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基于主动视觉的手眼矩阵和光平面标定方法
摘要
现代机器人技术中，手眼矩阵和光平面标定是非常重要的技术之一，其可以用于机器人的自主定位、运动控制、自动化操作等场景中。本文主要介绍了基于主动视觉的手眼矩阵和光平面标定方法。对于手眼标定，本文提出了使用相机和机械臂协同工作的方法，并且针对常见的标定误差进行了修正。对于光平面标定，本文提出了使用棋盘格和主动光源的方法，可以有效地提高标定的精度和鲁棒性。
关键词：手眼矩阵、光平面标定、主动视觉、协同机器人、
Abstract
Hand-eyematrixandlightplanecalibrationareimportanttechnologiesinmodernrobottechnology,whichcanbeusedinrobotautonomouspositioning,motioncontrol,automationandotherscenes.Thispapermainlyintroducesthehand-eyematrixandlightplanecalibrationmethodsbasedonactivevision.Forhand-eyecalibration,thispaperproposesamethodofusingcamerasandrobotstoworktogether,andcorrectivemeasuresaretakenforcommoncalibrationerrors.Forlightplanecalibration,thispaperproposesamethodofusingachessboardandactivelightsource,whichcaneffectivelyimprovetheaccuracyandrobustnessofcalibration.
Keywords:Hand-eyematrix,lightplanecalibration,activevision,collaborativerobots
一、引言
随着现代机器人技术的不断发展，机器人在工业、医疗、农业等各个领域中得到越来越广泛的应用。机器人的定位、运动控制、自动化操作等问题变得越来越重要，而手眼矩阵和光平面标定作为重要的技术手段，在机器人技术中得到了广泛的应用。
手眼矩阵标定是指对机器人的手和眼进行标定，从而确定二者之间的变换关系。手眼矩阵可以用于机器人的自主定位、运动控制等场景中。光平面标定是指在机器人定位过程中，通过标定机器人的视场范围内的光平面，从而提高机器人定位的精度和鲁棒性。光平面标定可以用于机器人视觉定位、路径规划等场景中。
目前，手眼矩阵和光平面标定的方法非常多，传统的方法主要是基于相机和机器人的固定关系进行标定，但是由于机器人和相机的位置不断变化，这种方法无法满足实际需求。因此，近年来，基于主动视觉的手眼矩阵和光平面标定方法逐渐受到重视。
本文主要介绍基于主动视觉的手眼矩阵和光平面标定方法。首先，对手眼矩阵标定的原理进行介绍，然后提出了使用相机和机械臂协同工作的方法，并对常见的标定误差进行了修正。然后，针对传统的光平面标定方法存在精度低、鲁棒性差等问题，本文提出了使用棋盘格和主动光源的方法，可以有效地提高标定的精度和鲁棒性。
二、手眼矩阵标定
手眼矩阵标定可以用于机器人自主定位、运动控制等场景中，可以通过相机拍摄标志物、机械臂控制等方式实现。
手眼矩阵标定的原理是确定机器人末端执行器在机器人坐标系下的位置，以及相机在相机坐标系下的位姿，从而确定机器人坐标系和相机坐标系之间的变换关系。由于机器人和相机的位置、朝向不断变化，因此需要使用不同的位置和朝向进行标定。
手眼矩阵标定方法主要分为两种：基于手动运动和基于自动运动。其中，基于自动运动的标定方法是目前比较常用的方法。
基于自动运动的手眼矩阵标定方法通常需要使用相机和机械臂协同工作。具体来说，首先将机械臂的末端执行器（EE）与相机各自固定好，然后将机械臂自动控制运动，使EE以各种姿态移动，并拍摄对应的图片。通过分析这些图片，可以得到机械臂的姿态以及相机在不同位置和朝向下的位姿信息，进而求出机器人坐标系和相机坐标系之间的变换关系。
但是，基于自动运动的手眼矩阵标定方法容易出现一些标定误差，如角度误差、轴向误差等。针对这些问题，本文提出了一些修正方法，如使用更多的标定点进行标定、使用非线性优化方法等。
三、光平面标定
机器人视觉定位、路径规划等问题都需要明确机器人视野内的光平面信息。光平面标定就是确定机器人视野内的光平面信息，从而提高机器人的定位精度和鲁棒性。
传统的光平面标定方法通常是利用棋盘格等标志物，基于相机和机械臂之间的固定关系进行标定。但是，由于机器人和相机的位置不断变化，这种固定关系并