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7.2 halcon手眼标定实现与应用

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在halcon手眼 标定中,主要分为相机固定和相机随机械手移动两种标定方式。
在固定 相机时,标定 板固定 在夹具上,机械手带着标定板进行一系列的移动,
在每个位置让相机对标定板拍照,同时记录下机械手的位置信息(信息由机械手系统提供)。
相机运动时,是标定板固定不动,机械手带着相机在不同位置拍照,同时记录拍照时机械手对应的位姿,
最后求得委屈什么坐标系与机械手基础坐标系关系。

当前帖子演示如何进行SCARA机器人的手眼标定。
相机相对机器人固定。
标定板固定于机器手工具末端上。
在代码最后,标定结果及数据会被保存到磁盘文件。
保存的数据可以在后续用于计算要抓取物体的位置。
保存的结果可以在halcon例程pick_and_place_scara_stationary_cam.hdev中使用。
文件位于C:/Users/Public/Documents/MVTec/HALCON-17.12-Progress/examples/hdevelop/Calibration/Hand-Eye
下图为标定结果

halcon手眼标定实现与应用

halcon手眼标定实现与应用

下面为具体代码与详细注释

  1. CalibObjDescr := 'calibrate_hand_eye_scara_setup_01_calplate.cpd'
  2. CalibrationPlateThickness := 0.003
  3. CameraParam := ['area_scan_division',0.0165251, -642.277, 4.65521e-006, 4.65e-006, 595.817, 521.75, 1280, 1024]
  4. *设置要抓取物体厚度,以实现确定抓取平面的位姿
  5. ObjectThickness := 0.001

  6. dev_close_window ()
  7. dev_open_window_fit_size (0, 0, 1280, 1024, 640, -1, WindowHandle)
  8. set_display_font (WindowHandle, 14, 'mono', 'true', 'false')
  9. dev_update_off ()
  10. *
  11. * 步骤1 读取标定板图像及机械手位姿。
  12. *创建标定模型。模型类型为手眼相对固定形式。
  13. *'hand_eye_scara_stationary_cam'为标定类型, 1, 1为标定时相机及标定板个数, CalibDataID为输出句柄。
  14. create_calib_data ('hand_eye_scara_stationary_cam', 1, 1, CalibDataID)
  15. * Set the camera parameters in the calibration model
  16. *设置标定用相机的参数与类型。CalibDataID为模型句柄, 0为相机索引, []为相机类型,表示面扫,
  17. *CameraParam为相机内参。
  18. set_calib_data_cam_param (CalibDataID, 0, [], CameraParam)
  19. *设置标定板的描述文件
  20. set_calib_data_calib_object (CalibDataID, 0, CalibObjDescr)
  21. for Index := 1 to 10 by 1
  22.     * 读取标定板图像
  23.     read_image (CalibImage, '3d_machine_vision/hand_eye/scara_stationary_cam_setup_01_calib_' + Index
  24. 当前这个实现就是将相机固定在一个地方,机械手带动标定 板在不同的位置进行拍照,
  25. 再进行标定求出摄像机坐标系与机械手基础坐标系转换关系,其实就是平移矢量和放置矩阵。
  26. 核心就是要确定 摄像机和机械手基础 坐标系间的关系 ,机械手基础坐标系就是以机械手底座
  27. 为原点建立的坐标系,摄像 机坐标系是以摄像 机中心为原点 建立 的坐标系,知道 它们间的关系
  28. 后就可以计算出要抓取物体可基础 坐标系下的坐标,从而 可以进行准确抓取。


  29. 02')
  30.     *读取图片对应的机械手位姿(机械手基础坐标系下夹具的位姿)
  31.     *这里的对应意思是,标定板固定于机械手夹具,相机对标定板拍照,此时机械手夹具位姿。
  32.     *文件在位于C:/Users/Public/Documents/MVTec/HALCON-17.12-Progress/examples/hdevelop/Calibration/Hand-Eye
  33.     read_pose ('scara_stationary_cam_setup_01_tool_in_base_pose_' + Index
  34. 当前这个实现就是将相机固定在一个地方,机械手带动标定 板在不同的位置进行拍照,
  35. 再进行标定求出摄像机坐标系与机械手基础坐标系转换关系,其实就是平移矢量和放置矩阵。
  36. 核心就是要确定 摄像机和机械手基础 坐标系间的关系 ,机械手基础坐标系就是以机械手底座
  37. 为原点建立的坐标系,摄像 机坐标系是以摄像 机中心为原点 建立 的坐标系,知道 它们间的关系
  38. 后就可以计算出要抓取物体可基础 坐标系下的坐标,从而 可以进行准确抓取。


  39. 02' + '.dat', ToolInBasePose)
  40.     *设置标定模型中机械手位姿,ToolInBasePose为上面从文件读取的数值。
  41.     set_calib_data (CalibDataID, 'tool', Index, 'tool_in_base_pose', ToolInBasePose)
  42.     *确定在相机坐标系下标定板的位姿,并设置到标定模型中。
  43.     find_calib_object (CalibImage, CalibDataID, 0, 0, Index, [], [])
  44.     * 显示结果
  45.     dev_display (CalibImage)
  46.     *从标定模型中获取标定板位姿信息。
  47.     get_calib_data_observ_pose (CalibDataID, 0, 0, Index, ObjInCameraPose)
  48.     *显示标定图像
  49.     disp_caltab (WindowHandle, CalibObjDescr, CameraParam, ObjInCameraPose, 1)
  50.     disp_message (WindowHandle, 'Calibration image ' + Index + ' of 10', 'window', 12, 12, 'black', 'true')
  51.     wait_seconds (0.2)
  52. endfor
  53. disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
  54. stop ()
  55. * 步骤2 执行手眼标定
  56. calibrate_hand_eye (CalibDataID, Errors)
  57. * Get the result of the calibration, i.e., the pose of
  58. * the robot base in the camera coordinate system
  59. *获取标定结果,当前获取在相机坐标系与机械手基础坐标系关系,也就是旋转矩阵和平移矢量。
  60. *这也是相机固定类型的手眼标定目的:求得这种关系。有了各个坐标系间的转换关系后
  61. *就可以换算出物体在机械手基础坐标系下的坐标,从而让机构手抓取物体。
  62. get_calib_data (CalibDataID, 'camera', 0, 'base_in_cam_pose', BaseInCamPosePre)
  63. * 释放模型
  64. clear_calib_data (CalibDataID)
  65. * 可视化显示
  66. disp_preliminary_result (WindowHandle, BaseInCamPosePre, Errors)
  67. disp_continue_message (WindowHandle, 'black', 'true')
  68. stop ()
  69. *步骤3 确定详细位姿。
  70. *在进行SCARA机械手标定时,无法确定全部位姿参数。在相机固定标定情况下,
  71. *ObjInToolPose的Z轴转换不能确定,所以必须移动机械手到已知高度,确定Z轴的转换。
  72. *首先解下标定板放在相机能拍全的任意位置,计算相机坐标系下标定板位姿(保存到ObjInCamPoseRef)
  73. *然后人为移动机械手夹具到标定板中心(数据保存到ToolInBasePoseRef)
  74. *前面两个变量传入函数fix_scara_ambiguity_stationary_cam就可确定Z轴的转换
  75. *得到ObjInCamPoseRef
  76. read_image (ImageRef, '3d_machine_vision/hand_eye/scara_stationary_cam_setup_01_calib_ref')
  77. *get_calib_plate_pose (ImageRef, CameraParam, CalibObjDescr, ObjInCamPoseRef)
  78. create_calib_data ('calibration_object', 1, 1, CalibDataID)
  79. set_calib_data_cam_param (CalibDataID, 0, [], CameraParam)
  80. set_calib_data_calib_object (CalibDataID, 0, CalibObjDescr)
  81. find_calib_object (ImageRef, CalibDataID, 0, 0, 0, [], [])
  82. get_calib_data_observ_pose (CalibDataID, 0, 0, 0, ObjInCamPoseRef)
  83. clear_calib_data (CalibDataID)
  84. *得到ToolInBasePoseRef
  85. read_pose ('scara_stationary_cam_setup_01_tool_in_base_pose_ref.dat', ToolInBasePoseRef)
  86. *fix_scara_ambiguity_stationary_cam (BaseInCamPosePre, ToolInBasePoseRef, ObjInCamPoseRef, ZCorrection)
  87. pose_invert (BaseInCamPosePre, CamInBasePose)
  88. pose_compose (CamInBasePose, ObjInCamPoseRef, ObjInBasePose)
  89. ZCorrection := ObjInBasePose[2] - ToolInBasePoseRef[2]
  90. *转换三维位姿的原点。
  91. set_origin_pose (BaseInCamPosePre, 0, 0, ZCorrection, BaseInCamPose)
  92. *
  93. *可视化显示。
  94. disp_final_results (WindowHandle, BaseInCamPosePre, BaseInCamPose)
  95. disp_end_of_program_message (WindowHandle, 'black', 'true')
  96. *
  97. *手眼标定后,计算所得的BaseInCamPose可用于机械手抓取工作:
  98. *我们假设相机对要抓取的物体拍摄一图像,计算得到其位姿保存到变量ObjInCamPose,
  99. *通过此变量ObjInCamPose及前面标定的结果BaseInCamPose,
  100. *机械手抓取物体的位姿ObjInBasePose就可以计算出来。
  101. pose_invert (BaseInCamPose, CamInBasePose)
  102. create_pose (0.0035, -0.0128, 0.7981, 1.345, 356.158, 180.194, 'Rp+T', 'gba', 'point', ObjInCamPose)
  103. pose_compose (CamInBasePose, ObjInCamPose, ObjInBasePose)
  104. *
  105. * 准备额外的数据来计算被抓取 物体位姿。
  106. *计算测量平面位姿
  107. set_origin_pose (ObjInCamPoseRef, 0, 0, CalibrationPlateThickness - ObjectThickness, MPInCamPose)
  108. * 保存数据用于后续机械手抓取项目
  109. * 保存标定结果
  110. write_pose (CamInBasePose, 'cam_in_base_pose.dat')
  111. *相机内参
  112. write_cam_par (CameraParam, 'camera_parameters.dat')
  113. *测量板位姿
  114. write_pose (MPInCamPose, 'measurement_plane_in_cam_pose.dat')
复制代码

当前这个实现就是将相机固定在一个地方,机械手带动标定 板在不同的位置进行拍照,
再进行标定求出摄像机坐标系与机械手基础坐标系转换关系,其实就是平移矢量和放置矩阵。
核心就是要确定 摄像机和机械手基础 坐标系间的关系 ,机械手基础坐标系就是以机械手底座
为原点建立的坐标系,摄像 机坐标系是以摄像 机中心为原点 建立 的坐标系,知道 它们间的关系
后就可以计算出要抓取物体可基础 坐标系下的坐标,从而 可以进行准确抓取。


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