一種機器人手眼定位方法
【專利摘要】本發明屬于機械自動化【技術領域】，具體涉及一種機器人手眼定位方法。該方法首先在基準工件上貼上標定板，然后建立視覺坐標系并計算基準工件上所有點在視覺坐標系下的坐標，再將基準工件和標定板移動到機器人工位下，通過視覺坐標系和機器人坐標系的轉換，最終得到基準工件上所有點的坐標。通過該方法適用于定位范圍大、定位精度高的機器人流水線作業。
【專利說明】一種機器人手眼定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機械自動化【技術領域】，涉及一種定位方法，具體涉及一種機器人手眼 定位方法。
【背景技術】
[0002] 隨著科技的不斷進步，工業生產的自動化程度越來越高，機器人在提高生產效率， 確保生產質量、減低生產成本上的作用至關重要。機器人在生產過程中的應用作為普遍，機 器人在工作時如何準確的獲取工件的位置是很重要的。
[0003] 傳統的做法是在流水線上安裝機器人時，依靠機器人安裝的精度以及工件在流水 線上的擺放精度去控制機器人在工作過程中對工件的定位；這種做法的弊端是顯而易見 的，機器人的安裝精度以及工件的擺放精度都是人工控制，因此，機器人在工作時經常出現 對工件定位不準的問題，無法高效的完成工作。
[0004] 為了解決這一問題，目前，研發出一種機器人和搭配視覺系統取代人工對工件進 行定位的技術，該技術現已成為了流水線上一種經典方式。
[0005] 目前市場上的采用的機器人和視覺系統方式是：在工作機器人上安裝視覺系統， 工作時，直接通過視覺系統對工件進行定位，然后視覺系統直接控制機器人進行工作，但 是，這種方式的只適用于定位范圍小的流水線使用。
[0006] 因此，現在急需解決的問題就是：如何實現對范圍大的流水線進行準確定位。
【發明內容】
[0007] 為了解決【背景技術】中的問題，本發明提出了一種適用于定位范圍大、定位精度高 的機器人流水線作業的機器人手眼定位方法。
[0008] 本發明的具體技術方案是：
[0009] 1、一種機器人手眼定位方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0010] 1)建立視覺坐標系：
[0011] I. 1)選取基準工件任意兩點為拍攝點，基準工件上的其余點為計算點；設任意兩 點記為B1點和B2 ;
[0012] 1. 2)調整流水線上基準工件的位置，使得兩個拍攝點連線在圖像坐標系中投影與 圖像坐標系的縱坐標軸平行；
[0013] 1. 3)在基準工件上貼上標定板；所述標定板上設置有點矩陣；點矩陣中每一行點 的連線都與圖像坐標系的橫坐標軸平行，每一列點連線與縱坐標軸平行；將點矩陣中任意 一點設為原點，原點水平方向上的所有點的連線為橫坐標軸，原點堅直方向上的所有點的 連線為縱坐標軸，建立視覺坐標系（x v，yv);
[0014] 2)計算各點在視覺坐標系下的坐標：
[0015] 2. 1)根據標定板上點矩陣中任意兩點的實際距離以及拍攝的任意兩點的像素值 之差的比值計算實際物理尺寸系數；實際物理尺寸系數的具體計算式為：
[0016] Kx = L/Mx, Ky = L/My
[0017] 其中，標定板上點矩陣中任意兩點的實際距離為定值，設為L ;
[0018] Mx為拍攝的任意兩點橫坐標方向上的像素值之差，My為拍攝的任意兩點縱坐標方 向上的像素值之差；
[0019] Kx為橫坐標方向上的實際物理尺寸系數，Ky為縱坐標方向上的實際物理尺寸系數 為；
[0020] 2. 2)根據拍攝的B1點的像素以及視覺坐標系原點的像素值，計算B1點在視覺坐 標系下的坐標，具體計算式為：
【權利要求】
I. 一種機器人手眼定位方法，其特征在于：包括W下步驟： 1) 建立視覺坐標系： 1.1)選取基準工件任意兩點為拍攝點，基準工件上的其余點為計算點；設任意兩點記 為Bi點和Bs ; 1. 2)調整流水線上基準工件的位置，使得兩個拍攝點連線在圖像坐標系中投影與圖像 坐標系的縱坐標軸平行； 1. 3)在基準工件上貼上標定板；所述標定板上設置有點矩陣；點矩陣中每一行點的連 線都與圖像坐標系的橫坐標軸平行，每一列點連線與縱坐標軸平行；將點矩陣中任意一點 設為原點，原點水平方向上的所有點的連線為橫坐標軸，原點豎直方向上的所有點的連線 為縱坐標軸，建立視覺坐標系（XV，yv); 2) 計算各點在視覺坐標系下的坐標： 2. 1)根據標定板上點矩陣中任意兩點的實際距離W及拍攝的任意兩點的像素值之差 的比值計算實際物理尺寸系數；實際物理尺寸系數的具體計算式為： Kx = L/Mx，Ky = L/My 其中，標定板上點矩陣中任意兩點的實際距離為定值，設為L ; 為拍攝的任意兩點橫坐標方向上的像素值之差，My為拍攝的任意兩點縱坐標方向上 的像素值之差； K,為橫坐標方向上的實際物理尺寸系數，Ky為縱坐標方向上的實際物理尺寸系數為； 2. 2)根據拍攝的Bi點的像素W及視覺坐標系原點的像素值，計算Bi點在視覺坐標系 下的坐標，具體計算式為：
其中，Bi點的像素值為（讀1，站1 )，Bi點在視覺坐標系下的坐標為（為1，姑1)，視覺 坐標系原點的像素值為（ <，姑）； 2. 3)根據基準工件的實際結構尺寸，即基準工件上其余點相對于Bl點的位置W及基 準工件上其余點相對于Bi和B,點連線角度，計算出基準工件上所有點在視覺坐標系下的坐 標：設具體計算式為：
(dx, dy)為基準工件上其余點相對于Bl點的位置； 0為基準工件上其余點與Bl點的連線相對于Bi和Bs點連線角度； 3) 將基準工件連同標定板移動到機器人工位下； 4) 視覺坐標系轉換為機器人坐標系： 判斷機器人的類型為打孔機器人還是裝配機器人；若為打孔機器人，則執行步驟4. 1 ; 若為裝配機器人，則執行步驟4. 2 ; 4. 1)獲取基準工件上所有點在打孔機器人坐標系下的坐標：
4. I. I)將基準工件移動至打孔機器人的工位下，獲取點矩陣中原點在機器人坐標系下 的坐標值并將坐標值作為視覺坐標系在機器人坐標系下的平移量； 4. 1.2)計算視覺坐標系縱坐標軸與機器人坐標系縱坐標軸的偏轉角W及視覺坐標系 橫坐標軸與機器人坐標系橫坐標軸的偏轉角； 4. 1. 2. 1)取點矩陣上至少兩列點連線，分別取每一列點連線與機器人坐標系縱坐標軸 的夾角，按照求和取平均值的算法，獲得視覺坐標系縱坐標軸與機器人坐標系縱坐標軸的 偏轉角； 4. 1. 2. 2)取點矩陣上至少兩行點連線，分別取每一行點連線與機器人坐標系橫坐標軸 的夾角，按照求和取平均值的算法，獲得視覺坐標系橫坐標軸與機器人坐標系橫坐標軸的 偏轉角； 4. 1. 3)根據標定板點矩陣中點連線的實際長度與機器人坐標系的投影關系，獲取點連 線實際長度與機器人坐標系下點連線的長度之比； 4. 1. 4)視覺坐標系到機器人坐標的轉換公式為：
其中：為、片為點矩陣中原點在機器人坐標系下的坐標值； Ly、Ly為點矩陣中點連線的實際長度； L'y、L' y為機器人坐標系下點矩陣中點連線的長度； e y為視覺坐標系縱坐標軸與機器人坐標系縱坐標軸的偏轉角； e y為視覺坐標系縱坐標軸與機器人坐標系縱坐標軸的偏轉角； 4. 2)獲取基準工件上所有點在裝配機器人坐標系下的坐標： 4. 2. 1)將基準工件移動至裝配機器人的工位下，調整機器人末端安裝板與基準工件平 行，記錄此時的機器人末端旋轉角度； 4. 2. 2)獲取點矩陣中原點在機器人坐標系下的坐標值作為視覺坐標系在機器人坐標 系下的平移量； 4. 2. 3)分別取點矩陣中任意行的點連線與機器人坐標系的橫坐標軸之間的夾角W及 點矩陣中任意列的點連線與機器人坐標系的縱坐標軸之間的夾角；按照求和取平均值的算 法計算視覺坐標系與機器人坐標系的偏轉角； 4. 2. 4)獲得視覺坐標系到機器人坐標系的轉換公式為：
其中；L為機器人旋轉軸點到機器人末端安裝板上對準點的距離； e ^為機器人末端旋轉軸點與機器人末端安裝板上對準點的連線與視覺坐標系橫坐標 的夾角； e1為視覺坐標系與機器人坐標系的偏轉角； e。為機器人末端旋轉角度； 5)機器人根據得到的工件在機器人坐標系下的坐標對工件進行拾取。
2.根據權利要求1所述的機器人手眼定位方法，其特征在于：所述圖像坐標系是W拍
攝的圖像的左上角為原點，拍攝圖像的橫向為橫坐標軸，拍攝圖像的縱向為縱坐標軸建立 的坐標系。
【文檔編號】B25J19/04GK104260112SQ201410477611
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】楊小亭, 李漢舟, 羅華, 張棟棟 申請人:西安航天精密機電研究所