CN112815848B - 一种双目相机与机械臂坐标系配准方法 - Google Patents
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Abstract
一种双目相机与机械臂坐标系配准方法，包括步骤：S1，稳固放置双目相机，使得双目相机的测量视野可以覆盖机械臂基座；S2，用双目相机测量机械臂基座上的6个标志点的圆心在双目相机坐标系下的坐标Mi＝[xi,yi,zi]T，i＝1,2,3,4,5,6；S3，估计每个标志点圆心坐标的测量误差(δxi,δyi,δzi)；S4，计算每个标志点的误差加权矩阵Wi；S5，构建最小二乘法则
S6；对步骤S5中的最小二乘法则进行迭代求解，求得双目相机坐标系和机械臂坐标系之间的旋转矩阵R和平移向量t，提高了双目相机坐标系与机械臂坐标系的配准精度，从而提高机械臂的作业精度，可以更好的保证产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及视觉测量领域，尤其涉及一种双目相机与机械臂坐标系配准方法。
背景技术
机械臂广泛应用于焊接、码垛、装配等工业领域，机械臂的运动精度对其功能的实现有重要影响。由于加工制造误差等影响，机械臂的设计运动学参数与其实际运动学参数有一定的差别，导致机械臂的运动精度较低。为此，在实际应用中，通常需要外部测量的方法对机械臂的运动学参数进行标定。双目相机是一种光学测量仪器，广泛应用于工业测量定位等领域。用双目相机进行机械臂运动学参数标定时，首先需要对双目相机坐标系与机械臂坐标系进行配准，坐标系配准的精度对标定精度有重要影响。
现在的配准方法多是基于标志点的坐标系配准，通常使用的求解方法为奇异值分解法。但这种方法假设对标志点的测量误差是均匀分布的，而没有考虑双目相机测量误差分布的不均匀性，因此在求解双目相机坐标系与机械臂坐标系配准问题时精度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双目相机与机械臂坐标系配准方法，以解决双目相机与机械臂坐标系配准精度较低的问题。
本发明一种双目相机与机械臂坐标系配准方法，通过估计标志点的测量误差，构建误差加权矩阵，将双目相机的测量误差分布特性融入加权迭代解法进行求解，从而提高双目相机与机械臂坐标系配准精度，包括以下步骤：
S1.稳固放置好双目相机，使得双目相机的测量视野可以覆盖机械臂；所述机械臂基座朝前的端面上粘贴有6个标志点；
S2.用双目相机测量6个标志点的圆心在双目相机坐标系下的坐标Mi＝[xi,yi,zi]T，i＝1,2,3,4,5,6；
S3.估计每个标志点圆心坐标的测量误差
其中B为双目相机的基线距离，f为双目相机的焦距；
S4.计算每个标志点的误差加权矩阵
S5.构建最小二乘法则
其中R为双目相机坐标系与机械臂坐标系之间的旋转矩阵，t为双目相机坐标系与机械臂坐标系之间的平移向量，Ni为事先已通过高精度测量手段获得的第i个标志点圆心在机械臂坐标系下的理论坐标值；
S6.对步骤S5中的最小二乘法则进行迭代求解，求得旋转矩阵R和平移向量t，完成双目相机坐标系与机械臂坐标系的配准。
所述所述标志点(3)的图案为一个黑色圆环和位于黑色圆环中心处的白色圆点。
在步骤S3中，在步骤S3中，双目相机的基线距离B和焦距f事先已通过相机标定的方法测量，即基线距离B和焦距f为已知数。
本发明的有益效果如下：
本发明一种双目相机与机械臂坐标系配准方法，对双目相机的测量误差进行估计，根据双目相机的测量误差分布特性来构建误差加权矩阵，给测量精度高的方向以更高的权重，提高了双目相机与机械臂坐标系的配准精度，从而提高机械臂运动学参数标定精度，最终提高了机械臂的作业精度，在对精度要求较高的电子产品制造和飞机装配作业中，更高精度的机械臂可以保证更好的产品质量和更高的生产效率，以及更高的产品合格率。
下面结合附图对本发明一种双目相机与机械臂坐标系配准方法作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明一种双目相机与机械臂坐标系配准方法的实施示意图。
具体实施方式
S1.参见图1，稳固放置好双目相机1，使得双目相机1的测量视野可以覆盖机械臂2；所述机械臂2基座朝前的端面上粘贴有6个标志点3；
S2.用双目相机测量6个标志点3的圆心在双目相机坐标系下的坐标Mi＝[xi,yi,zi]T，i＝1,2,3,4,5,6；
S3.估计每个标志,3圆心坐标的测量误差
公式中B为双目相机1的基线距离，f为双目相机1的焦距；
S4.计算每个标志点3的误差加权矩阵
S5.构建最小二乘法则
公式R为双目相机1坐标系与机械臂2坐标系之间的旋转矩阵，t为双目相机1坐标系与机械臂2坐标系之间的平移向量，Ni为事先已通过高精度测量手段获得的第i个标志点3圆心在机械臂2坐标系下的理论坐标值；
S6.对步骤S5中的最小二乘法则进行迭代求解，求得旋转矩阵R和平移向量t，完成双目相机1坐标系与机械臂2坐标系的配准。
所述标志点3的图案为一个黑色圆环和位于黑色圆环中心处的白色圆点。标志点3是视觉测量领域常用的圆形标志点，其上图案为一个白色圆点和一个围绕白色圆点并与白色圆点同心的黑色圆环。
在步骤S3中，双目相机1的基线距离B和焦距f事先已通过相机标定的方法测量，为已知数。
最后补充如下：
最小二乘法则的迭代求解是现有的技术，它通过迭代求得满足最小二乘法则的最优解，在本发明中，迭代求解的结果是双目相机坐标系和机械臂坐标系之间的旋转矩阵R和平移向量t。
本发明一种双目相机与机械臂坐标系配准方法，对双目相机的测量误差进行估计，根据双目相机的测量误差分布特性来构建误差加权矩阵，给测量精度高的方向以更高的权重，提高了双目相机与机械臂坐标系的配准精度，从而提高机械臂运动学参数标定精度，最终提高了机械臂的作业精度，在对精度要求较高的电子产品制造和飞机装配作业中，更高精度的机械臂可以保证更好的产品质量和更高的生产效率，以及更高的产品合格率。
Claims (3)
1.一种双目相机与机械臂坐标系配准方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.稳固放置好双目相机(1)，使得双目相机(1)的测量视野覆盖机械臂(2)；所述机械臂(2)基座朝前的端面上粘贴有6个标志点(3)；
S2.用双目相机(1)测量6个标志点(3)的圆心在双目相机(1)坐标系下的坐标Mi＝[xi,yi,zi]T，i＝1,2,3,4,5,6；
S3估计每个标志点(3)圆心坐标的测量误差
其中B为双目相机(1)的基线距离，f为双目相机(1)的焦距；
S4.计算每个标志点(3)的误差加权矩阵
S5.构建最小二乘法则
其中R为双目相机(1)坐标系与机械臂(2)坐标系之间的旋转矩阵，t为双目相机(1)坐标系与机械臂(2)坐标系之间的平移向量，Ni为事先已通过高精度测量手段获得的第i个标志点(3)圆心在机械臂(2)坐标系下的理论坐标值；
S6.对步骤S5中的最小二乘法则进行迭代求解，求得旋转矩阵R和平移向量t，完成双目相机(1)坐标系与机械臂(2)坐标系的配准。
2.根据权利要求1所述的一种双目相机与机械臂坐标系配准方法，其特征在于：所述标志点(3)的图案为一个黑色圆环和位于黑色圆环中心处的白色圆点。
3.根据权利要求1所述的一种双目相机与机械臂坐标系配准方法，其特征在于：在步骤S3中，双目相机(1)的基线距离B和焦距f事先已通过相机标定的方法测量，即基线距离B和焦距f为已知数。
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