专利名称：一种基于指数积模型的手眼机器人全自动标定方法
技术领域：
本发明涉及手眼机器人标定领域，更具体地说是涉及一种基于指数积模型的手眼机器人全自动标定方法，以提高手眼机器人的绝对定位精度。
背景技术：
手眼机器人是指在机器人末端安装相机，起到眼睛的作用，由于它灵活方便，备受人们关注。其整体标定精度的高低是决定该机器人能够应用到实际的一种重要指标，手眼机器人的整体标定包括相机标定、手眼标定、机器人本体标定，其中相机标定是指对机器人末端固定安装的相机内参数进行标定。手眼标定是对机器人末端工具与安装在其上的相机之间的关系进行标定。机器人本体标定是对机器人各关节参数进行标定，不同的运动学模型有不同的参数定义。每一部分标定都是机器人视觉领域不可忽视的问题，都比较复杂，因此对手眼机器人的应用带来很多不便，为此人们在保证精度的前提下尽量简化标定过程，有相机标定和手眼标定同时进行的，有手眼标定与机器人本体标定同时进行的，也有相机标定与机器人本体标定同时进行的，但还没有一种将三者同时进行的标定方法，而且标定过程复杂需要交互才能实现，因此迫切需要研制开发一种简单的、有效的自动方法来实现手眼机器人的整体标定。

发明内容
本发明的任务在于解决现有技术中手眼机器人标定方法存在的不足，提供一种基于指数积模型的手眼机器人全自动标定方法。其技术解决方案是:一种基于指数积模型的手眼机器人全自动标定方法，包括以下步骤:a提供工业机器人、末端双目相机、一块平面镜和若干觇标；末端双目相机采取可拆分式连接方式安装于机器人末端，觇标粘贴于平面镜的镜面上和机器人末端工具控制点处；然后进入步骤b，b确定机器人的初始位置，并选择合适的位置将粘贴有觇标的平面镜放置于末端双目相机视场范围内，同时利用末端双目相机获取平面镜的镜面图像一张，该镜面图像中包含镜面觇标信息和反射到镜子里面的末端手抓上的觇标信息，用来标定手眼关系；然后进入步骤c,c控制机器人从末端关节开始逐一旋转，利用末端双目相机在每个关节旋转过程中间隔一定角度拍摄镜面觇标图像一次，直到其超出相机视场范围为止；假设机器人每个
关节运动过程中获得Hii幅图像，i=l，...，n，n为机器人关节个数，利用
权利要求
1.一种基于指数积模型的手眼机器人全自动标定方法，其特征在于包括以下步骤: a提供工业机器人、末端双目相机、一块平面镜和若干觇标；末端双目相机采取可拆分式连接方式安装于机器人末端，觇标粘贴于平面镜的镜面上和机器人末端工具控制点处；然后进入步骤b， b确定机器人的初始位置，并选择合适的位置将粘贴有觇标的平面镜放置于末端双目相机视场范围内，同时利用末端双目相机获取平面镜的镜面图像一张，该镜面图像中包含镜面觇标信息和反射到镜子里面的末端手抓上的觇标信息，用来标定手眼关系；然后进入步骤c, c控制机器人从末端关节开始逐一旋转，利用末端双目相机在每个关节旋转过程中间隔一定角度拍摄镜面觇标图像一次，直到其超出相机视场范围为止；假设机器人每个关节运动过程中获得Hii幅图像，i=l,η，η为机器人关节个数，利用幅图像标定相机和机i—\器人关节参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于指数积模型的手眼机器人全自动标定方法，其特征在于: 上述步骤a中，设定机器人的指数积运动模型为: (Θ) = e^A e5A...e5"61" 其中gWT( θ )是机器人处于θ = ( Θ u Θ 2，Θ 3，...，Θ n)时末端工具坐标系T相对世界坐标系w的变换关系，是运动旋量ξ的指数矩阵； 上述步骤b中，设定手眼变化关系为Adl, 4 =4^毛^,,.，其中1。和Ach,为已知数据； 上述步骤c中，假设末端双目相机在第i个关节旋转过程中测量的点记为Xi=Uil, xi2,xim)，i=l,n, Xij e R4xnum为空间三维齐次坐标,Hii为第i关节旋转过程中相机测量数据的次数，num为空间被测点的个数，关节参数求解公式为: x,_a = χ Ζ,， .= 1，…，H , a,be {I,...,m} 其中Xw和Xu是\中任意两组数据的齐次坐标值，根据上式可直接求出旋量参数ξ ij;再通过Xi中的Hii组测量数据，每两组得到一组解，通过两两组合得到G组解，将C组解取平均值作为最终的关节参数，即:
全文摘要
本发明公开了一种基于指数积模型的手眼机器人全自动标定方法，是一种机器人本体、手眼、相机三部分同时进行的全自动标定方法，该方法不需要额外的辅助测量仪器，只需利用一面镜子和若干觇标即可。其主要特点为一是利用了镜子的反射原理将末端相机视野范围外的手部信息转换到相机坐标系下，完成手眼标定；二是将机器人自身携带的末端相机作为测量仪器，以空间镜面上的棋盘格为测量目标，增加机器人每个关节旋转过程中相机拍摄目标的次数，并在特定的运动策略下，同时实现相机标定和关节参数标定。本发明是一种简单、有效的机器人全自动标定方法。
文档编号G01B11/00GK103115615SQ20131003095
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者王海霞, 卢晓 申请人:山东科技大学