CN114589689A - 基于二维码的视觉定位方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

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陈亮
孙铭泽
万钇良
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Abstract

本发明属于机器人视觉定位技术领域，本发明提供了一种基于二维码的视觉定位方法、装置及计算机可读存储介质，其方法包括步骤：S1、以二维码的中心点为原点建立第一坐标系；S2、获取抓取位姿机器人工具中心点的投影点在第一坐标系内的坐标和夹爪的旋转角度；S3、在拍照示教点处相机的图像平面内，以拍照示教点图像中心点为原点建立第二坐标系；S4、获取二维码的中心点在第二坐标系内的坐标和二维码的旋转角度；S5、计算抓取位姿机器人工具中心点的投影点相对于第二坐标系的实际位姿。与现有技术比较本发明的有益效果在于：该方法和该装置能够减小视觉定位误差，还能够大量减少用户的工作量，提高工作效率。

Description

基于二维码的视觉定位方法、装置及计算机可读存储介质
技术领域
本发明属于机器人视觉定位技术领域，尤其涉及一种基于二维码的视觉定位方法、基于二维码的视觉定位装置及计算机可读存储介质。
背景技术
机器视觉在单目视觉定位过程中，由于待识别目标视觉特征***，且模板匹配算法的模板和待识别目标由于视角变化会产生仿射变换，由此会引入一定的视觉定位误差。
因此，急切需要设计一种视觉定位误差小、精度高的基于二维码的视觉定位方法和装置。
发明内容
有鉴于此，为了解决引入视觉定位误差过大的问题，本发明提供了一种基于二维码的视觉定位方法，其包括步骤：
S1、以二维码的中心点为原点建立第一坐标系；
S2、获取抓取位姿机器人工具中心点的投影点在所述第一坐标系内的坐标和夹爪的旋转角度；
S3、在拍照示教点处相机的图像平面内，以拍照示教点图像中心点为原点建立第二坐标系；
S4、获取所述二维码的所述中心点在所述第二坐标系内的坐标和所述二维码的旋转角度；
S5、根据所述抓取位姿机器人工具中心点的投影点在所述第一坐标系内的坐标和所述夹爪的旋转角度以及所述二维码的所述中心点在所述第二坐标系内的坐标和所述二维码的旋转角度计算所述抓取位姿机器人工具中心点的投影点相对于所述第二坐标系的实际位姿。
较佳地，S5中的所述实际位姿通过坐标(dertx，derty)和旋转角度dertangle表示；所述旋转角度dertangle的计算方法为：dertangle＝angle1-angle0；所述坐标(dertx，derty)的计算方法为：
dertx＝x0×cos(angle1)+y0×sin(angle1)+x1；
derty＝y0×cos(angle1)-x0×sin(angle1)+y1；
式中，(x0，y0)为所述抓取位姿机器人工具中心点的投影点在所述第一坐标系内的坐标，(x1，y1)为所述二维码的所述中心点在所述第二坐标系内的坐标，angle0为所述夹爪的旋转角度，angle1为所述二维码的旋转角度。
较佳地，在执行S1前，执行如下步骤：
S10、对视觉引导抓取***建立数字模型；
S11、寻求平整且能够摆放二维码的区域。
较佳地，所述区域为矩形区域。
较佳地，在执行S3前，执行如下步骤：
S30、对末端配备工业相机的机器人进行手眼标定；
S31、控制机器人将待抓取的工件放置到合适的位置，控制机器人使其移动到拍照示教点。
较佳地，所述第一坐标系和所述第二坐标系均为平面直角坐标系。
本发明还提供一种基于二维码的视觉定位装置，其包括控制器，所述控制器连接于抓取位姿机器人并包括可通信连接的第一坐标系建立模块、第一信息获取模块、第二坐标系建立模块、第二信息获取模块和位姿输出模块；
所述第一坐标系建立模块用于以二维码的中心点为原点建立第一坐标系；
所述第一信息获取模块用于获取抓取位姿机器人工具中心点的投影点在所述第一坐标系内的坐标和夹爪的旋转角度；
所述第二坐标系建立模块用于在拍照示教点处相机的图像平面内，以拍照示教点图像中心点为原点建立第二坐标系；
所述第二信息获取模块用于获取所述二维码的所述中心点在所述第二坐标系内的坐标和所述二维码的旋转角度；
所述位姿输出模块用于根据所述抓取位姿机器人工具中心点的投影点在所述第一坐标系内的坐标和所述夹爪的旋转角度以及所述二维码的所述中心点在所述第二坐标系内的坐标和所述二维码的旋转角度计算所述抓取位姿机器人工具中心点的投影点相对于所述第二坐标系的实际位姿。
较佳地，所述第一信息获取模块分别与所述第一坐标系建立模块和所述位姿输出模块通信连接；所述第二信息获取模块分别与所述第二坐标系建立模块和所述位姿输出模块通信连接。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
该方法提高了视觉定位的准确性，降低了误差，同时避免了手动示教抓取示教点的繁重工作，对于加快生产节拍和减少人力成本具有积极的推动作用。
该装置能够使用户采用离线编程方式对抓取示教点进行数字编辑和程序控制，以此实现无需手动示教抓取点即可完成视觉抓取工作的功能，在实施视觉定位相关的机器人示教作业时，能够大量减少用户的工作量，提高工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一中基于二维码的视觉定位方法的流程图；
图2是本发明实施例二中第一坐标系原点、第二坐标系原点与抓取位姿机器人工具中心点的投影点相互之间的位置关系示意图；
图3是本发明实施例三中基于二维码的视觉定位方法的流程图；
图4是本发明实施例四中基于二维码的视觉定位装置的结构示意图。
附图标记：
二维码1、中心点2、拍照示教点图像中心点3、抓取位姿机器人工具中心点的投影点4、工件模型5、矩形区域6、抓取位姿机器人9、控制器10、第一坐标系建立模块11、第一信息获取模块12、第一坐标系建立模块13、第二信息获取模块14和位姿输出模块15。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的***、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
实施例一
图1是本发明实施例一中基于二维码的视觉定位方法的流程图，如图1所示，本实施例提供一种基于二维码的视觉定位方法，其步骤包括：
S1、以二维码1的中心点2为原点建立第一坐标系；
S2、获取抓取位姿机器人工具中心点的投影点在第一坐标系内的坐标和夹爪的旋转角度；
S3、在拍照示教点处相机的图像平面内，以拍照示教点图像中心点3为原点建立第二坐标系；
S4、获取二维码1的中心点2在第二坐标系内的坐标和二维码的旋转角度；
S5、根据抓取位姿机器人工具中心点的投影点4在第一坐标系内的坐标和夹爪的旋转角度以及二维码中心点在第二坐标系内的坐标和二维码的旋转角度计算抓取位姿机器人工具中心点的投影点相对于第二坐标系的实际位姿。
本实施例提供的一种基于二维码的视觉定位方法的有益效果在于：与传统的单目视觉定位方法相比，该发明通过引入一种既可定位又能描述相对位置关系的二维码，从而能够获取到实际抓取位姿机器人工具中心点TCP的投影点相对于拍照示教点的物理偏移量(平移及旋转)，因此，避免了手动示教抓取示教点的繁重工作，对于加快生产节拍和减少人力成本具有积极的推动作用。
实施例二
图2是本发明实施例二中第一坐标系原点、第二坐标系原点与抓取位姿机器人工具中心点的投影点相互之间的位置关系示意图，如图2所示，本实施例优选地，S1中建立第一坐标系的过程为：以二维码中心点为坐标系原点O，二维码向右的方向为X轴，二维码向下的方向为Y轴，建立平面直角坐标系XOY，即第一坐标系。
S2中，测量抓取位姿机器人工具中心点TCP的投影点P在在平面直角坐标系XOY内的坐标(x0，y0)和夹爪的旋转角度angle0。
S3中建立第二坐标系的过程为：在拍照示教点处相机的图像平面内，以图像中心点为坐标系原点O′，图像向右的方向为X′轴，图像向下的方向为Y′轴，建立平面直角坐标系X′O′Y′，即第二坐标系。
S4中，获取二维码中心的在平面直角坐标系X′O′Y′内的坐标(x1，y1)和二维码的旋转角度angle1。
S5中，根据抓取位姿机器人工具中心点TCP的投影点P在第一坐标系内的坐标(x0，y0)和夹爪的旋转角度angle0以及二维码中心点在第二坐标系内的坐标(x1，y1)和二维码的旋转角度angle1计算抓取位姿机器人工具中心点的投影点相对于第二坐标系的实际位姿。实际位姿包括坐标和旋转角度。
其坐标(dertx，derty)的计算方法为：
dertx＝x0×cos(angle1)+y0×sin(angle1)+x1
derty＝y0×cos(angle1)-x0×sin(angle1)+y1
其旋转角度计算方法为：
dertangle＝angle1-angle0
假设，抓取位姿机器人工具中心点的投影点在第一坐标系内的坐标(x0，y0)为(-40，0)和夹爪的旋转角度angle0为0弧度。二维码中心在平面直角坐标系X′O′Y′内坐标(x1，y1)为(20，-20)，二维码的旋转角度angle1为-π/4弧度。
那么通过计算将得到机器人工具中心点TCP的投影点P相对于平面直角坐标系X′O′Y′的实际位姿为：其坐标(dertx，derty)为(-8.2843，-48.2843)。其旋转角度dertangle为-0.7854。
计算Matlab程序代码为：
x0＝-40；
y0＝0；
angle0＝0；
x1＝20；
y1＝-20；
angle1＝-pi/4；
dert_x＝x0*cos(angle1)+y0*sin(angle1)+x1
dert_y＝y0*cos(angle1)-x0*sin(angle1)+y1
dert_angle＝angle1-angle0
实施例三
本实施例与实施例一不同之处在于：
图3是本发明实施例三中基于二维码的视觉定位方法的流程图；如图3所示，在执行S1前，执行如下步骤：
S10、对视觉引导抓取***建立数字模型；
S11、寻求平整且能够摆放二维码的区域；
优选该区域为矩形区域6。
视觉引导抓取***包括工件、机器人和固定装置等。
另外，在执行S3前，执行如下步骤：
S30、对末端配备工业相机的机器人进行手眼标定；
S31、控制机器人将待抓取的工件放置到合适的位置，控制机器人使其移动到拍照示教点。
实施例四
本实施例与实施例一至三任一实施例不同之处在于：
图4是本发明实施例四中基于二维码的视觉定位装置的结构示意图。如图4所示，本实施例提供了一种基于二维码的视觉定位装置，其能够执行步骤S1至步骤S5。基于二维码的视觉定位装置包括控制器，控制器能够行步骤S1至步骤S5。控制器10与抓取位姿机器人9连接。控制器10既用于获取坐标信息，也能控制抓取位姿机器人。
控制器10包括的各单元用于执行图1对应的实施例中的各步骤。
控制器10包括第一坐标系建立模块11、第一信息获取模块12、第二坐标系建立模块13、第二信息获取模块14和位姿输出模块15。
第一坐标系建立模块11用于执行S1。第一信息获取模块12用于执行S2。第二坐标系建立模块13用于执行S3。第二信息获取模块14用于执行S4。位姿输出模块15用于执行S5。第一信息获取模块12分别与第一坐标系建立模块11和位姿输出模块15连接。第二信息获取模块14分别与第二坐标系建立模块13和位姿输出模块15。
其中，上述基于二维码的视觉定位装置中各个模块的功能实现与上述基于二维码的视觉定位方法实施例中各步骤相对应，其功能和实现过程在此处不再一一赘述。
本实施例提供的一种基于二维码的视觉定位装置的有益效果在于：在视觉引导抓取过程中，与传统的单目视觉定位方法相比，该装置能够使用户采用离线编程方式对抓取示教点进行数字编辑和程序控制，以此实现无需手动示教抓取点即可完成视觉抓取工作，在实施视觉定位相关的机器人示教作业时，能够大量减少用户的工作量，提高工作效率。
实施例五
本实施例与实施例一不同之处在于：
本实施例，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于二维码的视觉定位方法的步骤。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于二维码的视觉定位方法，其特征在于，其包括步骤：
S1、以二维码的中心点为原点建立第一坐标系；
S2、获取抓取位姿机器人工具中心点的投影点在所述第一坐标系内的坐标和夹爪的旋转角度；
S3、在拍照示教点处相机的图像平面内，以拍照示教点图像中心点为原点建立第二坐标系；
S4、获取所述二维码的所述中心点在所述第二坐标系内的坐标和所述二维码的旋转角度；
S5、根据所述抓取位姿机器人工具中心点的投影点在所述第一坐标系内的坐标和所述夹爪的旋转角度以及所述二维码的所述中心点在所述第二坐标系内的坐标和所述二维码的旋转角度计算所述抓取位姿机器人工具中心点的投影点相对于所述第二坐标系的实际位姿。
2.如权利要求1所述的基于二维码的视觉定位方法，其特征在于，步骤S5中的所述实际位姿通过坐标(dertx，derty)和旋转角度dertangle表示；所述旋转角度dertangle的计算方法为：dertangle＝angle1-angle0；所述坐标(dertx，derty)的计算方法为：
dertx＝x0×cos(angle1)+y0×sin(angle1)+x1；
derty＝y0×cos(angle1)-x0×sin(angle1)+y1；
式中，(x0，y0)为所述抓取位姿机器人工具中心点的投影点在所述第一坐标系内的坐标，(x1，y1)为所述二维码的所述中心点在所述第二坐标系内的坐标，angle0为所述夹爪的旋转角度，angle1为所述二维码的旋转角度。
3.如权利要求1所述的基于二维码的视觉定位方法，其特征在于，在执行步骤S1前，执行如下步骤：
S10、对视觉引导抓取***建立数字模型；
S11、寻求平整且能够摆放二维码的区域。
4.如权利要求3所述的基于二维码的视觉定位方法，其特征在于，所述区域为矩形区域。
5.如权利要求1-4任一所述的基于二维码的视觉定位方法，其特征在于，在执行步骤S3前，执行如下步骤：
S30、对末端配备工业相机的机器人进行手眼标定；
S31、控制机器人将待抓取的工件放置到合适的位置，控制机器人使其移动到拍照示教点。
6.如权利要求1-4任一所述的基于二维码的视觉定位方法，其特征在于，所述第一坐标系和所述第二坐标系均为平面直角坐标系。
7.一种基于二维码的视觉定位装置，其特征在于，其包括控制器，所述控制器与抓取位姿机器人连接并包括可通信连接的第一坐标系建立模块、第一信息获取模块、第二坐标系建立模块、第二信息获取模块和位姿输出模块；
所述第一坐标系建立模块用于以二维码的中心点为原点建立第一坐标系；
所述第一信息获取模块用于获取所述抓取位姿机器人工具中心点的投影点在所述第一坐标系内的坐标和夹爪的旋转角度；
所述第二坐标系建立模块用于在拍照示教点处相机的图像平面内，以拍照示教点图像中心点为原点建立第二坐标系；
所述第二信息获取模块用于获取所述二维码的所述中心点在所述第二坐标系内的坐标和所述二维码的旋转角度；
所述位姿输出模块用于根据所述抓取位姿机器人工具中心点的投影点在所述第一坐标系内的坐标和所述夹爪的旋转角度以及所述二维码的所述中心点在所述第二坐标系内的坐标和所述二维码的旋转角度计算所述抓取位姿机器人工具中心点的投影点相对于所述第二坐标系的实际位姿。
8.如权利要求7所述的基于二维码的视觉定位装置，其特征在于，所述第一信息获取模块分别与所述第一坐标系建立模块和所述位姿输出模块通信连接；所述第二信息获取模块分别与所述第二坐标系建立模块和所述位姿输出模块通信连接。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
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