【技术实现步骤摘要】
一种由电机驱动的旋转扫描装置的手眼标定方法
[0001]本文涉及计算机视觉领域,提出了一种由电机驱动的旋转扫描装置的手眼标定方法。
技术介绍
[0002]随着机器人技术不断深入工业和生活场景,针对不同场景的使用需求,像机械臂、AGV小车和ARM等各式单体机器人生产与使用技术也日趋成熟。这些单体机器人作为一个执行器,能够很好的代替人完成一些货箱运输、物流分拣和机械装配等危险性高、重复性强和工作强度大的工作。但机器人作为终端执行器,往往不具备感知能力。3D相机能够获取物体的三维信息,具备感知物体空间位置和姿态的能力。在多数工作场景中,机器人往往需要3D视觉配合提供指引,共同完成一些智能化的工作。3D视觉与机器人做个各自独立的功能模块,手眼标定方法就是为两者之间建立联系;将3D视觉识别到的物体位置信息转化为机器人能够理解的坐标值,引导机器人到目标位置完成相应的工作。
[0003]手眼标定主要是为了建立相机坐标系与机器人坐标系的转换关系,当前手眼标定方法主要的研究工作都在机械臂与3D相机的手眼标定,用于引导机械臂进行零件上下料和物流拆码垛等工作。现有的Eye
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in
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Hand手眼标定技术主要是借助标定板工具进行手眼标定,简要描述即通过相机在机械手不同位置拍摄到的标定板的图像信息得到标定板相对于相机坐标系的位姿,同时机械装置基坐标系和机械手的位置关系为已知,通过基坐标系、相机坐标系、手坐标系、标定板坐标系的转换关系,得到一个类似于AX=XB形式的方程,方程可以由机器人手眼标定的经典 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种由电机驱动的旋转扫描装置的手眼标定方法,其特征在于,步骤如下:S1、彩色、深度图像和电机位置编码数据的同步获取和保存;S2、使用得到的彩色、深度图进行ICP位姿解算;S3、将电机位置编码数据转换成电机的旋转角度;S4、解算位姿关系方程得到手眼位姿变换。2.根据权利要求1所述的一种由电机驱动的旋转扫描装置的手眼标定方法,其特征在于,S1具体方法如下;S11、图像数据的获取;使用RGBD相机拍摄场景的彩色图像和深度图像,采集频率为15HZ;在获得第一帧图像时记录下当前图像的时间戳,以此来作为数据采集的起点;将每一对彩色、深度图像使用标定得到的内参信息进行去畸变处理,使用彩色和深度相机之间已知的位姿变换关系将深度图对齐到彩色图下;将得到的彩色、深度图分别按照其对应的时间戳命名,并将图像数据及其时间戳信息保存下来;S12、位置编码数据的获取;旋转扫描装置的通过嵌入式芯片完成对驱动装置旋转的电机进行控制与数据通讯任务,电机通过CAN总线将位置传感器测量得到的位置编码数据传输到嵌入式芯片,数据采集的频率为200HZ,通过电机的位置编码数据的时间戳来得到电机和相机时间上的对应关系,同时将电机的位置编码数据和对应的时间戳保存下来。3.根据权利要求2所述的一种由电机驱动的旋转扫描装置的手眼标定方法,其特征在于,S2具体方法如下;S21、对于每对相邻两帧图像,生成3层图像金字塔,并对深度图进行滤波,点云配准以Coarse
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to
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Fine的方式进行;S22、在给定深度图像内参情况下,计算深度相机所采集的图像中每个点的三维坐标,对于滤波后的深度图像也计算三维点云坐标;S23、确定当前帧相机位姿的初始预测值,迭代求解相机位姿;开始迭代的预测值设定为上一帧的最优位姿,若当前帧为第一帧则设置为单位阵;迭代过程中的预测值设置为上一次迭代得到的最优位姿;使用该预测值变换对应帧中三维点的坐标;S24、对于两幅点云根据投影算法计算匹配点;S25、对于匹配点极小化点到平面距离计算位姿,误差函数定义如下:S26、目标函数误差小于设定阈值时,或者到达设置的迭代次数停止迭代,否则回到步骤S23;S27、迭代直到到达设置的迭代次数,或者通过非线性优化使得上述目标函数小于设定阈值时;记录下相邻两帧之间的位姿变换;S28得到每一帧相对于第一帧的位姿变换,与该帧的时间戳一同保存为txt文件。4.根据权利要求3所述的一种由电机驱动的旋转扫描装置的手眼标定方法,其特征在于,S3具体方法如下;
将得到的电机位置编码数据转换成角度数据,0
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8191的编码对应着0
‑
360度,角度数据和对应时间戳保存为txt文件。5.根据权利要求4所述的一种由电机驱动的旋转扫描装置的手眼标定方法,其特征在于,S4具体方法如下;S41、读取S3步骤中所记录下的带时间戳的电机旋转角度数据,读取S28步骤中得到的相机的每一帧相对于起始帧的位姿变换与对应的时间戳;由于电机的采样频率高于相机的采样频率,故可以通过电机时间戳和相机时间戳的对应关系来确定相机两帧的旋转,即统计相机两帧之间的角度数据来得到电机在两帧之间的旋转角度;S42、基于Eye In Hand标定模型确定待求解的位姿变换方程;Eye In Hand标定模型需要确定四个坐标系:相机坐标系、手坐标系、标定板坐标系、基坐标系;使用
Base
T
end2
表示相机第i+1帧手坐标系对于基坐标系的位姿变换,使用
end2
T
cam2
表示相机第i+1帧相机坐标系对于手坐标系的位姿变换,使用
can2
T
Object
表示标定板坐标系对于相机第i+1帧坐标系的位姿变换,由此得到可以得到相机第i+1帧与上一帧第i帧的位姿变换关系如下:
Base
T
end2
×
end2
T
cam2
×
cam2
T
Object
...
【专利技术属性】
技术研发人员:颜成钢,魏宇鑫,朱尊杰,许成浩,高宇涵,王鸿奎,孙垚棋,陈楚翘,胡冀,殷海兵,张继勇,李宗鹏,
申请(专利权)人:杭州电子科技大学,
类型:发明
国别省市:
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