如何进行手眼系统标定？

对于一个带有视觉的机器人系统来说，摄像机所获得的所有信息都是在摄像机坐标系下描述的。要想让机器人利用视觉系统得到的信息，首先就要确定摄像机坐标系与机器人之间的相对关系，这便是机器人手眼系统标定的内容。

手眼系统（Hand Eye System）：由摄像机和机械手构成的机器人视觉系统，摄像机安装在机械手末端并随机械手一起运动的视觉系统称为眼在手上（Eye In Hand）式手眼系统，如图9.9（a）所示；摄像机不安装在机械手末端，且摄像机不随机械手运动的视觉系统称为眼在手外（Eye To Hand）式手眼系统，如图9.9（b）所示。

图9.9　手眼系统示意

（a）眼在手上（Eye In Hand）式手眼系统；（b）眼在手外（Eye To Hand）式手眼系统

眼在手上式手眼系统：也即摄像头安装在机械臂上，会随着机械臂的运动而发生运动。眼在手外式手眼系统：即摄像头安装在手臂之外的部分与机器人的基座（世界坐标系）相对固定，不随着机械臂的运动而运动。这两个方式的求解略有不同，但基本原理相似。

针对手眼系统的标定，一是求取摄像机坐标系与机器人基座坐标系之间的关系（Eye-To-Hand），二是求取机器人末端连杆坐标系和与其相连接的摄像机或标定板坐标系之间的关系（Eye-In-Hand）。

下面以眼在手外式手眼系统为例进行说明。

如图9.10所示，图中的坐标系含义如下：

（1）{B}为机器人基座坐标系；(www.xing528.com)

（2）{E}为机器人末端连杆（与标定板固连的连杆）坐标系；

（3）{K}为标定板坐标系；

（4）{C}为摄像机坐标系。

图9.10　眼在手外式手眼系统的示意

它们之间的坐标位姿关系如下：

（1）BξE：机器人末端连杆坐标系相对于机器人基座坐标系的位姿；或对{B}施加平移和旋转使之转化为{E}；

（2）EξK：标定板坐标系相对于机器人末端连杆坐标系的位姿，由于标定板是随意安装的，所以该位姿未知；

（3）KξC：摄像机坐标系相对于标定板坐标系的位姿，这个其实就是求解摄像机的外部参数；

（4）BξC：摄像机坐标系相对于机器人基座坐标系的位姿，即为求解目标 BξC=BξE·EξK·KξC，所以，只要计算得到变换EξK，那么摄像机坐标系相对于机器人基座坐标系的位姿BξC 也就自然得到了。这就是眼在手外式手眼系统中要进行手眼标定的目的。