Kamera mato objektą savo koordinačių sistemoje – nuo savo objektyvo. Robotas juda savo koordinačių sistemoje – nuo savo pagrindo. Kad robotas paimtų būtent tai, ką mato kamera, reikia tiksliai žinoti, kaip šios dvi sistemos susijusios. Šis ryšys nustatomas hand-eye kalibravimu. Be jo net labai tiksli kamera ir labai tikslus robotas kartu dirbs netiksliai.
Kas kalibruojama robotų regos sistemoje
- Kameros kalibravimas. Vidiniai kameros parametrai: objektyvo židinio nuotolis, optinis centras, iškraipymai. Daugelis 3D kamerų ir skenerių turi gamyklinį kalibravimą, 2D kameroms jį dažnai reikia atlikti patiems.
- Roboto įrankio ir bazės kalibravimas. Tikslus TCP (įrankio centro taškas) ir darbo bazė. Apie tai – straipsnyje robotų programavimas.
- Hand-eye kalibravimas. Kameros padėtis ir orientacija roboto atžvilgiu. Šis žingsnis sujungia regą ir judesį, todėl jį reikia atlikti kiekvienoje celėje atskirai, sumontavus kamerą galutinėje vietoje.
Eye-in-hand ir eye-to-hand
Yra du pagrindiniai kameros montavimo būdai, ir kiekvienam kalibruojamas skirtingas ryšys.
- Eye-in-hand. Kamera pritvirtinta prie roboto flanšo ar griebtuvo ir juda kartu su juo. Robotas gali žiūrėti į objektą iš kelių pusių, priartėti, nuskenuoti didelį objektą dalimis. Kalibruojama kameros padėtis flanšo atžvilgiu.
- Eye-to-hand. Kamera pritvirtinta nejudamai virš darbo zonos. Kadrą galima užfiksuoti, kol robotas dar baigia ankstesnį judesį. Kalibruojama kameros padėtis roboto bazės atžvilgiu.
Mūsų rąstų padavimo celėje ToF kamera kabo virš krūvos – tai eye-to-hand (plačiau – straipsnyje objektų paėmimas iš krūvos). Toliau aprašytoje vagonų apžiūros platformoje robotas pats nukreipia skenerį ir kameras – tai eye-in-hand.
Kaip atliekamas hand-eye kalibravimas
- Kalibravimo objektas. Naudojama plokštė su žinomu raštu (pvz., šachmatų lenta ar žymių raštas) arba kitas objektas, kurio geometrija tiksliai žinoma ir kurį kamera patikimai randa.
- Daug skirtingų pozų. Robotas perkeliamas į daugelį pozų su skirtingais kampais ir atstumais. Eye-in-hand atveju kamera žiūri į nejudančią plokštę, eye-to-hand atveju plokštę laiko robotas.
- Duomenų rinkimas. Kiekvienoje pozoje įrašoma roboto flanšo padėtis iš valdiklio ir kalibravimo objekto padėtis kameros vaizde.
- Skaičiavimas. Algoritmas randa transformaciją, kuri geriausiai suderina visas šias poras.
- Patikra. Rezultatas tikrinamas: likutinė paklaida (RMS), kontroliniai taškai, pakartotinis tos pačios pozos matavimas.
Kodėl nuo kalibravimo priklauso tikslumas
Kalibravimo klaida prisideda prie kiekvieno paėmimo ar matavimo. Jei kamera objektą mato milimetro tikslumu, bet jos padėtis roboto atžvilgiu žinoma kelių milimetrų paklaida, robotas vis tiek klys keliais milimetrais. Ypač pavojinga kampo klaida: mažas posūkio nuokrypis toli nuo kameros virsta dideliu poslinkiu.
Dažniausios netikslumo priežastys:
- netikslus roboto TCP ar neteisingai įvesti įrankio duomenys;
- per mažai pozų arba jos per daug panašios;
- kalibravimo plokštė išlinkusi ar blogai matoma;
- kameros tvirtinimas turi laisvumą;
- po kalibravimo pakeistas griebtuvas, kameros laikiklis ar padėtis.
Pavyzdys: vagonų apžiūros platforma
2026 m. bandomajame projekte autonominė vikšrinė platforma su Yaskawa Motoman MH5F robotu važiuoja palei krovininį traukinį RTK GNSS maršrutu. Robotas nukreipia Photoneo 3D skenerį ir Basler kameras į vežimėlius: ratų profilį, ašidėžes, spyruokles. Kiekvienas radinys susiejamas su skenavimu ir nuotrauka, o sprendimą priima inspektorius.
Čia kamera juda kartu su robotu, todėl nuo hand-eye kalibravimo priklauso, ar skirtingose pozose padaryti skenavimai sutaps tarpusavyje ir su roboto koordinatėmis. Patobulinus kalibravimą:
- RMS paklaida sumažėjo nuo 8,7 mm iki 3,2 mm;
- tos pačios pozos pakartojamumas – 1,45 mm (kol kas nedaug matavimų).
Apie pačius skenerius – straipsnyje Photoneo PhoXi 3D skeneriai, apie kameras – pramoninės kameros.
Kada kalibruoti iš naujo
- jei kamera ar jos laikiklis buvo pajudinti;
- pakeitus griebtuvą, kameros laikiklį ar objektyvą;
- po roboto remonto ar pavarų keitimo;
- kai paėmimo ar matavimo paklaida pradeda augti be aiškios priežasties.
Patartina turėti paprastą patikros procedūrą, kurią operatorius gali atlikti pats: kontrolinį tašką ar objektą, pagal kurį iškart matyti, ar kalibravimas dar tinka.
Kalibruojame kameras ir robotus naujose ir esamose celėse, bandymams turime savo KUKA ir Yaskawa Motoman robotus. Daugiau – mašininio matymo ir robotų integracijos paslaugose, projektuose ir straipsnyje apie 3D mašininį matymą. Robotas su kamera „nepataiko“? Susisiekite – patikrinsime kalibravimą.