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焊接机器人手眼关系标定（上）

时间：2017-07-21 来源：机器人在线 阅读：9016 原创
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通过3.1节介绍，可以实现计算机图像平面上的点坐标和摄像机坐标系下的点坐标相互转换，获得在摄像机坐标系下被拍摄物的点云数据。但这些数据不能直接被焊接机器人使用，还需获得摄像机坐标系与机器人坐标系间的关系，即机器人手眼关系。根据机器人和摄像机的相对位置区别，可以分为Eye-to-hand系统和Eye-in-hand系统。前者摄像机固定在机器人本体外的某一位置不动，位置不随机器人的运动而运动。后者摄像机固定在机器人末端手臂上，随机器人的运动而运动。如图3-?所示，Eye-to-hand和Eye-in-hand系统求取的手眼关系分别是乃和Tn

Eye-in-hand系统在视觉行业应用广泛，理论上Eye-in-hand系统能够实现对机器人的精确控制，但是对机器人的运动误差和视觉系统的标定误差敏感。且由于摄像机随机械臂的运动，摄像机视野处于不断变化中，不能保证目标一直处于市场中。
Eye-to-hand系统，由于摄像机位置固定，所以视场范围稳定，安装比Eye-in-hand系统简单。且Eye-to-hand系统对机器人的运动学误差不敏感。但在同等情况下，得到的目标位姿精度不如Eye-in-hand系统。
本系统采用的是Eye-to-hand系统，摄像机放置在机器人工作空间范围内，如图3-9所示。
手眼系统标定
下面介绍一种传统的手眼关系标定方法，这种方法主要借助于标靶来获取机器人、摄像机、TCP(末端执行器)、靶标坐标系彼此间的关系。图3-10所示为系统坐标系模型，Base为机器人基坐标系，W为靶标坐标系，E为摄像机坐标系，TCP为机器人末端坐标系。T6为Base和TCP间的变换矩阵，Tc为W和TCP间的变换矩阵，Tm为W和TPC间的变换矩阵，Tg为Base和E间的变换矩阵，是手眼关系需要求取的参数。T6、Tc、Tm、Tg构成一个封闭解，利用矩阵变换关系可得:
式(3-15 )中，T6可在对机器人完成工具坐标系标定后，在焊接机器人示教盒中读出，即TCP在Base坐标系下位姿。用三点法对靶标进行工件坐标系标定，根据三点成面公式可以得到W和Base间的关系，即Tg。标定摄像机的外部参数，得到摄像机坐标系与标靶坐标系间的关系Tc。
这种基于靶标的手眼关系标定方法应用较为广泛，但过程复杂。本文借助标定杆和三维光栅扫描仪，可直接求取机器人坐标系Base和摄像机坐标系E之间的关系。标定杆如图3-11所示，为一带有尖端的杆状物体。
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