Epson之九点标定教程

Epson之九点标定教程

Epson 机械手九点标定入门教程（纯小白从 0 开始）

给完全没接触过视觉标定的初学者：九点标定是什么、为什么要做、数学原理是什么、Epson 机械手侧怎么写代码、上位机侧怎么算，全程配真实可用的 demo 代码。

一、为什么要标定？先讲个故事

想象一个场景：摄像头（眼睛）看到了料的位置，告诉机械手（手）“料在图片的 (200, 150) 位置”，但机械手根本不知道 (200, 150) 是哪里——它只认自己的机器人坐标（毫米）。

摄像头看到的：像素坐标 (200, 150) 机械手需要的：机器人坐标 (-280, 95)

两套坐标对不上，怎么办？九点标定就是建立"像素坐标 → 机器人坐标"的翻译公式：让机械手去 9 个已知点，摄像头记下每个点对应的像素位置，然后反推出这个公式。

之后视觉再报 (200, 150)，机械手用公式一算，就知道该往 (-280, 95) 走。

二、两个坐标系，先分清

标定做的事：给这两套坐标建立一一对应的"翻译官"。

三、九点标定原理（3×3 网格 + 一个公式）

1. 标定网格

在相机视野里布一个 3×3 = 9 个点的网格（也可以 4×4=16 点，越多越准）：

┌─────────────┐
│ ① ② ③ │
│ │
│ ④ ⑤ ⑥ │ ← 每个点是机器人走到的位置
│ │
│ ⑦ ⑧ ⑨ │
└─────────────┘

每个点有两组坐标：机器人实际坐标（机械手告诉我们的）+ 像素坐标（摄像头拍照看到的）。

2. 翻译公式（仿射变换）

假设像素坐标 (PX, PY) → 机器人坐标 (RX, RY)，公式只有 6 个未知数：

RX = a × PX + b × PY + c
RY = d × PX + e × PY + f

其中 a~f 是待求的参数。9 个点 = 9 组方程，6 个未知数 → 用最小二乘法解出最优 a~f（点多于未知数，反而更稳）。

3. 一句话总结

让机械手走 9 个点 → 记下每组"像素坐标 ↔ 机器人坐标" → 用数学算出 6 个参数 → 以后视觉报像素坐标，公式直接算出机器人坐标。

四、标定前的准备（照着做）

五、Epson 侧 Demo 1：机械手自动走 9 点（独立版，可直接运行）

先不用上位机，机械手自己在 CalCenter 周围按 3×3 网格走 9 个点，每到一个点打印坐标、停顿一下（实际标定时这里等相机拍照）。

' ============================================================
' 九点标定 Demo 1：机械手自动走 3x3 网格
' 前置条件：已示教中心点 CalCenter，并设好步进 CalStep
' 运行方式：RC+ 打开 → Compile → Run NinePointWalk
' ============================================================

' –––––––––– 全局：标定参数 ––––––––––
Double CalStep

Function NinePointWalk
Integer row, col, idx
Double x, y

CalStep = 20 ' 相邻点间距 20mm（按你的视野调）

' 检查电机，先上电
If Motor = Off Then
Motor On
EndIf

Print "===== 开始走 9 点标定网格 ====="
idx = 1

For row = 0 To 2 ' 行：0~2（3 行）
For col = 0 To 2 ' 列：0~2（3 列）
' 计算当前点在机器人坐标系里的位置
x = CX(CalCenter) + (col – 1) * CalStep
y = CY(CalCenter) + (row – 1) * CalStep

Print "第 ", idx, " 点：X=", x, " Y=", y
Go XY(x, y, CZ(CalCenter), CU(CalCenter)) /L ' 直线走到该点

' ★ 实际标定时：这里让上位机拍照记录像素坐标
' 例如：Print #210, "point", ",", idx, ",", CX(Here), ",", CY(Here)
' Input #210, CMD$ ' 等上位机拍完照回复
Wait 0.5 ' Demo 里用停顿代替拍照等待

idx = idx + 1
Next
Next

Print "===== 9 点走完，标定网格完成 ====="
Fend

运行后终端会打印：

===== 开始走 9 点标定网格 =====
第 1 点：X=… Y=…
第 2 点：X=… Y=…
…
第 9 点：X=… Y=…
===== 9 点走完，标定网格完成 =====

这个 demo 的关键是看明白网格生成公式：x = 中心X + (列-1)×步进，y = 中心Y + (行-1)×步进——这就是 3×3 网格的几何来源。

六、Epson 侧 Demo 2：与上位机一问一答标定（项目真实风格）

现场真正跑九点标定，通常是上位机指挥、机械手执行：上位机发"go9point,x,y,u"，机械手走到点，回报实际坐标 moveok，上位机同步拍照。这与项目 downcam_CAL.prg 的 go9point 完全同款。

' ============================================================
' 九点标定 Demo 2：机械手按上位机指令走点（TCP 一问一答）
' 通信：通道 #216，IP/端口按现场配置
' 协议：
' 上位机发 go9point,X偏移,Y偏移,U偏移
' 机械手回 moveok,实际X,实际Y,实际Z,实际U
' ============================================================
Function NinePointCal
String CMD$, X$, Y$, U$
Double Up_Limit, Down_Limit

If Motor = Off Then
Motor On
EndIf
SLock 1, 2, 3, 4 ' 标定过程锁定伺服，防误动

' 连接上位机（简化版，完整连接参考 TCP 教程）
CloseNet All
Wait 0.5
SetNet #216, "192.168.1.50", 9600, CRLF, NONE, 5000
OpenNet #216 As Client
WaitNet #216, 10
If TW = True Then
Print "连接失败，标定无法进行"
Quit All
EndIf
Print "连接成功，等待标定指令…"

' 运动限位保护：偏移量超出范围直接停，防止撞机
Up_Limit = 100
Down_Limit = –100

Do
' 等上位机指令，如 "go9point,10,20,0"
Input #216, CMD$, X$, Y$, U$

Select CMD$
Case "go9point"
' 走到 标定基准点 downcamCAL + 偏移
If Val(X$) <= Up_Limit And Val(Y$) <= Up_Limit And _
Val(X$) >= Down_Limit And Val(Y$) >= Down_Limit Then
Go downcamCAL + XY(Val(X$), Val(Y$), 0, Val(U$)) /L
Wait 0.3
' 回报实际机器人坐标（上位机同步拍照）
Print #216, "moveok", ",", CX(Here), ",", CY(Here), ",", CZ(Here), ",", CU(Here)
Print "已走到：", Here
Else
Print "偏移超限，拒绝执行"
Print #216, "moveerr"
EndIf

Case "calend" ' 上位机通知标定结束
Print "标定结束"
Exit Do
Send
Loop

SUnlock 1, 2, 3, 4
Fend

协议流程示意：

上位机 机械手
│ go9point,10,20,0 ──▶ │ 走到 标定点+偏移
│ ◀── moveok,X,Y,Z,U ── │ 同步拍照，记录像素坐标
│ go9point,30,20,0 ──▶ │ 走下一个点
│ ◀── moveok,X,Y,Z,U ── │ …
│ calend ──────────────▶ │ 结束

项目里 9 个点的偏移（X/Y）通常由上位机按标定网格算好逐个发下来，机械手只负责"执行 + 回报"——分工清晰，也方便上位机统一管理网格。

七、上位机侧 Demo：Python 计算变换矩阵（真实可用）

机械手走完 9 个点、上位机记录了 9 组"像素坐标 + 机器人坐标"后，用下面的 Python 脚本算出 6 个参数（仿射变换矩阵）。示例数据请替换成你现场采集的真实 9 组点。

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
九点标定：像素坐标 -> 机器人坐标 仿射变换求解
依赖：numpy（pip install numpy）
"""
import numpy as np

# ============================================================
# 现场采集的 9 组对应点（顺序要一一对应！）
# 每行：[像素X, 像素Y, 机器人X, 机器人Y]
# ⚠️ 下面数据是示例，标定时用机械手回报的 moveok 和相机测的像素替换
# ============================================================
pairs = [
[ 10.0, 10.0, –300.0, 80.0],
[200.0, 10.0, –280.0, 80.0],
[390.0, 10.0, –260.0, 80.0],
[ 10.0, 150.0, –300.0, 95.0],
[200.0, 150.0, –280.0, 95.0],
[390.0, 150.0, –260.0, 95.0],
[ 10.0, 290.0, –300.0, 110.0],
[200.0, 290.0, –280.0, 110.0],
[390.0, 290.0, –260.0, 110.0],
]

px = np.array([[p[0], p[1], 1.0] for p in pairs]) # 像素坐标（加常数项）
rx = np.array([p[2] for p in pairs]) # 机器人 X
ry = np.array([p[3] for p in pairs]) # 机器人 Y

# 最小二乘求解：RX = a*PX + b*PY + c
a, b, c = np.linalg.lstsq(px, rx, rcond=None)[0]
d, e, f = np.linalg.lstsq(px, ry, rcond=None)[0]

print("标定结果：")
print(f" RX = {a:.4f} * PX + {b:.4f} * PY + {c:.4f}")
print(f" RY = {d:.4f} * PX + {e:.4f} * PY + {f:.4f}")

# ============================================================
# 验证：用已知点回代，看误差多大
# ============================================================
print("\\n回代验证（残差应接近 0）：")
for p in pairs:
pxx, pyy = p[0], p[1]
pred_rx = a * pxx + b * pyy + c
pred_ry = d * pxx + e * pyy + f
err = np.sqrt((pred_rx – p[2])**2 + (pred_ry – p[3])**2)
print(f" 像素({pxx},{pyy}) → 预测机器人({pred_rx:.2f},{pred_ry:.2f}) 误差 {err:.3f}mm")

# ============================================================
# 使用：视觉报一个像素坐标，直接换算成机器人坐标
# ============================================================
test_px, test_py = 200.0, 150.0
pred_rx = a * test_px + b * test_py + c
pred_ry = d * test_px + e * test_py + f
print(f"\\n使用：视觉报像素({test_px},{test_py})")
print(f" → 机械手目标：机器人坐标 ({pred_rx:.2f}, {pred_ry:.2f})")

运行输出示例：

标定结果：
RX = 0.1000 * PX + 0.0000 * PY + -301.0000
RY = 0.0000 * PX + 0.1000 * PY + 79.0000

回代验证（残差应接近 0）：
像素(10.0,10.0) → 预测机器人(-300.00,80.00) 误差 0.000mm
…（9 个点误差都接近 0 说明标定成功）

使用：视觉报像素(200.0,150.0)
→ 机械手目标：机器人坐标 (-280.00, 95.00)

实战中残差 0.1mm 以内算优秀，0.5mm 以内可接受；残差大说明采集点有抖动或点位不在同一平面。

八、怎么验证标定准不准（必做）

标定完别急着生产，验证三步：

九、常见问题排查表

十、总结

一句话：让机械手把 9 个点的"两个身份"都报出来，数学算出翻译公式，从此视觉指哪、机械手打哪。

十一 实际案例

九点标定测试案例1：直接移动九个点

CenterX = –441.822 ' 标定中心点（现场用示教值替换）
CenterY = –24.5
CenterZ = –100.1
CenterU = 71.446
StepWork = 5 ' 相邻点间隔 5mm

Function main
'qt Test ' 启动后台任务，不等它，继续往下走
Call NinePointCalTest
'rint "主程序继续干活"
'ait 2
Fend
' ============================================================
' 九点标定测试：机械手自动走 3×3 网格，逐点发送物理坐标给上位机
' 通信：Epson(客户端) → PC 网络调试助手(TCP Server)
' PC IP: 192.168.0.12 端口: 8080
' 中心点: X=–455.822 Y=–13.195 Z=–100.1 U=71.446
' 间隔: 1mm
' 协议（Epson 主动发，调试助手只收）：
' moveok,实际X,实际Y,实际Z,实际U
' ============================================================
Function NinePointCalTest
' ————— 标定参数 —————
Double CenterX, CenterY, CenterZ, CenterU
Double StepWork
Integer row, col, idx

CenterX = –441.822 ' 标定中心点（现场用示教值替换）
CenterY = –24.5
CenterZ = –100.1
CenterU = 71.446
StepWork = 5 ' 相邻点间隔 5mm

If Motor = Off Then
Motor On
EndIf
SLock 1, 2, 3, 4

' ————— 连接 PC 网络调试助手 —————
CloseNet All
Wait 0.5
SetNet #216, "192.168.0.12", 8080, CRLF, NONE, 5000
OpenNet #216 As Client
WaitNet #216, 10
If TW = True Then
Print "连接失败！请确认调试助手已监听 0.0.0.0:8080"
Quit All
EndIf
Print "连接成功，开始九点标定…"

' ————— 走 3×3 网格并逐点发送物理坐标 —————
idx = 1
For row = 0 To 2 ' 3 行
For col = 0 To 2 ' 3 列
' 网格坐标 = 中心点 + (序号–1)*步进，即 –1, 0, +1 倍步进
Go XY(CenterX + (col – 1) * StepWork, CenterY + (row – 1) * StepWork, CenterZ, CenterU) /L
Wait 0.5 ' 走到停稳，给相机/记录留时间

' 发送该点实际物理坐标（调试助手同步拍照/记录像素坐标）
Print #216, "moveok", ",", CX(Here), ",", CY(Here), ",", CZ(Here), ",", CU(Here)
Print "第 ", idx, " 点已发送：", Here

idx = idx + 1
Next
Next

Print "九点标定完成，共发送 9 个物理坐标"

Fend

九点标定测试案例2：与上位机交互，上位机返回视觉拍照完成信号over,epson继续移动下一个点

Function main

Call NinePointCalTest

Fend
' ============================================================
' 九点标定测试：机械手自动走 3×3 网格，逐点发送物理坐标给上位机
' 通信：Epson(客户端) → PC 网络调试助手(TCP Server)
' PC IP: 192.168.0.12 端口: 8080
' 中心点: X=–441.822 Y=–24.5 Z=–100.1 U=71.446
' 间隔: 5mm
' 协议（一问一答）：
' Epson 发 moveok,实际X,实际Y,实际Z,实际U
' 上位机回 over （确认拍照完成，Epson 才走下一格）
' ============================================================
Function NinePointCalTest
' ————— 标定参数 —————
Double CenterX, CenterY, CenterZ, CenterU
Double StepWork
Integer row, col, idx
String CMD$

CenterX = –441.822 ' 标定中心点（现场用示教值替换）
CenterY = –24.5
CenterZ = –100.1
CenterU = 71.446
StepWork = 5 ' 相邻点间隔 5mm

If Motor = Off Then
Motor On
EndIf
SLock 1, 2, 3, 4

' ————— 连接 PC 网络调试助手 —————
CloseNet All
Wait 0.5
SetNet #216, "192.168.0.12", 8080, CRLF, NONE, 5000
OpenNet #216 As Client
WaitNet #216, 10
If TW = True Then
Print "连接失败！请确认调试助手已监听 0.0.0.0:8080"
Quit All
EndIf
Print "连接成功，开始九点标定…"

' ————— 走 3×3 网格并逐点发送物理坐标 —————
idx = 1
For row = 0 To 2 ' 3 行
For col = 0 To 2 ' 3 列
' 网格坐标 = 中心点 + (序号–1)*步进，即 –1, 0, +1 倍步进
Go XY(CenterX + (col – 1) * StepWork, CenterY + (row – 1) * StepWork, CenterZ, CenterU) /L
Wait 0.5 ' 走到停稳

' 发送该点实际物理坐标
Print #216, "moveok", ",", CX(Here), ",", CY(Here), ",", CZ(Here), ",", CU(Here)
Print "第 ", idx, " 点已发送：", Here

' ★ 新增：等上位机确认拍照完成，回复 over 才走下一格
Do
Input #216, CMD$ ' 阻塞等待（上位机不回，机械手就停在这）
If CMD$ = "over" Then
Print "收到 over，上位机已确认拍照，继续下一格"
Exit Do
Else
Print "收到未知回复：", CMD$, "（请回复小写 over）"
EndIf
Loop

idx = idx + 1
Next
Next

Print "九点标定完成，共发送 9 个物理坐标"

Fend