18、视觉引导机器人：校准与运动校正技术解析

视觉引导机器人：校准与运动校正技术解析

在工业自动化领域，机器人与视觉系统的协同工作至关重要。本文将深入探讨如何通过视觉系统引导工业机器人更精确地操作，包括相机与机器人基座坐标系的校准、立体视觉计算三维坐标等关键技术。

1. 引言

为了让机器人和相机协同工作，需要将相机获取的信息转换到机器人基座坐标系中。这一任务被称为手眼校准，通过它，机器人控制器可以根据相机信息修改程序，以更好地适应实际环境条件。考虑到焊接零件定位误差和机械臂结构误差，本文将介绍一种提高工业机器人操作精度的方法。

2. 利用立体视觉计算三维坐标

该方法基于针孔相机模型，以下是详细介绍：
- 针孔相机模型 ：相机中心(C)位于坐标原点，主点为(p)。空间点投影到平面上，投影中心(p)距离为(z)（记为(f)），此平面为像平面或焦平面。
- 通过相似三角形原理，可将三维空间点(X = (X, Y, Z)^T)转换为像平面上的二维点(x)，其坐标为(f X/Z)和(f Y/Z)。
- 通用转换公式为(x = P * X)，其中(P)为相机投影矩阵，其内容如下：
[
P =
\begin{bmatrix}
f_x & 0 & c_x \
0 & f_y & c_y \
0 & 0 & 1
\end{bmatrix}
]
(f_x)和(f_y)是考虑相机像素结构（可能非矩形）的焦距，(c_x)和(c_y)是主点相对于坐标系的坐标。通常，三维空间点用世界坐标系表示，相机坐标系