CN114310901A - 用于机器人的坐标系标定方法、装置、系统以及介质 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于机器人的坐标系标定方法、装置、系统以及存储介质，其中的方法包括：控制机器人的执行部件进行平移运动，获取执行部件的第一坐标信息、摄像装置对于标定板采集的第二坐标信息，用以确定旋转矩阵；控制执行部件进行旋转运动，获取摄像装置对于标定板采集的第三坐标信息，用以确定平移矩阵。本公开的方法、装置、系统以及存储介质，通过设置标定板并进行自动化的数据采集以及计算，能够分别求解转动矩阵与平移矩阵，实现了对于四自由度机器人的自动化标定，标定操作简便并且标定结果准确，无需进行人工调整，适用性和鲁棒性较好，提高了用户使用感受。

Description

用于机器人的坐标系标定方法、装置、系统以及介质

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于机器人的坐标系标定方法、装置、系统以及存储介质。

背景技术

视觉引导机器人作业是智能仓储自动化的常见应用，用于小件商品进箱拣选、中件商品拆码垛、商品分拨等场景。视觉引导机器人需要标定相机坐标系与世界坐标系的关系，将视觉系统输出的目标拣选位姿转换到世界坐标系下，引导机器人作业。目前，对于六自由度机器人可以采用手眼标定方法等进行标定，但是，四自由度机器人只有绕z轴的转动，通过现有的手眼标定方法无法得出对于四自由度机器人的转动矩阵，因此，现有的对于六自由度机器人的手眼标定方法不适用四自由度机器人。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种用于机器人的坐标系标定方法、装置、系统以及存储介质。

根据本公开的第一方面，提供一种用于机器人的坐标系标定方法，包括：控制机器人的执行部件进行平移运动，获取所述执行部件与所述平移运动相对应的第一坐标信息；其中，所述机器人为四自由度机器人，所述第一坐标信息为世界坐标系下的坐标信息；获取所述机器人的摄像装置对于标定板采集的第二坐标信息；其中，所述标定板与所述世界坐标系的对应坐标平面相平行，所述第二坐标信息为相机坐标系下的坐标信息；基于所述第一坐标信息和所述第二坐标信息，确定旋转矩阵；控制所述执行部件进行旋转运动，获取所述摄像装置对于所述标定板采集的第三坐标信息；其中，所述第三坐标信息为所述相机坐标系下的坐标信息；根据所述标定板与所述执行部件之间的位置关系，确定所述标定板与所述执行部件之间的偏差向量；基于所述第一坐标信息、所述偏差向量、所述旋转矩阵和所述第三坐标信息确定平移矩阵。

可选地，所述基于所述第一坐标信息、所述偏差向量、所述旋转矩阵和所述第三坐标信息确定平移矩阵包括：基于所述旋转矩阵和所述第三坐标信息，计算平移偏差；根据所述第一坐标信息、所述偏差向量和所述平移偏差，确定所述平移矩阵。

可选地，所述基于所述旋转矩阵和所述第三坐标信息，计算平移偏差包括：计算所述旋转矩阵和所述第三坐标信息的乘积，作为所述平移偏差；所述根据所述第一坐标信息、所述偏差向量和所述平移偏差，确定所述平移矩阵包括：基于所述第一坐标信息和所述偏差向量的和，确定标定板坐标信息；根据所述标定板坐标信息与所述平移偏差的差，确定所述平移矩阵

可选地，所述根据所述标定板与所述执行部件之间的位置关系，确定所述标定板与所述执行部件之间的偏差向量包括：获取所述标定板与所述世界坐标系的对应坐标平面之间的垂直距离；基于所述垂直距离与所述世界坐标系的轴的方向信息，构建所述偏差向量。

可选地，所述基于所述第一坐标信息和所述第二坐标信息，确定旋转矩阵包括：基于所述第一坐标信息构建与所述世界坐标系相对应的第一平移矩阵；基于所述第二坐标信息构建与所述相机坐标系相对应的第二平移矩阵；根据所述第一平移矩阵和所述第二平移矩阵，确定所述旋转矩阵。

可选地，所述根据所述第一平移矩阵和所述第二平移矩阵，确定所述旋转矩阵包括：基于所述第一平移矩阵与所述第二平移矩阵进行三维仿射变换处理，用以确定所述旋转矩阵。

可选地，所述获取所述机器人的摄像装置对于标定板采集的第二坐标信息包括：在所述标定板上确定基准点；获取所述摄像装置对于所述基准点采集的第二坐标信息。

根据本公开的第二方面，提供一种用于机器人的坐标系标定装置，包括：第一坐标获取模块，用于控制机器人的执行部件进行平移运动，获取所述执行部件与所述平移运动相对应的第一坐标信息；其中，所述机器人为四自由度机器人，所述第一坐标信息为世界坐标系下的坐标信息；第二坐标获取模块，用于获取所述机器人的摄像装置对于标定板采集的第二坐标信息；其中，所述标定板与所述世界坐标系的对应坐标平面相平行，所述第二坐标信息为相机坐标系下的坐标信息；旋转矩阵确定模块，用于基于所述第一坐标信息和所述第二坐标信息，确定旋转矩阵；第三坐标获取模块，用于控制所述执行部件进行旋转运动，获取所述摄像装置对于所述标定板采集的第三坐标信息；其中，所述第三坐标信息为所述相机坐标系下的坐标信息；偏差向量确定模块，用于根据所述标定板与所述执行部件之间的位置关系，确定所述标定板与所述执行部件之间的偏差向量；平移矩阵确定模块，用于基于所述第一坐标信息、所述偏差向量、所述旋转矩阵和所述第三坐标信息确定平移矩阵。

可选地，所述平移矩阵确定模块，包括：偏差计算单元，用于基于所述旋转矩阵和所述第三坐标信息，计算平移偏差；平移确定单元，用于根据所述第一坐标信息、所述偏差向量和所述平移偏差，确定所述平移矩阵。

可选地，所述偏差计算单元，具体用于计算所述旋转矩阵和所述第三坐标信息的乘积，作为所述平移偏差；所述平移确定单元，具体用于基于所述第一坐标信息和所述偏差向量的和，确定标定板坐标信息；根据所述标定板坐标信息与所述平移偏差的差，确定所述平移矩阵

可选地，所述偏差向量确定模块，具体用于获取所述标定板与所述世界坐标系的对应坐标平面之间的垂直距离；基于所述垂直距离与所述世界坐标系的轴的方向信息，构建所述偏差向量。

可选地，所述旋转矩阵确定模块，包括：矩阵构建单元，用于基于所述第一坐标信息构建与所述世界坐标系相对应的第一平移矩阵；基于所述第二坐标信息构建与所述相机坐标系相对应的第二平移矩阵；矩阵计算单元，用于根据所述第一平移矩阵和所述第二平移矩阵，确定所述旋转矩阵。

可选地，所述矩阵计算单元，具体用于基于所述第一平移矩阵与所述第二平移矩阵进行三维仿射变换处理，用以确定所述旋转矩阵。

可选地，所述第二坐标获取模块，用于在所述标定板上确定基准点；获取所述摄像装置对于所述基准点采集的第二坐标信息。

根据本公开的第三方面，提供一种用于机器人的坐标系标定装置，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如上所述的方法。

根据本公开的第四方面，提供一种坐标系标定系统，包括：标定板、如上所述的用于机器人的坐标系标定装置。

根据本公开的第五方面，提供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指令，所述指令被处理器执行如上所述的方法。

本公开的用于机器人的坐标系标定方法、装置、系统以及存储介质，设置标定板与世界坐标系的对应坐标平面相平行，在控制机器人的执行部件进行平移运动的过程中，获取执行部件的第一坐标信息和摄像装置对于标定板采集的第二坐标信息，用以确定旋转矩阵；控制执行部件进行旋转运动，获取摄像装置采集的第三坐标信息，用以确定平移矩阵；通过设置标定板并进行自动化的数据采集以及计算，能够分别求解转动矩阵与平移矩阵，实现了对于四自由度机器人的自动化标定，标定操作简便并且标定结果准确，无需进行人工调整，适用性和鲁棒性较好，提高了用户使用感受。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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他的附图。

图1为根据本公开的用于机器人的坐标系标定方法的一个实施例的流程示意图；

图2为标定板的设置示意图；

图3为根据本公开的用于机器人的坐标系标定方法的一个实施例中的确定旋转矩阵的流程示意图；

图4为根据本公开的用于机器人的坐标系标定方法的一个实施例中的确定平移矩阵的流程示意图；

图5为根据本公开的用于机器人的坐标系标定装置的一个实施例的模块示意图；

图6为根据本公开的用于机器人的坐标系标定装置的一个实施例的模块示意图；

图7为根据本公开的用于机器人的坐标系标定装置的一个实施例的模块示意图；

图8为根据本公开的用于机器人的坐标系标定装置的另一个实施例的模块示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本公开进行更全面的描述，其中说明本公开的示例性实施例。下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

下文中的“第一”、“第二”等仅用于描述上相区别，并没有其他特殊的含义。

视觉引导机器人需要标定相机坐标系与机器人的世界坐标系的关系。由于现有的对于六自由度机器人的手眼标定方法无法得出对于四自由度机器人的转动矩阵R以及平移矩阵T，因此不适用于四自由度机器人。本公开针对四自由度机器人提出一中自动化标定方法。

图1为根据本公开的用于机器人的坐标系标定方法的一个实施例的流程示意图，如图1所示：

步骤101，控制机器人的执行部件进行平移运动，获取执行部件与平移运动相对应的第一坐标信息。

在一个实施例中，机器人的执行部件为机械手等工具。机器人为四自由度机器人，四自由度机器人是指机器人的执行部件可以沿世界坐标系的X、Y和Z轴移动，并且能够绕世界坐标系的Z轴转动，即执行部件只有一个转动方向。

通过机器人的控制装置控制执行部件进行平移运动，获取执行部件与平移运动相对应的第一坐标信息，第一坐标信息为世界坐标系下的坐标信息，即第一坐标信息为执行部件在世界坐标系中的X、Y和Z轴坐标。

步骤102，获取机器人的摄像装置对于标定板采集的第二坐标信息。

在一个实施例中，通过使用特定安装要求的标定板，实现自动化采集数据与结果求解。标定板与世界坐标系的对应坐标平面相平行，例如，标定板与世界坐标系中XOY坐标平面平行，O为世界坐标系的原点。

机器人的摄像装置可以为视觉系统中的3D相机等，第二坐标信息为相机坐标系下的坐标信息，即第二坐标信息为在控制机器人的执行部件进行平移运动过程中，通过3D相机等拍摄标定板的图像，基于图像确定标定板在相机坐标系统的X、Y和Z轴坐标。

如图2所示，标定板为特定设计的标定板，安装后的标定板的盘面(平面)与四自由度机器人的工具连杆垂直，即与四自由度机器人的世界坐标系中的z轴垂直，并且，机器人的工具末端(工具可以为执行部件等)到标定板的盘面的距离δz能够保证精度。在标定板上确定基准点，获取机器人的3D相机对于基准点采集的第二坐标信息。例如，标定板上设置有黑白相间的网格，将一个或多个网格的交接点作为基准点，采集基准点的第二坐标信息。

步骤103，基于第一坐标信息和第二坐标信息，确定旋转矩阵。

步骤104，控制执行部件进行旋转运动，获取摄像装置对于标定板采集的第三坐标信息。

在一个实施例中，控制四自由度机器人的执行部件仅绕世界坐标系的Z轴移动，在控制执行部件进行旋转运动的过程中，获取摄像装置对于标定板上的基准点采集的第三坐标信息，第三坐标信息为标定板在相机坐标系下的坐标信息。

步骤105，根据标定板与执行部件之间的位置关系，确定标定板与执行部件之间的偏差向量。

在一个实施例中，位置关系包括机器人的执行部件末端所在的世界坐标系中XOY坐标平面到标定板平面之间的垂直距离δz。获取标定板与世界坐标系的对应坐标平面之间的垂直距离δz，基于垂直距离δz与世界坐标系的轴的方向信息，构建偏差向量。

步骤106，基于第一坐标信息、偏差向量、旋转矩阵和第三坐标信息确定平移矩阵。

基于第一坐标信息和第二坐标信息确定旋转矩阵可以采用多种方法。图3为根据本公开的用于机器人的坐标系标定方法的一个实施例中的确定旋转矩阵的流程示意图，如图3所示：

步骤301，基于第一坐标信息构建与世界坐标系相对应的第一平移矩阵。

步骤302，基于第二坐标信息构建与相机坐标系相对应的第二平移矩阵。

步骤303，根据第一平移矩阵和第二平移矩阵，确定旋转矩阵。

根据第一平移矩阵和第二平移矩阵确定旋转矩阵可以采用多种方法。例如，基于第一平移矩阵与第二平移矩阵进行三维仿射变换处理，用以确定旋转矩阵。

在一个实施例中，在标定数据采集过程中，需要进行与机器人的执行部件相对应的世界坐标系、相机坐标系(标定板坐标系)的变换。六自由度机器人的手眼标定计算方法可简化为求解如下方程：

R^WR＝RR^C (1-1)；

R^WT+T^W＝RT^C+T (1-2)；

其中，R^W是在世界坐标系下、相对初始采集位置的转动矩阵(例如为3x3矩阵)，T^W是在世界坐标系下、相对初始采集位置的平移矩阵(例如为3x1矩阵)；R^C、T^C分别是在相机坐标下、相对初始采集位置的转动矩阵与平移矩阵；R与T为待求解的相机坐标系与世界坐标系之间的转动矩阵与平移矩阵。

利用转动矩阵的共轭关系和转动矢量表示，方程(1-1)等价为如下关系：

Rk^C＝k^W (1-3)；

其中，k^C、k^W分别为R^C、R^W对应的转动矢量(矢量方向代表转轴方向，矢量长度代表转动角度)。

求解方程(1-3)至少需要采集四组数据，假设采集N+1组(N≥3)手眼标定数据，则由方程(1-3)可构造如下关系：

记矩阵

则有：

RM₁＝M₂ (1-5)；

参数λ₁为表示k之间的大小关系的数值。对于四自由度机器人而言，因为机器人的执行部件只有绕z轴的转动，因此，所有数据满足

即不同的采集位置，世界坐标系与相机坐标系的转动变换只有转角的不同，转轴方向是一样的，因此，矩阵M₁与M₂的秩为1，无法通过求解(1-5)得出正确的转动矩阵R。

由上可知，使用现有的手眼标定方法虽然可以实现六自由度机器人的自动化标定，但对于四自由度机器人(机器人的执行机构末端的运动只包含空间平移与绕z轴的转动)无法使用现有的手眼标定方法的方式求解手眼标定结果。

虽然使用方程(1-1)或(1-3)无法求解四自由度机器人的手眼标定转动矩阵部分，但观察方程(1-2)可以发现，如果要求在整个数据采集过程中机器人末端保持初始位置姿态不变，则有R^W＝I，于是方程(1-2)可简化为：

RT^C＝T^W (1-6)；

其中，T^W与世界坐标系相对应的第一平移矩阵，T^C为与相机坐标系相对应的第二平移矩阵。

获取多组(最少三组)T^W与T^C。例如：

基于多组T^W与T^C进行三维仿射变换处理，用以确定旋转矩阵R。例如，可以使用OpenCV的estimateAffine3D函数，并基于多组T^W与T^C进行三维仿射变换处理，确定旋转矩阵R，可保证旋转矩阵R的正交性。例如，确定的旋转矩阵R为：

另外，对方程(1-6)可以进行矩阵转置处理，变换为(T^C)^tR^t＝(TW)t，可用奇异值分解求解，现有的OpenCV或Eigen库中都有已有的求解程序。

由上可知，标定的计算过程可以分两个步骤：第一步，固定机器人的执行部件的末端姿态，只控制机器人的执行部件平动，采集足量的数据(N≥4)，使用方程(1-6)计算相机坐标系与机器人坐标系(世界坐标系)之间的转动矩阵R；第二步，采集其他数据用于计算两个坐标系的平移矩阵T。

基于第一坐标信息、偏差向量、旋转矩阵和第三坐标信息确定平移矩阵可以采用多种方法。图4为根据本公开的用于机器人的坐标系标定方法的一个实施例中的确定平移矩阵的流程示意图，如图4所示：

步骤401，基于旋转矩阵和第三坐标信息，计算平移偏差。例如，计算旋转矩阵和第三坐标信息的乘积，作为平移偏差。

步骤402，根据第一坐标信息、偏差向量和平移偏差，确定平移矩阵。例如，基于第一坐标信息和偏差向量的和，确定标定板坐标信息，根据标定板坐标信息与平移偏差的差，确定平移矩阵。

在一个实施例中，在采集用于标定转动矩阵R的数据之后，采集两组数据：在某一位置采集一组数据(也可以利用采集用于标定转动矩阵R的最后一组数据)，之后控制机器人的执行部件末端不做平动，而做180°(也可以为90°等)转动，转动完之后再采集一组数据。利用这两组数据，结合相机给出的点云数据计算平移矩阵T。

由于四自由度机器人只有绕z轴的转动，而两组数据具有180°的转动关系，因此，标定板上同一个基准点的两组空间位置，其中心点必定在与机器人的世界坐标系z轴平行的轴上(转轴)，从两组数据的点云上提取对于相同的基准点的坐标，计算其中心点坐标(位于相机坐标系下)；再利用采集数据时机器人的执行部件末端在机器人的世界坐标系中的坐标，以及机器人的执行部件末端到标定板的距离δz，求解相机坐标系与世界坐标系之间的平移矩阵T。

假设标定板上相同基准点两次采集的位置中心坐标为X，采集数据时机器人的执行部件末端的坐标为Y，通过如下关系计算T：

T＝Y+ΔY-RX (1-7)；

其中，

即ΔY为偏差向量，δz为标定板与世界坐标系的对应坐标平面之间的垂直距离；R为第一步计算所得的转动矩阵，RX为平移偏差，X为第三坐标信息，Y为第一坐标信息，即Y为采集用于标定转动矩阵R的最后一组第一坐标信息，Y+ΔY为标定板坐标信息，即Y+ΔY为标定板相同基准点两次采集的位置中心点在世界坐标系下的坐标信息。

例如，在对四自由度机器人进行标注时，安装特制的标定板。固定机器人的执行部件末端姿态，控制机器人的执行部件进行平移运动，使用随机平动自动采集N组数据(N≥4)，记为A数据；在某一位置采集一组数据，然后固定机器人的执行部件端的平动，控制执行部件进行旋转运动并转动180°，采集第二组数据，记为数据B。

使用A数据，利用方程(1-6)计算相机坐标系与世界坐标系之间的转动矩阵R；利用数据B，计算两组数据中的标定板格点位置；利用数据B中的点云数据，计算两组数据中相同格点的中心点坐标，利用方程(1-7)计算相机坐标系与世界坐标系之间的平移矩阵T。

在一个实施例中，如图5所示，本公开提供一种用于机器人的坐标系标定装置50，包括第一坐标获取模块51、第二坐标获取模块52、旋转矩阵确定模块53、第三坐标获取模块54、偏差向量确定模块55和平移矩阵确定模块56。

第一坐标获取模块51控制机器人的执行部件进行平移运动，获取执行部件与平移运动相对应的第一坐标信息；其中，机器人为四自由度机器人，第一坐标信息为世界坐标系下的坐标信息。第二坐标获取模块52获取机器人的摄像装置对于标定板采集的第二坐标信息；其中，标定板与世界坐标系的对应坐标平面相平行，第二坐标信息为相机坐标系下的坐标信息。旋转矩阵确定模块53基于第一坐标信息和第二坐标信息，确定旋转矩阵。

第三坐标获取模块54控制执行部件进行旋转运动，获取摄像装置对于标定板采集的第三坐标信息；其中，第三坐标信息为相机坐标系下的坐标信息。偏差向量确定模块55根据标定板与执行部件之间的位置关系，确定标定板与执行部件之间的偏差向量。平移矩阵确定模块56基于第一坐标信息、偏差向量、旋转矩阵和第三坐标信息确定平移矩阵。

在一个实施例中，第二坐标获取模块52在标定板上确定基准点，获取摄像装置对于基准点采集的第二坐标信息。偏差向量确定模块55获取标定板与世界坐标系的对应坐标平面之间的垂直距离，基于垂直距离与世界坐标系的轴的方向信息，构建偏差向量。

如图6所示，平移矩阵确定模块56包括偏差计算单元561和平移确定单元562。偏差计算单元561基于旋转矩阵和第三坐标信息，计算平移偏差。平移确定单元562根据第一坐标信息、偏差向量和平移偏差，确定平移矩阵。

例如，偏差计算单元561计算旋转矩阵和第三坐标信息的乘积，作为平移偏差。平移确定单元562基于第一坐标信息和偏差向量的和，确定标定板坐标信息，根据标定板坐标信息与平移偏差的差，确定平移矩阵。

在一个实施例中，如图7所示，旋转矩阵确定模块53包括矩阵构建单元531和矩阵计算单元532。矩阵构建单元531基于第一坐标信息构建与世界坐标系相对应的第一平移矩阵，基于第二坐标信息构建与相机坐标系相对应的第二平移矩阵。矩阵计算单元532根据第一平移矩阵和第二平移矩阵，确定旋转矩阵。例如，矩阵计算单元532基于第一平移矩阵与第二平移矩阵进行三维仿射变换处理，用以确定旋转矩阵。

图8为根据本公开的用于机器人的坐标系标定装置的另一个实施例的模块示意图。如图8所示，该装置可包括存储器81、处理器82、通信接口83以及总线84。存储器81用于存储指令，处理器82耦合到存储器81，处理器82被配置为基于存储器81存储的指令执行实现上述的用于机器人的坐标系标定方法。

存储器81可以为高速RAM存储器、非易失性存储器(non-volatile memory)等，存储器81也可以是存储器阵列。存储器81还可能被分块，并且块可按一定的规则组合成虚拟卷。处理器82可以为中央处理器CPU，或专用集成电路ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit)，或者是被配置成实施本公开的用于机器人的坐标系标定方法的一个或多个集成电路。

在一个实施例中，本公开提供一种坐标系标定系统，包括标定板、如上任一个实施例中的用于机器人的坐标系标定装置。

在一个实施例中，本公开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指令，指令被处理器执行时实现如上任一个实施例中的用于机器人的坐标系标定方法。

上述实施例中的用于机器人的坐标系标定方法、装置、系统以及存储介质，设置标定板与世界坐标系的对应坐标平面相平行，在控制机器人的执行部件进行平移运动的过程中，获取执行部件的第一坐标信息和摄像装置对于标定板采集的第二坐标信息，用以确定旋转矩阵；控制执行部件进行旋转运动，获取摄像装置采集的第三坐标信息，用以确定平移矩阵；通过设置标定板并进行自动化的数据采集以及计算，能够分别求解转动矩阵与平移矩阵，实现了对于四自由度机器人的自动化标定，标定操作简便并且标定结果准确，无需进行人工调整，适用性和鲁棒性较好，提高了用户使用感受。

可能以许多方式来实现本公开的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。

本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (17)

1.一种用于机器人的坐标系标定方法，包括：

控制机器人的执行部件进行平移运动，获取所述执行部件与所述平移运动相对应的第一坐标信息；其中，所述机器人为四自由度机器人，所述第一坐标信息为世界坐标系下的坐标信息；

获取所述机器人的摄像装置对于标定板采集的第二坐标信息；其中，所述标定板与所述世界坐标系的对应坐标平面相平行，所述第二坐标信息为相机坐标系下的坐标信息；

基于所述第一坐标信息和所述第二坐标信息，确定旋转矩阵；

控制所述执行部件进行旋转运动，获取所述摄像装置对于所述标定板采集的第三坐标信息；其中，所述第三坐标信息为所述相机坐标系下的坐标信息；

根据所述标定板与所述执行部件之间的位置关系，确定所述标定板与所述执行部件之间的偏差向量；

基于所述第一坐标信息、所述偏差向量、所述旋转矩阵和所述第三坐标信息确定平移矩阵。

2.如权利要求1所述的方法，所述基于所述第一坐标信息、所述偏差向量、所述旋转矩阵和所述第三坐标信息确定平移矩阵包括：

基于所述旋转矩阵和所述第三坐标信息，计算平移偏差；

根据所述第一坐标信息、所述偏差向量和所述平移偏差，确定所述平移矩阵。

3.如权利要求2所述的方法，所述基于所述旋转矩阵和所述第三坐标信息，计算平移偏差包括：

计算所述旋转矩阵和所述第三坐标信息的乘积，作为所述平移偏差；

所述根据所述第一坐标信息、所述偏差向量和所述平移偏差，确定所述平移矩阵包括：

基于所述第一坐标信息和所述偏差向量的和，确定标定板坐标信息；

根据所述标定板坐标信息与所述平移偏差的差，确定所述平移矩阵。

4.如权利要求1所述的方法，所述根据所述标定板与所述执行部件之间的位置关系，确定所述标定板与所述执行部件之间的偏差向量包括：

获取所述标定板与所述世界坐标系的对应坐标平面之间的垂直距离；

基于所述垂直距离与所述世界坐标系的轴的方向信息，构建所述偏差向量。

5.如权利要求1所述的方法，所述基于所述第一坐标信息和所述第二坐标信息，确定旋转矩阵包括：

基于所述第一坐标信息构建与所述世界坐标系相对应的第一平移矩阵；

基于所述第二坐标信息构建与所述相机坐标系相对应的第二平移矩阵；

根据所述第一平移矩阵和所述第二平移矩阵，确定所述旋转矩阵。

6.如权利要求5所述的方法，所述根据所述第一平移矩阵和所述第二平移矩阵，确定所述旋转矩阵包括：

基于所述第一平移矩阵与所述第二平移矩阵进行三维仿射变换处理，用以确定所述旋转矩阵。

7.如权利要求1所述的方法，所述获取所述机器人的摄像装置对于标定板采集的第二坐标信息包括：

在所述标定板上确定基准点；

获取所述摄像装置对于所述基准点采集的第二坐标信息。

8.一种用于机器人的坐标系标定装置，包括：

第一坐标获取模块，用于控制机器人的执行部件进行平移运动，获取所述执行部件与所述平移运动相对应的第一坐标信息；其中，所述机器人为四自由度机器人，所述第一坐标信息为世界坐标系下的坐标信息；

第二坐标获取模块，用于获取所述机器人的摄像装置对于标定板采集的第二坐标信息；其中，所述标定板与所述世界坐标系的对应坐标平面相平行，所述第二坐标信息为相机坐标系下的坐标信息；

旋转矩阵确定模块，用于基于所述第一坐标信息和所述第二坐标信息，确定旋转矩阵；

第三坐标获取模块，用于控制所述执行部件进行旋转运动，获取所述摄像装置对于所述标定板采集的第三坐标信息；其中，所述第三坐标信息为所述相机坐标系下的坐标信息；

偏差向量确定模块，用于根据所述标定板与所述执行部件之间的位置关系，确定所述标定板与所述执行部件之间的偏差向量；

平移矩阵确定模块，用于基于所述第一坐标信息、所述偏差向量、所述旋转矩阵和所述第三坐标信息确定平移矩阵。

9.如权利要求8所述的装置，其中，

所述平移矩阵确定模块，包括：

偏差计算单元，用于基于所述旋转矩阵和所述第三坐标信息，计算平移偏差；

平移确定单元，用于根据所述第一坐标信息、所述偏差向量和所述平移偏差，确定所述平移矩阵。

10.如权利要求9所述的装置，其中，

所述偏差计算单元，具体用于计算所述旋转矩阵和所述第三坐标信息的乘积，作为所述平移偏差；

所述平移确定单元，具体用于基于所述第一坐标信息和所述偏差向量的和，确定标定板坐标信息；根据所述标定板坐标信息与所述平移偏差的差，确定所述平移矩阵。

11.如权利要求8所述的装置，其中，

所述偏差向量确定模块，具体用于获取所述标定板与所述世界坐标系的对应坐标平面之间的垂直距离；基于所述垂直距离与所述世界坐标系的轴的方向信息，构建所述偏差向量。

12.如权利要求8所述的装置，其中，

所述旋转矩阵确定模块，包括：

矩阵构建单元，用于基于所述第一坐标信息构建与所述世界坐标系相对应的第一平移矩阵；基于所述第二坐标信息构建与所述相机坐标系相对应的第二平移矩阵；

矩阵计算单元，用于根据所述第一平移矩阵和所述第二平移矩阵，确定所述旋转矩阵。

13.如权利要求12所述的装置，其中，

所述矩阵计算单元，具体用于基于所述第一平移矩阵与所述第二平移矩阵进行三维仿射变换处理，用以确定所述旋转矩阵。

14.如权利要求8所述的装置，其中，

所述第二坐标获取模块，用于在所述标定板上确定基准点；获取所述摄像装置对于所述基准点采集的第二坐标信息。

15.一种用于机器人的坐标系标定装置，包括：

存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。

16.一种坐标系标定系统，包括：

标定板、如权利要求8至15任一项所述的用于机器人的坐标系标定装置。

17.一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指令，所述指令被处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。

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