CN103029131A - 机械手臂运动控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
一种机械手臂运动控制***，运行于主控电脑中，通过该主控电脑来控制机械手臂的移动，分析得出被测物体与该机械手臂前端的视觉装置的镜头中心点间的正交垂直距离，并根据该分析得出的正交垂直距离校正机械手臂的位移，使得镜头更精确地垂直于被测物体。本发明还提供一种机械手臂运动控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人领域，尤其涉及一种机械手臂的运动控制***及方法。
背景技术
工业用关节型机械手臂(Joint-Type Robot)为仿生、模拟人类的腰肩肘腕等空间多支点旋转的电控***，目前普遍应用的有四轴和六轴关节型机械手臂。在机械手臂对被测物体进行观测时，由于机械手臂的视觉装置***的镜心位置很难与被测物体的中心对准，导致观测精度降低。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种机械手臂运动控制***，可以精确地将机械手臂前端的视觉装置与被测物体进行对准观测，以提高机械手臂的观测精确。
所述一种机械手臂运动控制***，包括：第一移动控制模块，用于控制机械手臂移动，使得被测物体进入该机械手臂前端的影像撷取装置的视觉影像平面内；对焦模块，用于通过控制机械手臂的垂直移动来完成影像撷取装置的镜头对被测物体进行对焦；影像分析模块，用于对被测物体的影像进行轮廓边缘分析，以获取被测物体的影像面积中心点；第二移动控制模块，还用于控制机械手臂移动，使得被测物体的影像面积中心点与所述视觉影像平面的中心点重合；影像撷取控制模块，用于记录该视觉影像平面的中心点在空间内的坐标位置为点a，并获取被测物体在该点a处的影像；第三移动控制模块，还用于控制机械手臂移动，使得所述视觉影像平面的中心点由点a水平移动长度L；所述第二移动控制模块，还用于在所述视觉影像平面的中心点由点a水平移动长度L后，控制机械手臂移动，使得被测物体的影像面积中心点再次与该视觉影像平面的中心点重合；所述影像撷取控制模块，还用于记录水平移动长度L后的该视觉影像平面的中心点在空间内的坐标位置为点b，获取被测物体在点b处的影像；位置计算模块，用于计算被测物体在视觉影像平面内的总位移量，并根据该总位移量、点a、点b和所述水平移动长度L分析得到被测物体与镜头的中心点间的正交垂直距离；及机械手臂校正模块，用于根据该正交垂直距离控制机械手臂移动，使得镜头的法向量与被测物体的法向量平行。
鉴于以上内容，有必要提供一种机械手臂运动控制方法，可以精确地将机械手臂前端的视觉装置与被测物体进行对准观测，以提高机械手臂的观测精确。
所述机械手臂运动控制方法，包括以下步骤：第一移动控制步骤，控制机械手臂移动，使得被测物体进入该机械手臂前端的影像撷取装置的视觉影像平面内；对焦步骤，通过控制机械手臂的垂直移动来完成影像撷取装置的镜头对被测物体进行对焦；影像分析步骤，对被测物体的影像进行轮廓边缘分析，以获取被测物体的影像面积中心点；第二移动控制步骤，控制机械手臂移动，使得被测物体的影像面积中心点与所述视觉影像平面的中心点重合；第一影像撷取控制步骤，记录该视觉影像平面的中心点在空间内的坐标位置为点a，并获取被测物体在该点a处的影像；第三移动控制步骤，控制机械手臂移动，使得所述视觉影像平面的中心点由点a水平移动长度L；重复执行第二移动控制步骤，使得被测物体的影像面积中心点再次与水平移动长度L后的视觉影像平面的中心点重合；第二影像撷取控制步骤，，记录水平移动长度L后的该视觉影像平面的中心点在空间内的坐标位置为点b，获取被测物体在点b处的影像；位置计算步骤，计算被测物体在视觉影像平面内的总位移量，并根据该总位移量、点a、点b和所述水平移动长度L分析得到被测物体与镜头的中心点间的正交垂直距离；及机械手臂校正步骤，根据该正交垂直距离控制机械手臂移动，使得镜头的法向量与被测物体的法向量平行。
相较于现有技术，所述的机械手臂运动控制***及方法，在不增加成本且不需要对影像撷取装置进行修改的情况下，利用外部影像处理模式，让控制***得知空间中多个物体之间的相对位置关系，该方法既可适用于所有关节型与非关节型的机械手臂，也可以搭配使用于自动化测试流程中。
附图说明
图1是本发明机械手臂运动控制***较佳实施例的应用环境图。
图2是图1中的机械手臂运动控制***较佳实施例的功能模块图。
图3举例说明附挂了一个影像撷取装置的机械手臂的示意图。
图4是本发明机械手臂运动控制方法较佳实施例的作业流程图。
图5和图6是本发明影像撷取装置的视觉影像平面与被测物体的立体空间关系示意图。
图7是本发明视觉影像平面与被测物体的符号标识示意图。
图8是本发明视觉影像平面角度的符号标识示意图。
主要元件符号说明
| 主控电脑 | 1 |
| 机械手臂 | 2 |
| 影像撷取装置 | 3 |
| 镜头 | 30 |
| 被测物体 | 4 |
| 机械手臂运动控制*** | 10 |
| 存储装置 | 12 |
| 处理器 | 14 |
| 第一移动控制模块 | 100 |
| 对焦模块 | 102 |
| 影像分析模块 | 104 |
| 第二移动控制模块 | 106 |
| 影像撷取控制模块 | 108 |
| 第三移动控制模块 | 110 |
| 位置计算模块 | 112 |
| 机械手臂校正模块 | 114 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
如图1所示，是本发明机械手臂运动控制***较佳实施例的应用环境图。该机械手臂运动控制***10运行于一个计算装置如主控电脑1中，该主控电脑1还包括存储装置12和至少一个处理器14。所述机械手臂运动控制***10以软件程序或指令的形式安装在该存储装置12中，并由所述至少一个处理器14来控制该机械手臂运动控制***10的执行。
如图2所示，所述机械手臂运动控制***10包括第一移动控制模块100、对焦模块102、影像分析模块104、第二移动控制模块106、影像撷取控制模块108、第三移动控制模块110、位置计算模块112和机械手臂校正模块114。模块100至114的功能将在图4中进行详细描述。
在本实施例中，所述主控电脑1与一个机械手臂2相连接，用于控制该机械手臂2观测被测物体4。为了提高观测精度，本实施例在机械手臂2的前法兰面复合机座的固定装置上附挂了一个影像撷取装置3。如图3所示，该影像撷取装置3可作为一个关节型机械手臂的第六轴，附挂在该关节型机械手臂的前法兰面复合机座的固定装置上。在该影像撷取装置3的前端，有一个镜头30。本实施例中，该机械手臂2还可以为非关节型机械手臂。
如图4所示，是本发明机械手臂运动控制方法较佳实施例的作业流程图。
步骤S400，第一移动控制模块100控制机械手臂2移动，以使得被测物体4进入该机械手臂2前端的影像撷取装置3的视觉影像平面内，该视觉影像平面如图5所示，于该视觉影像平面中，成像平面的屏幕宽度为W。
步骤S402，对焦模块102通过控制机械手臂2的垂直移动来完成影像撷取装置3的镜头30对被测物体4进行对焦。例如，控制机械手臂2垂直移动，使得被测物体4位于镜头30的景深范围内，然后对镜头30所摄取到的被测物体4的影像进行对比度直方统计分析，使得被测物体4的影像清晰度最佳化，以完成对焦流程。
步骤S404，影像分析模块104对被测物体4的影像进行轮廓边缘分析，以获取被测物体4的影像面积中心点，如图5和图6中所示的点P。
步骤S406，第二移动控制模块106控制机械手臂2移动，使得被测物体4的影像面积中心点P与所述视觉影像平面的中心点重合，并控制机械手臂2在垂直方向上移动，以完成镜头30对被测物体4进行对焦。
步骤S408，影像撷取控制模块108记录该视觉影像平面的中心点在空间内的坐标位置为点a，并获取被测物体4在该点a处的影像，举例而言，该影像可如图5内视觉影像平面中以点a为中心的图形。
步骤S410，第三移动控制模块110控制机械手臂2移动，以使得所述视觉影像平面的中心点由点a水平移动长度L，如图6所示。
步骤S412，在所述视觉影像平面的中心点由点a水平移动长度L后，重复执行步骤S406，使得被测物体4的影像面积中心点P再次与所述视觉影像平面的中心点重合并实现镜头30对被测物体4的对焦，而后，所述影像撷取控制模块108将该视觉影像平面的中心点水平移动后在空间内的坐标位置记为点b，并获取被测物体4在点b处的影像，该影像可如图5内视觉影像平面中以点b为中心的图形。
步骤S414，位置计算模块112计算被测物体4在视觉影像平面内的总位移量，并根据该总位移量、点a、点b和所述水平移动长度L分析得到被测物体与镜头的中心点间的正交垂直距离。
具体而言，被测物体4在视觉影像平面内的总位移量等于X1+X2，如图7所示，X1为视觉影像平面中以点a为中心的图形从点a到右边缘的长度，X2为视觉影像平面中以点b为中心的图形从点b到左边缘的长度。由图6中的示意图可以得出以下公式：
由图8中的符号标识示意图可以得出以下公式：
根据上述公式，可以推导出
其中，H为镜头30的移动方向与被测物体的中心点P的正交垂直距离，L为视觉影像平面的中心点于空间由点a移动到点b的距离，W为视觉影像平面的屏幕宽度，h为视觉影像平面到镜头30的影像像距。
步骤S416，机械手臂校正模块114根据该正交垂直距离控制机械手臂2移动，使得镜头30的法向量与被测物体4的法向量平行。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种机械手臂运动控制方法，应用于计算装置中，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一移动控制步骤，控制机械手臂移动，使得被测物体进入该机械手臂前端的影像撷取装置的视觉影像平面内；
对焦步骤，通过控制机械手臂的垂直移动来完成影像撷取装置的镜头对被测物体进行对焦；
影像分析步骤，对被测物体的影像进行轮廓边缘分析，以获取被测物体的影像面积中心点；
第二移动控制步骤，控制机械手臂移动，使得被测物体的影像面积中心点与所述视觉影像平面的中心点重合；
第一影像撷取控制步骤，记录该视觉影像平面的中心点在空间内的坐标位置为点a，并获取被测物体在该点a处的影像；
第三移动控制步骤，控制机械手臂移动，使得所述视觉影像平面的中心点由点a水平移动长度L；
重复执行第二移动控制步骤，使得被测物体的影像面积中心点再次与水平移动长度L后的视觉影像平面的中心点重合；
第二影像撷取控制步骤，记录水平移动长度L后的该视觉影像平面的中心点在空间内的坐标位置为点b，获取被测物体在点b处的影像；
位置计算步骤，计算被测物体在视觉影像平面内的总位移量，并根据该总位移量、点a、点b和所述水平移动长度L分析得到被测物体与镜头的中心点间的正交垂直距离；及
机械手臂校正步骤，根据该正交垂直距离控制机械手臂移动，使得镜头的法向量与被测物体的法向量平行。
2.如权利要求1所述的机械手臂运动控制方法，其特征在于，所述对焦步骤包括：
控制机械手臂垂直移动，使得被测物***于影像撷取装置的镜头的景深范围内；及
进行对比度直方统计分析，使得被测物体的影像清晰度最佳化。
3.如权利要求1所述的机械手臂运动控制方法，其特征在于，所述影像撷取装置固定在机械手臂的前法兰面复合机座的固定装置上。
4.如权利要求1所述的机械手臂运动控制方法，其特征在于，该方法在第二移动控制步骤中还包括：
控制机械手臂在垂直方向上移动，以完成影像撷取装置的镜头对被测物体进行对焦。
5.如权利要求1所述的机械手臂运动控制方法，其特征在于，所述机械手臂为关节型机械手臂或非关节型机械手臂。
6.一种机械手臂运动控制***，运行于计算装置中，其特征在于，该***包括：
第一移动控制模块，用于控制机械手臂移动，使得被测物体进入该机械手臂前端的影像撷取装置的视觉影像平面内；
对焦模块，用于通过控制机械手臂的垂直移动来完成影像撷取装置的镜头对被测物体进行对焦；
影像分析模块，用于对被测物体的影像进行轮廓边缘分析，以获取被测物体的影像面积中心点；
第二移动控制模块，还用于控制机械手臂移动，使得被测物体的影像面积中心点与所述视觉影像平面的中心点重合；
影像撷取控制模块，用于记录该视觉影像平面的中心点在空间内的坐标位置为点a，并获取被测物体在该点a处的影像；
第三移动控制模块，还用于控制机械手臂移动，使得所述视觉影像平面的中心点由点a水平移动长度L；
所述第二移动控制模块，还用于在所述视觉影像平面的中心点由点a水平移动长度L后，控制机械手臂移动，使得被测物体的影像面积中心点再次与该视觉影像平面的中心点重合；
所述影像撷取控制模块，还用于记录水平移动长度L后的该视觉影像平面的中心点在空间内的坐标位置为点b，获取被测物体在点b处的影像；
位置计算模块，用于计算被测物体在视觉影像平面内的总位移量，并根据该总位移量、点a、点b和所述水平移动长度L分析得到被测物体与镜头的中心点间的正交垂直距离；及
机械手臂校正模块，用于根据该正交垂直距离控制机械手臂移动，使得镜头的法向量与被测物体的法向量平行。
7.如权利要求6所述的机械手臂运动控制***，其特征在于，所述对焦模块通过以下步骤完成影像撷取装置的镜头对被测物体进行对焦：
控制机械手臂垂直移动，使得被测物***于影像撷取装置的镜头的景深范围内；及
进行对比度直方统计分析，使得被测物体的影像清晰度最佳化。
8.如权利要求6所述的机械手臂运动控制***，其特征在于，所述影像撷取装置固定在机械手臂的前法兰面复合机座的固定装置上。
9.如权利要求6所述的机械手臂运动控制***，其特征在于，所述对焦模块还用于在影像面积中心点与所述视觉影像平面的中心点重合后，控制机械手臂在垂直方向上移动，以完成影像撷取装置的镜头对被测物体进行对焦。
10.如权利要求6所述的机械手臂运动控制***，其特征在于，所述机械手臂为关节型机械手臂或非关节型机械手臂。
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