1.一种机器人手眼自动标定的迭代方法,其特征是,其包括如下步骤:步骤一,多位姿自动拍摄标定板;
机器人基坐标系记为{B},机器人末端坐标系记为{E},相机坐标系记为{C},标定板球坐标系记为{O},标定板坐标系记为{W};
相机固连于机器人末端,随机器人末端运动而运动;
首先,将标定板放置在相机的可视区域,{W}与{B}的空间关系不变;
其次,由标定板与机器人基座位置关系的设计值得到标定板中心在{B}中的初始坐标OO,以OO为坐标系原点建立{O},则{O}相对于{B}的初始变换矩阵公式(1)中, 为{O}相对于{B}的旋转矩阵, 为{O}相对于{B}的平移矢量;
由相机与机器人末端位置关系的设计值得到{C}相对于{E}的初始变换矩阵公式(2)中, 为{C}相对于{E}的平移矢量,由3个位置参数θ1、θ2、θ3构成, 为{C}相对于{E}的旋转矩阵,由3个欧拉角参数θ4、θ5、θ6构成;
最后,在{O}中,以{O}原点为球心,以ρ为半径的球面上对相机的拍摄位姿按公式(3)进行规划;在ρz平面上,从z轴正半轴向ρ偏转的角度是 从x轴偏转到ρz平面的角度是θ;对ρ、θ取不同的值,可以规划不同的相机位姿,即{C}相对于{O}的变换矩阵公式(3)中,I为3×3的单位矩阵,R(x,90)、R(y,θ‑90)、 分别为绕x、y、x轴的旋转矩阵, 为{C}相对于{O}的平移矢量;
将规划得到不同的{C}相对于{O}的变换矩阵记为 使用i表示第i个矩阵,则规划得到不同的机器人运行位姿为{E}相对于{B}的变换矩阵为公式(8)中,等式右边均已知,即可求得 根据规划得到的机器人运行位姿 完成自动拍摄标定板,得到标定板图像序列 总数为n,使用i表示第i张图像,即Image(i);
步骤二,求标定板坐标系在相机坐标系中的原点坐标与坐标轴正向单位向量;
设每张图像Image(i)对应{W}在{C}中的原点坐标为 x、y、z轴正向单位向量分别为 标定板上的角点在{W}中的坐标已知;
对相机进行位姿估计:
首先,在每张图像Image(i)上选取三个不共线的内角点A、B、C,将A、B、C的像素坐标(u,v)代入公式(9)中,令ZC=1,得到{C}中的坐标(XC,YC,1);
公式(9)中,f为相机焦距,dx和dy分别表示每个像素在x轴和y轴上所占的物理尺寸,u0和v0是相机镜头光轴在像素坐标系中投影位置的坐标,γ为镜头畸变参数,所述参数f、dx、dy、u0、v0、γ的值已知;
其次,{C}中原点OC分别与点A、B、C构成的单位向量为 点A、B、C与{C}原点OC的距离为d1、d2、d3,将 d1、d2、d3代入公式(10)中,得到点A、B、C在{C}中的坐标;
最后,将点A、B、C在{W}和{C}中的坐标代入公式(11)中,求出{W}与{C}的相对位姿关系;
公式(11)中, 为{W}相对于{C}的旋转矩阵, 为{W}相对于{C}的平移矢量,(XW,YW,ZW)为{W}中的坐标;
对于每张图像Image(i),公式(11)中的 即为{W}的原点在{C}中的坐标 中的三个列向量即为{W}的x、y、z轴正向单位向量在{C}中的描述步骤三,求标定板坐标系在机器人基坐标系中的原点坐标与坐标轴正向单位向量;
设 对应的{W}在{B}中的原点坐标为 x、y、z轴正向单位向量分别为
将 代入公式(12)中得到
步骤四,计算标定板坐标系在机器人基坐标系中的原点坐标与坐标轴正向单位向量的标准差;
基于贝塞尔公式(13)分别计算 的标准差σp、σn、σo、σa;
B B B
公式(13)中, 为 的中心点,n、o、a为 的中心向量;
步骤五,迭代相机与机器人末端的位姿关系;
根据公式(2)、公式(12)和公式(13)可推出公式(15),σp、σn、σo、σa分别是 中6个变量θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6的函数;
对6个参数的迭代过程,如公式(16)所示;
公式(16)中,k为迭代次数,j为6个参数的编号,α为学习率,α<1;
判断偏导数是否全部小于阈值Δ;如果任意偏导数大于等于Δ,则基于公式(16)更新中的参数 为 重复步骤三到步骤五,将 代入公式(12);如果偏导数全部小于Δ,此时{C}相对于{E}的变换矩阵 就是手眼标定的结果。