HALCON——手眼标定¶

本章介绍如何在 Windows 系统下通过梅卡曼德提供的例程进行手眼标定。梅卡曼德提供如下两个例程：

determine_calibration_poses.hdev：用于获取进行手眼标定时的标定位姿。
perform_hand_eye_calibration.hdev：用于进行手眼标定。

注解

目前仅适配六轴机器人。
使用 UHP 系列相机进行手眼标定时， 拍摄模式 必须为 Camera1 。

使用前提
修改例程
获取标定位姿
进行手眼标定
机器人欧拉角类型
标定参数说明

使用前提 ¶

使用 HALCON 进行手眼标定前，准备工作如下：

确认机器人精度无误，且机器人可正常使用。
准备相机随附的标定板，安装相机与标定板。
下载并安装 Mech-Eye SDK 。
确认 2D 图与深度图的质量符合要求。
确认相机内参符合要求。
下载 HALCON 例程，依次单击 Code ‣ Download ZIP 即可下载。

修改例程 ¶

使用 determine_calibration_poses.hdev 获取标定位姿后，需使用 perform_hand_eye_calibration.hdev 进行手眼标定。

两个例程中的以下信息需保持一致：

连接的相机
标定板型号

另外，获取位姿前，需设置 robot_pose.json 文件中的欧拉角类型。

选择同一台相机¶

运行例程前，需修改例程中设置的相机，保证两个例程运行时连接同一台相机。设置步骤如下：

在 HALCON 中打开例程：运行 HALCON，将例程拖拽至 HALCON 的 程序窗口 中。
选中 程序窗口 中 info_framegrabber 算子所在的行，单击工具栏中的按钮或单击键盘上的 F6 ，运行该算子。
双击 控制变量 区域的 DeviceInfos ，可查看所有可连接的相机。
选中相机并双击，复制 unique_name: 或 user_name: 的相机名。
定位至如下命令行，将 MechEye 替换为 unique_name 或 user_name。
```
DeviceInfo := 'MechEye'
```
单击工具栏中的按钮或单击键盘上的 F5 ，运行例程。

设置标定板型号¶

设置标定板型号的步骤如下：

在 HALCON 中打开例程：运行 HALCON，将例程拖拽至 HALCON 的 程序窗口 中。
设置标定板型号。默认标定板型号为 BDB-5；如使用其他标定板，定位至如下算子，将 BDB-5 替换为对应的标定板型号。
```
set_framegrabber_param (AcqHandle, 'BoardType', 'BDB-5')
```

设置欧拉角类型和单位¶

使用 determine_calibration_poses.hdev 获取的标定位姿需输入至 robot_pose.json 文件中， robot_pose.json 文件中默认的欧拉角类型为 sxyz ，默认的欧拉角单位为角度。请执行以下步骤设置欧拉角类型与格式：

打开 robot_pose.json 文件。
设置欧拉角类型。定位至如下命令行，将 sxyz 替换为所用机器人的欧拉角类型。例程已支持的欧拉角类型请参考机器人欧拉角类型。
```
"EulerType":"sxyz"
```
设置欧拉角单位。如需输入以弧度为单位的欧拉角，定位至如下命令行，将 true 替换为 false。
```
"FromDegree":true
```
保存 robot_pose.json 文件。

获取标定位姿 ¶

流程图¶

步骤¶

进行手眼标定前，需获取至少 15 组的标定位姿。获取标定位姿的步骤如下：

单击工具栏中的按钮或单击键盘上的 F5 ，运行例程。例程运行到 read_char (WindowHandle, Char, ReCode) 时将暂停运行，需手动输入指令继续运行例程。

提示

如相机连接不成功，需检查相机是否已被 Mech-Eye Viewer 或其他 GenICam 客户端连接。
使用示教器移动机器人至合适位置。
输入 P ，相机采集图像。
- 如标定板只有部分在视野之内或不在视野之内，请移动机器人，并重新采集图像。
- 如标定板全部在视野之内，请执行下一步。
输入 T ，相机采集包含特征识别结果的图像。
- 如相机无法识别标定板上的圆，HALCON 将不返回图像。此时请移动机器人，重新采集原始图像与包含特征识别结果的图像。
- 如相机可以识别标定板上的圆，HALCON 将显示包含特征识别结果的图像（如下图所示），请执行下一步。
查看机器人示教器，将机器人此时的位姿输入 robot_pose.json 文件中。
提示
- 请将该位姿存入示教器中。进行手眼标定时，可直接使用示教器中已保存的位姿移动机器人。
重复步骤 2~5，继续获取位姿。
确认获取至少 15 组位姿后，采集数据结束，输入 Q ，退出程序。
设置 robot_pose.json 文件中标定位姿个数。打开 robot_pose.json 文件，定位至如下命令行，将 15 替换为实际获取的标定位姿个数。
```
"pose_count":15
```

进行手眼标定 ¶

获取机器人标定位姿后，运行 perform_hand_eye_calibration.hdev 例程，开始手眼标定。

流程图
检查相机安装方式
切换坐标系
步骤

流程图 ¶

检查相机安装方式 ¶

进行手眼标定前需设置相机安装方式。

默认相机安装方式为 Eye in Hand；如相机安装方式为 Eye to Hand，定位至如下算子，将 EyeInHand 替换为 EyeToHand 。

set_framegrabber_param (AcqHandle, 'CalibrationType', 'EyeInHand')

切换坐标系 ¶

例程中包含切换相机输出点云的坐标系的算子，通过该算子可直接输出机器人坐标系下的点云。

默认设置为不切换坐标系；如需切换至机器人坐标系，请在 captureTranformedPointCloud 函数中，定位至如下算子，并将 false 替换为 true。

set_framegrabber_param (AcqHandle, 'Scan3dCoordinateTransformEnable',false)

步骤 ¶

手眼标定需执行如下步骤：

单击工具栏中的按钮或单击键盘上的 F5 ，运行例程。例程运行至 stop 行后，将暂停运行。
将机器人移动至 robot_pose.json 文件中的标定位姿。

提示

请按 robot_pose.json 文件中的位姿顺序移动机器人，否则将导致后续外参计算失败。
单击工具栏中的按钮或单击键盘上的 F5 ，运行例程，相机采集图像。
采集图像结束后，查看 控制变量 中的 CollectResult 值。
- 如显示 SUCCESS，请进行下一步；
- 如发生报错，请根据错误码排查问题，再重新获取标定位姿。
界面提示“Move the robot to the next calibration pose”，此时请重复执行步骤 2~3。

提示

机器人到达 robot_pose.json 文件中的所有位置后，再运行例程时，将自动计算外参。
查看 控制变量 中的 CalibResult 值。
- 如显示 SUCCESS，则手眼标定成功。请在例程所在文件夹内查看外参文件 Extrinsics.txt 与转换坐标系后的点云；
- 如发生报错，请根据错误码排查问题，再重新获取标定位姿。

机器人欧拉角类型 ¶

标定例程中已支持以下欧拉角类型与四元数的转换。

输入顺序	欧拉角类型	机器人品牌
Z-Y’-Z’’	rzyz	Kawasaki（川崎）
Z-Y’-X’’	rzyx	ABB
Z-Y’-X’’	rzyx	KUKA（库卡）
X-Y-Z	sxyz	FANUC（发那科）
		YASKAWA（安川）
		Rokae（珞石）
		UR（优傲）
X-Y’-Z’’	rxyz	/
Z-X’-Z’’	rzxz	/

注解

欧拉角类型相同时，机器人欧拉角显示的顺序可能不同。请按照上表的输入顺序输入欧拉角。
如所用机器人的欧拉角类型不在上表内，需要您自行添加该欧拉角类型与四元数的转换。请在 perform_hand_eye_calibration.hdev 例程的 euler_to_quad 函数中，参照已有代码添加转换。

标定参数说明 ¶

本节介绍进行手眼标定时使用的参数。

BoardType
ExtrinErrCode

BoardType ¶

该参数用于设置使用的标定板型号。

值列表及说明：

值	说明
BDB-5	标定板到相机的推荐距离为 < 0.6m
BDB-6	标定板到相机的推荐距离为 0.6~1.5m
BDB-7	标定板到相机的推荐距离为 > 1.5m
OCB-005	仅用于对精度要求高，且为 Eye to Hand 安装方式的项目
OCB-010
OCB-015
OCB-020
CGB-020	标定板到相机的推荐距离为 < 0.6m
CGB-035	标定板到相机的推荐距离为 0.6~1.5m
CGB-050	标定板到相机的推荐距离为 > 1.5m

ExtrinErrCode ¶

该只读参数用于确认手眼标定过程中的状态码和错误码。

状态码	说明
SUCCESS	执行成功。
POSE_INVALID	位姿格式不正确，请输入四元数。
IMAGE2D_EMPTY	2D 图无效。
FIND_CORNERS_FAIL	2D 图特征识别失败，请调节 2D 图参数调节以获取符合要求的 2D 图。
DEPTH_EMPTY	深度图无效。
CORNERS_3D_INVALID	深度图特征识别失败，请调节 3D参数以获取符合要求的深度图。
POSES_INSUFFICIENT	位姿数量不足，请输入至少 15 组位姿。