一种相机与机械手的标定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种相机与机械手的标定方法及系统，相机固定安装在机械手之外的一固定位置，标定物通过连接臂固定安装在机械手的末端处；或，相机通过连接臂固定安装在机械手的末端处，标定物固定安装在机械手之外的一固定位置，该方法包括S1：控制机械手移动至不同位置，且标定物在相机的视野范围内；S2：记录不同位置下的机械手坐标(x，y，R)以及标定物图像坐标(u

【技术实现步骤摘要】
一种相机与机械手的标定方法及系统


[0001]本专利技术涉及工业机器人标定
，尤其涉及一种相机与机械手的标定方法及系统。

技术介绍

[0002]工业机器人作为工业自动化领域中最常见的设备，以其安全高效、自动化程度高等优点，广泛应用于诸多生产制造行业。如汽车、家电、物流等行业，通过采用工业机器人来代替人工实现工件的搬运或上下料等，特别在具有一定危险性、或者恶劣的生产环境下，采用工业机器人来代替人工生产可以提高生产效率，降低人工成本。
[0003]传统的工业机器人通过提前示教好位置后，机器人按照示教的位置进行往复运动，在此情况下需要保证机器人在抓取工件之前，工件的摆放位置应该尽量保持不变，否则导致工件抓取失败。随着工业生产制造过程多样化、复杂化，当生产过程中，来料工件的位置随机发生变化，在此情形下，则不能仅靠提前示教好机器人位置来实现对工件的抓取。近些年，随着机器视觉快速发展，通过视觉引导工业机器人实现物体精确抓取，已成为工业自动化领域研究热点。所谓的视觉引导，则是先采用工业相机来确定工件位置，然后将该位置反馈给工业机器人，实现对工件的精确抓取。而要想实现工件的精确抓取，首先要保证相机坐标系与工业机器人坐标系之间的标定精度，即相机坐标系转换为机器人坐标系下的标定精度，该精度要在工业机器人抓取所要求的精度之上，否则将直接影响后续工业机器人对工件抓取结果。根据相机在机械手上的安装方式，可分为固定相机(Eye to hand)和手部相机(Eye in hand)两种方式。其中，固定相机是指相机固定安装在工业机器人手臂之外的某个固定位置。手部相机是指相机安装在工业机器人手臂上，即相机固连在工业机器人末端处。
[0004]针对固定相机的手眼标定方式，当前所采用标定方法主要包括：
[0005](1)在机械手末端中心处，固连一根针，然后在相机的视野内放一张纸，每当机械手移动到一个新的位置，则将机械手末端处的针在纸上扎对应的孔，并用相机识别该孔的图像坐标，通过将机械手移动到不同的位置，并记录图像坐标和机械手位置坐标，实现相机与机械手之间的标定。采用该方法要想保证标定精度，需确保针的安装位置与机械手末端中心相重合，因此对机构有较高的安装要求。
[0006](2)当标定物中心与机械手末端中心非同轴，即标定物中心与机械手末端中心具有一定臂长的时候，采用平移和旋转相结合来实现相机与机械手标定，具体的方法是当标定物固连在机械手末端之后，机械手首先平移系列位置，并记录标定物在不同位置下的图像坐标，并得出平移标定的结果，然后机械手移动到起始点，并在起始点位置开始作一系列旋转运动，记录旋转到不同位置时图像坐标，利用平移标定结果将旋转后图像坐标转为机械手坐标，并采用圆拟合的方法计算出标定物中心与机械手末端的距离d，最后将之前平移时机械手坐标点与距离d叠加后，计算出标定物在机械手坐标系下真实位置，根据标定物坐标和所对应的图像坐标，即可确定相机与机械手的标定关系，而采用该方法要想保证标定
精度，要确保机械手在相机视野内的旋转角度范围尽可能的大，只有这样才能确保拟合出来圆的精度，因为拟合圆的半径大小直接决定所计算出的标定物中心与机械手末端距离是否与真实值一样。而对于相机视野小，或者标定物距离机械手末端较远的情况下，机械手可旋转的角度通常都比较小，否则将会超出视野范围。若采用上述方法，所拟合出来圆的精度较差，造成标定结果有很大的误差。
[0007]针对手部相机的手眼标定方式，所采用的标定方式也可以用上述方法(2)进行标定，但采用该方法进行标定时，如果相机距离机械手末端的距离较远，或者相机视野范围较小，那么相机与机械手标定的精度将会降低，甚至标定错误导致在现场无法使用。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述
技术介绍
中提及的相关技术存在的至少一个缺陷：目前手眼标定过程中，标定场景存在相机视野范围小，或者相机、标定物中心与机械手末端中心距离较长的大臂长结构，导致手眼标定精度差的问题，提供一种相机与机械手的标定方法及系统。
[0009]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种相机与机械手的标定方法，所述相机固定安装在所述机械手之外的一固定位置，标定物通过连接臂固定安装在所述机械手的末端处；或，所述相机通过所述连接臂固定安装在所述机械手的末端处，所述标定物固定安装在所述机械手之外的一固定位置，所述方法包括以下步骤：
[0010]S1：控制所述机械手移动至不同位置，且所述标定物在所述相机的视野范围内；
[0011]S2：记录不同位置下的机械手坐标(x，y，R)以及标定物图像坐标(u
i
，v
i
)；
[0012]S3：根据与所述相机的安装方式对应的标定公式，来对不同位置下的所述机械手坐标(x，y，R)及其对应的所述标定物图像坐标(u
i
，v
i
)进行计算，得到相机坐标系与机械手坐标系的映射关系，完成标定。
[0013]优选地，在本专利技术所述的相机与机械手的标定方法中，步骤S1包括：
[0014]S11：控制所述机械手移动至不同位置；
[0015]S12：判断所述标定物是否在所述相机的视野范围内，若否，则执行S13；若是，则执行S2；
[0016]S13：控制所述机械手平移，并返回执行S12。
[0017]优选地，在本专利技术所述的相机与机械手的标定方法中，以所述连接臂的长度作X轴，并分别作平行于地面的Y轴和垂直于地面的Z轴；
[0018]所述移动包括所述机械手在X轴和/或Y轴上的平移，以及所述机械手末端绕Z轴的旋转中的至少一种。
[0019]优选地，在本专利技术所述的相机与机械手的标定方法中，所述机械手移动的次数为4次以上。
[0020]优选地，在本专利技术所述的相机与机械手的标定方法中，所述机械手末端绕Z轴旋转的旋转角度R为10
°
以上。
[0021]优选地，在本专利技术所述的相机与机械手的标定方法中，所述记录不同位置下的标定物图像坐标(u
i
，v
i
)包括：
[0022]根据所述相机采集的标定物图像，通过预设的图形识别工具识别和定位所述标定
物图像中预设特征的图像坐标，并进行记录。
[0023]优选地，在本专利技术所述的相机与机械手的标定方法中，本方法还包括：
[0024]S0：根据所述相机采集的标定物图像，在所述标定物图像上选取特征，建立所述图形识别工具，用于识别和定位所述标定物图像中所述特征的图像坐标。
[0025]优选地，在本专利技术所述的相机与机械手的标定方法中，步骤S3包括：
[0026]根据与所述相机固定安装在所述机械手之外的一固定位置对应的标定公式，来对不同位置下的所述机械手坐标(x，y，R)及其对应的所述标定物图像坐标(u
i
，v
i
)进行最小二乘法计算，得到相机坐标系与机械手base坐标系的映射关系，完成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相机与机械手的标定方法，所述相机固定安装在所述机械手之外的一固定位置，标定物通过连接臂固定安装在所述机械手的末端处；或，所述相机通过所述连接臂固定安装在所述机械手的末端处，所述标定物固定安装在所述机械手之外的一固定位置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：控制所述机械手移动至不同位置，且所述标定物在所述相机的视野范围内；S2：记录不同位置下的机械手坐标(x，y，R)以及标定物图像坐标(u
i
，v
i
)；S3：根据与所述相机的安装方式对应的标定公式，来对不同位置下的所述机械手坐标(x，y，R)及其对应的所述标定物图像坐标(u
i
，v
i
)进行计算，得到相机坐标系与机械手坐标系的映射关系，完成标定。2.根据权利要求1所述的相机与机械手的标定方法，其特征在于，步骤S1包括：S11：控制所述机械手移动至不同位置；S12：判断所述标定物是否在所述相机的视野范围内，若否，则执行S13；若是，则执行S2；S13：控制所述机械手平移，并返回执行S12。3.根据权利要求1或2所述的相机与机械手的标定方法，其特征在于，以所述连接臂的长度作X轴，并分别作平行于地面的Y轴和垂直于地面的Z轴；所述移动包括所述机械手在X轴和/或Y轴上的平移，以及所述机械手末端绕Z轴的旋转中的至少一种。4.根据权利要求1所述的相机与机械手的标定方法，其特征在于，所述机械手移动的次数为4次以上。5.根据权利要求3所述的相机与机械手的标定方法，其特征在于，所述机械手末端绕Z轴旋转的旋转角度R为10
°
以上。6.根据权利要求1所述的相机与机械手的标定方法，其特征在于，所述记录不同位置下的标定物图像坐标(u
i
，v
i
)包括：根据所述相机采集的标定物图像，通过预设的图形识别工具识别和定位所述标定物图像中预设特征的图像坐标，并进行记录。7.根据权利要求6所述的相机与机械手的标定方法，其特征在于，本方法还包括：S0：根据所述相机采集的标定物图像，在所述标定物图像上选取特征，建立所述图形识别工具，用于识别和定位所述标定物图像中所述特征的图像坐标。8.根据权利要求1所述的相机与机械手的标定方法，其特征在于，步骤S3包括：根据与所述相机固定安装在所述机...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳，麦浩晃，刘立峰，
申请(专利权)人：昂视智能深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：