问题，本申请提供了一种手眼标定方法、装置和计算机设备。
[0006]本申请的实施例是这样实现的：
[0007]本申请实施例提供一种手眼标定方法，所述方法包括：
[0008]确定手眼视觉系统的手眼标定方程，所述手眼视觉系统包括相机与机器人手臂末端，所述相机安装在机器人手臂末端，所述手眼标定方程用于求解相机坐标系与机器人手臂末端坐标系之间的刚体转换矩阵；
[0009]对所述手眼标定方程进行线性求解，得到所述相机坐标系与所述机器人手臂末端坐标系之间的初始刚体变换矩阵；
[0010]建立用于对所述初始刚体变换矩阵进行非线性迭代寻优的初始目标函数，所述初始目标函数用于表征待求解刚体变换矩阵与待求解刚体变换矩阵误差之间的关系；
[0011]利用新目标函数生成初始刚体变换矩阵对应的目标刚体变换矩阵，其中，所述目标刚体变换矩阵用于将所述相机坐标系的坐标变换到所述机器人手臂末端坐标系中，所述新目标函数为所述初始目标函数以所述初始刚体变换矩阵作为初始值进行非线性迭代寻
优得到。
[0012]在一些实施例中，所述利用新目标函数生成初始刚体变换矩阵对应的目标刚体变换矩阵，进一步包括：
[0013]利用所述初始刚体变换矩阵对所述初始目标函数包含的参数进行初始化，得到初始化参数；
[0014]将所述初始化参数代入所述初始目标函数，得到第一新目标函数；
[0015]基于第一新目标函数确定第一优化刚体变换矩阵，并计算所述第一优化刚体变换矩阵的第一误差；
[0016]基于所述第一优化刚体变换矩阵对所述第一新目标函数包含的参数进行更新，得到更新参数；
[0017]将所述更新参数代入所述第一新目标函数中，得到第二新目标函数；
[0018]基于所述第二新目标函数确定第二优化刚体变换矩阵，并计算所述第二优化刚体变换矩阵的第二误差；
[0019]当所述第一误差与所述第二误差之差值小于阈值、且迭代次数小于最大迭代次数时，则停止迭代并输出所述第二优化刚体变换矩阵，所述第二优化刚体变换矩阵为所述目标变换矩阵。
[0020]在一些实施例中，当所述第一误差与所述第二误差之差大于所述阈值、且所述迭代次数小于所述最大迭代次数时，基于所述第二优化刚体变换矩阵对所述第二新目标函数包含的参数进行更新得到对应的新目标函数，再基于新目标函数确定对应的优化刚体变换矩阵，直至满足相邻两次迭代所得的优化刚体变换矩阵所对应的误差之差小于所述阈值或迭代次数到达最大迭代次数的条件时，将最后一次迭代所得到的优化刚体变换矩阵输出并作为所述目标刚体变换矩阵。
[0021]在一些实施例中，所述确定手眼视觉系统的手眼标定方程，进一步包括：
[0022]建立相机坐标系、机器人手臂末端坐标系、机器人基座世界基准坐标系和标定板坐标系；
[0023]确定所述机器人手臂末端坐标系与机器人基座世界基准坐标系的刚体转换矩阵、所述相机坐标系与标定板坐标系的刚体转换矩阵、所述标定板坐标系与机器人基座世界基准坐标系的刚体转换矩阵、以及待标定的机器人手臂末端坐标系与相机坐标系的刚体转换矩阵；
[0024]获取机器人在多次运动下的姿态信息，基于所述姿态信息和所述刚体转换矩阵确定所述手眼标定方程。
[0025]在一些实施例中，所述确定所述机器人手臂末端坐标系与机器人基座世界基准坐标系的刚体转换矩阵，进一步包括：
[0026]从机器人控制面板中读取机器人手臂末端坐标系与机器人基座世界基准坐标系的刚体转换矩阵。
[0027]在一些实施例中，所述确定相机坐标系与标定板坐标系的刚体转换矩阵，进一步包括：
[0028]获取所述标定板的标准点云数据；
[0029]通过所述相机采集所述标定板的实际点云数据；
[0030]对所述标准点云数据和所述实际点云数据进行配准，配准后得到所述相机坐标系与所述标定板坐标系的刚体转换矩阵。
[0031]在一些实施例中，所述初始刚体变换矩阵包括初始旋转矩阵方程和初始平移向量，所述对所述手眼标定方程进行线性求解，得到所述相机坐标系与所述机器人手臂末端坐标系之间的初始刚体变换矩阵，进一步包括：
[0032]将所述手眼标定方程转换为齐次手眼标定矩阵方程；
[0033]将所述齐次手眼标定矩阵转换为旋转矩阵方程和平移向量方程；
[0034]利用最小二乘法对所述旋转矩阵方程进行求解，得到所述初始旋转矩阵；
[0035]将所述初始旋转矩阵代入所述平移向量方程中，并通过最小二乘法进行求解，得到所述初始平移向量。
[0036]本申请又一方面提供一种手眼标定装置，包括：
[0037]确定模块，用于确定手眼视觉系统的手眼标定方程，所述手眼视觉系统包括相机与机器人手臂末端，所述相机安装在机器人手臂末端，所述手眼标定方程用于求解相机坐标系与机器人手臂末端坐标系之间的刚体转换矩阵；
[0038]线性求解模块，用于对所述手眼标定方程进行线性求解，得到所述相机坐标系与所述机器人手臂末端坐标系之间的初始刚体变换矩阵；
[0039]初始目标函数建立模块，用于建立用于对所述初始刚体变换矩阵进行非线性迭代寻优的初始目标函数，所述初始目标函数用于表征待求解刚体变换矩阵与待求解刚体变换矩阵误差之间的关系；
[0040]非线性迭代寻优模块，用于利用新目标函数生成初始刚体变换矩阵对应的目标刚体本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种手眼标定方法，其特征在于，所述方法包括：确定手眼视觉系统的手眼标定方程，所述手眼视觉系统包括相机与机器人手臂末端，所述相机安装在机器人手臂末端，所述手眼标定方程用于求解相机坐标系与机器人手臂末端坐标系之间的刚体转换矩阵；对所述手眼标定方程进行线性求解，得到所述相机坐标系与所述机器人手臂末端坐标系之间的初始刚体变换矩阵；建立用于对所述初始刚体变换矩阵进行非线性迭代寻优的初始目标函数，所述初始目标函数用于表征待求解刚体变换矩阵与待求解刚体变换矩阵误差之间的关系；利用新目标函数生成初始刚体变换矩阵对应的目标刚体变换矩阵，其中，所述目标刚体变换矩阵用于将所述相机坐标系的坐标变换到所述机器人手臂末端坐标系中，所述新目标函数为所述初始目标函数以所述初始刚体变换矩阵作为初始值进行非线性迭代寻优得到。2.如权利要求1所述的手眼标定方法，其特征在于，所述利用新目标函数生成初始刚体变换矩阵对应的目标刚体变换矩阵，进一步包括：利用所述初始刚体变换矩阵对所述初始目标函数包含的参数进行初始化，得到初始化参数；将所述初始化参数代入所述初始目标函数，得到第一新目标函数；基于所述第一新目标函数确定第一优化刚体变换矩阵，并计算所述第一优化刚体变换矩阵的第一误差；基于所述第一优化刚体变换矩阵对所述第一新目标函数包含的参数进行更新，得到更新参数；将所述更新参数代入所述第一新目标函数中，得到第二新目标函数；基于所述第二新目标函数确定第二优化刚体变换矩阵，并计算所述第二优化刚体变换矩阵的第二误差；当所述第一误差与所述第二误差之差值小于阈值、且迭代次数小于最大迭代次数时，则停止迭代并输出所述第二优化刚体变换矩阵，所述第二优化刚体变换矩阵为所述目标变换矩阵。3.如权利要求2所述的手眼标定方法，其特征在于，当所述第一误差与所述第二误差之差值大于所述阈值、且所述迭代次数小于所述最大迭代次数时，基于所述第二优化刚体变换矩阵对所述第二新目标函数包含的参数进行更新得到对应的新目标函数，再基于新目标函数确定对应的优化刚体变换矩阵，直至满足相邻两次迭代所得的优化刚体变换矩阵所对应的误差之差小于所述阈值或迭代次数到达最大迭代次数的条件时，将最后一次迭代所得到的优化刚体变换矩阵输出并作为所述目标刚体变换矩阵。4.如权利要求1所述的手眼标定方法，其特征在于，所述确定手眼视觉系统的手眼标定方程，进一步包括：建立相机坐标系、机器人手臂末端坐标系、机器人基座世界基准坐标系和标定板坐标系；确定机器人手臂末端坐标系与机器人基座世界基准坐标系的刚体转换矩阵、标定板坐标系与相机坐标系的刚体转换矩阵、标定板坐标系与机器人基座世界基准坐标系的刚体转
换矩阵、以及待标定的相机...
【专利技术属性】
技术研发人员：周浩源，
申请(专利权)人：凌云光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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