双机器人相对位姿标定

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本文介绍“位姿变换(高级)”步骤中的“双机器人相对位姿标定”功能及其使用流程。

功能介绍

该功能用于标定两台机器人之间的空间位姿关系,即计算一台机器人在另一台机器人坐标系下的位姿。支持以下两种硬件配置方式:

  • 单机器人安装相机:一台机器人搭载相机,另一台携带标定板。通过相机对标定板进行标定,以计算两机器人之间的位姿关系。

  • 双机器人安装相机:两台机器人各自携带相机拍摄同一固定标定板,通过相机外参计算两机器人之间的位姿关系。

标定完成后,将通过输出端口输出两台机器人之间的相对位姿,可用于后续的坐标系变换和数据合并操作,便于双机器人协同作业。此外,已保存的位姿关系可直接加载复用,无需重复标定。

使用流程

本节介绍获取两台机器人相对位姿关系的三种方法,用户可根据实际需求选择合适的操作流程:

通过单机器人安装相机进行位姿标定

适用于两机器人尚未建立相对位姿关系,且仅在一台机器人上安装相机进行标定的场景。

选择创建类型

  1. 单击配置向导按钮,打开位姿变换工具,选择双机器人相对位姿标定

  2. 在右侧参数区,选择创建类型为创建空白关系计算,相机安装方式选择为单机器人安装相机

单击确定按钮进入两机器相对位姿标定流程。

标定两机器人位姿关系

两机器相对位姿标定的总体流程如下图所示。

overall process one camera

默认以机器人R2为参考坐标系,在机器人R1上安装相机,通过计算输出机器人R1在R2坐标系下的位姿。操作步骤如下:

  1. 获取EIH外参:通过手眼标定获取机器人R1上相机的外参。(见图示3)

  2. 输入法兰位姿:固定装有相机的机器人R1,充当相机支架,用于进行ETH外参标定。手动输入机器人R1在标定ETH外参时的法兰位姿。(见图示2)

  3. 获取ETH外参:机器人R1保持不动,由机器人R2携带标定板运动,通过手眼标定获取相机与机器人R2之间的外参关系。(见图示4)

  4. 计算相对位姿:基于上述数据,计算机器人R1在R2坐标系下的相对位姿关系。(见图示1)

operating steps one camera

下文将对位姿标定流程进行介绍。

  1. 获取EIH外参。

    提供三种获取EIH外参的方法,分别为选用工程外参EIH标定外参手动输入,具体说明如下表所示。

    序号 获取方式 方法

    1

    选用工程外参

    1. 在已有外参标定结果的情况下,选择当前方案下的工程

    2. 在所选工程下选择所需的标定参数组

    3. 选定后将加载已有标定结果

    2

    EIH标定外参

    单击EIH标定外参后进入3D相机标定工具,并参考手眼标定操作指南获取EIH外参。

    3

    手动输入

    单击手动输入后进入编辑位姿工具,可手动设置EIH外参。

  2. 输入机器人R1的法兰位姿。

    在位姿编辑工具中输入机器人R1在获取ETH外参时记录的法兰位姿。

  3. 获取ETH外参。

    提供三种获取ETH外参的方法,分别为选用工程外参ETH标定外参手动输入,具体说明如下表所示。

    序号 获取方式 方法

    1

    选用工程外参

    1. 在已有外参标定结果的情况下,选择当前方案下的工程

    2. 在所选工程下选择所需的标定参数组

    3. 选定后将加载已有标定结果

    2

    ETH标定外参

    单击ETH标定外参后进入3D相机标定工具,并参考手眼标定操作指南获取ETH外参。

    3

    手动输入

    单击手动输入后进入编辑位姿工具,可手动设置ETH外参。

  4. 计算相对位姿。

    成功获取上述数据后,单击开始计算按钮,自动计算两台机器人的相对位姿关系,并通过输出端口输出计算结果。

  5. 设置相对位姿名称。

    基础设置中设置机器人相对位姿名称,用于在方案中调用。该名称不得与当前方案中已存在的相对位姿名称重复。

至此,已完成通过单机器人安装相机进行相对位姿标定的流程。单击应用按钮完成输出端口配置,并保存标定后的相对位姿文件。

应用计算结果

将计算得到的位姿关系作为参考位姿,应用于“位姿变换”或“点云变换”等坐标系变换步骤,实现坐标系的统一。

通过双机器人安装相机进行位姿标定

适用于两机器人尚未建立相对位姿关系,且在两台机器人上均安装相机进行标定的场景。

选择创建类型

  1. 单击配置向导按钮,打开位姿变换工具,选择双机器人相对位姿标定

  2. 在右侧参数区,选择创建类型为创建空白关系计算,相机安装方式选择为双机器人安装相机

单击确定按钮进入两机器相对位姿标定流程。

标定两机器人位姿关系

两机器相对位姿标定的总体流程如下图所示。

overall process two cameras

默认以机器人R2为参考坐标系,机器人R1和R2分别安装相机C1和C2,通过计算输出机器人R1在R2坐标系下的位姿。操作步骤如下:

  1. 获取EIH外参:通过手眼标定分别获取机器人R1上相机C1的外参和机器人R2上相机C2的外参。(见图示2b、3b)

  2. 放置并采集标定板图像:将标定板置于两台机器人之间,确保R1和R2携带的相机均能拍摄到标定板。通过相机C1和C2分别采集并计算标定板的位姿。采集过程中需保持标定板静止,若标定板在采集期间发生移动,则需重新采集图像。(见图示2c、3c)

  3. 输入法兰位姿:图像采集完成后,分别记录并输入机器人R1和R2在采集标定板图像时的法兰位姿。(见图示2a、3a)

  4. 计算相对位姿:基于上述数据,计算机器人R1在R2坐标系下的相对位姿关系。(见图示1)

operating steps two cameras

下文将对位姿标定流程进行介绍。

  1. 获取机器人R1和R2的EIH外参。

    提供三种获取EIH外参的方法,分别为选用工程外参EIH标定外参手动输入,具体说明如下表所示。

    序号 获取方式 方法

    1

    选用工程外参

    1. 在已有外参标定结果的情况下,选择当前方案下的工程

    2. 在所选工程下选择所需的标定参数组

    3. 选定后将加载已有标定结果

    2

    EIH标定外参

    单击EIH标定外参后进入3D相机标定工具,并参考手眼标定操作指南获取EIH外参。

    3

    手动输入

    单击手动输入后进入编辑位姿工具,可手动设置EIH外参。

    获取EIH外参后,需分别采集两台机器人拍摄的标定板位姿,并记录每台机器人在拍摄时的法兰位姿。

  2. 放置并采集标定板图像。

    1. 选择标定板。

      在参数区设置标准标定板型号参数,然后单击下一步按钮。

    2. 检查标定板位置及图像质量。

      1. 将标定板放置到两机器人公共区域,确保两相机均能拍摄到标定板。

      2. 单击连接按钮连接相机,在相机编号列表中选中需要连接的相机,然后单击“连接”图标即可连接相机,或者直接双击需要连接的相机。

      3. 单击连续采集按钮,采集标定板图像。在2D视图中,请确保标定板完整出现在红框内。同时,检查标定板图像质量,需满足以下要求:

        • 在2D图中,标定板整体亮度不宜过暗、过亮或亮度不均,每个标定圆应清晰可见。

        • 在深度图中,标定板上的每个标定圆应完整。

          若标定板成像质量差,请前往Mech-Eye Viewer 对“calib”参数组进行调节。若使用的是DEEP、LSR系列相机,请调节“2D图(深度源)”分组下的参数。

    3. 确认标定板位置及图像质量无误后,保持标定板位姿不动。单击采集并计算按钮,完成标定板位姿的采集与计算。

      • 标定板位姿确定后,应保持不变,分别由机器人R1和R2进行两次图像采集。若标定板在采集过程中发生移动,则需返回流程中两处“采集标定板图像并计算位姿”步骤重新采集图像。

      • 采集标定板图像时,请准确记录采集时机器人的法兰位姿,并在后续步骤中输入。输入的法兰位姿必须与图像采集时的实际位姿完全一致。

  3. 输入机器人R1和R2的法兰位姿。

    采集并计算标定板位姿后,在位姿编辑工具中分别输入机器人R1和R2在采集标定板图像时记录的法兰位姿。

  4. 计算相对位姿。

    成功获取上述数据后,单击开始计算按钮,自动计算两台机器人的相对位姿关系,并通过输出端口输出计算结果。

  5. 设置相对位姿名称。

    基础设置中设置机器人相对位姿名称,用于在方案中调用。该名称不得与当前方案中已存在的相对位姿名称重复。

至此,已完成通过双机器人安装相机进行相对位姿标定的流程。单击应用按钮完成输出端口配置,并保存标定后的相对位姿文件。

应用计算结果

将计算得到的位姿关系作为参考位姿,应用于“位姿变换”或“点云变换”等坐标系变换步骤,实现坐标系的统一。

使用已标定的两机器人相对位姿关系

加载已标定的双机器人相对位姿关系,适用于可复用历史标定结果的场景,无需重新标定。

选择创建类型

  1. 单击配置向导按钮,打开位姿变换工具,选择双机器人相对位姿标定

  2. 在右侧参数区,选择创建类型为选择已有位姿关系创建,在下拉列表中选择当前方案下的已有两机器人关系。

  3. 单击确定按钮后将显示已有两机器人相对位姿关系的计算结果和名称。

  4. 确认无误后,单击应用按钮完成输出端口配置。

应用计算结果

将计算得到的位姿关系作为参考位姿,应用于“位姿变换”或“点云变换”等坐标系变换步骤,实现坐标系的统一。

典型应用场景

该功能在工程中常用于需要将两台机器人分别采集的点云或位姿数据统一到同一个机器人坐标系下的场景。典型使用流程如下:

typical application scenarios
  1. 标定相对位姿:通过上文所述的三种方法,获取机器人R1在R2坐标系下的相对位姿。

  2. 变换坐标系:使用点云变换位姿变换步骤,将 R1 坐标系下的点云或位姿数据,变换至R2坐标系。

  3. 合并数据:将统一到机器人R2坐标系的点云或位姿,通过合并点云合并数据等步骤,实现数据整合,用于双机器人的协同作业。

example diagram

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