CN118003331A - 一种机械臂的标定方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种机械臂的标定方法、装置、电子设备及存储介质，方法包括：控制机械臂运动至多个不同位置，获取机械臂运动至每个位置时机械臂的位姿信息和标定相机拍摄的标定图像；针对每个位置，基于机械臂的位姿信息确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，工具位于机械臂末端；针对每个位置，基于标定图像确定工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标；确定每个位置第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系基于多个位置的映射关系确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，根据目标手眼矩阵和目标工具矩阵进行机械臂的标定。应用本方法，采用标定相机实现手眼矩阵和工具矩阵的同步标定，提升了标定精度，标定一致性好。

Description

一种机械臂的标定方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本公开涉及自动化领域，尤其涉及一种机械臂的标定方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

视觉引导机械臂携带工具完成自动化作业时，手眼矩阵(即视觉坐标系和机械臂坐标系间的变换关系)以及工具矩阵(工具末端工作坐标系和机械臂坐标系间的变换关系)是必备条件，且手眼矩阵和工具矩阵的标定精度影响机械臂系统的作业精度。现有的，通常采用分别标定的方式分别获取手眼矩阵和工具矩阵，手眼矩阵和工具矩阵分离标定，在各自标定阶段引入的误差无法相互优化，在视觉引导工具末端工作作业时会造成误差累积放大，并且手眼矩阵和工具矩阵依赖操作人员获取，标定精度受操作人员影响，无法满足高精度应用场景。

发明内容

本公开提供了一种机械臂的标定方法、装置、电子设备及存储介质，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种机械臂的标定方法，方法包括：控制机械臂运动至多个不同位置，获取机械臂运动至每个位置时机械臂的位姿信息和标定相机拍摄的标定图像；所述标定相机固定在所述机械臂之外；针对每个位置，基于所述机械臂的位姿信息确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，所述工具位于所述机械臂末端；针对每个位置，基于所述标定图像确定所述工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标；确定每个位置所述第一世界坐标和所述第二世界坐标的映射关系；基于多个位置的所述映射关系确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，根据所述目标手眼矩阵和所述目标工具矩阵进行机械臂的标定。

在一可实施方式中，所述基于所述机械臂的位姿信息确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，包括：获取所述工具的初始工具矩阵；设置第一误差值，所述第一误差值表示所述初始工具矩阵和目标工具矩阵的误差；基于机械臂运动学公式，根据所述位姿信息、所述初始工具矩阵和所述第一误差值，确定所述工具的末端点在所述基坐标系下的第一世界坐标。

在一可实施方式中，所述基于所述标定图像确定所述工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标，包括：获取所述标定相机的初始手眼矩阵和初始物距值；设置第二误差值和第三误差值，所述第二误差值表示所述初始手眼矩阵和目标手眼矩阵的误差，所述第三误差值表示所述初始物距值和实际物距值的误差；确定所述工具的末端点在所述标定图像中的像素坐标；根据所述初始手眼矩阵、所述初始物距值、所述标定相机的内参、所述像素坐标、所述第二误差值和所述第三误差值，确定所述工具的末端点在所述基坐标系下的第二世界坐标。

在一可实施方式中，所述基于多个位置的所述映射关系确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，包括：基于多个位置的所述映射关系确定所述第一误差值、所述第二误差值和所述第三误差值；基于所述第一误差值和所述初始工具矩阵确定所述目标工具矩阵；基于所述第二误差值和所述初始手眼矩阵确定所述目标手眼矩阵。

在一可实施方式中，所述方法还包括：确定所述第二误差值中的旋转矩阵误差；基于小角度假设和忽略高阶小量确定所述旋转矩阵误差的李代数形式；将所述第二世界坐标以所述旋转矩阵误差的李代数形式进行表示。

根据本公开的第二方面，提供了一种机械臂的标定装置，所述装置包括：获取模块，用于控制机械臂运动至多个不同位置，获取机械臂运动至每个位置时机械臂的位姿信息和标定相机拍摄的标定图像；所述标定相机固定在所述机械臂之外；第一确定模块，用于针对每个位置，基于所述机械臂的位姿信息确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，所述工具位于所述机械臂末端；第二确定模块，用于针对每个位置，基于所述标定图像确定所述工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标；第三确定模块，用于确定每个位置所述第一世界坐标和所述第二世界坐标的映射关系；第三确定模块，还用于基于多个位置的所述线性方程组确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，根据所述目标手眼矩阵和所述目标工具矩阵进行机械臂的标定。

在一可实施方式中，所述第一确定模块，包括：第一获取子模块，用于获取所述工具的初始工具矩阵；第一设置子模块，用于设置第一误差值，所述第一误差值表示所述初始工具矩阵和目标工具矩阵的误差；第一确定子模块，用于基于机械臂运动学公式，根据所述位姿信息、所述初始工具矩阵和所述第一误差值，确定所述工具的末端点在所述基坐标系下的第一世界坐标。

在一可实施方式中，所述第二确定模块，包括：第二获取子模块，用于获取所述标定相机的初始手眼矩阵和初始物距值；第二设置子模块，用于设置第二误差值和第三误差值，所述第二误差值表示所述初始手眼矩阵和目标手眼矩阵的误差，所述第三误差值表示所述初始物距值和实际物距值的误差；第二确定子模块，用于确定所述工具的末端点在所述标定图像中的像素坐标；所述第二确定子模块，还用于根据所述初始手眼矩阵、所述初始物距值、所述标定相机的内参、所述像素坐标、所述第二误差值和所述第三误差值，确定所述工具的末端点在所述基坐标系下的第二世界坐标。

在一可实施方式中，所述第三确定模块，具体用于，基于多个位置的所述映射关系确定所述第一误差值、所述第二误差值和所述第三误差值；基于所述第一误差值和所述初始工具矩阵确定所述目标工具矩阵；基于所述第二误差值和所述初始手眼矩阵确定所述目标手眼矩阵。

在一可实施方式中，所述第二确定模块，还包括：处理子模块，用于确定所述第二误差值中的旋转矩阵误差；基于小角度假设和忽略高阶小量确定所述旋转矩阵误差的李代数形式；将所述第二世界坐标以所述旋转矩阵误差的李代数形式进行表示。

根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本公开所述的方法。

根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行本公开所述的方法。

本公开的一种机械臂的标定方法、装置、电子设备及存储介质，控制机械臂运动至多个不同位置，获取机械臂运动至每个位置时机械臂的位姿信息和标定相机拍摄的标定图像，针对每个位置，分别通过机械臂的位姿信息和标定图像确定机械臂末端安装的工具其末端点在基坐标系下的第一世界坐标和第二世界坐标，确定每个位置对应的工具的末端点的第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系，基于多个位置的映射关系确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，以完成机械臂的标定。应用本方法，采用标定相机实现手眼矩阵和工具矩阵的同步标定，减少外部因素影响，提升了标定精度，标定一致性好，并且通过第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系可以实现手眼矩阵和工具矩阵的协同优化，避免手眼矩阵和工具矩阵分别标定所产生误差的累积与放大。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1示出了本公开实施例一种机械臂的标定方法的实现流程示意图；

图2示出了本公开实施例一种机械臂的标定装置的模块示意图；

图3示出了本公开实施例一种电子设备的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域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。

图1示出了本公开实施例一种机械臂的标定方法的实现流程示意图，包括：

步骤101，控制机械臂运动至多个不同位置，获取机械臂运动至每个位置时机械臂的位姿信息和标定相机的标定图像；所述标定相机固定在机械臂之外。

视觉引导机械臂系统可以完成诸多自动化任务，而手眼矩阵和工具矩阵是视觉引导机械臂作业的基础和关键，手眼矩阵和工具矩阵的目的是确定机械臂和标定相机之间的相对关系以及机械臂末端和工具之间的相对关系，以便机械臂能够精准的定位和操作目标物体。本申请中控制机械臂移动至多个位置，每移动到一个位置，获取机械臂运动至该位置处时机械臂的位姿信息，同时标定相机进行拍摄，得到与该位置对应的标定图像。本申请的机械臂的标定方法，适用于标定相机采用眼在手外的安装方式即标定相机固定在机械臂之外。

步骤102，针对每个位置，基于机械臂的位姿信息确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，工具位于机械臂末端。

步骤103，针对每个位置，基于标定图像确定工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标。

机械臂携带工具进行作业即工具安装在机械臂的末端，针对每个位置，获取的机械臂的位姿信息包括机械臂的位置和姿态，基于机械臂的位姿信息可以确定机械臂末端工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标。

针对每个位置，标定相机拍摄对应位置的标定图像，标定图像可以拍摄到工具的末端点，通过标定图像也确定工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标。

因此本方案中通过机械臂的位姿信息和标定相机拍摄的标定图像分别确定工具的末端点在基坐标系下的世界坐标。

步骤104，确定每个位置所述第一世界坐标和所述第二世界坐标的映射关系。

每个位置可根据工具的末端点对应的第一世界坐标和第二世界坐标确定第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系，由于工具的末端点固定时，其对应的世界坐标具有唯一性，即针对同一个位置，通过机械臂运动学得到的工具的末端点的第一世界坐标和通过标定图像与基坐标系的转换关系得到的工具的末端点的第二世界坐标应当是完全相同的，即本申请中该映射关系为第一世界坐标等于第二世界坐标，因此每个位置对应获取的工具的末端点的第一世界坐标等于第二世界坐标。步骤105，基于多个位置的映射关系确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，根据目标手眼矩阵和目标工具矩阵进行机械臂的标定。

每个位置都可根据第一世界坐标和第二世界坐标确定第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系，对多个位置的第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系进行处理，即可得到目标手眼矩阵和目标工具矩阵，可根据该目标手眼矩阵和目标工具矩阵完成机械臂的标定，引导机械臂携带工具完成自动化作业，并且标定精度更高。

本公开实施例提供的一种机械臂的标定方法，控制机械臂运动至多个不同位置，每运动至一个位置获取与该位置对应的机械臂的位姿信息并通过标定相机拍摄标定图像，针对每个位置的机械臂的位姿信息确定位于机械臂末端的工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，针对每个位置拍摄的标定图像确定工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标，确定每个位置第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系，根据多个位置对应的第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系可确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，基于目标手眼矩阵和目标工具矩阵完成机械臂的标定。应用本方法，采用标定相机实现手眼矩阵和工具矩阵的同步标定，减少外部因素影响，提升了标定精度，标定一致性好，并且通过第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系可以实现手眼矩阵和工具矩阵的协同优化，避免手眼矩阵和工具矩阵分别标定所产生误差的累积与放大。

在一可实施方式中，基于机械臂的位姿信息确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，包括：

获取工具的初始工具矩阵；

设置第一误差值，第一误差值表示初始工具矩阵和目标工具矩阵的误差；

基于机械臂运动学公式，根据位姿信息、初始工具矩阵和第一误差值，确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标。

通过四点法、六点法等传统方法或者机构图、装配图等方式，获取工具的初始工具矩阵，记为t_ET0，由于采用传统方法在测量时可能存在误差，因此设置第一误差值，记为Δp_t，该第一误差值表示初始工具矩阵的测量误差，即所测得的初始工具矩阵与目标工具矩阵的误差。机械臂每运动至一个位置，获取机械臂的位姿信息，即机械臂在对应的姿态和位置，分别记作：和t_BE,j，其中，j表示机械臂运动至第j个位置。基于机械臂运动学公式，确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，具体通过如下公式确定： 表示机械臂运动至第j个位置时工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标。

在一可实施方式中，基于标定图像确定工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标，包括：

获取标定相机的初始手眼矩阵和初始物距值；

设置第二误差值和第三误差值，第二误差值表示初始手眼矩阵和目标手眼矩阵的误差，第三误差值表示初始物距值和实际物距值的误差；

确定工具的末端点在标定图像中的像素坐标；

根据初始手眼矩阵、初始物距值、标定相机的内参、像素坐标、第二误差值和第三误差值，确定工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标。

通过九点法、Tsai-Lenz算法等传统方法或设计文档、机构装配图等方式，获取标定时的初始手眼矩阵和标定相机的初始物距值，该初始手眼矩阵包括初始旋转矩阵和初始平移向量t_BC0两部分，初始物距值记为Z_c。同样的，采用传统方法获取的初始手眼矩阵和初始物距值可能存在测量误差，因此设置第二误差值和第三误差值，第二误差值表示初始手眼矩阵的测量误差，即所测得的初始手眼矩阵与目标手眼矩阵的误差，第三误差值表示初始物距值的测量误差，即所测得的初始物距值与目标物距值的误差，具体的第二误差值包括两部分的误差值，初始旋转矩阵的旋转矩阵误差记作ΔR，初始平移向量的误差值记作Δt_BC，第三误差值记作ΔZ。机械臂运动至一个位置，标定相机拍摄对应位置的标定图像，基于标定图像确定工具的末端点在标定图像中的像素坐标，记为/>表示第j幅标定图像中工具的末端点在标定图像中的像素坐标，其中第j幅标定图像为第j个位置对应的标定图像。根据图像坐标系与基坐标系的转换关系确定工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标，具体通过如下公式确定： 第j幅图像中工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标。

在一可实施方式中，基于多个位置的映射关系确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，包括：

基于多个位置的映射关系确定第一误差值、第二误差值和第三误差值；

基于第一误差值和初始工具矩阵确定目标工具矩阵；

基于第二误差值和初始手眼矩阵确定目标手眼矩阵。

在根据每个位置对应的第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系后基于映射关系可求解得到第一误差值、第二误差值和第三误差值。由于第一误差值为初始工具矩阵和目标工具矩阵的误差，因此当初始工具矩阵和第一误差值确定后，由初始工具矩阵和第一误差值即可确定目标工具矩阵；第二误差值表示初始手眼矩阵和目标手眼矩阵的误差，因此当初始手眼矩阵和第二误差之确定后，由初始手眼矩阵和第二误差值即可确定目标手眼矩阵；同样的，第三误差值表示初始物距值和实际物距值的误差，因此当初始物距值和第三误差值确定后，由初始物距值和第三误差值即可确定标准物距值。通过确定第一误差值、第二误差值使得到的目标工具矩阵和目标手眼矩阵的精确度更高，标定误差进一步减小，标定过程中误差累积和传递也相应减小。

在一可实施方式中，方法还包括：

确定第二误差值中的旋转矩阵误差；

基于小角度假设和忽略高阶小量确定旋转矩阵误差的李代数形式；

将第二世界坐标以旋转矩阵误差的李代数形式进行表示。

由于第二误差值为初始手眼矩阵和目标手眼矩阵的误差，其包括初始旋转矩阵部分的误差ΔR和初始平移向量部分的误差Δt_BC，因此首先基于第二误差值确定旋转矩阵误差ΔR，该旋转矩阵误差由三轴小角度旋转构成即ΔR＝φ＝(φ₁,φ₂,φ₃)^T，基于小角度假设：sinφ_i≈φ_i，cosφ_i＝1，同时忽略二阶及以上高阶小量，则其中φ^为φ的李代数形式。因此第二世界坐标可通过旋转矩阵误差的李代数形式表示为：

针对同一位置对应的第一世界坐标和第二世界坐标，可以确定其映射关系为：对上式进行整理，将所有的误差值放在等式的一边得到：/> 当第二世界坐标通过旋转矩阵误差的李代数形式进行表示后，对上述等式进行替换后得到

为方便计算，记经变化后，上式转化为： 此时，忽略二阶小量ΔZ·φ，之后定义系数矩阵：/> 定义位置变量/>其中系数矩阵A_j表示由a_j、-Z_Ca_j^、I^3×3、四个矩阵拼接形成，位置变量θ表示由ΔZ、φ^T、/>四个矩阵拼接形成，因此上式等价于A_j·θ＝b_j。

根据多个位置的第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系即可构建如下线性方程组：

对方程组求解得到变量

由此可得目标手眼矩阵的目标旋转矩阵目标手眼矩阵的目标平移向量t_BC＝t_BC0+θ_4:6，目标工具矩阵t_ET＝t_ET0+θ_7:9。

图2示出了本公开实施例一种机械臂的标定装置的模块示意图。

参见图2，根据本公开实施例的第二方面，提供一种机械臂的标定装置，装置包括：获取模块201，用于控制机械臂运动至多个不同位置，获取机械臂运动至每个位置时机械臂的位姿信息和标定相机拍摄的标定图像；标定相机固定在机械臂之外；第一确定模块202，用于针对每个位置，基于机械臂的位姿信息确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，工具位于机械臂末端；第二确定模块203，用于针对每个位置，基于标定图像确定工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标；第三确定模块204，用于确定每个位置第一世界坐标和第二世界坐标的映射关系；第三确定模块204，还用于基于多个位置的映射关系确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，根据目标手眼矩阵和目标工具矩阵进行机械臂的标定。

在一可实施方式中，第一确定模块202，包括：第一获取子模块2021，用于获取工具的初始工具矩阵；第一设置子模块2022，用于设置第一误差值，第一误差值表示初始工具矩阵和目标工具矩阵的误差；第一确定子模块2023，用于基于机械臂运动学公式，根据位姿信息、初始工具矩阵和第一误差值，确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标。

在一可实施方式中，第二确定模块203，包括：第二获取子模块2031，用于获取标定相机的初始手眼矩阵和初始物距值；第二设置子模块2032，用于设置第二误差值和第三误差值，第二误差值表示初始手眼矩阵和目标手眼矩阵的误差，第三误差值表示初始物距值和实际物距值的误差；第二确定子模块2033，用于确定工具的末端点在标定图像中的像素坐标；第二确定子模块2033，还用于根据初始手眼矩阵、初始物距值、标定相机的内参、像素坐标、第二误差值和第三误差值，确定工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标。

在一可实施方式中，第三确定模块204，具体用于，基于多个位置的映射关系确定第一误差值、第二误差值和第三误差值；基于第一误差值和初始工具矩阵确定目标工具矩阵；基于第二误差值和初始手眼矩阵确定目标手眼矩阵。

在一可实施方式中，第二确定模块203，还包括：处理子模块2034，用于确定第二误差值中的旋转矩阵误差；基于小角度假设和忽略高阶小量确定旋转矩阵误差的李代数形式；将第二世界坐标以旋转矩阵误差的李代数形式进行表示。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。

图3示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备300的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。

如图3所示，设备300包括计算单元301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)302中的计算机程序或者从存储单元308加载到随机访问存储器(RAM)303中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还可存储设备300操作所需的各种程序和数据。计算单元301、ROM 302以及RAM 303通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。

设备300中的多个部件连接至I/O接口305，包括：输入单元306，例如键盘、鼠标等；输出单元307，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元308，例如磁盘、光盘等；以及通信单元309，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元309允许设备300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

计算单元301可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元301的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元301执行上文所描述的各个方法和处理，例如一种机械臂的标定方法。例如，在一些实施例中，一种机械臂的标定方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元308。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 302和/或通信单元309而被载入和/或安装到设备300上。当计算机程序加载到RAM 303并由计算单元301执行时，可以执行上文描述的一种机械臂的标定方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行一种机械臂的标定方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机械臂的标定方法，其特征在于，所述方法包括：

控制机械臂运动至多个不同位置，获取机械臂运动至每个位置时机械臂的位姿信息和标定相机拍摄的标定图像；所述标定相机固定在所述机械臂之外；

针对每个位置，基于所述机械臂的位姿信息确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，所述工具位于所述机械臂末端；

针对每个位置，基于所述标定图像确定所述工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标；

确定每个位置所述第一世界坐标和所述第二世界坐标的映射关系；

基于多个位置的所述映射关系确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，根据所述目标手眼矩阵和所述目标工具矩阵进行机械臂的标定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述机械臂的位姿信息确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，包括：

获取所述工具的初始工具矩阵；

设置第一误差值，所述第一误差值表示所述初始工具矩阵和目标工具矩阵的误差；

基于机械臂运动学公式，根据所述位姿信息、所述初始工具矩阵和所述第一误差值，确定所述工具的末端点在所述基坐标系下的第一世界坐标。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述标定图像确定所述工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标，包括：

获取所述标定相机的初始手眼矩阵和初始物距值；

设置第二误差值和第三误差值，所述第二误差值表示所述初始手眼矩阵和目标手眼矩阵的误差，所述第三误差值表示所述初始物距值和实际物距值的误差；

确定所述工具的末端点在所述标定图像中的像素坐标；

根据所述初始手眼矩阵、所述初始物距值、所述标定相机的内参、所述像素坐标、所述第二误差值和所述第三误差值，确定所述工具的末端点在所述基坐标系下的第二世界坐标。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于多个位置的所述映射关系确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，包括：

基于多个位置的所述映射关系确定所述第一误差值、所述第二误差值和所述第三误差值；

基于所述第一误差值和所述初始工具矩阵确定所述目标工具矩阵；

基于所述第二误差值和所述初始手眼矩阵确定所述目标手眼矩阵。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定所述第二误差值中的旋转矩阵误差；

基于小角度假设和忽略高阶小量确定所述旋转矩阵误差的李代数形式；

将所述第二世界坐标以所述旋转矩阵误差的李代数形式进行表示。

6.一种机械臂的标定装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于控制机械臂运动至多个不同位置，获取机械臂运动至每个位置时机械臂的位姿信息和标定相机拍摄的标定图像；所述标定相机固定在所述机械臂之外；

第一确定模块，用于针对每个位置，基于所述机械臂的位姿信息确定工具的末端点在基坐标系下的第一世界坐标，所述工具位于所述机械臂末端；

第二确定模块，用于针对每个位置，基于所述标定图像确定所述工具的末端点在基坐标系下的第二世界坐标；

第三确定模块，用于确定每个位置所述第一世界坐标和所述第二世界坐标的映射关系；

所述第三确定模块，还用于基于多个位置的所述映射关系确定目标手眼矩阵和目标工具矩阵，根据所述目标手眼矩阵和所述目标工具矩阵进行机械臂的标定。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块，包括：

第一获取子模块，用于获取所述工具的初始工具矩阵；

第一设置子模块，用于设置第一误差值，所述第一误差值表示所述初始工具矩阵和目标工具矩阵的误差；

第一确定子模块，用于基于机械臂运动学公式，根据所述位姿信息、所述初始工具矩阵和所述第一误差值，确定所述工具的末端点在所述基坐标系下的第一世界坐标。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，包括：

第二获取子模块，用于获取所述标定相机的初始手眼矩阵和初始物距值；

第二设置子模块，用于设置第二误差值和第三误差值，所述第二误差值表示所述初始手眼矩阵和目标手眼矩阵的误差，所述第三误差值表示所述初始物距值和实际物距值的误差；

第二确定子模块，用于确定所述工具的末端点在所述标定图像中的像素坐标；

所述第二确定子模块，还用于根据所述初始手眼矩阵、所述初始物距值、所述标定相机的内参、所述像素坐标、所述第二误差值和所述第三误差值，确定所述工具的末端点在所述基坐标系下的第二世界坐标。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-5中任一项所述的方法。

10.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-5中任一项所述的方法。