PX 机器人手眼标定 ROS2 软件包

📝 概述

这个软件包提供了一个基于 ROS2 的机器人手眼标定实现方案。支持 eye-on-hand（眼在手上）和 eye-on-base（眼在底座）两种标定配置， 使用 AprilTag 作为标定板进行位姿估计，并集成了多种标定算法以确保精确的标定结果。

该库现可以用于px系列机器人s005及tora_one的手眼标定。

🎯 主要功能

• 多种标定算法支持

  • TSAI 算法
  • PARK 算法
  • HORAUD 算法
  • DANIILIDIS 算法

• 实时可视化功能

  • 实时相机画面显示和 AprilTag 检测
  • 实时标定板位姿估计
  • 交互式控制台界面（带有颜色编码的输出）

• 数据采集与处理

  • 半自动记录位姿数据对（按键记录）
  • 标定结果统计分析
  • 计算标定精度的方差和均值
  • 支持实体机器人操作（按键控制机械臂移动/拖拽移动）

• 机器人系统集成

  • 支持机器人关节状态监控
  • 末端执行器位姿跟踪
  • 坐标变换链管理（基座→末端执行器→相机→标定板）;持续开发中

• 标定结果验证（测试中）

  • 支持通过Evaluator程序验证手眼标定结果
  • 自动计算并显示标定板特征点在机器人基坐标系下的位姿
  • 提供交互式验证方式（键盘控制机器人移动到目标位置）

🛠 环境要求

• ROS2（已在 Foxy 版本测试）
• OpenCV 图像处理库
• NumPy 数值计算库
• AprilTag 标记检测库
• PrettyTable 表格显示库
• PIL 图像处理库
• scipy 科学计算库

📦 安装方法

bash 创建 ROS2 工作空间（如果没有）

mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws/src

克隆代码仓库 git clone http://gitlab.paxini.cloud/liangyi/px_hand_eye_ros2.git 编译软件包

cd ~/ros2_ws
colcon build  --symlink-install --packages-select px_hand_eye_cali 

🚀 使用说明

🔧 配置说明

环境变量

• ROBOT_ID: 指定机器人配置 例如配置编号ID为34的tora 4 号机器人 使用以下命令指定受控机器人编号 export ROBOT_ID=ROBOT_34 并使用以下命令指定ros控制域 export ROS_DOMAIN_ID=34

配置文件

• config/tora_config.json: 机器人相关配置
• 包含手眼矩阵和工具位姿等参数

标定流程

终端配置

在使用的终端中必须先source生效已编译的ros2包 source install/local.setup.bash

1. 启动相机节点 ros2 run px_hand_eye_cali camera 使用的相机配置可参照camera_usb_node.py，并在配置后，在setup.py脚本中设置进入点。

2. 启动运控节点 本手眼标定库共有两种操纵方法：

• 采用按键移动，使用轴控制/末端笛卡尔位置控制 运行命令ros2 run px_hand_eye_cali controller
• 采用拖拽移动功能，人工拖动到所需位置（暂只支持轴空间拖动）
• 采用上位机控制功能

细说明参考相关文档：

• TORA_ONE_DEV运控使用说明
• 拖拽示教说明 (注：拖拽移动功能，在硬件切换的情况下，如将手换成了标定版，现暂需要调整拖拽移动功能的配置文件，使其识别负载，从而实现正常流畅的拖拽功能。)
• 关节控制上位机说明

3. 启动标定节点

运行命令ros2 run px_hand_eye_cali calibrator 使用运控功能，使固定标定板的末端转动，变换姿态 然后使用r键记录 再记录足够多的点后，使用s键保存，标定程序自动结束 保存的记录文件在编译后的install/文件夹下，详细路径将会打印

数据采集步骤

1. 调整机器人位置，确保相机可以看到 AprilTag 标定板
2. 按指定按键记录标定位姿
3. 至少采集 3 组不同位姿数据以确保标定准确性

标定结果显示

1. 每次记录数据点后，系统计算手眼变换矩阵
2. 显示多种算法的标定结果
3. 提供统计分析用于评估标定质量

标定结果验证流程

1. 启动验证节点 运行命令：

ros2 run px_hand_eye_cali evaluator

2. 验证操作说明

• 程序启动后自动开始相机图像采集和标定板检测
• 使用键盘数字键选择要验证的目标点：
  • 1：移动到左上角
  • 2：移动到左下角
  • 3：移动到右上角
  • 4：移动到右下角
  • 5：移动到中心点
• 按'q'键退出程序

3. 注意事项

• 使用前确保config.json中已正确配置手眼标定矩阵
• 验证过程中确保机器人工作空间安全
• 建议首次使用时在低速模式下测试

🎮 交互控制

按键功能

• R: 记录当前位姿
• C: 计算手眼变换（需要至少3组数据）
• S: 保存标定结果和图像
• O: 退出程序

📊 输出格式

标定结果显示

• 变换矩阵
• 欧拉角（角度制）
• 平移向量
• 统计指标（均值和方差）

数据保存

• 一键保存标定结果日志
• 保存标定过程中的图像
• 生成统计报告

📈 可视化功能

实时显示

• 相机画面和 AprilTag 检测结果
• 当前机器人位姿
• 标定进度
• 表格形式的统计结果

🤝 参与贡献

欢迎提交 Pull Request 来改进这个项目！

📄 开源协议

暂无

👥 作者

• 梁熠@Paxini，2024
• 其他贡献者

📚 参考资料

理论基础

• 手眼标定方法理论
• AprilTag 检测系统说明
• ROS2 集成指南

相关文档

• ROS2 官方文档
• OpenCV 文档
• AprilTag 文档