基于機械臂視覺定位系統的機器人手眼定位算法
【技術領域】
[0001] 本發明設及機器人手臂移動領域，具體為一種基基于機械臂視覺定位系統的機器 人手眼定位算法。
【背景技術】
[0002] 隨著現代工業的不斷發展，工業生產的智能化、自動化、信息化已是大勢所趨，智 能機器人手臂的運用領域越來越廣泛，市場需求量也逐步擴大。智能機器人手臂自主識別 定位技術是一種經常需要被運用的技術。目前在較大尺度范圍內視覺識別定位方面還缺乏 識別精度和效率均較高的相關方法。其中如何建立相機系統和物理坐標之間的聯系，快速 準確移動機械臂到目標位置，成為該技術體系的關鍵之一。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種基于機械臂視覺定位系統的機器人手眼定位算法，W解 決采用傳統手動移動機械造成的誤差大，效率低，資源浪費等多種問題。
[0004] 為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：
[0005] 基于機械臂視覺定位系統的機器人手眼定位算法，其特征在于：依次包括相機標 定部分和坐標轉換部分，所述的相機標定部分為建立相機坐標系統和物理坐標系統之間的 聯系；所述的坐標轉換部分為利用建立好的坐標系統之間的關系，將視覺定位獲得的目標 點轉換為物理坐標，進而轉換為機械臂轉動的角度信息；具體步驟如下：
[0006] (1)相機標定部分包括W下步驟：
[0007] 1) -次相機標定：一次相機標定的主要目標為獲得一次相機坐標系與物理坐標 系之間的聯系和一次相機所獲圖片像素單位和物理單位之間的關系，為一次相機粗定位坐 標轉換提供基礎，主要操作為移動機械臂到目標位置且位于一次相機的視野范圍內，利用 一次相機拍照成像，對圖像分析處理獲得當前所需的兩個參數；
[0008] 2)二次相機標定：二次相機標定分兩步進行，第一步標定二次相機圖片中屯、與 目標位置之間的關系；第二步標定為獲得二次相機當前坐標系的偏轉角和二次相機所獲圖 片像素單位和物理單位之間的關系，為二次相機精確定位坐標轉換提供基礎，主要操作為 利用已知物理坐標的點，多次移動機械臂位置，利用二次相機對該已知點的物理坐標轉換 構造等式，最終利用優化求解的方法求得當前所需的兩個參數；
[0009] 似坐標轉換部分包括W下步驟：
[0010] 1)像素點坐標與物理坐標的轉換：由于該系統采用兩次相機拍照定位的方式，兩 個相機拍照分析所得的目標像素點轉換為物理坐標，主要利用相機標定部分中獲得的參 數，對給定像素點坐標按照一定的數學方法轉換為實際物理坐標，對于二次相機最終物理 坐標的獲得，需要建立在一次相機移動位置的基礎上；
[0011] 2)物理坐標轉換為機械臂可識別的角度：對轉換后的物理坐標，分兩種情況分 析，即所得的物理坐標位于物理坐標系的第一象限和第二象限兩種情況討論，運用數學中 的幾何求解方法，按照機械臂最小位移的原則，將最終的物理坐標轉換為機械臂可w識別 的角度信息。
[0012] 所述的基于機械臂視覺定位系統的機器人手眼定位算法，其特征在于：所述相機 標定部分中一次相機標定中，可建立任意的物理坐標系，只要目標機械臂位置位于一次相 機的視野范圍之內。
[0013] 所述的基于機械臂視覺定位系統的機器人手眼定位算法，其特征在于：所述相機 標定部分中二次相機標定中，可利用已知的物理坐標構造多個等式，獲得較為精確的像素 比和相機偏轉角。
[0014] 機械臂視覺定位系統，其特征在于：包括有兩個相機、兩個光源、機械臂系統、計算 機控制中屯、W及待檢目標；機械臂系統包括有機械臂，機械臂由大臂和小臂兩部分組成，分 別由大臂和小臂的偏轉角控制機械臂移動的位置，計算機控制中屯、與兩個相機、機械臂系 統控制連接；所述的兩個光源分別與兩個相機配對使用，一次相機與光源一固定，待檢目標 車位于一次相機的視野范圍內，二次相機與光源二位于機械臂的末端，隨機械臂移動，待檢 目標車的入料口位于機械臂的移動范圍之內。
[001引本發明的優點是：
[0016] 本發明根據相機坐標系統的特征快速建立其與物理坐標系統之間的聯系，并且 可W根據現場場地的需要建立任意位置的物理坐標系統，獲得精確的坐標轉換參數；本發 明獲得的最終物理坐標精確，算法效率高，機械臂W最短路徑移動，最終移動位置滿足要求 指標。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明一次相機標定示意圖。
[001引圖2為本發明二次相機標定示例圖。
[0019] 圖3為本發明一次相機坐標轉換示例圖。
[0020] 圖4為本發明二次相機坐標轉換示例圖。
[0021] 圖5-1為當機械臂的終點（x，y)位于物理坐標系的第一象限時本發明物理坐標轉 換為角度信息實例圖。
[0022] 圖5-2為當機械臂的終點（x，y)位于物理坐標系的第二象限時本發明物理坐標轉 換為角度信息實例圖。
[0023] 圖6為機械臂視覺定位系統的結構框圖。
[0024] 圖7為本發明的原理流程圖。
【具體實施方式】
[002引如圖6、7所示，機械臂視覺定位系統，包括有兩個工業相機1和2、兩個光源3和 4、機械臂系統、計算機控制中屯、5W及待檢目標車7 ;機械臂系統包括有機械臂6,機械臂 6由大臂和小臂兩部分組成，分別由大臂和小臂的偏轉角控制機械臂移動的位置，計算機控 制中屯、5位于控制室內，計算機控制中屯、5與兩個相機1和2、機械臂系統控制連接；所述 的兩個光源3和4分別與兩個相機1和2配對使用，一次相機1與光源3固定，待檢目標車 7位于一次相機1的視野范圍內，二次相機2與光源4位于機械臂6的末端，隨機械臂6移 動，待檢目標7的入料口位于機械臂6的移動范圍之內。
[0026] 基于機械臂視覺定位系統的機器人手眼定位算法，其特征在于：依次包括相機標 定部分和坐標轉換部分，所述的相機標定部分為建立相機坐標系統和物理坐標系統之間的 聯系；所述的坐標轉換部分為利用建立好的坐標系統之間的關系，將視覺定位獲得的目標 點轉換為物理坐標，進而轉換為機械臂轉動的角度信息；具體步驟如下：
[0027] (1)相機標定部分包括W下步驟：
[0028] 1) -次相機標定：一次相機標定的主要目標為獲得一次相機坐標系與物理坐標 系之間的聯系和一次相機所獲圖片像素單位和物理單位之間的關系，為一次相機粗定位坐 標轉換提供基礎，主要操作為移動機械臂到目標位置且位于一次相機的視野范圍內，利用 一次相機拍照成像，對圖像分析處理獲得當前所需的兩個參數；
[0029] 如圖1所示，為一次相機標定示意圖。圖中矩形方框表示相機的視野范圍，1號實 線為機械臂停靠的位置（當前機械臂大臂小臂在一條直線上），設當前位置為物理坐標的 90度位置，對應的大臂小臂角度分別為90度，0度。2號坐標系為物理坐標系方向，3號坐 標系為相機坐標系，由于一次相機固定，當前物理坐標系下，機械臂當前位置某一點的物理 坐標對應的一次相機像素坐標固定。本發明依照此關鍵點建立一次相機坐標系與物理坐標 系之間的聯系。標定過程中，本發明對機械臂上的兩個指示燈進行拍照分析獲得其像素坐 標，由于兩個指示燈間物理上的距離已知，本發明通過計算指示燈像素上的距離可W獲得 當前坐標系下每個像素和物理距離上的關系。同理機械臂上的兩點已知，可獲得物理坐標 的y軸的方向，進而可計算出物理坐標方向與相機坐標方向的偏轉角。
[0030] 2)二次相機標定：二次相機標定分兩步進行，第一步標定二次相機圖片中屯、與入 料口位置之間的關系；第二步標定為獲得二次相機當前坐標系的偏轉角和二次相機所獲圖 片像素單位和物理單位之間的關系，為二次相機精確定位坐標轉換提供基礎，主要操作為 利用已知物理坐標的點，多次移動機械臂位置，利用二次相機對該已知點的物理坐標轉換 構造等式，最終利用優化求解的方法求得當前所需的兩個參數；
[0031] 對于標定入料口位置與二次相機視野中屯、的關系的步驟簡述如下，如圖2所示： 首先將一個輔助圓環置于二次相機的視野中屯、，該操作可利用圖像處理中的找圓操作輔助 進行，判斷所得圓的圓屯、是否為圖片中屯、即可；然后移動機械臂，輔助圓環不變，移動機械 臂使出料口的投影中屯、置于圓環中屯、位置，再次利用圖像處理中的找圓操作獲