CN109807885A - 一种机械手的视觉标定方法、装置及智能终端 - Google Patents
一种机械手的视觉标定方法、装置及智能终端 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于自动化技术领域，提供一种机械手的视觉标定方法、装置及智能终端，该方法包括：若检测相机的视觉范围内存在标志点，则控制机械手按照预设路径移动；以预设路径的中心位置为原点建立世界坐标系；按照第一预设方式在预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至N个点中的每个点时，标志点在世界坐标系中的第一世界坐标信息；确定机械手执行末端运动至N个点中的每个点时，相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息；根据第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定相机的内参数和第一外参数。本发明实施例可按预设路径移动获取多个第一世界坐标信息和对应的第一像素坐标信息自动准确的对相机的内外参数进行标定。
Description
技术领域
本发明属于自动化技术领域，尤其涉及一种机械手的视觉标定方法、装置及智能终端。
背景技术
机械手是一种可以对空间目标实现抓取，搬运物体或操作工具等操作的自动操作装置，以用来完成各种预期的工作；
目前，可在机械手配有相机等摄像元件通过机器视觉配合机械手完成抓取，搬运物体或操作工具等，在完成上述动作之前要对机械手的相机进行标定后才能实现准确的抓取，然而现有的常用的标定方法采用线性标定法和棋盘标定法，传统的线性标定法标定精准度低，使得机械手不能准确的抓取物体，棋盘标定过程复杂，难以实现自动化。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种机械手的视觉标定方法、装置及智能终端，旨在解决现有对机械手的相机的标定方法精准度低、标定过程复杂难以实现自动化的问题。
本申请实施例的第一方面提供一种机械手的视觉标定方法，所述视觉标定方法包括：
当接收到开始标定指令时，检测相机的视觉范围内是否存在具有预设特征的标志点；
若存在所述标志点，则控制所述机械手按照预设路径移动，使所述标志点与所述相机之间产生相对运动；
以所述预设路径的中心位置为原点建立世界坐标系；其中，所述世界坐标系的X轴和Y轴与所述基坐标系的X轴和Y轴同向，所述基坐标系是在所述机械手固定基座上的坐标系；
按照第一预设方式在所述预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息；
确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息；
根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数。
在一个实施例中，所述预设路径为田字型路径。
在一个实施例中，所述N个点为所述田字型路径的9个交点。
在一个实施例中，根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数，包括：
通过修正的标定方程根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数；
所述修正的标定方程的公式为：
其中，(u，v)为所述标志点的像素坐标信息，(u0，v0)为所述相机的主点坐标信息，(xw，yw)为对应标志点在所述世界坐标系中的世界坐标信息，(kx，ky，γ，k1，p1，p2)为所述相机的内参数，(θ，tx，ty)为所述相机的外参数。上述k1可表示相机的径向畸变系数，p1，p2可表示相机的切向畸变系数，γ可表示相机光轴与成像平面的不垂直因子，kx，ky可分别表示目标点的X轴像素坐标和Y轴像素坐标信息与物理距离的转换因子。
在一个实施例中，所述根据N个所述第一世界坐标信息和N个第一像素坐标信息，通过修正的标定方程确定所述相机的内参数和第一外参数之后，还包括：
控制所述机械手执行末端移动至预设路径的中心位置，并逆时针旋转机械手执行末端M次，每次旋转第一预设角度；
通过所述相机获取所述机械手执行末端逆时针旋转M次时，所述标志点的M个第二像素坐标信息；
对所述M个第二像素坐标信息进行曲线拟合，得到第一圆形曲线，并确定所述第一圆形曲线的圆心点的像素坐标信息；
获取所述机械手执行末端旋转中心在基坐标系中的坐标信息，作为第二世界坐标信息；
根据所述内参数、所述第一圆形曲线的圆心点的像素坐标信息和所述第二世界坐标信息，确定所述相机相对所述基坐标系的第二外参数；
根据所述第二外参数修正所述第一外参数，将修正后的第一外参数作为第三外参数。
在一个实施例中，根据所述第二外参数修正所述第一外参数，将修正后的第一外参数作为第三外参数之后，还包括：
若所述相机跟随所述机械手移动，则以相机坐标系的原点为旋转中心控制所述机械手执行末端逆时针旋转J次，每次旋转第二预设角度；
若所述相机不跟随所述机械手移动，则在所述机械手执行末端运动至所述预设路径的中心位置时，通过所述相机确定所述标志点在所述机械手基坐标系中的位置，并以所述标志点在所述机械手基坐标系中的位置为旋转中心控制所述机械手执行末端逆时针旋转J次，每次旋转第二预设角度；
通过所述相机获取所述机械手执行末端逆时针旋转J次时，所述标志点的J个第三像素坐标信息；
对所述J个第三像素坐标信息进行曲线拟合，得到第二圆形曲线，并确定所述第二圆形曲线的圆心点的像素坐标信息，计算所述第二圆形曲线的圆心点在所述基坐标系中的物理坐标；
计算所述第二圆形曲线的圆心点的物理坐标与预设机械手末端旋转中心之间的位置偏差；
根据所述位置偏差修正所述第三外参数。
本申请实施例的第二方面提供一种机械手的视觉标定装置，所述视觉标定装置包括：
检测模块，用于当接收到开始标定指令时，检测相机的视觉范围内是否存在具有预设特征的标志点；
控制模块，用于若存在所述标志点，则控制所述机械手按照预设路径移动，使所述标志点与所述相机之间产生相对运动；
建立模块，用于以所述预设路径的中心位置为原点建立世界坐标系；其中，所述世界坐标系的X轴和Y轴与所述基坐标系的X轴和Y轴同向，所述基坐标系是在所述机械手固定基座上为原点建立的坐标系；
第一确定模块，用于按照第一预设方式在所述预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息；
第二确定模块，用于确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息；
第三确定模块，用于根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数。
在一个实施例中，所述第一确定模块具体用于按照第一预设方式在预设路径为田字型路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息。
本发明实施例的第三方面提供一种智能终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
在本发明实施例中，可通过控制所述机械手按照预设路径移动使所述标志点与所述相机之间产生相对运动，按照第一预设方式在所述预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息，同时确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息。根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数，可按预设路径移动获取多个第一世界坐标信息和对应的第一像素坐标信息自动准确的对相机的内外参数进行标定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例一提高的机械手的视觉标定方法的流程示意图；
图2是本发明实施例二提供的机械手的视觉标定方法的流程示意图；
图3是本发明实施例三提供的机械手的视觉标定方法的流程示意图；
图4是本发明实施例四提供的机械手的视觉标定装置的结构示意图
图5是本发明实施例五提供的机械手的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
应理解，下述方法实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对各实施例的实施过程构成任何限定。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
本发明实施例提供的视觉标定方法，可应用于机械手等自动化设备，所述机械手包括相机，所述相机可根据实际应用设置在机械手上，也可不设置在所述机械手上，如图1所示，所述视觉标定方法包括：
步骤S101，当接收到开始标定指令时，检测相机的视觉范围内是否存在具有预设特征的标志点；
在本发明实施例中，上述开始标定指令可以是由用户通过终端设备发送给机械手或者通过机械手上的按键发送开始标定指令。当然也可以是在机械手第一次运行时自动发送开始标定指令，上述标志点也称为mark点。
步骤S102，若存在所述标志点，则控制所述机械手按照预设路径移动，使所述标志点与所述相机之间产生相对运动；
在本发明实施例中，若检测到相机的视觉范围内存在预设特征的标志点，则控制机械手按照预设路径移动，使标志点和相机之间产生相对运动。所述预设路径可以是包括至少N个交点的网格型路径，其中，所述N≧5且为整数。
在一个实施例中，所述预设路径为田字型路径。若存在所述标志点，则控制所述机械手按照预设路径的田字型路径移动，使所述标志点与所述相机之间产生相对运动。
在一个实施例中，上述标志点可以设在工作台面上的标定板上固定不动，当机械手移动时相机会随着机械手运动(如相机设置在机械手上，即眼在手上)，控制机械手和相机按照预设的田字型路径移动，可使标志点与相机之间产生相对运动；当相机没有在机械手上，即眼在手外时，可通过在机械手上固定包括标志点的标定板，控制机械手和标志点按照预设的田字形路径移动，可使标志点与相机之间产生相对运动。
步骤S103，以所述预设路径的中心位置为原点建立世界坐标系；其中，所述世界坐标系的X轴和Y轴与所述基坐标系的X轴和Y轴同向，所述基坐标系是在所述机械手固定基座上建立的坐标系。
在本发明实施例中，将所述预设路径的中心位置作为世界坐标系的原点并建立世界坐标系；其中，所述世界坐标系的X轴和Y轴与所述机械手执行末端的基坐标系的X轴和Y轴同向。当所述控制所述机械手按照预设路径移动后，选取预设路径的中心位置作为世界坐标系的原点建立世界坐标系。如当预设路径为田字形路径时，选取田字型的中心位置作为世界坐标系的原点，并建立世界坐标系。
在一个实施例中，所述将所述相对运动路径的中心位置作为世界坐标系的原点并建立世界坐标系包括：将所述田字型相对运动路径的中心位置作为世界坐标系的原点并建立世界坐标系。
步骤S104，按照第一预设方式在所述预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息；
在本发明实施例中，预先设置选取N个点的第一预设方式，当机械手按照预设路径移动后，按第一预设方式在预设路径中选取N个点，如预设路径是具有至少N个交点的网格型路径，则从网格型路径中选取N个交点，如随机选取，按等距离选取等方式选取N个点，并确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息。
在一个实施例中，所述N个点为所述田字型路径的9个交点。按照第一预设方式在所述预设田字型路径中选取田字型的9个交点，所述机械手执行末端运动至所述9个交点中的每个点时，确定所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息。
步骤S105，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息；
在本发明实施例中，标志点的像素坐标信息是标志点在图像坐标系中的像素坐标信息。机械手执行末端运动待上述N个点中的每个点时，通过所述相机确定标志点的第一像素坐标信息。
步骤S106，根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数。
在本发明实施例中，根据N个点对应标志点的第一世界坐标信息和对应相机确定的标志点的第一像素坐标信息，可确定像素坐标点和世界坐标点的关系从而对相机的内参数和外参数进行标定。
在一个实施例中，根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数，包括：
通过修正的标定方程根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数；
所述修正的标定方程的公式为：
其中，(u，v)为所述标志点的像素坐标信息，(u0，v0)为所述相机的主点坐标信息，(xw，yw)为对应标志点在所述世界坐标系中的世界坐标信息，(kx，ky，γ，k1，p1，p2)为相机的内参数，(θ，tx，ty)为相机的外参数。
在具体应用中，预先定义修正的标定方程，修正的标定方程包括需要标定的相机内参数和外参数，可通过N个第一世界坐标信息和对应的N个第一像素坐标信息分别代入修订的标定方程，建立方程组，通过方程组确定需要标定的相机内参数和外参数，将此时确定的外参数作为第一外参数。
具体地，每次获取到的标志点的像素坐标信息与对应机械手执行末端的世界坐标信息可以确定两个方程，上述需要标定相机的内外参数有九个，在N≧5时即可满足要求。
在一个实施例中，若预设路径为预设田字型路径，选取田字形路径的九个交点，并在机械手按照田字型路径进行移动，确定在田字形的九个交点时标志点的世界坐标信息，机械手按照预设田字型路径进行移动，获取移动到田字形九个交点对应位置相机确定的标志点的像素坐标信息，根据九个第一世界坐标信息和对应的九个第一像素坐标信息通过修正的标定方程建立标定方程组确定所述相机的内参数和第一外参数；
由此可见，在本发明实施例中，可通过控制所述机械手按照预设路径移动使所述标志点与所述相机之间产生相对运动，按照第一预设方式在所述预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息，同时确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息。根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数，可按预设路径移动获取多个第一世界坐标信息和对应的第一像素坐标信息自动准确的对相机的内外参数进行标定。
实施例二
本实施例是对实施例一的进一步说明，本实施例与实施例一相同或相似的地方具体可参见实施例一的相关描述，此处不再赘述，如图2所示，上述步骤S106之后，还包括：
步骤S201，控制所述机械手执行末端移动至预设路径的中心位置，并逆时针旋转机械手执行末端M次，每次旋转第一预设角度；
在本发明实施例中，当通过实施例一中的方法步骤确定了相机的内参数和第一外参数，由于是通过标志点相对于相机在九个不同的位置确定的相机外参数，因此需要对相机所述基坐标系的外参数进行校正。先控制机械手执行末端移动到固定的预设路径中取的N个点中的其中一个位置，具体可以是控制机械手移动至预设路径的中心位置，并逆时针旋转机械手执行末端M次，每次旋转第一预设角度。
在一个实施例中，控制机械手移动到预设田字型路径的中心位置，此时逆时针旋转机械手执行末端M次。上述第一预设角可预先进行设置，优选的取60度。上述M≧3。
步骤S202，通过所述相机获取所述机械手执行末端逆时针旋转M次时，所述标志点的M个第二像素坐标信息；
在本发明实施例中，当并逆时针旋转机械手执行末端M次时，通过相机确定的标志点的像素坐标信息作为第二像素坐标信息。
步骤S203，对所述M个第二像素坐标信息进行曲线拟合，得到第一圆形曲线，并确定所述第一圆形曲线的圆心点的像素坐标信息。
在本发明实施例中，对所述M个第二像素坐标信息进行曲线拟合，得到第一圆形曲线，并确定所述第一圆形曲线的圆心点的像素坐标信息。由于M≧3，从而根据M个点的位置唯一确定的圆形作为第一圆形曲线。
步骤S204，获取所述机械手执行末端旋转中心在基坐标系中的坐标信息，作为第二世界坐标信息。
在本发明实施例中，上述第二世界坐标信息是机械手执行末端旋转中心在基坐标系中的坐标信息。
步骤S205，根据所述内参数、所述第一圆形曲线的圆心点的像素坐标信息和所述第二世界坐标信息，确定所述相机相对所述基坐标系的第二外参数；
在本发明实施例中，根据所述内参数、所述第一圆形曲线的圆心点的像素坐标信息和所述第二世界坐标信息，确定所述相机相对所述基坐标系的第二外参数。需要说明的是，当相机装在机械手外边，上述相机相对所述基坐标系的第二外参数确定的是相机和基坐标系之间的关系；当相机装在机械手末端，上述第二外参数确定的是相机和机械手末端关节坐标系之间的关系。
在一个实施例中，根据上述修正后的标定方程，将用实施例一中的方法确定为相机的内参数的(kx，ky，γ，k1，p1，p2)、相机的外参数θ，以及上述第一圆形曲线的圆心点的像素坐标信息和第二世界坐标信息代入修正后的标定方程，既可以确定两个方程两个未知数，从而可确定相机相对所述基坐标系的第二外参数tx，ty。
步骤S206，根据所述第二外参数修正所述第一外参数，将修正后的第一外参数作为第三外参数。
在本发明实施例中，将第一外参数中与第二外参数不相同的数据，直接替换成第二外参数中的数据。
在一个实施例中，上述根据所述第二外参数修正所述第一外参数可以理解为根据步骤S205确定的tx，ty直接替换步骤S106中的tx，ty。
由此可见，在本发明实施例中，可通过控制所述机械手按照预设路径移动使所述标志点与所述相机之间产生相对运动，按照第一预设方式在所述预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息，同时确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息。根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数，可按预设路径移动获取多个第一世界坐标信息和对应的第一像素坐标信息自动准确的对相机的内外参数进行标定，再对外参数进行修正，进一步提高了标定相机外参数的精准度。
实施例三
本实施例是对实施例二的进一步说明，本实施例与实施例一或实施例二相同或相似的地方具体可参见实施例一或实施例二的相关描述，此处不再赘述，如图3所示，上述步骤S206之后，还包括：
步骤S301，若所述相机跟随所述机械手移动，则以相机坐标系的原点为旋转中心控制所述机械手执行末端逆时针旋转J次，每次旋转第二预设角度。
在本发明实施例中，可预先获取机械手的设置，如相机设置在机械手上时，可以确定相机是跟随所述机械手移动，则以相机坐标系的原点为旋转中心控制所述机械手执行末端逆时针旋转J次，每次旋转第二预设角度。
步骤S302，若所述相机不跟随所述机械手移动，则在所述机械手执行末端运动至所述预设路径的中心位置时，通过所述相机确定所述标志点在所述机械手基坐标系中的位置，并以所述标志点在所述机械手基坐标系中的位置为旋转中心控制所述机械手执行末端逆时针旋转J次，每次旋转第二预设角度。
在本发明实施例中，可预先获取机械手的设置，如相机设置在机械手外且不随机械手移动时，则在所述机械手执行末端运动至所述预设路径的中心位置时，通过所述相机确定所述标志点在所述机械手基坐标系中的位置，并以所述标志点在所述机械手基坐标系中的位置为旋转中心控制所述机械手执行末端逆时针旋转J次，每次旋转第二预设角度。所述第二预设角度可以预先进行设置，如设置时J个第二预设角度进行累加不超过360度。
步骤S303，通过所述相机获取所述机械手执行末端逆时针旋转J次时，所述标志点的J个第三像素坐标信息。
在本发明实施例中，当机械手执行末端逆时针旋转J次时，确定相机获取的标志点的像素坐标信息作为第三像素坐标信息，所述J≧3，优选为6。
步骤S304，对所述J个第三像素坐标信息进行曲线拟合，得到第二圆形曲线，并确定所述第二圆形曲线的圆心点的像素坐标信息，计算所述第二圆形曲线的圆心点在所述基坐标系中的物理坐标。
在本发明实施例中，对所述J个第三像素坐标信息进行曲线拟合，得到第二圆形曲线，并确定所述第二圆形曲线的圆心点的像素坐标信息,计算所述第二圆形曲线的圆心点在所述基坐标系中的物理坐标。由于J≧3，根据J个点可以位置确定J个点在圆上的唯一确定的圆形。
步骤S305，计算所述第二圆形曲线的圆心点的物理坐标与预设机械手末端旋转中心之间的位置偏差。
在本发明实施例中，当前述对相机的内参数和外参数的标定是准确的时候，理论上述第二圆形曲线的圆心点的物理坐标与预设机械手末端旋转中心之间是没有偏差的，当计算所述第二圆形曲线的圆心点的物理坐标与预设机械手末端旋转中心之间的位置偏差不为零时，可根据位置偏差调整上述确定的相机的第三外参数。
步骤S306，根据所述位置偏差修正所述第三外参数。
在本发明实施例中，当上述位置偏差不为零时，可获取上述计算所述第二圆形曲线的圆心点的物理坐标与预设机械手末端旋转中心之间的位置偏差之间的在X轴上的Y轴上的物理位置偏差(Δx，Δy)，根据物理位置偏差(Δx，Δy)修正所述第三外参数。
在一个实施例中，当上述第三外参数确定为(θ，tx，ty)，根据物理位置偏差(Δx，Δy)修正所述第三外参数可以确定修正后的第三外参数为(θ，tx+Δx，ty+Δy))。
由此可见，在本发明实施例中，可通过控制所述机械手按照预设路径移动使所述标志点与所述相机之间产生相对运动，按照第一预设方式在所述预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息，同时确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息。根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数，可按预设路径移动获取多个第一世界坐标信息和对应的第一像素坐标信息自动准确的对相机的内外参数进行标定，再对外参数进行修正得到第三外参数，进一步提高了标定相机外参数的精准度。最后对第三外参数进行验证，在验证位置偏差不为零，根据所述位置偏差修正所述第三外参数，再进一步提高了标定相机外参数的精准度。
实施例四
本发明实施例提供一种机械手的视觉标定装置，可用于执行方法实施例中的方法步骤，为了便于说明，仅示出于本发明相关的部分，如图4所示，所述视觉标定装置400包括：
检测模块401，用于当接收到开始标定指令时，检测相机的视觉范围内是否存在具有预设特征的标志点；
控制模块402，用于若存在所述标志点，则控制所述机械手按照预设路径移动，使所述标志点与所述相机之间产生相对运动；
建立模块403，用于以所述预设路径的中心位置为原点建立世界坐标系；其中，所述世界坐标系的X轴和Y轴与所述基坐标系的X轴和Y轴同向，所述基坐标系是在所述机械手固定基座上建立的坐标系；
第一确定模块404，用于按照第一预设方式在所述预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息；
在一个实施例中，所述第一确定模块具体用于：按照第一预设方式在预设路径为田字型路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息。
在一个实施例中，所述N个点为所述田字型路径的9个交点。
第二确定模块405，用于确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息；
第三确定模块406，用于根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数。
在一个实施例中，所述第三确定模块406具体用于：
通过修正的标定方程根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数；
所述修正的标定方程的公式为：
其中，(u，v)为所述标志点的像素坐标信息，(u0，v0)为所述相机的主点坐标信息，(xw，yw)为对应标志点在所述世界坐标系中的世界坐标信息，(kx，ky，γ，k1，p1，p2)为所述相机的内参数，(θ，tx，ty)为所述相机的外参数。
在一个实施例中，所述视觉标定装置400还包括：
第一旋转模块，用于控制所述机械手执行末端移动至预设路径的中心位置，并逆时针旋转机械手执行末端M次，每次旋转第一预设角度；
第一获取模块，用于通过所述相机获取所述机械手执行末端逆时针旋转M次时，所述标志点的M个第二像素坐标信息；
第四确定模块，用于对所述M个第二像素坐标信息进行曲线拟合，得到第一圆形曲线，并确定所述第一圆形曲线的圆心点的像素坐标信息；
第二获取模块，用于获取所述机械手执行末端旋转中心在所述基坐标系中的坐标信息，作为第二世界坐标信息；
第五确定模块，用于根据所述内参数、所述第一圆形曲线的圆心点的像素坐标信息和所述第二世界坐标信息，确定所述相机相对所述基坐标系的第二外参数；
第一修正模块，用于根据所述第二外参数修正所述第一外参数，将修正后的第一外参数作为第三外参数。
在一个实施例中，所述视觉标定装置400还包括：
第二旋转模块，用于若所述相机跟随所述机械手移动，则以相机坐标系的原点为旋转中心控制所述机械手执行末端逆时针旋转J次，每次旋转第二预设角度；
第三旋转模块，用于若所述相机不跟随所述机械手移动，则在所述机械手执行末端运动至所述预设路径的中心位置时，通过所述相机确定所述标志点在所述机械手基坐标系中的位置，并以所述标志点在所述机械手基坐标系中的位置为旋转中心控制所述机械手执行末端逆时针旋转J次，每次旋转第二预设角度；
第三获取模块，用于通过所述相机获取所述机械手执行末端逆时针旋转J次时，所述标志点的J个第三像素坐标信息；
对所述J个第三像素坐标信息进行曲线拟合，得到第二圆形曲线，并确定所述第二圆形曲线的圆心点的像素坐标信息,计算所述第二圆形曲线的圆心点在所述基坐标系中的物理坐标；
第六确定模块，用于计算所述第二圆形曲线的圆心点的物理坐标与预设机械手末端旋转中心之间的位置偏差；
第二修正模块，用于根据所述位置偏差修正所述第三外参数。
由此可见，在本发明实施例中，可通过控制所述机械手按照预设路径移动使所述标志点与所述相机之间产生相对运动，按照第一预设方式在所述预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息，同时确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息。根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数，可按预设路径移动获取多个第一世界坐标信息和对应的第一像素坐标信息自动准确的对相机的内外参数进行标定。
实施例五
如图5所示，是本发明实施例提供的智能终端的结构示意图。所述智能终端500包括：处理器501、存储器502以及存储在上述存储器502中并可在上述处理器501上运行的计算机程序503。上述处理器501执行上述计算机程序503时实现上述机械手的视觉标定方法实施例中的步骤，例如实施例一中的方法步骤，实施例二和/或实施例三中的方法步骤。
示例性的，上述计算机程序503可以被分割成一个或多个单元/模块，上述一个或者多个单元/模块被存储在上述存储器502中，并由上述处理器501执行，以完成本发明。上述一个或多个单元/模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述上述计算机程序503在上述智能终端500中的执行过程。例如，上述计算机程序503可以被分割成检测模块，控制模块，建立模块，第一确定模块，第二确定模块等模块，各模块具体功能在上述实施例四中已有描述，此处不再赘述。
上述智能终端500可以是机械手，或集成在机械手中的自动换设备，所述智能终端500包括，但不仅限于，处理器501、存储器502。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是智能终端500的示例，并不构成对智能终端500的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如上述智能终端500还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器501可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
上述存储器502可以是智能终端500的内部存储单元，例如智能终端500的硬盘或内存。上述存储器502也可以是上述智能终端500的外部存储设备，例如上述智能终端500上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，上述存储器502还可以既包括上述智能终端500的内部存储单元也包括外部存储设备。上述存储器502用于存储上述计算机程序以及上述智能终端500所需的其它程序和数据。上述存储器502还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述智能终端中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。上述计算机可读介质可以包括：能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，上述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种机械手的视觉标定方法，其特征在于，所述视觉标定方法包括：
当接收到开始标定指令时，检测相机的视觉范围内是否存在具有预设特征的标志点；
若存在所述标志点，则控制所述机械手按照预设路径移动，使所述标志点与所述相机之间产生相对运动；
以所述预设路径的中心位置为原点建立世界坐标系；其中，所述世界坐标系的X轴和Y轴与所述基坐标系的X轴和Y轴同向，所述基坐标系是在所述机械手固定基座上建立的坐标系；
按照第一预设方式在所述预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息；
确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息；
根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数。
2.根据权利要求1所述的视觉标定方法，其特征在于，所述预设路径为田字型路径。
3.根据权利要求2所述的视觉标定方法，其特征在于，所述N个点为所述田字型路径的9个交点。
4.根据权利要求1所述的视觉标定方法，其特征在于，根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数，包括：
通过修正的标定方程根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数；
所述修正的标定方程的公式为：
其中，(u，v)为所述标志点的像素坐标信息，(u0，v0)为所述相机的主点坐标信息，(xw，yw)为对应标志点在所述世界坐标系中的世界坐标信息，(kx，ky，γ，k1，p1，p2)为所述相机的内参数，(θ，tx，ty)为所述相机的外参数。
5.根据权利要求1至4任一项所述的视觉标定方法，其特征在于，所述根据N个所述第一世界坐标信息和N个第一像素坐标信息，通过修正的标定方程确定所述相机的内参数和第一外参数之后，还包括：
控制所述机械手执行末端移动至预设路径的中心位置，并逆时针旋转机械手执行末端M次，每次旋转第一预设角度；
通过所述相机获取所述机械手执行末端逆时针旋转M次时，所述标志点的M个第二像素坐标信息；
对所述M个第二像素坐标信息进行曲线拟合，得到第一圆形曲线，并确定所述第一圆形曲线的圆心点的像素坐标信息；
获取所述机械手执行末端旋转中心在基坐标系中的坐标信息，作为第二世界坐标信息；
根据所述内参数、所述第一圆形曲线的圆心点的像素坐标信息和所述第二世界坐标信息，确定所述相机相对所述基坐标系的第二外参数；
根据所述第二外参数修正所述第一外参数，将修正后的第一外参数作为第三外参数。
6.根据权利要求5所述的视觉标定方法，其特征在于，根据所述第二外参数修正所述第一外参数，将修正后的第一外参数作为第三外参数之后，还包括：
若所述相机跟随所述机械手移动，则以相机坐标系的原点为旋转中心控制所述机械手执行末端逆时针旋转J次，每次旋转第二预设角度；
若所述相机不跟随所述机械手移动，则在所述机械手执行末端运动至所述预设路径的中心位置时，通过所述相机确定所述标志点在所述机械手基坐标系中的位置，并以所述标志点在所述机械手基坐标系中的位置为旋转中心控制所述机械手执行末端逆时针旋转J次，每次旋转第二预设角度；
通过所述相机获取所述机械手执行末端逆时针旋转J次时，所述标志点的J个第三像素坐标信息；
对所述J个第三像素坐标信息进行曲线拟合，得到第二圆形曲线，并确定所述第二圆形曲线的圆心点的像素坐标信息，计算所述第二圆形曲线的圆心点在所述基坐标系中的物理坐标；
计算所述第二圆形曲线的圆心点的物理坐标与预设机械手末端旋转中心之间的位置偏差；
根据所述位置偏差修正所述第三外参数。
7.一种机械手的视觉标定装置，其特征在于，所述视觉标定装置包括：
检测模块，用于当接收到开始标定指令时，检测相机的视觉范围内是否存在具有预设特征的标志点；
控制模块，用于若存在所述标志点，则控制所述机械手按照预设路径移动，使所述标志点与所述相机之间产生相对运动；
建立模块，用于以所述预设路径的中心位置为原点建立世界坐标系；其中，所述世界坐标系的X轴和Y轴与所述基坐标系的X轴和Y轴同向，所述基坐标系是以所述机械手固定基座上的一点为原点建立的坐标系；
第一确定模块，用于按照第一预设方式在所述预设路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息；
第二确定模块，用于确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述相机拍摄的标志点的第一像素坐标信息；
第三确定模块，用于根据所述第一世界坐标信息和所述第一像素坐标信息，确定所述相机的内参数和第一外参数。
8.根据权利要求所述的视觉标定装置，其特征在于，所述第一确定模块具体用于：
按照第一预设方式在预设路径为田字型路径中选取N个点，确定所述机械手执行末端运动至所述N个点中的每个点时，所述标志点在所述世界坐标系中的第一世界坐标信息。
9.一种智能终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
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