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手眼标定 - 最终精度和误差优化心得

news 2025/11/3 13:28:00

手眼标定 - 标定误差优化项

  • 一、TCP标定误差优化
    • 1、注意标定针摆放范围
    • 2、TCP标定时的点次态与工作姿态尽可能保持相近
  • 二、深度相机对齐矩阵误差
    • 1、手动计算对齐矩阵
  • 三、手眼标定拍照姿态
    • 1、TCP标定姿态优先
    • 2、水平放置棋盘格优先

为减少最终手眼标定的误差，可做或注意以下步骤（环节）。

一、TCP标定误差优化

1、注意标定针摆放范围

如：在实际焊接、码垛等工作时，机械臂的工作范围或摆动范围主要集中在X轴的[150mm ， 1500mm]范围，Y轴的[-150mm ， 350mm]范围，Z轴的[-200mm ， 600mm]范围，那么在做TCP时，应将标定针（或标定点）摆放在X =（150 + 1500）/ 2 = 825mm 左右的位置，而不宜摆放在过于靠近最小值和最大值的附近。（Y轴和Z轴计算方式同理）
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2、TCP标定时的点次态与工作姿态尽可能保持相近

如：实际焊接时枪头与XY平面的夹角在[30-50]°之间，焊接的方向一般指向+X+Y、+X-Y、-X+Y、-X-Y，那么做TCP时的点位也应该与焊接时的姿态、夹角保持一致或相近。
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二、深度相机对齐矩阵误差

1、手动计算对齐矩阵

市面上常见的深度相机一般有彩色点云和非彩色点云（深度点云），彩色点云和深度点云之间一般有对齐矩阵，该矩阵可通过上位机获取，但一般都不够精准。尽量自己计算。

方法： 同一位置下，分别进行彩色点云和深度点云拍照，然后将两点云进行配准（配准算法可使用Open3D或PCL可提供的接口），最终的配准矩阵，即我们需要的对齐矩阵。然后重复拍照N次（每组照片尽量拍摄不同物体），计算对齐矩阵的平均值（N越大，对齐矩阵精度越高）。

三、手眼标定拍照姿态

1、TCP标定姿态优先

手眼标定时，处于拍照姿态时此时的工具的姿态（本文指的是：工具向量与机器人坐标系下的XY平面的夹角）尽可能与做TCP标定时（工具向量与机器人坐标系下的XY平面的夹角）的姿态保持一致（或相近），如果在该姿态下相机无法拍到棋盘格，则可将棋盘格倾斜放置。倾斜角度慢慢调整，直到工具姿态接近TCP姿态且相机可以拍到棋盘格为最佳。
局限性： 如果相机精度不是很高，得通过增加拍照次数的方式减少手眼误差，则该方案可能有局限性，因为棋盘格斜立摆放拍照姿态会受到限制，一般只能让相机朝XY平面方向上的一个固定范围方向，不能绕Z轴拍照360°，所以最终的手眼矩阵不具有可靠的全方位都可用的最佳效果！

2、水平放置棋盘格优先

水平放置棋盘格方法，该方法可显著增加拍照次数：拍照姿态一般让相机Z轴与棋盘格平面法向量夹角处于0°-25°范围（夹角过大亦会影响手眼矩阵精度），让相机调整至可拍到整个棋盘格的位置，然后绕Z轴360°都拍下，精度差的相机拍照次数最好在大几十次甚至100次以上，而精度高的工业相机配合精度高的机器人手眼拍照次数可控制在10次以下。

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