机械臂与Realsense D435 相机的手眼标定ROS包

本教程主要介绍机械臂与 Realsense D435 相机手眼标定的配置及方法。

系统：Ubuntu 20.0.4
◼ ROS：Noetic
◼ OpenCV 库：OpenCV 4.2.0
◼ Realsense D435：librealsense sdk（2.50.0）、realsense-ros 功能包（2.3.2）
◼ Marker 标记识别：Aruco 功能包
◼ 手眼标定：easy_handeye 功能包
◼ Moveit!
◼ 机械臂 ROS 功能包（根据不同型号机械臂提供配套的 ROS 包，使用方法基本相同)

一、概述

手眼标定分两种情况：
Eye-to-hand 眼在手外：标定的是相机坐标系相对于机器人基座坐标系的位姿。
Eye-in-hand 眼在手上：标定的是相机坐标系相对于机器人工具坐标系的位姿
本教程主要介绍 Realsense D435 相机安装在机械臂外部即眼在手外的标定方法。

二、下载标定需要的ros包

1、aruco_ros包

mkdir eye_out_hand/src && cd eye_out_hand/src
//下载noetic版本的
git clone https://github.com/pal-robotics/aruco_ros.git

2、easy_handeye包

git clone https://github.com/IFL-CAMP/easy_handeye.git

3、realsense-ros包

//下载ros1版本的
git clone https://github.com/IntelRealSense/realsense-ros.git

4、机械臂控制包

用自己对应的机械臂控制ros包就可以了。

三、打印 Marker 标签

标定需要使用到的 Marker 标签，可以在 aruco_ros 包中找到提供好的 marker 标签进
行打印，如图：

也可以到下面的网站下载maker标签并打印出来： Online ArUco markers generator

注意：打印时，要选择原始大小，否则要测量一下打印出来的真实大小。

四、修改ros包的配置

1、配置 aruco_ros 的 launch 文件

在 aruco_ros 功能包的 launch 目录下拷贝一份原有的 single.launch 文件，自己命一个名字，按下面的步骤修改里面的内容：

markerId：使用的 Marker 标签的 ID，这里在准备时打印的 Marker 标签 ID 为 582
markerSize：Marker 标签的实际大小，单位为 m，这里在准备时打印的 Marker 标签实际大小为 5 厘米即 0.05m
ref_frame：参考坐标系名称，这里选择 Realsense 的 camera_color_frame 作为参考坐标系
<remap from="/camera_info" to="/camera/color/camera_info" />：将/camera_info 重映射为对应 Realsense实际发布的相应的 Topic 即/camera/color/camera_info
<remap from="/image" to="/camera/color/image_raw" />：将/image 重映射为对应 Realsense 实际发布的相应的 Topic 即/camera/color/image_raw
camera_frame：相机坐标系，修改为实际的相机坐标系 camera_color_frame

2、配置 easy_handeye 标定的 launch 文件

在 easy_handeye 功能包的 launch 目录下新建一个eye_in_hand_calibrate.launch文件。在里面添加

<?xml version="1.0" ?>
<launch>
    <!-- 生成标定文件的名称 -->
    <arg name="namespace_prefix" default="rm_rs_d435" />
    <!-- 机械臂 MoveIt!配置的 move_group 为 arm，所以修改为 arm -->
    <arg name="move_group" default="arm" /> 
    <!-- start easy_handeye -->
    <include file="$(find easy_handeye)/launch/calibrate.launch" >
        <arg name="namespace_prefix" value="$(arg namespace_prefix)" />
        <arg name="move_group" value="$(arg move_group)" />
        <!-- 这里使用眼在手上的方式进行标定，所以此处改成 true -->
        <arg name="eye_on_hand" value="true" />
        <!--tracking_base_frame 为 realsense 的相机坐标系-->
        <arg name="tracking_base_frame" value="camera_color_frame" />
        <!--tracking_marker_frame 对应 aruco_ros 包中 single_realsense.launch 中的     marker_frame 的值-->
        <arg name="tracking_marker_frame" value="aruco_marker_frame" />
        <!--robot_base_frame 为机器人基座坐标系-->
        <arg name="robot_base_frame" value="base_link" />
        <!--robot_effector_frame 为工具坐标系，如夹爪，吸盘等-->
        <arg name="robot_effector_frame" value="Link6" />
        <arg name="freehand_robot_movement" value="false" />
        <arg name="robot_velocity_scaling" value="0.5" />
        <arg name="robot_acceleration_scaling" value="0.2" />
    </include>
</launch>

五、开始标定

1、编译

cd ~/catkin_ws
catkin build

2、启动 Realsense 节点

cd ~/catkin_ws
source devel/setup.bash
roslaunch realsense2_camera rs_camera.launch

3、启动aruco_ros节点识别maker标签

cd ~/catkin_ws
source dev/setup.bash
roslaunch aruco_ros single.launch

你可以打开一个新的终端，执行以下命令启动 image_view 订阅/aruco_single/result 显示图像：

cd ~/catkin_ws
source dev/setup.bash
rosrun image_view image_view image:=/aruco_single/result

4、启动你的机械臂控制节点

根据你自己的机械臂控制功能包，运行就可以了。

5、启动 easy_handeye 手眼标定节点

cd ~/catkin_ws
source dev/setup.bash
roslaunch easy_handeye eye_in_hand_calibrate.launch

成功运行后，会同时打开三个界面：

标定步骤：

a、在图3 中，点击 Check starting pose，稍微等待，若检查成功，界面会出现：0/17，Ready to start，如下图所示（如果检测失败或者没有出现 0/17，则说明当前机械臂的姿态不合适，可能有规划不可达，需要关闭标定节点然后调节机械臂到一个合适姿态并将 aruco 二维码移动至相机视野中心处附近再重启启动标定节点继续标定）：

b、在图3中依次点击 Next Pose，Plan，Execute，机械臂会移动至新的位置，若二维码完全的在相机视野范围内，且能检测成功，则进行下一步，若二维码不在相机视野范围内或部分在视野外，检测不到，则再次依次点击 Next Pose，Plan，Execute，直到二维码完全在相机视野范围内，且能检测成功，再进行下一步，如下图所示：