КАЛИБРОВКА СИСТЕМЫ ЗРЕНИЯ "ГЛАЗ В РУКЕ"

​CALIBRATING THE EYE-IN-HAND VISION SYSTEM

Cao Wenye

Student, Department of Robotics and Mechatronics, Bauman Moscow State Technical University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Датчики зрения широко используются в системах роботизированных рук, где алгоритм захвата идентифицирует и определяет положение целевого объекта на основе информации об изображении, полученной датчиком зрения, и управляет конечным элементом манипулятора для перемещения в это положение. В роботизированных системах технического зрения калибровка "рука-глаз" является очень важным вопросом. Проще говоря, целью калибровки "рука-глаз" является получение взаимосвязи между системой координат робота и системой координат камеры, и, наконец, перенос результатов визуального распознавания в систему координат робота.

ABSTRACT

Vision sensors are widely used in robotic arm systems, where a grasping algorithm identifies and determines the position of a target object based on the image information received by the vision sensor, and controls the manipulator end piece to move to that position. In robotic vision systems, hand-eye calibration is a very important issue. Simply put, the goal of hand-eye calibration is to obtain a relationship between the robot coordinate system and the camera coordinate system, and finally to transfer the visual recognition results to the robot coordinate system.

Ключевые слова: глаз в руке; калибровка камеры; визуальные технологии.

Keywords: eye-in-hand; camera calibration; visual technology.

На практике манипулятор и датчик зрения обычно располагаются в двух взаимных положениях, первое — это положение "глаз в руке", когда датчик зрения закреплен на конце захватного устройства манипулятора, и второе - "глаз в руке", когда датчик зрения закреплен снаружи руки робота[1]. В подходе Eye-in-Hand датчик зрения закреплен на конце руки, и собственная система координат датчика изменяется в реальном времени в мировой системе координат, для подхода Eye-in-Hand необходимо решить проблему преобразования координат между концом робота и системой координат камеры (рис. 1). Базовая система координат (обозначается base), концевая система координат (обозначается end). Система координат камеры (обозначается cam) — это собственная система координат камеры, закрепленной на верхней части манипулятора робота, а система координат калибратора (обозначается cal) — это система координат, в которой находится калибровочная пластина. При произвольном двукратном перемещении манипулятора робота, поскольку калибровочная пластина и основание манипулятора робота неподвижны, для данной мировой точки значения ее координат в базовой и калибровочной системах координат остаются неизменными, а значения координат в концевой и кулачковой системах координат изменяются по мере перемещения манипулятора робота. Исходя из этой зависимости, можно найти матрицу преобразования между всеми системами координат[2-3].

Рисунок 1. Схематическая диаграмма принципа калибровки "глаз в руке"

Существует множество способов решения матрицы преобразования между конечной и эффекторной системами координат, но основной принцип основан на вышеуказанной взаимосвязи ограничений. Точка P₀ в системе координат cal может быть преобразована в точку P₁ в эффекторной системе координат на основе известных параметров внешней камеры (матрица преобразования T₁), затем в точку P₂ в конечной системе координат на основе найденной матрицы калибровки "рука-глаз" (матрица преобразования X), а затем в точку P₃ в базовой системе координат на основе известных параметров робота (матрица преобразования T₃). Это дает следующее соотношение.

На движущемся эффекторе для одной и той же точки значения координат P0 и P3 остаются неизменными, меняются только значения координат P1 и P2, и приведенная выше зависимость приобретает следующий вид.

T3′ и T1′ в вышеприведенном уравнении - это снова известные параметры для второго измерения. Объединение уравнений (1) и (2) дает следующее уравнение взаимосвязи.

Преобразование уравнения (3.3) дает:

Приведенное выше уравнение можно представить в виде уравнения AX=XB, а матричные суммы  и  известны. Уравнение калибровки "рука-глаз" AX=XB решается для получения значения матрицы преобразования "рука-глаз" X.

Список литературы:

1. КАРПОВ Б. А., АЛЕКСАНДРОВ Л. Г. Способ калибровки окулограмм. – 1985.
2. Титов В. С., Труфанов М. И. Направления развития методов, алгоритмов и аппаратных средств повышения качества изображений оптико-электронных систем //Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2013. – Т. 56. – №. 6. – С. 7-10.
3. Панарин Д. М. Проект" Разработка и конструирование робота" MindCuber" //Технолого-экономическое образование. – 2017. – №. 8. – С. 75-83.