CN111369625A - 定位方法、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种定位方法、装置和存储介质，该方法包括：在机器人的执行末端将带有标志点的零件夹取至图像采集设备的固定视野中的指定位置时，获取该标志点的图像以得到该标志点在第一状态下的第一坐标；在该机器人的旋转中心保持不变时，根据该机器人夹取该零件运动的路径，计算该标志点在该机器人的控制下按照预设角度沿第一指定方向旋转后的第二坐标，以及该标志点在该机器人的控制下按照该预设角度沿第二指定方向旋转后的第三坐标；根据该第一坐标、该第二坐标以及该第三坐标，计算该机器人的旋转中心在机器人坐标系中的位置。以此能够改善现有技术中难以精准确定机器人的旋转中心的问题。
Description
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种定位方法、装置和存储介质。
背景技术
多轴机器人又称单轴机械手，工业机械臂，电缸等，是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。多轴机器人可以被应用于点胶、滴塑、喷涂、码垛、分拣、包装、焊接、金属加工、搬运、上下料、装配、印刷等常见的工业生产领域，用以提升生产效率。
但是，在视觉与机器人联合定位的应用场景下，容易因为难以精准确定出机器人的旋转中心而影响加工质量。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种定位方法、装置和存储介质，用以改善现有技术中难以精准确定出多轴机器人的旋转中心的问题。
第一方面，实施例提供一种定位方法，所述方法包括：
在机器人的执行末端将带有标志点的零件夹取至图像采集设备的固定视野中的指定位置时，获取所述标志点的图像以得到所述标志点在第一状态下的第一坐标；
在所述机器人的旋转中心保持不变时，根据所述机器人夹取所述零件运动的路径，计算所述标志点在所述机器人的控制下按照预设角度沿第一指定方向旋转后的第二坐标，以及所述标志点在所述机器人的控制下按照所述预设角度沿第二指定方向旋转后的第三坐标；
根据所述第一坐标、所述第二坐标以及所述第三坐标，计算所述机器人的旋转中心在机器人坐标系中的位置。
在上述方法中，结合了图像采集设备与机器人的联合关系，在机器人保持旋转中心不变的情况下，在机器人带动零件运动的过程中，对不同状态下的零件上的标志点进行了定位计算，从而基于标志点的位置变化确定出多轴机器人的旋转中心，以此能够较为精准地确定出多轴机器人的实际旋转中心，并将实际旋转中心表示在机器人坐标系中，提升了定位精度，有利于后续加工过程中根据计算出的旋转中心进行纠偏等加工操作，在一定程度上有助于提升产品加工质量。
在可选的实施方式中，所述在所述机器人的旋转中心保持不变时，根据所述机器人夹取所述零件运动的路径，计算所述标志点在所述机器人的控制下按照预设角度沿第一指定方向旋转后的第二坐标，以及所述标志点在所述机器人的控制下按照所述预设角度沿第二指定方向旋转后的第三坐标，包括：
获取所述机器人在所述第一状态下的第一参考位置；
在所述机器人的旋转中心不变的情况下，以所述第一坐标为基准位置，在所述机器人的执行末端夹取所述零件沿所述第一指定方向旋转所述预设角度，使所述标志点被移动至第一转动位置，并夹取所述零件平移以将所述标志点从所述第一转动位置平移至所述指定位置时，获取所述机器人在第二状态下的第二参考位置；
根据所述第一参考位置与所述第二参考位置之间的坐标关系，计算所述标志点被移动至所述第一转动位置时的第二坐标；
在所述机器人的旋转中心不变的情况下，以所述第一坐标为基准位置，在所述机器人的执行末端夹取所述零件沿所述第二指定方向旋转所述预设角度，使所述标志点被移动至第二转动位置，并夹取所述零件平移以将所述标志点从所述第二转动位置平移至所述指定位置时，获取所述机器人在第三状态下的第三参考位置；
根据所述第一参考位置以及所述第三参考位置之间的坐标关系，计算所述标志点被移动至所述第二转动位置时的第三坐标。
通过上述实现方式，可以在机器人的旋转中心保持不变的情况下，基于机器人带动零件所作的旋转运动，先将标志点移动到第一坐标的两侧的转动位置，再通过机器人将转动位置处的标志点平移至固定视野内，根据平移操作重新获取机器人在机器人坐标系下的参考点位置(即，第二参考位置/第三参考位置)，结合参考位置在标志点被旋转、平移后所发生的位置变化，计算出标志点从第一坐标转动至两侧的转动位置处的原本未知的坐标(即，第二坐标/第三坐标)。且以此得到的各个坐标之间可以满足较远的距离需求，在图像采集设备的小视野条件下，成圆所用的坐标之间的间距越远，越有利于对旋转中心进行精确计算。
在可选的实施方式中，在所述计算所述标志点被移动至所述第一转动位置时的第二坐标之前，所述方法还包括：
在所述机器人夹取所述零件运动以将所述标志点从所述第一转动位置平移至所述指定位置时，获取所述标志点的图像以得到所述标志点在所述第二状态下的第四坐标；
所述根据所述第一参考位置与所述第二参考位置之间的坐标关系，计算所述标志点被移动至所述第一转动位置时的第二坐标，包括：
根据所述第一参考位置与所述第二参考位置之间的坐标关系，以及所述第四坐标的位置，计算所述第二坐标。
通过上述实现方式，通过在将转动位置处的标志点平移至指定位置后，重新采集标志点的图像以得到第四坐标，可以降低对于图像采集设备的图像采集要求。
在可选的实施方式中，在所述计算所述标志点被移动至所述第二转动位置时的第三坐标之前，所述方法还包括：
在所述机器人夹取所述零件运动以将所述标志点从所述第二转动位置平移至所述指定位置时，获取所述标志点的图像以得到所述标志点在所述第三状态下的第五坐标；
所述根据所述第一参考位置与所述第三参考位置之间的坐标关系，计算所述标志点被移动至所述第二转动位置时的第三坐标，包括：
根据所述第一参考位置与所述第三参考位置之间的坐标关系，以及所述第五坐标的位置，计算所述第三坐标。
通过上述实现方式，通过在将转动位置处的标志点平移至指定位置后，重新采集标志点的图像以得到第五坐标，可以降低对于图像采集设备的图像采集要求。
在可选的实施方式中，所述第一转动位置处于所述固定视野之外，所述第二转动位置处于所述固定视野之外。
其中，即使图像采集设备因加工机构、产品大小、视觉设备自身的精度等因素限制而造成成像视野较小，从而导致难以在小视野条件下直接根据图像采集情况准确计算出旋转中心，但通过上述实现方式，在第一转动位置、第二转动位置均处于固定视野之外的情况下，计算出的第二坐标与第一坐标之间的间距较大，计算出的第三坐标与第一坐标之间的间距较大，因此可以准确计算旋转中心，且定位精度较高。
在可选的实施方式中，在所述获取所述标志点的图像以得到所述标志点在第一状态下的第一坐标之前，所述方法还包括：
对所述机器人的机器人坐标系和所述图像采集设备的图像坐标系进行联合标定。
通过上述实现方式，可以保障根据标志点的图像采集情况随时转换得到标志点在机器人坐标系下的坐标。
在可选的实施方式中，所述对所述机器人的机器人坐标系和所述图像采集设备的图像坐标系进行联合标定，包括：
通过九点标定法对所述机器人的机器人坐标系和所述图像采集设备的图像坐标系进行联合标定。
通过上述实现方式，有利于快速确定出机器人坐标系与图像坐标系之间的坐标转换关系，从而有利于快速将每次进行图像采集后得到的图像坐标转换为机器人坐标系下的坐标。
第二方面，实施例提供一种定位装置，所述装置包括：
获取模块，用于在机器人的执行末端将带有标志点的零件夹取至图像采集设备的固定视野中的指定位置时，获取所述标志点的图像以得到所述标志点在第一状态下的第一坐标；
计算模块，用于在所述机器人的旋转中心保持不变时，根据所述机器人夹取所述零件运动的路径，计算所述标志点在所述机器人的控制下按照预设角度沿第一指定方向旋转后的第二坐标，以及所述标志点在所述机器人的控制下按照所述预设角度沿第二指定方向旋转后的第三坐标；
所述计算模块，还用于根据所述第一坐标、所述第二坐标以及所述第三坐标，计算所述机器人的旋转中心在机器人坐标系中的位置。
通过上述装置可以执行前述第一方面提供的方法，能够准确地对多轴机器人的旋转中心进行定位，从而提升视觉定位精度。
在可选的实施方式中，所述装置还包括：
联合定位模块，用于对所述机器人的机器人坐标系和所述图像采集设备的图像坐标系进行联合标定。
第三方面，实施例提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时执行前述第一方面所述的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种定位方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的一个实例中第一坐标、第二坐标、第三坐标之间的位置示意图。
图3为本申请实施例提供的另一个实例中第一坐标、第二坐标、第三坐标之间的位置示意图。
图4为图3所示实例中的标志点被机器人移动至第一转动位置后再平移至固定视野内的示意图。
图5为图3所示实例中的标志点被机器人移动至第二转动位置后再平移至固定视野内的示意图。
图6为本申请实施例提供的一种定位装置的功能模块框图。
图7为本申请实施例提供的一种机器人的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
在实际应用中，多轴机器人的形状多变，一些多轴机器人的旋转中心可能与机器人的执行末端距离较近，一些多轴机器人的旋转中心可能与机器人的执行末端较远。旋转中心到执行末端之间的过渡结构是多样的，过渡结构的大致形状可以是一条线段、多条线段的组合、不规则曲线等。
鉴于多轴机器人的种类多、形状多样，在对产品质量要求较高的情况下，若无法精准确定出多轴机器人的旋转中心，会对工业生产过程造成影响，不仅影响生产效率，还会影响产品质量。
有鉴于此，发明人提出以下实施例对多轴机器人的旋转中心进行准确定位。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种定位方法的流程图。该定位方法可以用于对多轴机器人的旋转中心进行定位。
其中，在该定位方法中提及的“机器人”可以是多轴机器人。多轴机器人可以包括连接部、旋转结构以及执行末端。连接部与旋转结构之间可以有过渡结构，旋转结构与执行末端之间存在过渡结构。
下面将结合图1对本申请实施例提供的定位方法进行详细介绍。
如图1所示，该定位方法包括步骤S11-S13。该方法可以由一组处理模块实现，这些处理模块可以被配置在不同的设备载体上以实现对应的功能。例如，这些处理模块中用于获取图像的功能模块、用于控制图像采集设备进行拍照的功能模块可以配置在图像采集设备中，也可以配置在与图像采集设备通信连接的工控机或视觉软件服务器上。这些处理模块中用于控制机器人运动的功能模块可以配置在多轴机器人的处理器中，也可以配置在与多轴机器人连接的工控机上。
作为一种实现方式，用于实现该定位方法的各个模块可部署在一组监控设备中，该监控设备可以获取图像采集设备采集的图像，还可以控制多轴机器人运动。该监控设备可以是内置在机器人中，也可以作为对图像采集设备、多轴机器人进行控制的工控机。
S11：在机器人的执行末端将带有标志点的零件夹取至图像采集设备的固定视野中的指定位置时，获取标志点的图像以得到标志点在第一状态下的第一坐标。
其中，机器人的执行末端可以设置夹具、爪手、安装架等能够对零件进行操作的结构。标志点可以是零件表面的一个通孔、凹槽、凸起，也可以是零件的角点，还可以是零件上粘贴的圆点、十字交叉点等。
S12：在机器人的旋转中心保持不变时，根据机器人夹取零件运动的路径，计算标志点在机器人的控制下按照预设角度沿第一指定方向旋转后的第二坐标，以及标志点在机器人的控制下按照预设角度沿第二指定方向旋转后的第三坐标。
S13：根据第一坐标、第二坐标以及第三坐标，计算机器人的旋转中心在机器人坐标系中的位置。
关于S11，图像采集设备用于对零件进行图像采集，从而得到标志点的图像。根据图像采集设备对于零件采集到的标志点的图像，可以得到标志点的图像坐标，在已知图像坐标与机器人坐标的坐标转换关系的情况下，可以将标志点的图像坐标转换为标志点在机器人坐标系下的坐标。其中，根据预先经过联合标定的图像坐标系与机器人坐标系之间的坐标关系可以进行坐标转换。可以理解的是由于图像坐标系与像素坐标系之间的关系在图像采集之前就已经过标定，因此根据图像坐标系与机器人坐标系之间的坐标转换关系也可以转换得到像素坐标系与机器人坐标系之间的坐标转换关系。
其中，第一坐标是该标志点在机器人坐标系下的坐标。
作为一种实施方式，在多轴机器人(简称机器人)的执行末端夹取带有标志点的零件进行运动，使得该零件进入图像采集设备的固定视野内，并且在该零件上的该标志点位于固定视野的中心位置时，满足图像采集设备的触发拍照条件。图像采集设备进行图像采集，得到第一状态下的第一采集图像，根据第一采集图像确定此时的标志点的位置，并根据坐标系之间的标定关系将此时的标志点的位置表示为机器人坐标系下的第一坐标，记为Pc1(Xc1,Yc1)。
关于S12，在机器人的旋转中心保持不变的情况下(是指不更换机器人的旋转中心)，机器人夹取零件进行运动，以第一状态下的标志点的位置为基础，分别计算出标志点在分别沿第一指定方向、第二指定方向旋转预设角度后的标志点位置，以此可得到第一坐标两侧的第二坐标、第三坐标。第一指定方向、第二指定方向为相反的转动方向。
其中，预设角度的大小与固定视野的大小有关。
作为S12的一种实施方式，请参阅图2，预设角度是较小的角度，较小的角度是指在机器人带动标志点旋转后，旋转结束时的标志点仍然在固定视野内(非视野中心)这一情况下的第一旋转角度Θ1。通过带动标志点在第一状态的基础上，以设定的第一旋转角度Θ1分别沿第一指定方向、第二指定方向运动，在每次旋转结束时对固定视野内的标志点进行图像采集，根据旋转结束时的标志点的图像可以得到在两个方向旋转后分别对应的第二坐标Pc2(Xc2,Yc2)、第三坐标Pc3(Xc3,Yc3)。基于这样得到的第二坐标Pc2(Xc2,Yc2)、第三坐标Pc3(Xc3,Yc3)执行S13可以实现小视野、小角度下的定位计算，确定出旋转中心Pcenter(Xco,Yco)。
作为S12的另一种实施方式，请参阅图3，预设角度是较大的角度，较大的角度是指在机器人带动标志点旋转后，旋转结束时的标志点位于固定视野之外这一情况下的第二旋转角度Θ2。由于旋转结束时的标志点不在固定视野内，此时需要通过间接计算的方式，计算标志点在以设定的第二旋转角度Θ2分别沿第一指定方向、第二指定方向运动后的第二坐标Pc2’(Xc2’,Yc2’)、第三坐标Pc3’(Xc3’,Yc3’)。该实施方式的细节将在下文描述。
需要说明的是，这一实施方式(采用第二旋转角度Θ2)相较于前一实施方式(采用第一旋转角度Θ1)的好处在于，能够实现小视野、大角度下的定位计算，在旋转的角度更大的情况下可以使得第一坐标、第二坐标、第三坐标之间间距更远，以此计算出的旋转中心Pcno(Xcno,Ycno)更准确，定位精度更高。
在通过S12得到机器人坐标系下的第二坐标、第三坐标后，结合S11中得到的第一坐标，执行S13。根据三点成圆的原理，可以确定出一个圆心，该圆心即为所求的旋转中心的位置。其中，计算出的旋转中心的位置是机器人坐标系下的位置。
在上述S11-S13的方法中，结合了视觉设备(图像采集设备)与机器人的联合标定关系，在机器人保持旋转中心不变的情况下，在机器人带动零件运动的过程中，对不同状态下的零件上的标志点进行了定位计算，从而基于标志点的位置变化确定出多轴机器人的旋转中心，以此能够较为精准地确定出多轴机器人的实际旋转中心，并将实际旋转中心表示在机器人坐标系中，有利于后续工业流程中依据计算出的旋转中心进行更为准确的运动控制，例如有利于根据计算出的旋转中心进行纠偏等加工操作。
作为一种应用场景，在视觉定位项目中，对于涉及到角度纠偏且依赖机器人的旋转中心进行角度纠偏的工作，通过上述方法确定出准确的旋转中心后，能够提升***的视觉定位精度，从而有利于进行更为精准的纠偏工作。
上述方法可以用于在对产品、零件进行正式加工之前计算多轴机器人的旋转中心，有利于提升产品加工质量。
下面将对上述方法中的步骤S12中的第二坐标、第三坐标的计算过程进行介绍。第二坐标、第三坐标的计算过程类似，可以相互参照。
作为一种实现方式，计算第二坐标的过程可以包括子步骤：S121-S123。
S121：获取机器人在第一状态下的第一参考位置。
其中，在执行S11时可以记录机器人在第一状态下的第一参考位置Pcn1(Xcn1,Ycn1)。第一参考位置可以根据机器人上的绝对坐标特征位置确定。绝对坐标特征位置是在机器人坐标系下的一个位置，绝对坐标特征位置是多轴机器人上的一个参考点的位置，例如可以是多轴机器人的连接部上的一个参考点的位置。在机器人的运动过程中，该绝对坐标特征位置的位置变化作为参考位置的变化。
当机器人的旋转中心保持不变的情况下仅作旋转运动时，参考位置不变，当机器人的旋转中心保持不变的情况下作平移运动时，参考位置会随着平移路径改变。但是在计算出最终的旋转中心之前，无论绝对坐标特征位置对应的参考位置如何平移，机器人的旋转中心与绝对坐标特征位置之间的相对位置关系保持不变。
S122：在机器人的旋转中心不变的情况下，以第一坐标为基准位置，在机器人的执行末端夹取零件沿第一指定方向旋转预设角度，使标志点被移动至第一转动位置，并夹取零件平移以将标志点从第一转动位置平移至指定位置时，获取机器人在第二状态下的第二参考位置。
其中，在旋转操作结束且进行平移操作之前，如果能够在固定视野中采集到标志点的图像，则可以在标志点被带动以旋转预设角度后触发图像采集设备进行图像采集，得到第二采集图像，并根据第二采集图像中标志点的位置转换得到机器人坐标系下的第二坐标Pc2(Xc2,Yc2)。
其中，如果图像采集设备被设置为仅在固定视野的指定位置处识别到标志点时才进行图像采集，则即使标志点被旋转至第一转动位置时能够在固定视野中识别到标志点，也应在机器人带动标志点从第一转动位置平移至固定视野的指定位置时，获取机器人在第二状态下的第二参考位置Pcn2(Xcn2,Ycn2)，从而计算第二坐标Pc2’(Xc2’,Yc2’)。
而如果在旋转操作结束且进行平移操作之前，因旋转角度较大使得标志点不在固定视野内，从而未能获取到标志点在第一转动位置处的图像，则认为转动至第一转动位置处的标志点此时的位置是未知的(Pc2’)，需要经过计算确定。当标志点在机器人的控制下，在机器人将第一转动位置处的标志点平移至指定位置时，由于机器人在带动标志点进行平移的过程中，参考点的位置发生了变化(但旋转中心与绝对坐标特征位置这一参考点之间的相对位置关系不变，旋转中心与执行末端之间的过渡结构不变)，因此在平移操作结束后，需要重新获取参考点位置，即获取机器人在第二状态下的第二参考位置Pcn2(Xcn2,Ycn2)。在平移结束时，机器人的旋转中心在第二状态下的位置记为Pcno1(Xcno1,Ycno1)。
在得到第一参考位置Pcn1(Xcn1,Ycn1)、第二参考位置Pcn2(Xcn2,Ycn2)后可以执行S123。
S123：根据第一参考位置与第二参考位置之间的坐标关系，计算标志点被移动至第一转动位置时的第二坐标。
其中，当在机器人的控制下，使得标志点再次进入图像采集设备的视野，且能够获取到标志点的图像时，请参阅图4，可以根据此时的标志点的图像得到标志点在第二状态下的第四坐标Pc4(Xc4,Yc4)。需要说明的是，即使此时的标志点仍然在固定视野的指定位置(例如中心位置)，但由于机器人自身经过了旋转、平移运动，参考位置点的位置发生了改变(旋转中心与绝对坐标特征位置这一参考点之间的相对位置关系不变)，根据图像坐标系与机器人坐标系之间的坐标关联关系可以得知第四坐标与第一坐标在机器人坐标系下是不同的坐标。
其中，根据得到第一坐标时对应的第一参考位置，以及得到第四坐标时对应的第二参考位置，可以依据第一参考位置与第二参考位置之间的坐标关系，结合第四坐标的位置，计算得到第二坐标Pc2’(Xc2’,Yc2’)。
与前述计算第二坐标的过程类似，计算第三坐标的过程可以包括子步骤S124-126。
S124：获取机器人在第一状态下的第一参考位置。
关于第一参考位置的细节，请参考前述S121的相关描述，在此不再赘述。
S125：在机器人的旋转中心不变的情况下，以第一坐标为基准位置，在机器人的执行末端夹取零件沿第二指定方向旋转预设角度，使标志点被移动至第二转动位置，并夹取零件平移以将标志点从第二转动位置平移至指定位置时，获取机器人在第三状态下的第三参考位置。
类似前述的S122，在旋转操作结束且进行平移操作之前，如果能够在固定视野中采集到标志点的图像，则可以在标志点被带动以旋转预设角度后触发图像采集设备进行图像采集，得到第三采集图像，并根据第三采集图像中标志点的位置转换得到机器人坐标系下的第三坐标Pc3(Xc3,Yc3)。
如果图像采集设备被设置为仅在固定视野的指定位置处识别到标志点时才进行图像采集，则即使标志点被旋转至第二转动位置时能够在固定视野中识别到标志点，也应在机器人带动标志点从第二转动位置平移至固定视野的指定位置时，获取机器人在第三状态下的第三参考位置Pcn3(Xcn3,Ycn3)，从而计算第三坐标Pc3’(Xc3’,Yc3’)。
而如果在旋转操作结束且进行平移操作之前，因旋转角度较大使得标志点不在固定视野内，从而未能获取到标志点在第二转动位置处的图像，则认为转动至第二转动位置处的标志点此时的位置是未知的(Pc3’)，需要经过计算确定。当标志点在机器人的控制下，在机器人将第二转动位置处的标志点平移至指定位置时，机器人的参考点的位置发生了变化(但旋转中心与绝对坐标特征位置这一参考点之间的相对位置关系不变，旋转中心与执行末端之间的过渡结构不变)，因此在平移操作结束后，需要重新获取参考点位置，即获取机器人在第三状态下的第三参考位置Pcn3(Xcn3,Ycn3)。其中，在平移结束时，机器人的旋转中心在第三状态下的位置记为Pcno2(Xcno2,Ycno2)。
在得到第一参考位置Pcn1(Xcn1,Ycn1)、第三参考位置Pcn3(Xcn3,Ycn3)后可以执行S126。
S126：根据第一参考位置以及第三参考位置之间的坐标关系，计算标志点被移动至第二转动位置时的第三坐标。
其中，当标志点在机器人的控制下，标志点再次进入图像采集设备的视野，标志点从第二转动位置被平移至固定视野中的指定位置时，请参阅图5，可以获取标志点的图像以得到此时的标志点在第三状态下的第五坐标Pc5(Xc5,Yc5)，第五坐标与第一坐标在机器人坐标系下是不同的坐标。
根据得到第一坐标时对应的第一参考位置Pcn1(Xcn1,Ycn1)，以及得到第五坐标时对应的第三参考位置Pcn3(Xcn3,Ycn3)，可以依据第一参考位置与第三参考位置之间的坐标关系，结合第五坐标的位置，计算得到第三坐标Pc3’(Xc3’,Yc3’)。
通过上述计算第二坐标的实现方式S121-123、计算第三坐标的实现方式S124-126，可以在机器人的旋转中心保持不变的情况下，基于机器人带动零件所作的旋转运动，先将标志点移动到第一坐标的两侧的转动位置，再通过机器人将转动位置处的标志点平移至固定视野内，根据平移操作重新获取机器人此时在机器人坐标系下的参考点位置(即，第二参考位置/第三参考位置)，结合参考位置在标志点被旋转、平移后所发生的位置变化，计算出从第一坐标转动至两侧的转动位置处的原本未知的坐标(即，第二坐标/第三坐标)。且以此得到的第二坐标/第三坐标与第一坐标之间可以有较远的距离，在图像采集设备的小视野条件下，成圆所用的坐标之间的间距越远，越有利于对旋转中心进行精确计算。
而通过平移结束后重新采集标志点的图像，以得到第四坐标/第五坐标，有利于降低定位过程中的控制成本，若在将转动位置处的标志点平移至指定位置后触发拍照以得到第四坐标/第五坐标，则可以放弃在旋转预设角度后触发控制图像采集设备进行拍照的图像采集方式，可以降低对于图像采集设备的图像采集要求。
可选地，上述S122中的第一转动位置可以处于固定视野之外，上述S125中的第二转动位置可以处于固定视野之外。
其中，在S12中设定的旋转角度较大的情况下，可以使得标志点被旋转结束后处于固定视野之外，即第一转动位置、第二转动位置均处于固定视野之外。即使在工业生产***中，图像采集设备因加工机构、产品大小、视觉设备自身的精度等因素限制而造成成像视野较小而难以直接根据图像采集情况准确计算出旋转中心，但在第一转动位置、第二转动位置均处于固定视野之外的情况下，由于计算出的第二坐标与第一坐标之间的间距较大，计算出的第三坐标与第一坐标之间的间距较大，因此可以准确计算旋转中心，且定位精度较高。
下面将结合图2-图5对本申请的定位方法的计算过程进行详细说明。在图2-图5的任意图对应的实例中，机器人坐标系与图像坐标系是经过联合标定的。
通过前述的S11可以获取到图2或图3中示出的第一坐标Pc1(Xc1,Yc1)，该第一坐标是机器人坐标系下的坐标。
在S12的实施过程中，若机器人带动零件运动时的旋转角度较小，则参照图2，在旋转中心Pcenter(Xco,Yco)保持不变，机器人带动零件上的标志点在顺时针、逆时针方向分别旋转第一旋转角度Θ1后，可以控制图像采集设备进行图像采集，以得到第二坐标Pc2(Xc2,Yc2)、第三坐标Pc3(Xc3,Yc3)。并基于第一坐标Pc1(Xc1,Yc1)以及旋转角度较小时得到的第二坐标Pc2(Xc2,Yc2)、第三坐标Pc3(Xc3,Yc3)，利用三点成圆原理，结合下列的第一表达式计算出旋转中心Pcenter(Xco,Yco)。
第一表达式是一组表达式，第一表达式包括：
其中，第一坐标Pc1(Xc1,Yc1)、第二坐标Pc2(Xc2,Yc2)、第三坐标Pc3(Xc3,Yc3)这三点所成的圆中，L1是第一坐标与第二坐标所形成的圆弧对应的线段，L2是第一坐标与第三坐标所形成的圆弧对应的线段，RC1是第一坐标Pc1(Xc1,Yc1)、第二坐标Pc2(Xc2,Yc2)、第三坐标Pc3(Xc3,Yc3)这三点所成的圆中的半径，Θ1是预设的旋转角度。其中，半径RC1是根据成圆的三点计算出的虚拟的半径。
依据上述第一表达式的成圆原理，可以确定出，第一坐标Pc1(Xc1,Yc1)、第二坐标Pc2(Xc2,Yc2)、第三坐标Pc3(Xc3,Yc3)这三点所成的圆中的圆心Pcenter(Xco,Yco)，作为所求的机器人坐标系下的旋转中心。
在S12的实施过程中，若机器人带动零件运动时的旋转角度较大，则参照图3，在旋转中心Pcno(Xcno,Ycno)保持不变，机器人带动零件上的标志点在顺时针、逆时针方向分别旋转第二旋转角度Θ2后，得到两个转动位置的未知点Pc2’、Pc3’(第一转动位置、第二转动位置)，并获取当前的机器人的参考位置，即第一参考位置Pcn1(Xcn1,Ycn1)。
对于所求的未知点Pc2’，请参看图4，在机器人将未知点Pc2’处的标志点平移至固定视野的中心位置后，触发图像采集设备进行拍照，并进行坐标转换得到：标志点从第一转动位置被平移至视野中心位置时，标志点在机器人坐标系下的第四坐标Pc4(Xc4,Yc4)。在平移结束时获取当前的机器人的参考位置，即第二参考位置Pcn2(Xcn2,Ycn2)。
通过下列第二表达式计算出第一转动位置处这一未知点Pc2’的位置，即，得到第二坐标Pc2’(Xc2’,Yc2’)。
第二表达式为一组表达式，第二表达式包括：
ΔX1＝Xcn2-Xcn1；
ΔY1＝Ycn2-Ycn1；
Xc2’＝Xc4+ΔX1；
Yc2’＝Yc4+ΔY1。
其中，ΔX1、ΔY1表示第二坐标Pc2’(Xc2’，Yc2’)与第四坐标Pc4(Xc4,Yc4)之间的坐标差，也表示第一参考位置Pcn1(Xcn1,Ycn1)与第二参考位置Pcn2(Xcn2,Ycn2)之间的坐标差。
相应的，对于所求的未知点Pc3’，请参看图5，在机器人将未知点Pc3’处的标志点平移至固定视野的中心位置后，触发图像采集设备进行拍照，并进行坐标转换得到：标志点从第二转动位置被平移至固定视野的中心位置时，标志点在机器人坐标系下的第五坐标Pc5(Xc5,Yc5)。在平移结束时获取当前的机器人的参考位置，即第三参考位置Pcn3(Xcn3,Ycn3)。
通过下列第三表达式计算出第二转动位置处这一未知点Pc3’的位置，即，得到第三坐标Pc3’(Xc3’,Yc3’)。
第三表达式为一组表达式，第三表达式包括：
ΔX2＝Xcn3-Xcn1；
ΔY3＝Ycn3-Ycn1；
Xc3’＝Xc5+ΔX2；
Yc3’＝Yc5+ΔY2。
其中，ΔX2、ΔY2表示第三坐标Pc3’(Xc3’，Yc3’)与Pc5(Xc5,Yc5)之间的坐标差，也表示第一参考位置Pcn1(Xcn1,Ycn1)与第三参考位置Pcn3(Xcn3,Ycn3)之间的坐标差。
当通过上述第二表达式、第三表达式计算出第二坐标Pc2’(Xc2’，Yc2’)、第三坐标Pc3’(Xc3’，Yc3’)后，结合S11得到的第一坐标Pc1(Xc1，Yc1)，将这三点代入下列第四表达式，可以确定出精确度较高的旋转中心Pcno(Xcno,Ycno)。
第四表达式是一组表达式，第四表达式包括：
其中，第一坐标Pc1(Xc1,Yc1)、第二坐标Pc2’(Xc2’,Yc2’)、第三坐标Pc3’(Xc3’,Yc3’)这三点所成的圆中，L3是第一坐标与第二坐标所形成的圆弧对应的线段，L4是第一坐标与第三坐标所形成的圆弧对应的线段，RC2是第一坐标Pc1(Xc1,Yc1)、第二坐标Pc2’(Xc2’,Yc2’)、第三坐标Pc3’(Xc3’,Yc3’)这三点所成的圆中的半径，Θ2是预设的旋转角度。其中，半径RC2是根据成圆的三点计算出的虚拟的半径。
依据上述第四表达式可以确定出：第一坐标Pc1(Xc1,Yc1)、第二坐标Pc2’(Xc2’,Yc2’)、第三坐标Pc3’(Xc3’,Yc3’)这三点所成的圆中的圆心Pcno(Xcno,Ycno)，作为所求的机器人坐标系下的旋转中心。
可选地，为了保障能够根据标志点的图像转换得到标志点在机器人坐标系下的坐标(例如第一坐标、第四坐标、第五坐标)，在执行S11之前，可以执行步骤S10。
S10：对图像采集设备对应的图像坐标系与机器人对应的机器人坐标系进行联合标定。
作为S10的一种实现方式，S10可以包括：通过九点标定法对机器人的机器人坐标系和图像采集设备的图像坐标系进行联合标定。
其中，在执行九点标定法时，机器人将带有机器人当前坐标点(X0,Y0)的触发标定指令通过TCP/IP通讯方式发送给视觉软件服务器。视觉软件服务器通过TCP/IP通讯方式接收机器人发送的标定指令，并对标定指令分割获取机器人的当前点坐标。设定机器人移动的距离为S，结合机器人当前点坐标可计算出8个点坐标。在X轴方向可得出点坐标(X0+S，Y0)，(X0-S，Y0)；同理在Y轴方向可得出点坐标(X0，Y0+S),(X0，Y0-S)；在X轴和Y轴的对角方向，可计算得出点坐标(X0+S，Y0-S),(X0+S,Y0+S)，(X0-S,Y0-S)和(X0+S,Y0-S)。视觉软件服务器计算得出机器人在九宫格中其他八个点的坐标后，通过TCP/IP通讯方式传回给机器人。
机器人通过TCP/IP通讯方式接收视觉软件服务器返回的八个点坐标，从机器人当前点开始，机器人按照从当前点—九宫格第三列中间点—九宫格右上点—九宫格第一行中间点—九宫格左上点—九宫格第一列中间点—九宫格左下点—九宫格第三行中间点—九宫格右下点的运动方式，逐点运动，机器人每到达一个点均延时1s再通过TCP/IP通讯方式将触发拍照指令发送给视觉计算服务器，视觉计算服务器收到指令后调用图像采集设备拍照，并取图以获取零件上的标志点的像素坐标/图像坐标。机器人运动九个点后得到九个点坐标，拍照九次得到九个像素坐标/图像坐标。九个机器人坐标对应九个像素坐标/九个图像坐标，计算标定得到像素坐标/图像坐标与机器人坐标之间的转换关系。坐标系之间的转换，实质上是以机器人坐标系不变的情况下，将图像坐标系/像素坐标系旋转、平移，与机器人坐标系重合。最后可以通过下列矩阵表达式以表示图像坐标系下/的图像坐标与机器人坐标系下的机器人坐标之间的坐标关系。
矩阵表达式包括：
其中，矩阵R用于表示图像坐标系与机器人坐标系的坐标转换关系，
表示图像坐标系下的任意图像坐标，
表示在矩阵R的影响下，根据图像坐标
转换得到的机器人坐标系下的坐标。在每次通过图像采集设备进行图像采集后，都可以根据该矩阵表达式将图像坐标转换为机器人坐标系下的坐标。
可以理解的是，除了九点标定法外，本领域技术人员还可以通过其他的联合标定方式对各个坐标系进行联合标定，以助于随时进行坐标转换。
基于同一发明构思，请参阅图6，本申请实施例还提供一种定位装置200，该装置可用于实现前述的定位方法，该装置的各个功能模块可以安装在至少一个设备载体上，设备载体包括但不限于：机器人、图像采集设备、工控机、服务器等设备。
如图6所示，该定位装置200包括：获取模块201、计算模块202。
获取模块201，用于在机器人的执行末端将带有标志点的零件夹取至图像采集设备的固定视野中的指定位置时，获取标志点的图像以得到标志点在第一状态下的第一坐标；
计算模块202，用于在机器人的旋转中心保持不变时，根据机器人夹取零件运动的路径，计算标志点在机器人的控制下按照预设角度沿第一指定方向旋转后的第二坐标，以及标志点在机器人的控制下按照预设角度沿第二指定方向旋转后的第三坐标；
计算模块202，还用于根据第一坐标、第二坐标以及第三坐标，计算机器人的旋转中心在机器人坐标系中的位置。
通过上述装置可以执行前述的定位方法，能够准确地对多轴机器人的旋转中心进行定位，从而提升视觉定位精度。
可选地，获取模块201还可用于获取机器人在第一状态下的第一参考位置；获取模块201还可用于在机器人的旋转中心不变的情况下，以第一坐标为基准位置，在机器人的执行末端夹取零件沿第一指定方向旋转预设角度，使标志点被移动至第一转动位置，并夹取零件平移以将标志点从第一转动位置平移至指定位置时，获取机器人在第二状态下的第二参考位置；计算模块202还可用于根据第一参考位置与第二参考位置之间的坐标关系，计算标志点被移动至第一转动位置时的第二坐标。获取模块201还可用于在机器人的旋转中心不变的情况下，以第一坐标为基准位置，在机器人的执行末端夹取零件沿第二指定方向旋转预设角度，使标志点被移动至第二转动位置，并夹取零件平移以将标志点从第二转动位置平移至指定位置时，获取机器人在第三状态下的第三参考位置；计算模块202还可用于根据第一参考位置以及第三参考位置之间的坐标关系，计算标志点被移动至第二转动位置时的第三坐标。
可选地，获取模块201还可用于在机器人夹取零件运动以将标志点从第一转动位置平移至指定位置时，获取标志点的图像以得到标志点在第二状态下的第四坐标。相应的，计算模块202还可用于根据第一参考位置与第二参考位置之间的坐标关系，以及第四坐标的位置，计算第二坐标。
可选地，获取模块201还可用于在机器人夹取零件运动以将标志点从第二转动位置平移至指定位置时，获取标志点的图像以得到标志点在第三状态下的第五坐标。相应的，计算模块202还可用于根据第一参考位置与第三参考位置之间的坐标关系，以及第五坐标的位置，计算第三坐标。
可选地，该装置还可包括控制模块，用于控制机器人在旋转中心保持不变的情况下将夹取的零件上的标志点转动至固定视野之外。
可选地，该装置还可包括联合标定模块，用于对机器人的机器人坐标系和图像采集设备的图像坐标系进行联合标定。
可选地，该联合标定模块还可用于通过九点标定法对机器人的机器人坐标系和图像采集设备的图像坐标系进行联合标定。
关于本申请实施例提供的定位装置200的其他细节，请参考前述关于定位方法的相关描述，在此不在赘述。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种机器人，该机器人为多轴机器人，该机器人可以与图像采集设备、视觉计算服务器连接，用于控制图像采集设备进行拍照，还可用于获取图像采集设备采集的图像，该机器人还可用于获取视觉计算服务器得出的坐标系转换关系，从而依据坐标系转换关系进行坐标转换。
如图7所示，该机器人包括：存储器310、处理器320、通信单元330。存储器310、处理器320、通信单元330之间直接或间接连接，以实现数据交互。
存储器310是一种存储介质，可以是高速RAM存储器，也可以是非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器310可用于存储前述定位方法对应的各个功能模块及对应的计算机程序。处理器320可以执行存储器310中存储的软件功能模块、计算机程序，从而执行前述的定位方法。
处理器320具有运算处理能力，可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等通用处理器；还可以是专用处理器或者其他可编程逻辑器件搭建的处理器。处理器320可以实现本申请实施例提供的方法、步骤及逻辑框图。存储器310中存储有处理器320可执行的计算机程序，当计算机程序被处理器320执行时执行前述的定位方法。
通信单元330可以包括通讯总线、通信卡口等用于与其他外部设备载体进行有线或无线通信的介质。
其中，图7所示结构仅作为示意，具体应用时可以有更多的组件，或具有不同于图7所示的其他配置方式。
除了上述实施例外，本申请实施例还提供一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时执行前述的定位方法。该存储介质可以是处理器能够存取的任何可用介质，该可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所讨论的相互之间的连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种定位方法，其特征在于，所述方法包括：
在机器人的执行末端将带有标志点的零件夹取至图像采集设备的固定视野中的指定位置时，获取所述标志点的图像以得到所述标志点在第一状态下的第一坐标；
在所述机器人的旋转中心保持不变时，根据所述机器人夹取所述零件运动的路径，计算所述标志点在所述机器人的控制下按照预设角度沿第一指定方向旋转后的第二坐标，以及所述标志点在所述机器人的控制下按照所述预设角度沿第二指定方向旋转后的第三坐标；
根据所述第一坐标、所述第二坐标以及所述第三坐标，计算所述机器人的旋转中心在机器人坐标系中的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述机器人的旋转中心保持不变时，根据所述机器人夹取所述零件运动的路径，计算所述标志点在所述机器人的控制下按照预设角度沿第一指定方向旋转后的第二坐标，以及所述标志点在所述机器人的控制下按照所述预设角度沿第二指定方向旋转后的第三坐标，包括：
获取所述机器人在所述第一状态下的第一参考位置；
在所述机器人的旋转中心不变的情况下，以所述第一坐标为基准位置，在所述机器人的执行末端夹取所述零件沿所述第一指定方向旋转所述预设角度，使所述标志点被移动至第一转动位置，并夹取所述零件平移以将所述标志点从所述第一转动位置平移至所述指定位置时，获取所述机器人在第二状态下的第二参考位置；
根据所述第一参考位置与所述第二参考位置之间的坐标关系，计算所述标志点被移动至所述第一转动位置时的第二坐标；
在所述机器人的旋转中心不变的情况下，以所述第一坐标为基准位置，在所述机器人的执行末端夹取所述零件沿所述第二指定方向旋转所述预设角度，使所述标志点被移动至第二转动位置，并夹取所述零件平移以将所述标志点从所述第二转动位置平移至所述指定位置时，获取所述机器人在第三状态下的第三参考位置；
根据所述第一参考位置以及所述第三参考位置之间的坐标关系，计算所述标志点被移动至所述第二转动位置时的第三坐标。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述计算所述标志点被移动至所述第一转动位置时的第二坐标之前，所述方法还包括：
在所述机器人夹取所述零件运动以将所述标志点从所述第一转动位置平移至所述指定位置时，获取所述标志点的图像以得到所述标志点在所述第二状态下的第四坐标；
所述根据所述第一参考位置与所述第二参考位置之间的坐标关系，计算所述标志点被移动至所述第一转动位置时的第二坐标，包括：
根据所述第一参考位置与所述第二参考位置之间的坐标关系，以及所述第四坐标的位置，计算所述第二坐标。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述计算所述标志点被移动至所述第二转动位置时的第三坐标之前，所述方法还包括：
在所述机器人夹取所述零件运动以将所述标志点从所述第二转动位置平移至所述指定位置时，获取所述标志点的图像以得到所述标志点在所述第三状态下的第五坐标；
所述根据所述第一参考位置与所述第三参考位置之间的坐标关系，计算所述标志点被移动至所述第二转动位置时的第三坐标，包括：
根据所述第一参考位置与所述第三参考位置之间的坐标关系，以及所述第五坐标的位置，计算所述第三坐标。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一转动位置处于所述固定视野之外，所述第二转动位置处于所述固定视野之外。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，在所述获取所述标志点的图像以得到所述标志点在第一状态下的第一坐标之前，所述方法还包括：
对所述机器人的机器人坐标系和所述图像采集设备的图像坐标系进行联合标定。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对所述机器人的机器人坐标系和所述图像采集设备的图像坐标系进行联合标定，包括：
通过九点标定法对所述机器人的机器人坐标系和所述图像采集设备的图像坐标系进行联合标定。
8.一种定位装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于在机器人的执行末端将带有标志点的零件夹取至图像采集设备的固定视野中的指定位置时，获取所述标志点的图像以得到所述标志点在第一状态下的第一坐标；
计算模块，用于在所述机器人的旋转中心保持不变时，根据所述机器人夹取所述零件运动的路径，计算所述标志点在所述机器人的控制下按照预设角度沿第一指定方向旋转后的第二坐标，以及所述标志点在所述机器人的控制下按照所述预设角度沿第二指定方向旋转后的第三坐标；
所述计算模块，还用于根据所述第一坐标、所述第二坐标以及所述第三坐标，计算所述机器人的旋转中心在机器人坐标系中的位置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
联合定位模块，用于对所述机器人的机器人坐标系和所述图像采集设备的图像坐标系进行联合标定。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时执行权利要求1-7任一项所述的方法。
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