基于H ALCON的机器人视觉标定.pdf

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1、第３８卷第４期光学仪器Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．４２０１６年８月ＯＰＴＩＣＡＬＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳＡｕｇｕｓｔ，２０１６文章编号：１００５-５６３０（２０１６）０４-０３２０-０５基于ＨＡＬＣＯＮ的机器人视觉标定陈阳光，王磊（厦门大学机电工程系，福建厦门３６１００５）摘要：基于ＨＡＬＣＯＮ平面标定板，充分考虑机器人末端中心和摄像机镜头径向畸变的影响，设计了一种新的Ｅｙｅ-ｔｏ-Ｈａｎｄ机器人视觉标定方法。该方法不仅标定了摄像机的内外参数，同时也建立了摄像机图像坐标系和机器人世界坐标系的关系。实验证明，该方法具有较高的标定精度和实用性，适用于工业机器人的视觉系统标定。关键词：ＨＡＬＣ

2、ＯＮ；机器视觉；Ｅｙｅ-ｔｏ-Ｈａｎｄ；工业机器人中图分类号：ＴＢ１３３文献标志码：Ａdoi：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５-５６３０．２０１６．０４．００８RobotvisualcalibrationbasedonHALCONCＨＥNYangguang，ＷANGLei（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｍｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ３６１００５，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＢａｓｅｄｏｎｐｌａｔｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｂｏａｒｄｏｆＨＡＬＣＯＮ，ａｎｅｗＥｙｅ-ｔｏ-Ｈａｎｄｃａｌｉｂｒａｔ

3、ｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｓｃｈｅｍｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｉｎｖｏｌｖｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｒｏｂｏｔｔｅｒｍｉｎａｌｃｅｎｔｅｒａｎｄｔｈｅｒａｄｉａｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｆｃａｍｅｒａｌｅｎｓ．Ｉｔｃａｌｉｂｒａｔｅｓｔｈｅｃａｍｅｒａｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｉｍａｇｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅａｎｄｒｏｂｏｔｉｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｈａｓｍｏｒｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｉｔｉｓａｐｐｌｉｃ

4、ａｂｌｅｔｏｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔｖｉｓｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ．Keywords：ＨＡＬＣＯＮ；ｍａｃｈｉｎｅｖｉｓｉｏｎ；Ｅｙｅ-ｔｏ-Ｈａｎｄ；ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔ引言［１-２］机器人视觉控制是机器人领域的重要研究方向，也是当前的研究热点之一。其系统按照摄像机与机器人的相对位置分为Ｅｙｅ-ｔｏ-Ｈａｎｄ系统和Ｅｙｅ-ｉｎ-Ｈａｎｄ系统。Ｅｙｅ-ｔｏ-Ｈａｎｄ系统将摄像机固定安装于机器人本体之外。随着工业化水平与科技的不断发展，劳动力成本增加，对定位装配的精度和自动化［３-４］要求也越来越高。基于机器视觉技术的工业机器人定位具有定位精度高、自动化和智能

5、化水平高、劳动力成本低等优点，因此在定位装配领域有着广泛的应用。本文建立了机器人Ｅｙｅ-ｔｏ-Ｈａｎｄ系统，主要论述了一种基于ＨＡＬＣＯＮ的摄像机内外部参数和手眼关系标定方法与其实验过程。该标定方法具有操作简单，定位精度高等特点，适用于产品抓取定位。１机器人视觉标定模型机器人视觉系统的标定其实是获取摄像机图像坐标系（ICＳ）与机器人坐标系（RCＳ）之间转换关系的收稿日期：２０１６-０４-１４作者简介：陈阳光（１９８９—），男，硕士研究生，主要从事机器视觉方面的研究。Ｅ-ｍａｉｌ：ｃｙｇｘｍｕ＠１６３．ｃｏｍ通信作者：王磊（１９７７—），男，副教授，主要从事机器视觉与光学测量方面

6、的研究。Ｅ-ｍａｉｌ：ｗａｎｇｌｅｉ３３＠ｘｍｕ．ｅｄｕ．ｃｏｍ第４期陈阳光，等：基于ＨＡＬＣＯＮ的机器人视觉标定·３２１·过程，在标定机器人视觉系统（Ｅｙｅ-ｔｏ-Ｈａｎｄ）之前，首先要对摄像机进行标定。通常摄像机镜头会存在径向、切向和偏心等畸变，因此需要选择合适的畸变模型对摄像机进行标定。工业镜头的畸变主要为径向畸变，为线性畸变模型；非线性模型畸变包括径向、切向和偏心等畸变。对于工业镜头，使用非线性畸变模型往往不能提高其标［５-６］定精度，而且还会造成求解的不稳定；采用线性畸变模型，可以使标定精度提高一个数量级，与非线性畸变模型相比标定精度差别不大。因此本文在论述中采用线性

7、畸变模型来标定机器人视觉系统，其标定模型如图１所示。图１中，（Oc，Xc，Yc，Ｚc）为摄像机坐标系（CCＳ），Oc即为摄像机的投影中心，z轴与摄像机的主光轴重合；图１机器人视觉标定模型（Ow，Xw，Yw，Ｚw）为机器人坐标系（世界坐标系ＷCＳ）；Fig．１Modelofrobotvisioncalibration（Oi，Xi，Yi）为成像平面坐标系（IＰCＳ）；（Ou，Xu，Yu）为图像坐标系（ICＳ）。空间一点Ｐ在CCＳ下的坐标为Ｐ（xc，yc，zc）；在ＷCＳ下的坐标为Ｐ（xw，yw，