工具标定方法、系统、装置、电子设备以及可读存储介质与流程

1.本技术涉及机械自动化技术领域，特别是一种工具标定方法、工具标定系统、工具标定装置、电子设备以及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.在制鞋行业中，鞋子涂胶自动化越来越受到关注。目前大多数自动化涂胶方案中需要将胶枪固定在机械臂末端实现自动涂胶。而为了更加精准的涂胶需要将胶枪工具进行工具标定，即获得工具中心点(tool central point，tcp)到机械臂末端坐标系的位置坐标关系，其中，胶枪的工具中心点是指从喷嘴中心(即胶枪末端)沿轴线方向延伸到涂胶平面形成的一个虚拟点。现有工具标定一般采用四点法、六点法等。对于胶枪而言，其工具中心点一般在喷胶轴线上，但工具中心点的位置会根据需求不同而变化。
3.目前，在实际应用中，工具标定一般需要专业操作人员示教机械臂通过多次对点的方式进行。整个过程比较繁琐耗时，并且对操作人员示教的点位有一定约束，如果操作不当，可能导致标定结果不准确。此外，在对胶枪进行工具标定时，由于喷胶高度变化，实际的工具中心点也会发生改变，实际中通常是根据已知的标定结果和涂胶高度的变化量来估算变化后的标定结果，由于实际操作中，喷胶轴线的标定结果通常存在方向偏差，导致沿已知的喷胶轴线方向去估算的结果存在累计误差。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本技术提供了一种工具标定方法、工具标定系统、工具标定装置、电子设备以及计算机可读存储介质，能够灵活为工具中心点沿中心轴线可变的工具进行标定以及优化工具标定流程、提高标定精准度。
5.本技术采用的一个技术方案是：提供一种工具标定方法，其中，该工具连接在驱动机构末端，工具的末端可拆卸连接标定件，标定件上设置有标识特征，标识特征的特征点位于工具的中心轴线上与工具的中心点重合；
6.该方法包括：控制相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息；获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息，以及获取相机坐标系和基坐标系的转换关系；根据第一位置信息、第二位置信息、以及转换关系，确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，以完成工具标定。
7.可选地，控制相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息，包括：控制驱动机构的末端移动至预设区域，触发相机拍摄获取标识特征的三维图像数据；处理三维图像数据，获取特征点在相机坐标系下的3d坐标，以及获取标识特征的姿态矩阵，进而获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息。
8.可选地，标识特征的姿态矩阵为预设的三阶单位矩阵。
9.可选地，标识特征的姿态矩阵是基于三维图像数据获取的，包括：处理三维图像数据，拟合标识特征所在的标识平面；获取标识平面单位法向量，作为z轴单位向量nz，以及任
意取标识平面内一单位向量为x轴单位向量n
x
；根据空间向量正交计算得到y轴单位向量，ny＝nz×nx
；基于x轴单位向量、y轴单位向量和z轴单位向量，得到标识特征的特征点在相机坐标系下的姿态矩阵(n
x
,ny,nz)。
10.可选地，标定件包括固定机构和标识机构，固定机构与工具的末端可拆卸连接，标识机构一端设置有标识特征，标识机构另一端和固定机构活动连接，使得工具的中心点沿着工具的中心轴线变动时标定件上的特征点随之变动，且保持与工具的中心点重合，该方法包括，获取工具的中心点在工具的中心轴线上的实际位置；调整标识机构的位置使得标定件上的特征点保持与工具的中心点重合。
11.本技术采用的另一个技术方案是：提供一种工具标定系统，其中，该工具连接在驱动机构末端，工具的末端可拆卸连接标定件，标定件上设置有标识特征，标识特征的特征点位于工具的中心轴线上，且与工具的中心点重合，该系统包括，第一获取模块，用于控制相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息；第二获取模块，用于获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息，以及获取相机坐标系和基坐标系的转换关系；标定模块，用于根据第一位置信息、第二位置信息、以及转换关系，确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，以完成工具标定。
12.可选地，标定件包括固定机构和标识机构，固定机构与工具的末端可拆卸连接，标识机构一端设置有标识特征，标识机构另一端和固定机构活动连接，使得工具的中心点沿着工具的中心轴线变动时标定件上的特征点随之变动，且保持与工具的中心点重合，该系统包括，标定件调整模块，用于获取工具的中心点在工具的中心轴线上的实际位置，调整标识机构的位置使得标定件上的特征点保持与工具的中心点重合。
13.本技术采用的另一个技术方案是：提供一种工具标定装置，其中，该工具标定装置包括标定件，该标定件用于执行如上所述的工具标定方法。
14.本技术采用的另一个技术方案是：提供一种电子设备，该电子设备包括处理器以及与处理器连接的存储器；其中，存储器中存储有程序数据，处理器调取存储器存储的程序数据，以执行如上所述的工具标定方法。
15.本技术采用的另一个技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有程序数据，程序数据在被处理器执行时，用以实现如上所述的工具标定方法。
16.区别于现有技术，本技术提供的工具标定方法中的工具连接在驱动机构末端，工具的末端可拆卸连接标定件，标定件上设置有标识特征，标识特征的特征点位于工具的中心轴线上，且与工具的中心点重合，该方法包括：控制相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息；获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息，以及获取相机坐标系和基坐标系的转换关系；根据第一位置信息、第二位置信息、以及转换关系，确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，以完成工具标定。通过上述的工具标定方法，一方面，通过设置带有标识特征的标定件使得标定件上的特征点与工具的中心点重合，通过相机识别标识特征获取工具与相机之间的位姿关系，再结合驱动机构和相机之间固定的手眼标定关系，从而能够精准快捷地为工具中心点沿中心轴线可变的工具进行标定，大大提高了提高标定精准度；另一方面，通过特征点、驱动机构末端的位置信息，以及相机坐标系和基坐标系的转换关系对工具进行标定，无
需进行复杂的对点，只需相机采样一次获取有效的标识特征图像数据就可以完成工具标定，有效地优化了工具标定流程。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
18.图1是本技术提供的工具标定系统一实施例的结构示意图；
19.图2是本技术提供的标定件一实施例的结构示意图；
20.图3是本技术提供的内筒一实施例的结构示意图；
21.图4是本技术中特征点保持与工具的中心点重合一实施例的流程示意图；
22.图5是本技术提供的工具的涂胶高度一实施例的结构示意图；
23.图6是本技术提供的工具标定方法第一实施例的流程示意图；
24.图7是本技术中步骤s21一实施例的流程示意图；
25.图8是本技术中步骤s212一实施例的流程示意图；
26.图9是本技术提供的一种工具标定系统的结构示意图；
27.图10是本技术提供的一种工具标定装置的结构示意图；
28.图11是本技术提供的一种电子设备的结构示意图；
29.图12是本技术提供的计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.在申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
32.本技术实施例中的步骤并不一定是按照所描述的步骤顺序进行处理，可以按照需求有选择的将步骤打乱重排，或者删除实施例中的步骤，或者增加实施例中的步骤，本技术实施例中的步骤描述只是可选的顺序组合，并不代表本技术实施例的所有步骤顺序组合，实施例中的步骤顺序不能认为是对本技术的限制。
33.本技术实施例中的术语“和/或”指的是包括相关联的列举项目中的一个或多个的任何和全部的可能组合。还要说明的是：当用在本说明书中时，“包括/包含”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件和/或它们的组群的存在或添加。
34.本技术中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
35.另外，本技术中尽管多次采用术语“第一”、“第二”等来描述各种数据(或各种元件或各种应用或各种指令或各种操作)等，不过这些数据(或元件或应用或指令或操作)不应受这些术语的限制。这些术语只是用于区分一个数据(或元件或应用或指令或操作)和另一个数据(或元件或应用或指令或操作)。例如，第一位置信息可以被称为第二位置信息，第二位置信息也可以被称为第一位置信息，仅仅是其两者所包括的范围不同，而不脱离本技术的范围，第一位置信息和第二位置信息都是各种位置和姿态信息的集合，只是二者并不是相同的位置和姿态信息的集合而已。
36.参阅图1，图1是本技术提供的工具标定系统一实施例的结构示意图，该工具标定系统10包括：工具11、驱动机构12和标定件13。其中，工具11连接在驱动机构12的末端，工具11的末端可拆卸连接标定件13，标定件13上设置有标识特征(图1未示出)，标识特征的特征点位于工具11的中心轴线11a上，与工具11的中心点重合。
37.可选地，工具11为安装在涂胶机器人末端的胶枪，胶枪末端螺纹连接有喷嘴，为了适用不同的喷胶口径要求，喷嘴可拆卸进行更换。
38.可选地，工具11可与一装有涂胶的容器和控制器连接，用于根据控制器发送的喷胶指令，吸取容器中的胶液，并在工具11的末端释放胶液，以实现工具标定系统10的喷涂功能。
39.可选地，驱动机构12为涂胶机器人的机械臂，其上具有至少三个可活动关节(如，驱动机构12可为三轴机械臂、四轴机械臂或六轴机械臂等，在图1所示的实施例为三轴机械臂)，驱动机构12适于工具11的位置和角度的调节。如图1所示，驱动机构12的第一可活动关节12a竖直固定在支撑板上，并以第一可活动关节12a与该支撑板连接处的中心点为坐标建立驱动机构12的基坐标系(b)。在机械臂的末端(即图1中第三可活动关节12b的末端)连接工具11。可选地，驱动机构12可以采用夹持的方式与工具11固定连接，也可以通过螺栓紧固与工具11固定连接。可选地，驱动机构12还与一控制装置连接，通过控制装置控制驱动机构12沿一定的空间轨迹运动，驱动机构12在运动过程中带动工具11一起运动，从而对工具11的位置和角度的调节，使工具11以预设的角度和位置来完成工具标定系统10的喷涂处理任务。
40.参阅图2，图2是本技术提供的标定件一实施例的结构示意图，该标定件13包括固定机构和标识机构。其中，固定机构包括外筒131，标识机构包括内筒132，外筒131一端与工具末端可拆卸连接，外筒131另一端与内筒132活动连接，内筒132另一端设置有标识特征133。由于内筒132和外筒131活动连接，使得工具11的中心点沿着工具11的中心轴线11a变动时，可调节内筒132和外筒131之间的连接关系，使得标定件13上的特征点133a随之变动，保持与工具11的中心点重合。
41.可选地，外筒131与工具11可以采用夹持的方式固定连接，也可以通过螺栓紧固固定连接。对于工具11是带有可拆卸喷嘴的胶枪，可将外筒131与工具11的连接端设置成与喷
嘴与胶枪连接端一致的形状，如喷嘴通过内螺纹与胶枪的外螺纹螺接，那么外筒131也设置与喷嘴一致的内螺纹。
42.可选地，内筒132与外筒131可伸缩连接。其中，内筒132套设于外筒131内部，内筒132与外筒131的轴线位于同一位置且内筒132可在轴线上伸缩移动，以能够在外筒131的内部和外部之间伸缩和进出。更进一步，在内筒132的外壁上设置有刻度线132a，该刻度线132a用于显示内筒132伸出外筒131的长度，通过内筒132伸出外筒131的长度、刻线零点位置距离工具末端的距离，可获取工具标定系统10的中心点沿工具中心轴线延伸的距离，且根据工具标定系统10不同需求的工具中心点，可以适应性的改变内筒132伸出外筒131的长度。这里内筒132与外筒131可伸缩连接可以是螺纹连接。在一实施例中，在内筒132与外筒131的连接处，内筒132设置有一定长度的外螺纹以及外筒131设置有对应的内螺纹且外螺纹与内螺纹相配合，通过顺时针或逆时针转动内筒132，以改变内筒132伸出外筒131的长度；在其他实施例中，也可以在外筒131中固定旋转电机，旋转电机连接内筒132从而自动化控制伸缩长度；在其他实施例中，也可以通过卡槽结构实现可伸缩连接，在内筒132连接处设置沿轴线方向设置一定长度的凸齿与外筒131内的凹槽相咬合，通过沿轴线方向推拉实现伸缩；或者内外筒接触面均为平整表面，在外筒131中固定推拉结构，通过推拉结构如气缸通过沿轴线方向推拉内筒132实现伸缩。其他可实现伸缩的结构也可以适用于内筒132与外筒131的连接，此处不一一赘述。
43.可选地，内筒132的末端为圆柱体，标识特征133为贴在内筒132一底面的标定图案，标定图案的特征点133a位于圆柱体底面的圆心，因此该标定图案的特征点133a位于工具11的中心轴线11a上，调节外筒131和内筒132的位置关系使得标定图案的特征点133a与工具11的工具中心点位置相同。其中，标识特征133可以为粘贴、喷涂或刻印在内筒132底面的特定图案，包括圆点、圆环、棋盘格等。
44.参阅图3，图3是本技术提供的内筒一实施例的结构示意图，其中，内筒132的末端为圆锥体，标识特征133位于圆锥体的顶端，其特征点133a即为圆锥体的顶点，因此该标识特征133的特征点133a位于工具11的中心轴线11a上，可调节外筒131和内筒132的位置关系使得标定图案的特征点133a与工具11的工具中心点位置相同。
45.其中，工具标定系统10需要对固定在驱动机构12末端的工具11进行工具标定，即获得工具中心点(tcp)在驱动机构12末端坐标系的位姿关系。对于工具11而言，工具中心点一般在其中轴线上，但工具中心点的位置会根据实际作业需求不同而变化。对于涂胶机器人而言，工具11为胶枪，其工具中心点是指从喷嘴中心沿轴线方向延伸到涂胶平面形成的一个虚拟点。在进行工具标定时，需要将标识特征133的特征点133a保持与工具11的中心点重合。
46.参阅图4，图4是本技术中特征点保持与工具的中心点重合一实施例的流程示意图。该方法包括：
47.步骤s1：获取工具的中心点在工具的中心轴线上的实际位置。
48.其中，工具11的中心点在工具的中心轴线上，根据实际作业需求可获取相关的工艺参数，将相关的工艺参数转化为其工具的中心点在工具的中心轴线上的实际位置(工具的中心点与工具末端的距离)。
49.具体地，对于涂胶作业，工具的中心点与工具末端的距离通常为涂胶高度。涂胶高
度一般根据作业的工艺要求计算直接得到，如根据所需的喷胶宽度，以及喷胶压力和喷嘴口径可以计算得到所需的喷胶高度。
50.步骤s2：调整标识机构的位置使得标定件上的特征点保持与工具的中心点重合。
51.参阅图5，图5是本技术提供的工具的涂胶高度一实施例的结构示意图，其中，工具11的末端11a与标定件13的外筒131一侧连接，外筒131的有效长度为l0，即外筒131固定在工具末端时，工具末端到外筒刻度起点的长度为l0，此时内筒132的显示刻度(即伸出长度)为l1，则工具11的涂胶高度为l0 l1。其中，0≤l1≤l
max
。
52.可选地，如图1所示，在工具标定系统10的前方设置有相机14，相机14可为3d相机或双目相机，相机14的镜头朝向工具11，且工具11与相机14的光轴的夹角可为90～180度。以相机14的镜头中心为坐标原点建立相机坐标系(c)，其可用于拍摄工具11上标定件13的标识特征133的图像数据，图像数据可以为深度图像(depth image)。其中，深度图像也可称为距离影像(range image)，是指将从相机14到一场景中各点的距离(深度)值作为像素值的图像。可选地，相机14获取标定件13的深度图像的方法有：激光雷达深度成像法、计算机立体视觉成像、坐标测量机法、莫尔条纹法、结构光法等，这里不做具体限定。深度图像可直接反映标定件13可见表面的几何形状。
53.参阅图6，图6是本技术提供的工具标定方法第一实施例的流程示意图。其中，该方法应用于上述实施例中的涂胶装置，该方法包括：
54.步骤s11：控制相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息。
55.具体地，相机获取标识特征的图像数据，系统对获取的图像数据进行解析，以得到标定件中标识特征的特征点的距离信息和像素坐标信息，进而确定标识特征在相机的相机坐标系下的第一位置信息。其中，第一位置信息用于表示标识特征在相机的相机坐标系下的位姿关系。
56.可选地，根据标识特征的特点，相机可为3d相机或2d相机，图像数据可以为深度图、点云图或普通2d图像。
57.具体地，对于只有一个特征点的标识特征，可利用3d相机以得到标定件中标识特征的特征点的距离信息和像素坐标信息。
58.对于需获取更多已知信息的标识特征，如包含多个特征点的标识特征，可利用其它方式获得特征点的距离信息，或利用2d相机以得到标定件中标识特征的特征点的像素坐标信息即可。
59.步骤s12：获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息，以及获取相机坐标系和基坐标系的转换关系。
60.具体地，在驱动机构上设置有若干传感器，用于获取驱动机构末端相对于驱动机构的基坐标系的位姿关系，根据该位姿关系，获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息。
61.进一步地，相机在驱动机构的基坐标系中的位置相对固定，对于眼在手外系统，可通过过现有的手眼标定方法获取得到相机坐标系和基坐标系的转换关系(即手眼标定关系)，将其设置为默认值，后续的工具标定只需读取或直接输入该值用于计算即可。
62.步骤s13：根据第一位置信息、第二位置信息、以及转换关系，确定工具在驱动机构
末端坐标系下的第三位置信息，以完成工具标定。
63.具体地，利用第一位置信息、第二位置信息、以及手眼标定关系，可确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，该第三位置信息用于表示工具在驱动机构末端坐标系下的位姿关系，进而能够通过该位姿关系，完成对工具的标定。
64.区别于现有技术，本技术提供的工具标定方法中的工具连接在驱动机构末端，工具的末端可拆卸连接标定件，标定件上设置有标识特征，标识特征的特征点位于工具的中心轴线上，且与工具的中心点重合，该方法包括：控制相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息；获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息，以及获取相机坐标系和基坐标系的转换关系；根据第一位置信息、第二位置信息、以及转换关系，确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，以完成工具标定。通过上述的工具标定方法，一方面，通过设置带有标识特征的标定件使得标定件上的特征点与工具的中心点重合，通过相机识别标识特征获取工具与相机之间的位姿关系，再结合驱动机构和相机之间固定的手眼标定关系，从而能够精准快捷地为工具中心点沿中心轴线可变的工具进行标定，大大提高了提高标定精准度；另一方面，通过特征点、驱动机构末端的位置信息，以及相机坐标系和基坐标系的转换关系对工具进行标定，无需进行复杂的对点，只需相机采样一次获取有效的标识特征图像数据就可以完成工具标定，有效地优化了工具标定流程。
65.将上述可选实施方式进行结合，并基于上述技术方案进一步优化与扩展，以得到本技术提供的工具标定方法的第二实施方式，其中，该方法应用于上述实施例中的工具标定系统，该方法包括：
66.步骤s21：控制相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息。
67.参阅图7，图7是本技术中步骤s21一实施例的流程示意图。步骤s21具体可包括如下：
68.步骤s211：控制驱动机构末端移动至预设区域，触发相机拍摄获取标识特征的三维图像数据。
69.具体地，工具标定系统转动驱动机构的末端至预设区域，使得标识特征位于相机的视野中心，且获取的图像清晰合焦变形小，即标识平面与相机拍摄平面近似平行，这里的标识平面指垂直于工具中心轴线的平面。对于固定的作业工位，相机一般固定在作业工位的某个位置，因此在未更换标定件时，预设区域只需通过人工示教方式确定一次即可，后续工具标定均可以之为参考。
70.步骤s212：处理三维图像数据，获取特征点在相机坐标系下的3d坐标，以及获取标识特征的姿态矩阵，进而获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息。
71.在一实施例中，标识特征的姿态矩阵是基于三维图像数据获取的。
72.对于需要进行工具姿态标定的情形，需要根据三维图像数据去获取标识特征的姿态矩阵。
73.参阅图8，图8是本技术中步骤s212一实施例的流程示意图。步骤s212具体可包括如下：
74.步骤a1：处理三维图像数据，拟合标识特征所在的标识平面。
75.可选地，对于标识特征所在的标识平面实际存在的情形，如标识特征为圆柱底面的标识图形，首先根据已经识别的标识特征获取标识特征的点云数据，可直接利用pcl工具(point cloud library，点云库)通过ransac算法(random sample consensus)，对三维的点云数据进行平面拟合，也可以利用其它平面拟合算法，在此不做赘述。
76.其中，ransac算法基本假设点云数据样本中包含有正确数据(inliers，可以被模型描述的数据)，也包含有异常数据(outliers，偏离正常范围很远、无法适应数学模型的数据)，即数据集中含有噪声。这些异常数据可能是由于错误的测量、错误的假设、错误的计算等产生的。通过ransac算法对点云数据进行拟合，并手动设置一个阈值，若同拟合的标识平面的距离超过阈值的点，则判定为无效数据，并随机拟合出多个标识平面，选取标识平面内有效数据点最多的标识平面，作为最终拟合出标识特征所在的标识平面。
77.可选地，对于标识特征所在的标识平面实际不存在的情形，如标识特征为圆锥的顶端，其标识平面为圆锥顶点所在的与圆锥底面平行的平面，需根据获取的点云数据利用最小二乘法等方法拟合得到标准圆锥的曲线方程，从而得到顶点信息和标识平面信息。
78.步骤a2：获取标识平面单位法向量，作为z轴单位向量nz，以及任意取标识平面内一单位向量为x轴单位向量n
x
。
79.步骤a3：根据空间向量正交计算得到y轴单位向量，ny＝nz×nx
。
80.步骤a4：基于x轴单位向量、y轴单位向量和z轴单位向量，得到标识特征的特征点在相机坐标系下的姿态矩阵(n
x
,ny,nz)。
81.步骤a5：根据姿态矩阵和3d坐标，以得到特征点在相机坐标系下的第一位置信息。
82.具体地，特征点在相机坐标系下的姿态矩阵为(n
x
,ny,nz)，3d坐标为(xc，yc，zc)，则第一位置信息(h1)包括特征点在相机坐标系下的姿态部分信息为(n
x
,ny,nz)，位置部分信息为(xc，yc，zc)。
83.在另一实施例中，标识特征的姿态矩阵为预设的三阶单位矩阵。
84.对于不需要进行工具姿态标定的情形，通常默认标识特征的姿态矩阵为三阶单位矩阵。
85.步骤s22：获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息，以及获取相机坐标系和基坐标系的转换关系。
86.具体地，驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息(h2)可通过驱动机构的控制器示数直接读取出，或根据驱动机构的若干传感器读数以及驱动机构自身运动学模型计算得出。比如，对于固定的工位，3d相机和工具标定系统的机械臂底座位置固定，在安装好胶枪和标定工具后，通过人工示教，控制机械臂末端移动，使得标识特征的特征点成像在3d相机的视野中间且成像最清晰，此时机械臂控制器示数即为驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息(h2)。
87.进一步地，3d相机在驱动机构的基坐标系中的位置相对固定，即可根据3d相机相对于驱动机构的基坐标系的位姿，来确定相机坐标系和基坐标系的转换关系。
88.步骤s23：根据第一位置信息、第二位置信息、以及转换关系，确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，以完成工具标定。
89.具体地，工具标定的计算公式为：
90.91.其中，h1表示标识特征在相机坐标系下的第一位置信息；h0表示相机坐标系和驱动机构基坐标系的转换关系(即手眼标定关系)，即相机在驱动机构基坐标系下的位姿；h
2-1
表示第二位置信息的逆矩阵，即驱动机构基座在驱动机构的末端坐标系下的位姿；h
t
表示工具中的特征点在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，即工具标定的结果。
92.区别于现有技术，本技术提供的工具标定方法中的工具连接在驱动机构末端，工具的末端可拆卸连接标定件，标定件上设置有标识特征，标识特征的特征点位于工具的中心轴线上，且与工具的中心点重合，该方法包括：控制相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息；获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息，以及获取相机坐标系和基坐标系的转换关系；根据第一位置信息、第二位置信息、以及转换关系，确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，以完成工具标定。通过上述的工具标定方法，一方面，通过设置带有标识特征的标定件使得标定件上的特征点与工具的中心点重合，通过相机识别标识特征获取工具与相机之间的位姿关系，再结合驱动机构和相机之间固定的手眼标定关系，从而能够精准快捷地为工具中心点沿中心轴线可变的工具进行标定，大大提高了提高标定精准度；另一方面，通过特征点、驱动机构末端的位置信息，以及相机坐标系和基坐标系的转换关系对工具进行标定，无需进行复杂的对点，只需相机采样一次获取有效的标识特征图像数据就可以完成工具标定，有效地优化了工具标定流程。
93.参阅图9，图9是本技术提供的一种工具标定系统的结构示意图，该工具标定系统20包括第一获取模块21、第二获取模块22和标定模块23。其中，工具标定系统20的工具连接在驱动机构末端，该工具的末端可拆卸连接标定件，并且标定件上设置有标识特征，标识特征的特征点位于工具的中心轴线上，且与工具的中心点重合。
94.其中，第一获取模块21用于控制一相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息。
95.具体地，工具标定系统20控制相机获取拍摄，获取标识特征的图像数据，工具标定系统再将图像数据进行解析，以得到标定件中标识特征的特征点的距离信息和坐标信息，以确定标识特征在相机的相机坐标系下的第一位置信息。其中，第一位置信息用于表示标识特征在相机的相机坐标系下的位姿关系。
96.可选地，根据标识特征的特征点，相机可为3d相机或2d相机，图像数据可以为深度图、点云图或普通2d图像。
97.其中，第二获取模块22用于获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息，以及获取相机坐标系和基坐标系的转换关系。
98.具体地，在驱动机构上设置有若干传感器，用于获取驱动机构末端相对于驱动机构的基坐标系的位姿关系，根据该位姿关系，工具标定系统20获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息。
99.进一步地，相机在驱动机构的基坐标系中的位置相对固定，对于眼在手外系统，可通过过现有的手眼标定方法获取得到相机坐标系和基坐标系的转换关系(即手眼标定关系)，将其设置为默认值，即工具标定系统20只需获取该值用于计算即可。
100.其中，标定模块23用于根据第一位置信息、第二位置信息、以及转换关系，确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，以完成工具标定。
101.具体地，工具标定系统20利用第一位置信息、第二位置信息、以及手眼标定关系，可确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，该第三位置信息用于表示工具在驱动机构末端坐标系下的位姿关系，进而能够通过该位姿关系，完成对工具的标定。
102.请继续参阅图9，该工具标定系统20还包括标定件调整模块24。其中，标定件调整模块24用于获取工具的中心点在工具的中心轴线上的实际位置，调整标识机构的位置使得标定件上的特征点保持与工具的中心点重合。
103.其中，标定件包括固定机构和标识机构。固定机构与工具的末端可拆卸连接，标识机构一端设置有标识特征，标识机构另一端和固定机构活动连接，使得工具的中心点沿着工具的中心轴线变动时标定件上的特征点随之变动，且保持与工具的中心点重合。
104.参阅图10，图10是本技术提供的一种工具标定装置的结构示意图，该工具标定装置30包括标定件31，其中，标定件31与上述实施例中的标定件相同或者相似，这里不再赘述。
105.可选地，在一实施例中，标定件31应用于工具标定系统，该工具标定系统中的工具连接在驱动机构末端，工具的末端可拆卸连接标定件，标定件上设置有标识特征，标识特征的特征点位于工具的中心轴线上，且与工具的中心点重合，该方法包括：控制相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息；获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息，以及获取相机坐标系和基坐标系的转换关系；根据第一位置信息、第二位置信息、以及转换关系，确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，以完成工具标定。
106.参阅图11，图11是本技术提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备100包括处理器101以及与处理器101连接的存储器102，其中，存储器102中存储有程序数据，处理器101调取存储器102存储的程序数据，以执行上述的工具标定方法。
107.可选地，在一实施例中，处理器101应用于工具标定系统，该工具标定系统中的工具连接在驱动机构末端，工具的末端可拆卸连接标定件，标定件上设置有标识特征，标识特征的特征点位于工具的中心轴线上，且与工具的中心点重合，该方法包括：控制相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息；获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息，以及获取相机坐标系和基坐标系的转换关系；根据第一位置信息、第二位置信息、以及转换关系，确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，以完成工具标定。
108.其中，处理器101还可以称为cpu(central processing unit，中央处理单元)。处理器101可能是一种电子芯片，具有信号的处理能力。处理器101还可以是通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
109.存储器102可以为内存条、tf卡等，可以存储电子设备100中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器102中。它根据处理器101指定的位置存入和取出信息。有了存储器102，电子设备100才有记忆功能，才能保证正常工作。电子设备100的存储器102按用途可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存),也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长
期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。
110.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的电子设备100的实施方式仅仅是示意性的，例如，根据图像数据确定特征点在相机坐标系下的第一位置信息，确定相机坐标系和基坐标系的转换关系等等，其仅仅为一种集合的方式，实际实现时可以有另外的划分方式，例如驱动机构的基坐标系下的第二位置信息与相机坐标系和基坐标系的转换关系可以结合或者可以集合到另一个系统中，或一些特征可以忽略，或不执行。
111.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元(如工具和驱动机构等)可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
112.参阅图12，图12是本技术提供的计算机可读存储介质一实施例的结构示意图，该计算机可读存储介质110中存储有能够实现上述所有方法的程序指令111。
113.在本技术各个实施例中的各功能单元集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在计算机可读存储介质110中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机可读存储介质110在一个程序指令111中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，系统服务器，或者网络设备等)、电子设备(例如mp3、mp4等，也可以是手机、平板电脑、可穿戴设备等移动终端，也可以是台式电脑等)或者处理器(processor)以执行本技术各个实施方式方法的全部或部分步骤。
114.可选地，在一实施例中，程序指令111应用于工具标定系统，该工具标定系统中的工具连接在驱动机构末端，工具的末端可拆卸连接标定件，标定件上设置有标识特征，标识特征的特征点位于工具的中心轴线上，且与工具的中心点重合，该方法包括：控制相机获取标识特征的图像数据，并基于图像数据获取特征点在相机坐标系下的第一位置信息；获取驱动机构末端在驱动机构的基坐标系下的第二位置信息，以及获取相机坐标系和基坐标系的转换关系；根据第一位置信息、第二位置信息、以及转换关系，确定工具在驱动机构末端坐标系下的第三位置信息，以完成工具标定。
115.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质110(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
116.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机可读存储介质110实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机可读存储介质110到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的
程序指令111产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
117.这些计算机可读存储介质110也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储介质110中的程序指令111产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
118.这些计算机可读存储介质110也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的程序指令111提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
119.在一实施例中，这些可编程数据处理设备上包括处理器和存储器。处理器还可以称为cpu(central processing unit，中央处理单元)。处理器可能是一种电子芯片，具有信号的处理能力。处理器还可以是通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
120.存储器可以为内存条、tf卡等，它根据处理器指定的位置存入和取出信息。存储器按用途可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存),也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。
121.以上所述仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是根据本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。