專利名稱：機械手臂運動控制系統及方法
技術領域：
本發明涉及ー種機器人領域，尤其涉及一種機械手臂的運動控制系統及方法。
背景技術：
エ業用關節型機械手臂(Joint-Type Robot)為仿生、模擬人類的腰肩肘腕等空間多支點旋轉的電控系統，目前普遍應用的有四軸和六軸關節型機械手臂。在機械手臂對被測物體進行觀測時，由于機械手臂的視覺裝置系統的鏡心位置很難與被測物體的中心對準，導致觀測精度降低。
發明內容
鑒于以上內容，有必要提供ー種機械手臂運動控制系統，可以精確地將機械手臂前端的視覺裝置與被測物體進行對準觀測，以提高機械手臂的觀測精確。所述ー種機械手臂運動控制系統，包括第一移動控制模塊，用于控制機械手臂移動，使得被測物體進入該機械手臂前端的影像擷取裝置的視覺影像平面內；對焦模塊，用于通過控制機械手臂的垂直移動來完成影像擷取裝置的鏡頭對被測物體進行對焦；影像分析模塊，用于對被測物體的影像進行輪廓邊緣分析，以獲取被測物體的影像面積中心點；第二移動控制模塊，還用于控制機械手臂移動，使得被測物體的影像面積中心點與所述視覺影像平面的中心點重合；影像擷取控制模塊，用于記錄該視覺影像平面的中心點在空間內的坐標位置為點a，并獲取被測物體在該點a處的影像；第三移動控制模塊，還用于控制機械手臂移動，使得所述視覺影像平面的中心點由點a水平移動長度L ;所述第二移動控制模塊，還用于在所述視覺影像平面的中心點由點a水平移動長度L后，控制機械手臂移動，使得被測物體的影像面積中心點再次與該視覺影像平面的中心點重合；所述影像擷取控制模塊，還用于記錄水平移動長度L后的該視覺影像平面的中心點在空間內的坐標位置為點b，獲取被測物體在點b處的影像；位置計算模塊，用于計算被測物體在視覺影像平面內的總位移量，井根據該總位移量、點a、點b和所述水平移動長度L分析得到被測物體與鏡頭的中心點間的正交垂直距離；及機械手臂校正模塊，用于根據該正交垂直距離控制機械手臂移動，使得鏡頭的法向量與被測物體的法向量平行。鑒于以上內容，有必要提供一種機械手臂運動控制方法，可以精確地將機械手臂前端的視覺裝置與被測物體進行對準觀測，以提高機械手臂的觀測精確。所述機械手臂運動控制方法，包括以下步驟第一移動控制步驟，控制機械手臂移動，使得被測物體進入該機械手臂前端的影像擷取裝置的視覺影像平面內；對焦步驟，通過控制機械手臂的垂直移動來完成影像擷取裝置的鏡頭對被測物體進行對焦；影像分析步驟，對被測物體的影像進行輪廓邊緣分析，以獲取被測物體的影像面積中心點；第二移動控制步驟，控制機械手臂移動，使得被測物體的影像面積中心點與所述視覺影像平面的中心點重合；第一影像擷取控制步驟，記錄該視覺影像平面的中心點在空間內的坐標位置為點a，并獲取被測物體在該點a處的影像；第三移動控制步驟，控制機械手臂移動，使得所述視覺影像平面的中心點由點a水平移動長度L ;重復執行第二移動控制步驟，使得被測物體的影像面積中心點再次與水平移動長度L后的視覺影像平面的中心點重合；第二影像擷取控制步驟，，記錄水平移動長度L后的該視覺影像平面的中心點在空間內的坐標位置為點b，獲取被測物體在點b處的影像；位置計算步驟，計算被測物體在視覺影像平面內的總位移量，井根據該總位移量、點a、點b和所述水平移動長度L分析得到被測物體與鏡頭的中心點間的正交垂直距離；及機械手臂校正步驟，根據該正交垂直距離控制機械手臂移動，使得鏡頭的法向量與被測物體的法向量平行。相較于現有技木，所述的機械手臂運動控制系統及方法，在不增加成本且不需要對影像擷取裝置進行修改的情況下，利用外部影像處理模式，讓控制系統得知空間中多個物體之間的相對位置關系，該方法既可適用于所有關節型與非關節型的機械手臂，也可以搭配使用于自動化測試流程中。
圖1是本發明機械手臂運動控制系統較佳實施例的應用環境圖。圖2是圖1中的機械手臂運動控制系統較佳實施例的功能模塊圖。圖3舉例說明附掛了ー個影像擷取裝置的機械手臂的示意圖。圖4是本發明機械手臂運動控制方法較佳實施例的作業流程圖。圖5和圖6是本發明影像擷取裝置的視覺影像平面與被測物體的立體空間關系示意圖。圖7是本發明視覺影像平面與被測物體的符號標識示意圖。圖8是本發明視覺影像平面角度的符號標識示意圖。主要元件符號說明
主控電腦j
機械手臂2
影像擷取裝置.3 _
鏡頭30
被測物體4
機械手臂運動控制系統 10
存儲裝置_12_
處理器14
第一移動控制模塊100
對焦模塊102
影像分析模塊104
第二移動控制模塊106
影像擷取控制模塊108
第三移動控制模塊HO
位置計算模塊112
機械手臂校正模塊Il 14
如下具體實施方式
將結合上述附圖進ー步說明本發明。
具體實施例方式如圖1所示，是本發明機械手臂運動控制系統較佳實施例的應用環境圖。該機械手臂運動控制系統10運行于一個計算裝置如主控電腦I中，該主控電腦I還包括存儲裝置12和至少ー個處理器14。所述機械手臂運動控制系統10以軟件程序或指令的形式安裝在該存儲裝置12中，并由所述至少一個處理器14來控制該機械手臂運動控制系統10的執行。如圖2所示，所述機械手臂運動控制系統10包括第一移動控制模塊100、對焦模塊102、影像分析模塊104、第二移動控制模塊106、影像擷取控制模塊108、第三移動控制模塊110、位置計算模塊112和機械手臂校正模塊114。模塊100至114的功能將在圖4中進行詳細描述。在本實施例中，所述主控電腦I與ー個機械手臂2相連接，用于控制該機械手臂2觀測被測物體4。為了提高觀測精度，本實施例在機械手臂2的前法蘭面復合機座的固定裝置上附掛了ー個影像擷取裝置3。如圖3所示，該影像擷取裝置3可作為ー個關節型機械手臂的第六軸，附掛在該關節型機械手臂的前法蘭面復合機座的固定裝置上。在該影像擷取裝置3的前端，有一個鏡頭30。本實施例中，該機械手臂2還可以為非關節型機械手臂。如圖4所示，是本發明機械手臂運動控制方法較佳實施例的作業流程圖。步驟S400，第一移動控制模塊100控制機械手臂2移動，以使得被測物體4進入該機械手臂2前端的影像擷取裝置3的視覺影像平面內，該視覺影像平面如圖5所示，于該視覺影像平面中，成像平面的屏幕寬度為W。步驟S402，對焦模塊102通過控制機械手臂2的垂直移動來完成影像擷取裝置3的鏡頭30對被測物體4進行對焦。例如，控制機械手臂2垂直移動，使得被測物體4位于鏡頭30的景深范圍內，然后對鏡頭30所攝取到的被測物體4的影像進行對比度直方統計分析，使得被測物體4的影像清晰度最佳化，以完成對焦流程。步驟S404，影像分析模塊104對被測物體4的影像進行輪廓邊緣分析，以獲取被測物體4的影像面積中心點，如圖5和圖6中所示的點P。步驟S406，第二移動控制模塊106控制機械手臂2移動，使得被測物體4的影像面積中心點P與所述視覺影像平面的中心點重合，并控制機械手臂2在垂直方向上移動，以完成鏡頭30對被測物體4進行對焦。步驟S408，影像擷取控制模塊108記錄該視覺影像平面的中心點在空間內的坐標位置為點a，并獲取被測物體4在該點a處的影像，舉例而言，該影像可如圖5內視覺影像平面中以點a為中心的圖形。步驟S410，第三移動控制模塊110控制機械手臂2移動，以使得所述視覺影像平面的中心點由點a水平移動長度L，如圖6所示。步驟S412，在所述視覺影像平面的中心點由點a水平移動長度L后，重復執行步驟S406，使得被測物體4的影像面積中心點P再次與所述視覺影像平面的中心點重合并實現鏡頭30對被測物體4的對焦，而后，所述影像擷取控制模塊108將該視覺影像平面的中心點水平移動后在空間內的坐標位置記為點b，并獲取被測物體4在點b處的影像，該影像可如圖5內視覺影像平面中以點b為中心的圖形。步驟S414，位置計算模塊112計算被測物體4在視覺影像平面內的總位移量，井根據該總位移量、點a、點b和所述水平移動長度L分析得到被測物體與鏡頭的中心點間的正
交垂直距離。具體而言，被測物體4在視覺影像平面內的總位移量等于X1+X2，如圖7所示，Xl為視覺影像平面中以點a為中心的圖形從點a到右邊緣的長度，X2為視覺影像平面中以點b為中心的圖形從點b到左邊緣的長度。由圖6中的示意圖可以得出以下公式
權利要求
1.一種機械手臂運動控制方法，應用于計算裝置中，其特征在于，該方法包括以下步驟 第一移動控制步驟，控制機械手臂移動，使得被測物體進入該機械手臂前端的影像擷取裝置的視覺影像平面內； 對焦步驟，通過控制機械手臂的垂直移動來完成影像擷取裝置的鏡頭對被測物體進行對焦； 影像分析步驟，對被測物體的影像進行輪廓邊緣分析，以獲取被測物體的影像面積中心點； 第二移動控制步驟，控制機械手臂移動，使得被測物體的影像面積中心點與所述視覺影像平面的中心點重合； 第一影像擷取控制步驟，記錄該視覺影像平面的中心點在空間內的坐標位置為點a，并獲取被測物體在該點a處的影像； 第三移動控制步驟，控制機械手臂移動，使得所述視覺影像平面的中心點由點a水平移動長度L ； 重復執行第二移動控制步驟，使得被測物體的影像面積中心點再次與水平移動長度L后的視覺影像平面的中心點重合； 第二影像擷取控制步驟，記錄水平移動長度L后的該視覺影像平面的中心點在空間內的坐標位置為點b，獲取被測物體在點b處的影像； 位置計算步驟，計算被測物體在視覺影像平面內的總位移量，并根據該總位移量、點a、點b和所述水平移動長度L分析得到被測物體與鏡頭的中心點間的正交垂直距離；及機械手臂校正步驟，根據該正交垂直距離控制機械手臂移動，使得鏡頭的法向量與被測物體的法向量平行。
2.如權利要求1所述的機械手臂運動控制方法，其特征在于，所述對焦步驟包括 控制機械手臂垂直移動，使得被測物體位于影像擷取裝置的鏡頭的景深范圍內；及 進行對比度直方統計分析，使得被測物體的影像清晰度最佳化。
3.如權利要求1所述的機械手臂運動控制方法，其特征在于，所述影像擷取裝置固定在機械手臂的前法蘭面復合機座的固定裝置上。
4.如權利要求1所述的機械手臂運動控制方法，其特征在于，該方法在第二移動控制步驟中還包括 控制機械手臂在垂直方向上移動，以完成影像擷取裝置的鏡頭對被測物體進行對焦。
5.如權利要求1所述的機械手臂運動控制方法，其特征在于，所述機械手臂為關節型機械手臂或非關節型機械手臂。
6.一種機械手臂運動控制系統，運行于計算裝置中，其特征在于，該系統包括 第一移動控制模塊，用于控制機械手臂移動，使得被測物體進入該機械手臂前端的影像擷取裝置的視覺影像平面內； 對焦模塊，用于通過控制機械手臂的垂直移動來完成影像擷取裝置的鏡頭對被測物體進行對焦； 影像分析模塊，用于對被測物體的影像進行輪廓邊緣分析，以獲取被測物體的影像面積中心點；第二移動控制模塊，還用于控制機械手臂移動，使得被測物體的影像面積中心點與所述視覺影像平面的中心點重合； 影像擷取控制模塊，用于記錄該視覺影像平面的中心點在空間內的坐標位置為點a，并獲取被測物體在該點a處的影像； 第三移動控制模塊，還用于控制機械手臂移動，使得所述視覺影像平面的中心點由點a水平移動長度L ； 所述第二移動控制模塊，還用于在所述視覺影像平面的中心點由點a水平移動長度L后，控制機械手臂移動，使得被測物體的影像面積中心點再次與該視覺影像平面的中心點重合； 所述影像擷取控制模塊，還用于記錄水平移動長度L后的該視覺影像平面的中心點在空間內的坐標位置為點b，獲取被測物體在點b處的影像； 位置計算模塊，用于計算被測物體在視覺影像平面內的總位移量，并根據該總位移量、點a、點b和所述水平移動長度L分析得到被測物體與鏡頭的中心點間的正交垂直距離 '及 機械手臂校正模塊，用于根據該正交垂直距離控制機械手臂移動，使得鏡頭的法向量與被測物體的法向量平行。
7.如權利要求6所述的機械手臂運動控制系統，其特征在于，所述對焦模塊通過以下步驟完成影像擷取裝置的鏡頭對被測物體進行對焦 控制機械手臂垂直移動，使得被測物體位于影像擷取裝置的鏡頭的景深范圍內；及 進行對比度直方統計分析，使得被測物體的影像清晰度最佳化。
8.如權利要求6所述的機械手臂運動控制系統，其特征在于，所述影像擷取裝置固定在機械手臂的前法蘭面復合機座的固定裝置上。
9.如權利要求6所述的機械手臂運動控制系統，其特征在于，所述對焦模塊還用于在影像面積中心點與所述視覺影像平面的中心點重合后，控制機械手臂在垂直方向上移動，以完成影像擷取裝置的鏡頭對被測物體進行對焦。
10.如權利要求6所述的機械手臂運動控制系統，其特征在于，所述機械手臂為關節型機械手臂或非關節型機械手臂。
全文摘要
一種機械手臂運動控制系統，運行于主控電腦中，通過該主控電腦來控制機械手臂的移動，分析得出被測物體與該機械手臂前端的視覺裝置的鏡頭中心點間的正交垂直距離，并根據該分析得出的正交垂直距離校正機械手臂的位移，使得鏡頭更精確地垂直于被測物體。本發明還提供一種機械手臂運動控制方法。
文檔編號B25J13/08GK103029131SQ20111029290
公開日2013年4月10日 申請日期2011年10月6日 優先權日2011年10月6日
發明者李昇軍, 廖俊能, 曾文亮, 梁獻全, 李政憲, 許壽國 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司