CN104180753A - 机器人视觉***的快速标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人视觉***的标定方法，尤其涉及相机与机械手之间关系的标定和相机之间关系的标定。该方法包括设置标定板、设置机械手移动规则、获得标定板感应点坐标以及对应视觉***的坐标；通过坐标建立矩阵映射关系；求解转换矩阵。
Description
技术领域
本发明涉及机器人坐标设定技术领域，特别涉及一种机器人视觉***的快速标定方法。
背景技术
目前，在全世界的制造业中，工业机器人已经在生产中起到了越来越重要的作用。为了使机器人能够胜任更复杂的工作，机器人不但要有更好的控制***，还需要更多地感知环境的变化。其中机器人视觉以其信息量大、信息完整成为最重要的机器人感知功能。以用机器人进行电路板电子元件的精密焊接为例，焊接过程中，机器人可利用视觉***中的摄像机对工件或工作面自动定位，计算工作场景相对于机器人的相对位置，以辅助机器人完成作业。
机器人视觉***的标定，即建立机器人坐标系与摄像机的图像坐标系之间的转换关系，是机器人作业过程中的关键技术之一。然而，现有的机器人视觉***标定方法普遍存在先决条件多、复杂程度高、计算量大的缺点，在实际生产应用中不能实现简便快捷标定的要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供机器人视觉***的快速标定方法，该标定方法简单、信息处理量少；操作方便。
本发明采用的技术方案为：
机器人视觉***的快速标定方法，用于将机械手坐标转换到一个机器人视觉***；其包括以下步骤：
步骤一、设置标定板，标定板上设置多个用于视觉***感应的预置点，对标定板建立坐标；
步骤二、机械手设置一个用于标定机械手移动的感应点；根据预置点的位置设置机械手的移动规则，机械手受处理器控制，使得机械手每次移动后感应点均位于预置点的上方：
步骤三、机械手开始移动，同时视觉***的摄像装置对机械手进行图像拍摄；视觉***对显示窗口划分坐标，同时计算感应点在相机窗口中的坐标轨迹；
步骤四、机械手移动至其中一个预置点，暂停t秒；视觉***保存此时感应点在显示窗口的坐标信息；同时也将预置点的坐标信息存储；
步骤五、多次重复步骤三、四，获得多个感应点在显示窗口的坐标信息：（X1、Y1）、（X2、Y2）、（X3、Y3）……（Xn、Yn）；以及对应的多个预置点的坐标信息：（x1、y1）、（x2、y2）……（xn、yn）；
步骤六、建立坐标映射关系：
求得转换矩阵；得到机械人视觉***的坐标与机械手坐标***的坐标的转换关系，从而完成视觉***中的坐标标定。
机械手与机器人视觉***之间无需通讯连接，在机械手走完预置停留点后，机器人视觉***自动获取图像坐标，计算出机械手***坐标与机器人视觉***坐标之间的转换关系。
进一步地，在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不少于3个。
进一步地，在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不在一条直线上。
进一步地，在进行步骤六求解转换矩阵时，将映射关系改变为：
；；
令矩阵;;、;;
则有：AX=b、AX’=b’；对此两个矩阵方程分别采用最小二乘法求解矩阵X以及X’，然后得到矩阵。
在求解近似转换矩阵时，先将矩阵A进行QR分解，即A=QR；其中Q是正交矩阵，R时上三角矩阵，则有：min||AX-b||=min||QRX-b||=min||RX-Q-1b||；再通过最小二乘法求解；当然可以直接采用MATLAB软件计算。
机器人视觉***的快速标定方法，用于将其中一个视觉***坐标转换到另一个视觉***坐标，包括以下步骤：
步骤一、设置标定板，标定板上设置多个用于两个视觉***感应的预置点；
步骤二、提供一个机械手，机械手设置一个用于标定机械手移动的感应点；根据预置点的位置设置机械手的移动规则，机械手受处理器控制，使得机械手每次移动后感应点均位于预置点的上方：
步骤三、机械手开始移动，其中一个视觉***的第一相机以及另一个视觉***的第二相机分别对机械手进行图像拍摄；两个视觉***的显示窗口分别划分坐标，并同时计算感应点在相应显示窗口中的坐标轨迹；
步骤四、机械手移动至其中一个预置点，暂停t秒；相机保存此时感应点在窗口的坐标信息；同时也将预置点的坐标信息存储；然后机械手移动至另一个预置点；
步骤五、多次重复步骤三、四，获得多个感应点在相应窗口的坐标信息其中一个视觉***中的坐标分别为：（R1、T1）、（R2、T2）、（R3、T3）……（Rn、Tn）；另一个视觉***中的坐标分别为：（r1、t1）、（r2、t2）……（tn、tn）；
步骤六、建立坐标映射关系：
求得转换矩阵；得到两个视觉***之间坐标的转换关系，从而完成两个视觉***中的坐标标定。
进一步地，在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不少于3个。
进一步地，在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不在一条直线上。
进一步地，在进行步骤六求解转换矩阵时，将映射关系改变为：
；；
令矩阵；；；；；则有：BZ=m、BZ’=m’；对此两个矩阵方程分别采用最小二乘法求解矩阵m以及m’，然后得到矩阵。
本发明取得的有益效果为：本发明采用视觉***的坐标采集，然后采用采用转换矩阵的方式，进行坐标***标定转换，可快速地实现视觉***与机械手之间关系的自动标定以及视觉***之间关系标定，减少人工参与，具有简单快捷、实用性强的优点。
附图说明
图1为本发明的实施例1的流程示意图。
图2为本发明的实施例2的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图1至图2以及具体实施方式对本发明做进一步地说明。
实施例1： 参见图1。
目前机械手一般都设置有自己的步进坐标***，如线切割的步进程序等；在采用视觉***控制其他传动装置与机械手配合时，需要将视觉***的坐标***与机械手的坐标***统一起来。
机器人视觉***的快速标定方法，用于将机械手坐标转换到一个机器人视觉***坐标，其包括以下步骤：
步骤一、设置标定板，标定板上设置多个用于视觉***中摄像装置感应的预置点，对标定板建立坐标***；该坐标***是基于机械手装置本身的坐标***。该两个坐标***等同。
步骤二、机械手设置一个用于标定机械手移动的感应点；根据预置点的位置在机械手的坐标***内设置机械手的移动规则，使得机械手每次移动后感应点均位于预置点的上方：
步骤三、机械手开始移动，同时视觉***的摄像装置对机械手进行图像拍摄；视觉***对显示窗口建立坐标或者视觉***建立坐标***其坐标显示在显示窗口内，同时计算感应点在显示窗口中对应的坐标轨迹；
步骤四、当机械手移动至其中一个预置点，暂停t秒，t可以根据需要感知的灵敏度设定；虽然视觉***计算了感应点在显示窗口中的坐标轨迹，如果感应点一直处于移动过程中，则坐标轨迹对应的坐标点会存在误差，这里设置暂停步骤后，暂停时，读取的坐标变化范围很小，可以使得视觉***准确的捕捉到感应点在显示窗口中的坐标。视觉***保存此时感应点在显示窗口中对应的坐标信息；同时也将对应的预置点在机械手坐标***内的坐标信息存储；这里暂停t秒，便于采集坐标信息。
步骤五、多次重复步骤三、四，获得多个感应点在窗口的坐标信息：（X1、Y1）、（X2、Y2）、（X3、Y3）……（Xn、Yn）；以及对应的多个预置点的坐标信息：（x1、y1）、（x2、y2）……（xn、yn）；
在进行坐标标定时，需要获得两个坐标系的坐标对应映射关系，而映射关系的获得，可以通过坐标矩阵和映射坐标矩阵的转换获得：
步骤六、建立坐标映射关系：
求得转换矩阵；得到相机与机械手之间坐标的转换关系，从而完成视觉***中的坐标标定。
进一步地，在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不少于3个。
为了更为精准的获得转换矩阵，感应点对应的坐标信息不少于3个。作用优选方案，感应点的坐标取值在5-10个。
进一步地，在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不在一条直线上。
同直线的坐标信息，在映射过程中存在缺陷，应尽量避免。
进一步地，在进行步骤六求解转换矩阵时，将映射关系改变为：
；；
令矩阵;;、;;
则有：AX=b、AX’=b’；对此两个矩阵方程分别采用最小二乘法求解矩阵X以及X’，然后得到矩阵。
在获得转换矩阵时，由于该转换矩阵可能不是一个准确值，因此需要求得一个误差较低的转换矩阵；该转换矩阵通过拆分，然后通过最小二乘法求得转换矩阵。
实施例2：参见图2。
机器人视觉***的快速标定方法，用于将其中一个视觉***坐标转换到另一个视觉***坐标，包括以下步骤：
步骤一、设置标定板，标定板上设置多个用于视觉***感应的预置点；
步骤二、提供一个机械手，机械手设置一个用于标定机械手移动的感应点；根据预置点的位置设置机械手的移动规则，机械手受处理器控制，使得机械手每次移动后感应点均位于预置点的上方：
步骤三、机械手开始移动，其中一个视觉***的第一相机以及另一个视觉***的第二相机分别对机械手进行图像拍摄；两个视觉***的显示窗口分别划分坐标；或者两个视觉***的坐标显示在相应的显示窗口，并同时计算感应点在相应显示窗口中的坐标轨迹；
步骤四、机械手移动至其中一个预置点，暂停t秒；设置暂停步骤，摄像后，坐标变化范围很小，以此自动判断确定感应点在中的坐标。两个视觉***均保存此时感应点在相应显示窗口的坐标信息；然后机械手移动至另一个预置点；
步骤五、多次重复步骤三、四，获得多个感应点在相应显示窗口的坐标信息；其中一个视觉***中的坐标分别为：（R1、T1）、（R2、T2）、（R3、T3）……（Rn、Tn）；另一个视觉***中的坐标分别为：（r1、t1）、（r2、t2）……（tn、tn）；
步骤六、建立坐标映射关系：
求得转换矩阵；得到两个视觉***之间坐标的转换关系，从而完成两个视觉***中的坐标标定。
进一步地，在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不少于3个。
进一步地，在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不在一条直线上。
进一步地，在进行步骤六求解转换矩阵时，将映射关系改变为：
；；
令矩阵；；；；；则有：BZ=m、BZ’=m’；对此两个矩阵方程分别采用最小二乘法求解矩阵m以及m’，然后得到矩阵。
以上仅是本申请的较佳实施例，在此基础上的等同技术方案仍落入申请保护范围。
Claims (6)
1.机器人视觉***的快速标定方法，用于将机械手坐标转换到一个机器人视觉***，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤一、设置标定板，标定板上设置多个用于视觉***标定的预置点；
步骤二、机械手设置一个用于标定机械手移动的感应点；根据预置点的位置设置机械手的移动规则，使得机械手每次移动后感应点均位于预置点的上方：
步骤三、机械手开始移动，同时视觉***的摄像装置对机械手进行图像拍摄；视觉***对显示窗口划分坐标或者视觉***建立坐标***其坐标显示在显示窗口内，同时计算感应点在相机窗口中的坐标轨迹；
步骤四、机械手移动至其中一个预置点，暂停t秒；视觉***保存此时感应点在显示窗口的坐标信息；同时也将预置点的坐标信息存储；
步骤五、多次重复步骤三、四，获得多个感应点在显示窗口的坐标信息：（X1、Y1）、（X2、Y2）、（X3、Y3）……（Xn、Yn）；以及对应的多个预置点的坐标信息：（x1、y1）、（x2、y2）……（xn、yn）；
步骤六、建立坐标映射关系：
求得转换矩阵；得到机械人视觉***的坐标与机械手坐标***的坐标的转换关系，从而完成视觉***中的坐标标定。
2.根据权利要求1所述的机器人视觉***的快速标定方法，其特征在于：在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不少于3个。
3.根据权利要求2所述的机器人视觉***的快速标定方法，其特征在于：在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不在一条直线上。
4.机器人视觉***的快速标定方法，用于将其中一个视觉***坐标转换到另一个视觉***坐标，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、设置标定板，标定板上设置多个用于两个视觉***标定的预置点；
步骤二、提供一个机械手，机械手设置一个用于标定机械手移动的感应点；根据预置点的位置设置机械手的移动规则，使得机械手每次移动后感应点均位于预置点的上方：
步骤三、机械手开始移动，其中一个视觉***的第一相机以及另一个视觉***的第二相机分别对机械手进行图像拍摄；两个视觉***的显示窗口分别划分坐标，或者两个视觉***的坐标显示在相应的显示窗口；并同时计算感应点在相应显示窗口中的坐标轨迹；
步骤四、机械手移动至其中一个预置点，暂停t秒；相机保存此时感应点在窗口的坐标信息；同时也将预置点的坐标信息存储；然后机械手移动至另一个预置点；
步骤五、多次重复步骤三、四，获得多个感应点在相应窗口的坐标信息其中一个视觉***中的坐标分别为：（R1、T1）、（R2、T2）、（R3、T3）……（Rn、Tn）；另一个视觉***中的坐标分别为：（r1、t1）、（r2、t2）……（tn、tn）；
步骤六、建立坐标映射关系：
求得转换矩阵；得到两个视觉***之间坐标的转换关系，从而完成两个视觉***中的坐标标定。
5.根据权利要求4所述的机器人视觉***的快速标定方法，其特征在于：在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不少于3个。
6.根据权利要求5所述的机器人视觉***的快速标定方法，其特征在于：在进行步骤五时，获得坐标信息的感应点不在一条直线上。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |