视觉与机械手标定系统技术解决方案

小白学视觉

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2022-02-17 19:36

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一 、手眼标定的两种情形


          首先讲一下在工业应用中,手和眼(摄像机)的两种位置关系,第一种是将摄像机(眼)固定在机械手(手)上面,眼随手移动;第二种是摄像机(眼)和机械手(手)分离,眼的位置相对于手是固定的,下面用网上的两张图来说明下:

 第一种情况:相机移动


第二种情况:相机固定


从上面两副示意图可以看出,第一种情况中我们要求的是相机坐标系和机械手坐标系的转化关系;第二种情况中要求的是相机坐标系和基础坐标系的关系;下面分别阐述其求解过程。


二 、相机移动时,标定求解过程


         在推导过程中,我们会用到四个坐标系,分别是基础坐标系,机械手坐标系,相机坐标系,以及标定物坐标系,下面先给出示意图:


其中baseHcal表示基础坐标系到标定物坐标系的转化关系,包括旋转矩阵和平移向量;camHtool表示相机坐标系到机械手坐标系的转化关系;这两个转化关系在机械手移动过程中是不变的;camHcal可以由相机标定求出;baseHtool可以由机器人系统中得出。

接下来控制机器手从位置 1 移动到位置 2:

base = baseHtool (1)* tool(1)

tool(1) = inv(camHtool)*cam(1)

cam(1) = camHcal(1)*obj

联合上面三个公式:

base = baseHtool (1)* inv(camHtool)* camHcal(1)*obj

移动到机械手臂到位置2后:

base = baseHtool (2)* inv(camHtool)* camHcal(2)*obj

因为base和obj是固定的所以:

baseHtool (1)* inv(camHtool)* camHcal(1)=baseHtool (2)* inv(camHtool)* camHcal(2)

其中只有camHtool是未知量,具体求解过程将放在下篇文章。


三、 相机固定时,标定求解过程


对于固定相机的情况,还是控制机械手从位置1移动到位置2:

 

obj(1) = inv(camHcal(1)) *cam

cam = camHbase *base

base = baseHtool(1) * tool(1)

合并上面三个公式:

obj(1) = inv(camHcal(1))  * camHbase* baseHtool(1) *tool(1)

移动到位置2后:

obj(2) = inv(camHcal(2))  * camHbase* baseHtool(2) *tool(2)

因为obj和tool的相对位置是不变的,所以不管怎么移动:

inv(camHcal(1))  * camHbase* baseHtool(1)= inv(camHcal(2))  * camHbase* baseHtool(2)

 

其中变量只有camHbase,也就是我们要求的。

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