CN113172636B - 一种自动手眼标定方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种自动手眼标定方法、装置及存储介质，适用于机器人技术领域。其中，该自动手眼标定方法包括：获取第一基准像素坐标；分别获取m个标志点的第一标志像素坐标；基于上述第一基准像素坐标，控制机械臂末端在第一高度位置水平移动，以分别获取上述m个标志点的第一标志机械坐标，并基于上述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标进行手眼标定，得到上述机械臂末端在上述第一高度位置和第一预设水平位置的手眼标定结果。基于本申请提供的技术方案，可以减少自动手眼标定过程中的人工干预，以提高自动化程度和标定精度。
Description
技术领域
本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种自动手眼标定方法、装置及存储介质。
背景技术
手眼系统是将机械臂和机器视觉相结合的智能化系统，通过机器视觉代替人眼进行距离测量和物体识别，并控制机械臂抓取和移动物体或进行工业装配等操作，可以实现机械臂的自动化运行。为了将机器视觉捕捉到的物体在表示机械臂位置的机械臂坐标系中表达，需要进行手眼标定以得到机械臂坐标系和视觉坐标系的转换关系。
目前的手眼标定方法每对准一个标志物都需要手动控制机械臂移动到标志物所在位置，手眼标定过程中频繁的人工干预导致了标定精度无法保证，因此，如何减少手眼标定过程中的人工干预以提高标定精度是当前亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种自动手眼标定方法、装置及存储介质，以解决手眼标定过程中频繁的人工干预导致的标定精度无法保证的问题。
本申请的第一方面提供了一种自动手眼标定方法，包括：
获取第一基准像素坐标，其中，上述第一基准像素坐标为机械臂末端在第一高度位置对准基准点时，上述基准点在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，上述视觉传感器与上述机械臂末端的移动同步；
分别获取m个标志点的第一标志像素坐标，其中，上述第一标志像素坐标为上述机械臂末端在上述第一高度位置和第一预设水平位置时，相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，上述m为不小于3的自然数，上述标志点与上述基准点位于同一水平面；
基于上述第一基准像素坐标，控制上述机械臂末端在上述第一高度位置水平移动，以分别获取上述m个标志点的第一标志机械坐标，其中，上述第一标志机械坐标为：当相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与上述第一基准像素坐标之间的距离不大于预设距离阈值时，上述机械臂末端在机械臂坐标系中的坐标；
基于上述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标进行手眼标定，得到上述机械臂末端在上述第一高度位置和第一预设水平位置的手眼标定结果。
本申请的第二方面提供了一种自动手眼标定装置，包括：
基准像素坐标获取模块，用于获取第一基准像素坐标，其中，上述第一基准像素坐标为机械臂末端在第一高度位置对准基准点时，上述基准点在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，上述视觉传感器与上述机械臂末端的移动同步；
标志像素坐标获取模块，用于分别获取m个标志点的第一标志像素坐标，其中，上述第一标志像素坐标为上述机械臂末端在上述第一高度位置和第一预设水平位置时，相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，上述m为不小于3的自然数，上述标志点与上述基准点位于同一水平面；
标志机械坐标获取模块，用于基于上述第一基准像素坐标，控制上述机械臂末端在上述第一高度位置水平移动，以分别获取上述m个标志点的第一标志机械坐标，其中，上述第一标志机械坐标为：当相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与上述第一基准像素坐标之间的距离不大于预设距离阈值时，上述机械臂末端在机械臂坐标系中的坐标；
处理模块，用于基于上述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标进行手眼标定，得到上述机械臂末端在上述第一高度位置和第一预设水平位置的手眼标定结果。
本申请的第三方面提供了一种自动手眼标定装置，包括处理器以及存储器，上述存储器存储有计算机程序，上述处理器执行上述计算机程序时实现本申请的第一方面上述自动手眼标定方法的步骤。
本申请的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，上述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如本申请的第一方面上述自动手眼标定方法的步骤。
本申请的第一方面提供的自动手眼标定方法，通过获取第一基准像素坐标、分别获取m个标志点的第一标志像素坐标，基于上述第一基准像素坐标，控制上述机械臂末端在上述第一高度位置水平移动，以分别获取上述m个标志点的第一标志机械坐标，并基于上述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标进行手眼标定，得到上述机械臂末端在上述第一高度位置和第一预设水平位置的手眼标定结果。该自动手眼标定方法可以自动获取各个标志点的标志像素坐标和标志机械坐标，无需手动移动机械臂末端至各个标志点所在位置，
因此，可有效减少自动手眼标定过程中的人工干预，提高自动化程度和标定精度。
可以理解的是，上述第二方面至第四方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的自动手眼标定方法的第一种流程示意图；
图2是本申请实施例提供的机械臂、视觉传感器、机械臂末端以及机械臂末端未对准标志点时的相对位置关系的示意图；
图3是本申请实施例提供的机械臂、视觉传感器、机械臂末端以及机械臂末端对准标志点时的相对位置关系的示意图；
图4是本申请实施例提供的标志物分别为九个不同的二维码的示意图；
图5是本申请实施例提供的当标志物分别为九个相同的的圆时，放置一个圆而未放置其他八个圆的示意图；
图6是本申请实施例提供的当标志点i在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与第一基准像素坐标之间的距离大于预设距离阈值时，在控制机械臂末端在第一高度位置水平移动至另一水平位置之前的基准点在视觉坐标系中的第一基准像素坐标、标志物、标志点在视觉传感器获取的画面中的相关位置关系的示意图；
图7是本申请实施例提供的当标志点i在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与第一基准像素坐标之间的距离小于预设距离阈值时，基准点在视觉坐标系中的第一基准像素坐标、标志物、标志点在视觉传感器获取的画面中的相关位置关系的示意图；
图8是本申请实施例提供的自动手眼标定方法的第二种流程示意图；
图9是本申请实施例提供的自动手眼标定方法的第三种流程示意图；
图10是本申请实施例提供的自动手眼标定方法的第四种流程示意图；
图11是本申请实施例提供的自动手眼标志装置的结构示意图；
图12是本申请实施例提供的自动手眼标定装置的结构示意图。
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，以便透彻理解本申请实施例。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申请。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申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”意味着在本申请的一个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
本申请实施例提供一种自动手眼标定方法，可以应用于手机、平板电脑、可穿戴设备、笔记本电脑、超级移动个人计算机（ultra-mobile personal computer，UMPC）、上网本、个人数字助理（personal digital assistant，PDA）等终端设备，本申请实施例终端设备的具体类型不作任何限制。
如图1所示，本申请实施例提供的自动手眼标定方法，包括如下步骤S101至S104：
步骤S101、获取第一基准像素坐标；
其中，上述第一基准像素坐标为机械臂末端在第一高度位置对准基准点时，上述基准点在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，上述视觉传感器与上述机械臂末端的移动同步。
在应用中，可以通过手动移动机械臂使机械臂末端对准基准点，也可以通过终端或服务器控制机械臂使机械臂末端对准基准点；在机械臂末端对准基准点之前或在对准基准点之后，可以通过终端或服务器控制机械臂末端垂直移动至第一高度位置，机械臂末端垂直移动过程中水平位置保持不变。
在应用中，视觉坐标系可以是以第一基准像素坐标为原点建立的坐标系，也可以是预设的坐标系；视觉坐标系可以为视觉传感器获取到的图像中的任意一点赋予坐标，当机械臂末端在第一高度位置进行水平移动时，视觉坐标系保持不变；基准点用于在视觉坐标系中确定机械臂末端的位置，第一基准像素坐标可以表示机械臂末端位于第一高度位置时机械臂末端在视觉坐标系中的位置，由于视觉传感器与机械臂末端的移动同步，机械臂末端在水平移动时机械臂末端在视觉坐标系中的位置不变，因此第一基准像素坐标在视觉坐标系中的位置不变，例如，假设第一基准像素坐标为视觉坐标系的原点，当机械臂末端在水平位置上移动后，视觉传感器获取的图像改变，而第一基准像素坐标保持在视觉坐标系的原点位置不变；其中，上述预设的坐标系可以在视觉传感器获取的画面中任一点为原点，以图像的横纵方向作为预设的坐标系的坐标轴方向。
在应用中，机械臂可以是液压式机械臂（Hydraulic Manipulator）、气动式机械臂（Pneumatic Manipulator）或电动式机械臂（Electrodynamic Manipulator）等不同驱动方式的机械臂，也可以是直角坐标式机械臂（Cartesian Coordinate Manipulator）、圆柱坐标式机械臂（Cylindrical Coordinate Manipulator）、极坐标式机械臂（PolarCoordinate Manipulator）或多关节式机械臂（Multi Joint Manipulator）等不同运动形式的机械臂。
在应用中，视觉传感器可以是工业相机，具体可以是数码相机（Digital Camera，DC）或红外线传感器（Infrared Transducer）等可以用于提供机器视觉的设备；视觉传感器可以垂直于基准点所在平面并安装在机械臂末端上，也可以垂直于基准点所在平面并安装在机械臂末端所在的机械臂关节上。
在一个实施例中，步骤S101还包括：
记录基准机械坐标，其中，上述基准机械坐标为上述机械臂末端在上述第一高度位置对准上述基准点时，上述机械臂末端在上述机械臂坐标系中的坐标。
在应用中，通过记录基准机械坐标，可以确定基准点的水平位置，使机械臂末端在不同高度位置需要对准基准点并获取基准像素坐标时，输入高度位置和基准机械坐标即可获取对应高度的基准像素坐标，从而减少自动手眼标定过程中的人工干预。
步骤S102、分别获取m个标志点的第一标志像素坐标；
其中，上述第一标志像素坐标为上述机械臂末端在上述第一高度位置和第一预设水平位置时，相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，上述m为不小于3的自然数，上述标志点与上述基准点位于同一水平面。
在应用中，第一预设水平位置需要满足当机械臂末端在第一高度位置和第一预设水平位置时，视觉传感器获取到的图像包括全部m个标志点；在进行手眼标定时，第一预设水平位置用于确定机械臂末端位于第一高度位置获取m个标志点的第一标志像素坐标时机械臂末端所在水平位置；在完成手眼标定后，第一预设水平位置用于确定机械臂末端位于第一高度位置检测标志物或标志点时机械臂末端所在水平位置，第一预设水平位置可以根据实际需要进行设置。
如图2所示，示例性的示出了机械臂21、视觉传感器22、机械臂末端23以及机械臂末端23未对准标志点24时的相对位置关系。
如图3所示，示例性的示出了机械臂31、视觉传感器32、机械臂末端33以及机械臂末端33对准标志点34时的相对位置关系。
如图4所示，示例性的示出了标志物分别为九个不同的二维码41、42、43、44、45、46、47、48和49的示意图。
在应用中，视觉传感器可以获取标志物的任一点为标志点，具体可以是标志物的几何中心点、标志物的一个边界点或标志物一条边的中点等；视觉传感器可以通过图像处理（Image Processing）算法实现获取标志物的任一点为标志点，图像处理算法具体可以是模板匹配（Template Matching）算法、特征匹配（Feature Matching）算法或广义霍夫变换匹配（Image Matching Using Generalized Hough Transforms）算法等。
如图5所示，示例性的示出了标志物分别为九个相同的的圆51、52、53、54、55、56、57、58和59，放置一个圆51而未放置其他八个圆的示意图。
在应用中，当多个标志物相同时，可以通过图像处理算法确定标志物的标志点，例如，圆的圆心，但是无法通过图像处理算法区分多个相同的标志物，因此每次获取标志点时只能放置一个标志物，在获取到该标志物的标志点的标志像素坐标和标志机械坐标之后再更换标志物的位置，以获取下一个标志物的标志点的标志像素坐标和标志机械坐标。
步骤S103、基于上述第一基准像素坐标，控制上述机械臂末端在上述第一高度位置水平移动，以分别获取上述m个标志点的第一标志机械坐标；
其中，上述第一标志机械坐标为：当相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与上述第一基准像素坐标之间的距离不大于预设距离阈值时，上述机械臂末端在机械臂坐标系中的坐标。
在应用中，预设距离阈值用于限制相应标志点在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与第一基准像素坐标之间的最大距离，通过调整预设距离阈值的大小可以确定手眼标定精度，具体地，预设距离阈值越小，手眼标定精度越高，预设距离阈值越大，手眼标定精度越低。
在应用中，可以按照第1个标志点至第m个标志点的顺序一一获取m个标志点的第一标志机械坐标；当机械臂末端在第一高度位置水平移动时，视觉传感器与机械臂末端同步移动，此时相应标志点在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标也同步发生变化，而第一基准像素坐标保持不变，当相应标志点在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与第一基准像素坐标之间的距离不大于预设距离阈值时，说明相应标志点和机械臂末端在水平位置上距离足够靠近并满足手眼标定精度，此时可以记录机械臂末端在机械臂坐标系中的坐标以获取该标志点的第一标志机械坐标；机械臂坐标系可以是预设的坐标系，机械臂坐标系可以为机械臂水平移动范围内的任意一点赋予坐标，以通过输入机械坐标控制机械臂精确地移动到机械坐标所对应的水平位置。
如图6所示，示例性的示出了当标志点i在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与第一基准像素坐标之间的距离大于预设距离阈值时，在控制机械臂末端在第一高度位置水平移动至另一水平位置之前的基准点在视觉坐标系中的第一基准像素坐标61、标志物62、标志点63在视觉传感器获取的画面64中的相关位置关系。
如图7所示，基于图6的相对位置关系，示例性的示出了当标志点i在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与第一基准像素坐标之间的距离小于预设距离阈值时，基准点在视觉坐标系中的第一基准像素坐标71、标志物72、标志点73在视觉传感器获取的画面74中的相关位置关系。
步骤S104、基于上述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标进行手眼标定，得到上述机械臂末端在上述第一高度位置和第一预设水平位置的手眼标定结果。
在应用中，通过至少3个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标之间的对应关系，可以得到机械臂末端在第一高度位置和第一预设水平位置的手眼标定结果；标志点的数量和手眼标定精度之间呈正相关关系。
在一个实施例中，步骤S104包括：
上述手眼标定结果为坐标转换矩阵，上述坐标转换矩阵以上述视觉传感器的视觉坐标系中任一点的坐标作为输入变量，并以上述机械臂末端在上述机械臂坐标系中的坐标作为输出结果；
上述基于上述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标进行手眼标定包括：
基于上述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标，对待求解的坐标转换矩阵进行求解，得到求解后的坐标转换矩阵。
在应用中，待求解的坐标转换矩阵、m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标的关系式可以是：
其中，
表示第一标志像素坐标的矩阵，Pix表示标志点i在视觉坐标系下的第一
标志像素坐标的横坐标，Piy表示标志点i在视觉坐标系下的第一标志像素坐标的纵坐标，
表示待求解的坐标转换矩阵，a1、a2、b1、b2、c1、c2表示坐标转换矩阵的系数，
表示第一标志机械坐标的矩阵，Mix表示标志点i的第一标志机械坐标的横坐标，Miy表示标
志点i的第一标志机械坐标的纵坐标。
在应用中，当机械臂末端所在高度位置或水平位置中的一个因素发生变化时，视觉传感器的视野会发生变化，每个标志点的第一标志像素坐标也会发生变化，导致机械部末端位于不同高度位置或不同水平位置下坐标转换矩阵是不同的，因此，要保证获取每个标志点的第一标志像素坐标时，机械臂末端所在高度位置和水平位置不变。
在应用中，求解坐标转换矩阵需要至少三个标志点的第一标志像素坐标和对应的第一标志机械坐标。求解后的坐标转换矩阵可以以视觉传感器的视觉坐标系中任一点的坐标作为输入变量，并以机械臂末端在机械臂坐标系中的坐标作为输出结果，从而实现视觉坐标系的坐标到机械臂坐标系的坐标的转换。
如图8所示，在一个实施例中，基于图1所对应的实施例，步骤S103包括如下步骤S801至步骤S804：
针对上述m个标志点中的每一标志点i执行如下动作：
步骤S801、判断标志点i在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与上述第一基准像素坐标之间的距离是否不大于上述预设距离阈值；
当上述判断的结果为否时，执行步骤S802；当上述判断结果为是时，执行步骤S804。
步骤S802、根据当前标志点i与上述基准点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的位置关系，确定移动方向和移动步长。
在应用中，当判断的结果为否时，说明当前标志点i和机械臂末端在水平位置上距离过远且不满足手眼标定精度，需要控制机械臂末端进一步移动以在水平位置上靠近标志点；根据当前标志点i与基准点在视觉传感器的视觉坐标系中的位置关系，可以确定移动方向和移动步长，其中，移动步长可以根据当前标志点i在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与第一基准像素坐标之间的距离和比例系数计算得到，具体的，通过将当前标志点i在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与第一基准像素坐标之间的距离乘以比例系数，可以得到移动步长；其中，i∈[1,m]。
步骤S803、基于上述移动方向和上述移动步长控制上述机械臂末端在上述第一高度位置水平移动至另一水平位置。
在应用中，可以根据移动方向和移动步长获取一个机械臂坐标系中的坐标，并根据该机械臂坐标系中的坐标，控制机械臂末端保持第一高度位置不变并水平移动至另一水平位置；在上述另一水平位置返回执行上述判断标志点i在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与上述第一基准像素坐标之间的距离是否不大于上述预设距离阈值的步骤及后续步骤，直至上述判断的结果为是。
步骤S804、获取当前标志点i的第一标志机械坐标。
在应用中，在机械臂末端到达另一水平位置之后，再次执行判断标志点i在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与第一基准像素坐标之间的距离是否不大于预设距离阈值的步骤及后续步骤，直至判断的结果为是，说明当前标志点i和机械臂末端在水平位置上距离足够靠近并满足手眼标定精度，此时可以记录机械臂末端在机械臂坐标系中的坐标以获取当前标志点i的第一标志机械坐标。
如图9所示，在一个实施例中，基于图1所对应的实施例，步骤S104之后，还包括如下步骤S901至步骤S904：
步骤S901、获取第二基准像素坐标；
其中，上述第二基准像素坐标为上述机械臂末端在第二高度位置对准上述基准点时，上述基准点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，上述第二高度位置与上述第一高度位置不同。
在应用中，步骤S901中获取第二基准像素坐标和步骤中S101获取第一基准像素坐标的方式相同，在此不再赘述。区别在于，第二高度位置与第一高度位置不同，第二高度位置可以低于第一高度位置，使视觉传感器和基准点与标志点的垂直距离降低，从而可以提高视觉传感器获取到的图像的清晰度，以提高手眼标定的精度。
在一个实施例中，步骤S901包括：
基于上述基准机械坐标，控制上述机械臂末端移动至上述第二高度位置并对准上述基准点，以获取上述第二基准像素坐标。
在应用中，可以控制机械臂末端移动至基准机械坐标，此时机械臂末端在水平位置上对准基准点，再控制机械臂末端垂直移动到第二高度位置；也可以先控制机械臂末端垂直移动到第二高度位置，再控制机械臂末端移动至基准机械坐标以对准基准点；还可以控制机械臂末端同时进行垂直和水平移动，以移动至第二高度位置并对准机械准点，从而获取第二基准像素坐标；本申请实施例对机械臂末端执行移动时的顺序不作任何限制。
步骤S902、分别获取n个标志点的第二标志像素坐标；
其中，上述第二标志像素坐标为上述机械臂末端在上述第二高度位置和第二预设水平位置时，相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，上述n为不小于3的自然数。
在应用中，步骤S902中获取n个标志点的第二标志像素坐标和步骤S102中获取m个标志点的第一标志像素坐标的方式相同，在此不再赘述。区别在于，当机械臂末端在第二高度位置获取标志点的第二标志像素坐标时，标志点的数量n由视觉传感器视野内标志点的数量决定，标志点的数量n可以等于m，也可以不等于m；第二预设水平位置和第一预设水平位置可以是相同的。
步骤S903、基于上述第二基准像素坐标，控制上述机械臂末端在上述第二高度位置水平移动，以分别获取上述n个标志点的第二标志机械坐标；
其中，上述第二标志机械坐标为：当相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与上述第二基准像素坐标之间的距离不大于上述预设距离阈值时，上述机械臂末端在上述机械臂坐标系中的坐标；
步骤S904、基于上述n个标志点的第二标志像素坐标和第二标志机械坐标进行手眼标定，得到上述机械臂末端在上述第二高度位置和上述第二预设水平位置的手眼标定结果。
在应用中，步骤S903中获取n个标志点的第二标志机械坐标和步骤S103中获取m个标志点的第一标志机械坐标的方式相同，以及步骤S904中得到手眼标定结果和步骤S104中得到手眼标定结果的方式相同，在此不再赘述。
如图10所示，本申请实施例提供的自动手眼标定方法，包括如下步骤S1001至步骤S1007：
步骤S1001、获取第一基准像素坐标；
步骤S1002、获取第二基准像素坐标。
在应用中，步骤S1001中获取第一基准像素坐标和上述实施例中的步骤S101中获取第一基准像素坐标方法相同，步骤S1002中获取第二基准像素坐标和上述实施例中的步骤S901中获取第二基准像素坐标方法相同，在此不再赘述。区别在于，在获取第一基准像素坐标时，机械臂末端在第一高度位置对准基准点，因此在获取第一基准像素坐标之后，机械臂末端水平位置上仍对准基准点，只需要通过控制机械臂末端垂直移动至第二高度位置，就可以进行第二基准像素坐标的获取，获取第一基准像素坐标和获取第二基准像素坐标不需要进行记录基准机械坐标。
步骤S1003、分别获取m个标志点的第一标志像素坐标；
在应用中，步骤S1003分别获取m个标志点的第一标志像素坐标的方法和上述实施中的步骤S102分别获取m个标志点的第一标志像素坐标的方法相同，在此不再赘述；
步骤S1004、基于上述第一基准像素坐标，控制上述机械臂末端在上述第一高度位置水平移动，以分别获取上述m个标志点的第一标志机械坐标。
在应用中，步骤S1004中分别获取上述m个标志点的第一标志机械坐标和上述实施例中的步骤S103中分别获取上述m个标志点的第一标志机械坐标的方法相同，在此不再赘述。区别在于，视觉传感器获取到的画面的清晰度由视觉传感器的分辨率、光圈大小或软件设置等多种硬件或软件因素确定，受限于视觉传感器的硬件或软件因素，当视觉传感器和标志点的距离过远时，容易出现视觉传感器获取到的画面模糊而无法准确识别标志点，或者机械臂末端基于移动方向和移动步长多次移动后，当前标志点i在所视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与第一基准像素坐标之间的距离仍大于预设距离阈值，从而无法获取当前标志点i的第一标志机械坐标；其中，可以在判断标志点i在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与上述第一基准像素坐标之间的距离是否不大于上述预设距离阈值之前，判断机械臂末端基于移动方向和移动步长的移动次数是否达到预设次数，若机械臂末端基于移动方向和移动步长的移动次数达到预设次数，记录标志点i的第一标志机械坐标获取失败，并当i小于m时，进入判断标志点i+1在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与上述第一基准像素坐标之间的距离是否不大于上述预设距离阈值的步骤，或者当i=m时，进入步骤S1005，若机械臂末端基于移动方向和移动步长的移动次数未达到预设次数，进入步骤判断标志点i在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与上述第一基准像素坐标之间的距离是否不大于上述预设距离阈值；其中，标志点i的第一标志机械坐标获取失败的记录可以存储于终端或服务器的存储器中。
步骤S1005、判断是否获取上述到m个标志点的第一标志机械坐标。
在应用中，通过检测标志点i的第一标志机械坐标获取失败的记录，可以判断是否获取到m个标志点的第一标志机械坐标；具体的，当检测得到标志点i的第一标志机械坐标获取失败的记录，说明未获取到m个标志点的第一标志机械坐标，进入步骤S1006；当检测未得到标志点i的第一标志机械坐标获取失败的记录，说明已获取到m个标志点的第一标志机械坐标，进入步骤S1007。
步骤S1006、基于上述第二基准像素坐标，控制上述机械臂末端在上述第二高度位置水平移动，以分别获取上述m个标志点的第二标志机械坐标。
在应用中，当未获取到m个标志点的第一标志机械坐标时，可以控制机械臂末端垂直移动至第二高度位置，并基于第二基准像素坐标，控制机械臂末端在第二高度位置水平移动，以分别获取m个标志点的第二标志机械坐标；具体的，可以基于第一标志机械坐标获取失败的记录，对第一标志机械坐标获取失败的标志点进行第二标志机械坐标的获取，以保证m个标志点都获取到标志机械坐标，也可以直接获取m个标志点的第二标志机械坐标，以获取到相对第一标志机械坐标精度更高的第二标志机械坐标。
在应用中，当未获取到m个标志点的第二标志机械坐标时，说明当机械臂末端位于第二高度位置时，视觉传感器获取到的画面的清晰度不够高，需要在相比第二高度位置更低的高度位置获取m个标志点的标志机械坐标，可以根据实际需要选择高度位置的高低和高度位置的数量以获取m个标志点在对应高度下的标志机械坐标，需要注意的是，执行相比第二高度位置更低的高度位置获取m个标志点的标志机械坐标的步骤与步骤S1005和步骤S1006的方式相同，在此不再赘述，且在对应高度获取m个标志点的标志机械坐标，需要在步骤S1003之前获取对应高度下的基准像素坐标。
步骤S1007、基于上述m个标志点的第一标志像素坐标、上述m个标志点的第一标志机械坐标和上述m个标志点的第二标志机械坐标，得到上述机械臂末端在上述第一高度位置和上述预设水平位置的手眼标定结果。
在应用中，步骤S1007和上述实施例中的步骤S104的方法相同，在此不再赘述。区别在于，当标志点i有第一标志机械坐标，没有第二标志机械坐标时，取标志点i的第一标志机械坐标获取机械臂末端在预设水平位置的手眼标定结果；当标志点i有第一标志机械坐标和第二标志机械坐标，或者，当标志点i有第二标志机械坐标，没有第一标志机械坐标时，取标志点i的第二标志机械坐标获取机械臂末端在预设水平位置的手眼标定结果；由于机械臂坐标系中的坐标可以表示机械臂末端所在的水平位置，通过将作为输出结果的机械臂末端在机械臂坐标系中的坐标和高度位置输入终端或服务器中，可以准确控制机械臂末端移动至对应位置，以实现自动手眼标定。
在应用中，可以根据实际需要获取至少三个标志点在不同高度位置下的标志像素坐标，基于上述至少三个标志点在一个高度位置下的标志像素坐标、上述至少三个标志点的第一标志机械坐标和上述至少三个标志点的第二标志机械坐标，可以得到上述机械臂末端在上述一个高度位置和上述预设水平位置的手眼标定结果。
本申请实施例提供的自动手眼标定方法，通过获取第一基准像素坐标；分别获取m个标志点的第一标志像素坐标；基于上述第一基准像素坐标，控制机械臂末端在第一高度位置水平移动，以分别获取上述m个标志点的第一标志机械坐标，并基于上述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标进行手眼标定，得到上述机械臂末端在上述第一高度位置和第一预设水平位置的手眼标定结果。该自动手眼标定方法可以自动获取各个标志点的标志像素坐标和标志机械坐标，无需手动移动机械臂末端至各个标志点所在位置，因此，可有效减少自动手眼标定过程中的人工干预，提高自动化程度和标定精度。
应理解，上述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，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
如图11所示，本申请实施例还提供一种自动手眼标定装置，用于执行上述自动手眼标定方法实施例中的步骤。自动手眼标定装置可以是终端设备中的虚拟装置（virtualappliance），由终端设备的处理器运行，也可以是终端设备本身。
如图11所示，本申请实施例提供的自动手眼标定装置11，包括：
基准像素坐标获取模块111，用于获取第一基准像素坐标，其中，上述第一基准像素坐标为机械臂末端在第一高度位置对准基准点时，上述基准点在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，上述视觉传感器与上述机械臂末端的移动同步；
标志像素坐标获取模块112，用于分别获取m个标志点的第一标志像素坐标，其中，上述第一标志像素坐标为上述机械臂末端在上述第一高度位置和第一预设水平位置时，相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，上述m为不小于3的自然数，上述标志点与上述基准点位于同一水平面；
标志机械坐标获取模块113，用于基于上述第一基准像素坐标，控制上述机械臂末端在上述第一高度位置水平移动，以分别获取上述m个标志点的第一标志机械坐标，其中，上述第一标志机械坐标为：当相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与上述第一基准像素坐标之间的距离不大于预设距离阈值时，上述机械臂末端在机械臂坐标系中的坐标；
处理模块114，用于基于上述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标进行手眼标定，得到上述机械臂末端在上述第一高度位置和第一预设水平位置的手眼标定结果。
在一个实施例中，上述标志像素坐标获取模块112，还用于分别获取n个标志点的第二标志像素坐标，其中，上述第二标志像素坐标为上述机械臂末端在上述第二高度位置和第二预设水平位置时，相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，上述n为不小于3的自然数；
上述标志机械坐标获取模块113，还用于基于上述第二基准像素坐标，控制上述机械臂末端在上述第二高度位置水平移动，以分别获取上述n个标志点的第二标志机械坐标，其中，上述第二标志机械坐标为：当相应标志点在上述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与上述第二基准像素坐标之间的距离不大于上述预设距离阈值时，上述机械臂末端在上述机械臂坐标系中的坐标；
上述处理模块114，还用于基于上述n个标志点的第二标志像素坐标和第二标志机械坐标进行手眼标定，得到上述机械臂末端在上述第二高度位置和上述第二预设水平位置的手眼标定结果。
在一个实施例中，上述自动手眼标定装置11，还包括：
基准机械坐标记录模块，用于记录基准机械坐标，其中，上述基准机械坐标为上述机械臂末端在上述第一高度位置对准上述基准点时，上述机械臂末端在上述机械臂坐标系中的坐标；还用于基于上述基准机械坐标，控制上述机械臂末端移动至上述第二高度位置并对准上述基准点，以获取上述第二基准像素坐标。
在应用中，自动手眼标定装置中的各模块可以为软件程序模块，也可以通过处理器中集成的不同逻辑电路实现，还可以通过多个分布式处理器实现。
如图12所示，本申请实施例还提供一种自动手眼标定装置12，包括处理器121以及存储器122，上述存储器122存储有计算机程序123，上述处理器121执行上述计算机程序123时实现上述各个自动手眼标定方法实施例的步骤。
本领域技术人员可以理解，图12仅仅是自动手眼标定装置的举例，并不构成对自动手眼标定装置的限定，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，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。
在应用中，处理器可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），该处理器还可以是其他通用处理器、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）或者其他可编程逻辑器件、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。
在应用中，存储器在一些实施例中可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器在另一些实施例中也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（SecureDigital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序（BootLoader）、数据以及其他程序等，例如计算机程序的程序代码等。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本申请实施例还提供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，计算机程序被控制器执行时实现可实现上述各个自动手眼标定方法实施例中的步骤。
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。在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自动手眼标定方法，其特征在于，包括：
获取第一基准像素坐标，其中，所述第一基准像素坐标为机械臂末端在第一高度位置对准基准点时，所述基准点在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，所述视觉传感器与所述机械臂末端的移动同步；
分别获取m个标志点的第一标志像素坐标，其中，所述第一标志像素坐标为所述机械臂末端在所述第一高度位置和第一预设水平位置时，相应标志点在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，所述m为不小于3的自然数，所述标志点与所述基准点位于同一水平面；
基于所述第一基准像素坐标，控制所述机械臂末端在所述第一高度位置水平移动，以分别获取所述m个标志点的第一标志机械坐标，其中，所述第一标志机械坐标为：当相应标志点在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与所述第一基准像素坐标之间的距离不大于预设距离阈值时，所述机械臂末端在机械臂坐标系中的坐标；
基于所述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标进行手眼标定，得到所述机械臂末端在所述第一高度位置和第一预设水平位置的手眼标定结果。
2.如权利要求1所述的自动手眼标定方法，其特征在于，所述自动手眼标定方法还包括：
获取第二基准像素坐标，其中，所述第二基准像素坐标为所述机械臂末端在第二高度位置对准所述基准点时，所述基准点在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，所述第二高度位置与所述第一高度位置不同；
分别获取n个标志点的第二标志像素坐标，其中，所述第二标志像素坐标为所述机械臂末端在所述第二高度位置和第二预设水平位置时，相应标志点在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，所述n为不小于3的自然数；
基于所述第二基准像素坐标，控制所述机械臂末端在所述第二高度位置水平移动，以分别获取所述n个标志点的第二标志机械坐标，其中，所述第二标志机械坐标为：当相应标志点在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与所述第二基准像素坐标之间的距离不大于所述预设距离阈值时，所述机械臂末端在所述机械臂坐标系中的坐标；
基于所述n个标志点的第二标志像素坐标和第二标志机械坐标进行手眼标定，得到所述机械臂末端在所述第二高度位置和所述第二预设水平位置的手眼标定结果。
3.如权利要求2所述的自动手眼标定方法，其特征在于，所述自动手眼标定方法还包括：记录基准机械坐标，其中，所述基准机械坐标为所述机械臂末端在所述第一高度位置对准所述基准点时，所述机械臂末端在所述机械臂坐标系中的坐标；
所述获取第二基准像素坐标，之前包括：
基于所述基准机械坐标，控制所述机械臂末端移动至所述第二高度位置并对准所述基准点，以获取所述第二基准像素坐标。
4.如权利要求1至3任一项所述的自动手眼标定方法，其特征在于，所述基于所述第一基准像素坐标，控制所述机械臂末端在所述第一高度位置水平移动，以分别获取所述m个标志点的第一标志机械坐标，包括：
针对所述m个标志点中的每一标志点i执行如下动作：
判断标志点i在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与所述第一基准像素坐标之间的距离是否不大于所述预设距离阈值；
当所述判断的结果为否时，根据当前标志点i与所述基准点在所述视觉传感器的视觉坐标系中的位置关系，确定移动方向和移动步长；
基于所述移动方向和所述移动步长控制所述机械臂末端在所述第一高度位置水平移动至另一水平位置；
在所述另一水平位置返回执行所述判断标志点i在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与所述第一基准像素坐标之间的距离是否不大于所述预设距离阈值的步骤及后续步骤，直至所述判断的结果为是；
当所述判断的结果为是时，获取当前标志点i的第一标志机械坐标。
5.如权利要求1至3任一项所述的自动手眼标定方法，其特征在于，所述手眼标定结果为坐标转换矩阵，所述坐标转换矩阵以所述视觉传感器的视觉坐标系中任一点的坐标作为输入变量，并以所述机械臂末端在所述机械臂坐标系中的坐标作为输出结果；
所述基于所述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标进行手眼标定包括：
基于所述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标，对待求解的坐标转换矩阵进行求解，得到求解后的坐标转换矩阵。
6.一种自动手眼标定装置，其特征在于，包括：
基准像素坐标获取模块，用于获取第一基准像素坐标，其中，所述第一基准像素坐标为机械臂末端在第一高度位置对准基准点时，所述基准点在视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，所述视觉传感器与所述机械臂末端的移动同步；
标志像素坐标获取模块，用于分别获取m个标志点的第一标志像素坐标，其中，所述第一标志像素坐标为所述机械臂末端在所述第一高度位置和第一预设水平位置时，相应标志点在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，所述m为不小于3的自然数，所述标志点与所述基准点位于同一水平面；
标志机械坐标获取模块，用于基于所述第一基准像素坐标，控制所述机械臂末端在所述第一高度位置水平移动，以分别获取所述m个标志点的第一标志机械坐标，其中，所述第一标志机械坐标为：当相应标志点在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与所述第一基准像素坐标之间的距离不大于预设距离阈值时，所述机械臂末端在机械臂坐标系中的坐标；
处理模块，用于基于所述m个标志点的第一标志像素坐标和第一标志机械坐标进行手眼标定，得到所述机械臂末端在所述第一高度位置和第一预设水平位置的手眼标定结果。
7.如权利要求6所述的自动手眼标定装置，其特征在于，所述基准像素坐标获取模块，还用于获取第二基准像素坐标，其中，所述第二基准像素坐标为所述机械臂末端在第二高度位置对准所述基准点时，所述基准点在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，所述第二高度位置与所述第一高度位置不同；
所述标志像素坐标获取模块，还用于分别获取n个标志点的第二标志像素坐标，其中，所述第二标志像素坐标为所述机械臂末端在所述第二高度位置和第二预设水平位置时，相应标志点在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标，所述n为不小于3的自然数；
所述标志机械坐标获取模块，还用于基于所述第二基准像素坐标，控制所述机械臂末端在所述第二高度位置水平移动，以分别获取所述n个标志点的第二标志机械坐标，其中，所述第二标志机械坐标为：当相应标志点在所述视觉传感器的视觉坐标系中的坐标与所述第二基准像素坐标之间的距离不大于所述预设距离阈值时，所述机械臂末端在所述机械臂坐标系中的坐标；
所述处理模块，还用于基于所述n个标志点的第二标志像素坐标和第二标志机械坐标进行手眼标定，得到所述机械臂末端在所述第二高度位置和所述第二预设水平位置的手眼标定结果。
8.如权利要求7所述的自动手眼标定装置，其特征在于，所述自动手眼标定装置还包括：
基准机械坐标记录模块，用于记录基准机械坐标，其中，所述基准机械坐标为所述机械臂末端在所述第一高度位置对准所述基准点时，所述机械臂末端在所述机械臂坐标系中的坐标；
所述基准像素坐标获取模块，还用于基于所述基准机械坐标，控制所述机械臂末端移动至所述第二高度位置并对准所述基准点，以获取所述第二基准像素坐标。
9.一种自动手眼标定装置，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述自动手眼标定方法的步骤。
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5任一项所述自动手眼标定方法的步骤。
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