九點標定法在機器人定位抓取中的應用

池志強 潘云峰

摘要：隨著自動化技術的發展，機器人技術正得到越來越廣泛的應用，為了使機器人具有更高的智能，完成更復雜的工作，因此基于機器視覺的定位抓取技術已經成為智能機器人領域的重要技術之一，而實現機器視覺進行定位抓取技術的關鍵在于標定，九點標定法作為機器人定位抓取的重要方法，簡單實用，因此可以得到更為廣泛的應用。本文將論述關于九點標定法在機器人定位和抓取方面應用的原理和關鍵步驟，本文的研究可以為廣大機器視覺和機器人技術研究者提供參考和借鑒。

關鍵詞：機器視覺；機器人；定位抓取

隨著工業4.0技術的不斷發展，機器人因為具有高效靈活和精準穩定的特點，在工業中應用越來越廣泛。然而目前機器人主流應用仍然是重復性高的簡單工作，不能實現實時與外界進行交互，以實現更復雜的應用，因此基于機器視覺進行機器人的引導已經成為機器人技術的重要發展方向。簡單來說，機器視覺就是用機器來代替人眼進行測量和判斷。給機器人裝上機器視覺系統，就相當于給機器人裝上眼睛，可以使機器人更趨于智能化，使機器人系統具有更高的柔性，能夠完成更為復雜的任務，因此基于機器視覺實現機器人定位抓取將是未來機器人應用的方式之一。而其中的關鍵技術就是標定，本文將論述九點標定法在機器人的定位和抓取的原理和步驟。

1手眼系統

在機器人視覺系統中，首先將視覺系統采集的圖像信息作為輸入并進行圖像信息的分析處理，將圖像的像素坐標轉換為機器人的坐標，然后將有用的坐標信息傳遞給機器人，最后讓機器人根據這些坐標進行動作，從而實現外界信息和機器人之間的交互，這樣的交互可以大大提升機器人的智能，大大擴充機器人的應用范圍。因此在機器人視覺系統中最關鍵的就是要進行機器人（手）和機器視覺（眼）的標定，簡要言之，手眼標定的的目的就是獲取機器人坐標系和相機坐標系的關系，最后將視覺識別的結果轉移到機器人坐標系下，從而實現視覺對機器人的引導。在實際應用中，手眼標定可分為兩種形式，根據相機固定的地方不同，如果相機和機器人末端固定在一起，就稱之為“眼在手上”（eye in hand），如果相機固定在機器人外面的底座上，則稱之為“眼在手外"（eye to hand）。本文將以“眼在手上”（eye in hand）為例。

2 手眼標定模型

在手眼標定模型中，相機是像素坐標，而機械手是空間坐標系，所以手眼標定目的就是要獲得像素坐標系和機械手坐標系的坐標轉化關系。機器人在實際工作中，先通過相機獲得工件在圖像中的像素位置后，通過標定好的坐標轉換矩陣將相機的像素坐標變換到機械手的空間坐標系中，然后通過機械手坐標系計算出機器人的各個電機轉動位移，最終控制機械手到達目標位置。。

手眼標定模型模型如圖3所示，其中共有四個坐標系，分別是基礎坐標系base、機械手坐標系tool、相機坐標系cam、以及標定物坐標系cal。所示：其中baseHcal表示基礎坐標系到標定物坐標系的轉化關系，包括旋轉矩陣和平移向量。camHtool表示相機坐標系到機械手坐標系的轉化關系。這兩個轉化關系在機械手移動過程中是不變的。camHcal可以通過相機標定求出，baseHtool可以通過機器人系統計算得出。

4結論

本文論述了9點標定系統在機器人定位抓取中的應用，通過建立了手眼標定模型，闡釋了機器人視覺中各個坐標系之間的關系，并對9點標定的原理、實質和步驟進行了論述。

參考文獻

[1]謝邦晉.基于機器視覺的工業機器人定位抓取技術[J].內燃機與配件，2018（21）：216-218.

[2]李伯平.工業機器人視覺定位技術與應用探討[J].現代信息科技，2018，2（11）：161-162+165.

[3]王奇志，王東生，徐德.利用三角形及其九點圓的攝像機標定[J].數學的實踐與認識，2012，42（11）：91-98.

（作者單位：廣東理工學院 廣東省機器視覺與智能檢測工程技術中心）