確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的方法及其系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及機械臂技術領域，特別是一種確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關 系的方法及其系統。
【背景技術】
[0002] 在基于視覺的機械臂抓取系統中，為了根據視覺信息操縱機械臂手爪，首先要建 立相機坐標與機械臂手爪坐標之間的映射關系。在傳統的技術方案中，為了找出運種映射 關系，首先W攝像頭標定確定相機坐標與世界坐標之間的映射關系，然后確定世界坐標與 機械臂手爪坐標的映射關系，最終求出相機坐標與機械臂手爪坐標的映射關系。然而，運種 技術方案存在兩個缺點：（1)世界坐標難W精確測量；（2)相機坐標與世界坐標之間的映射 關系和世界坐標與機械臂手爪坐標的映射關系的估計均有誤差，且獨立測量，因此求相機 坐標與機械臂手爪坐標的映射關系存在累積誤差。
【發明內容】
[0003] 針對上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種確定相機坐標與機械臂手爪坐 標映射關系的方法及其系統，能夠提高相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的精確度。
[0004] 本發明的確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的方法，技術方案如下，包括：
[0005] 通過機械臂抓放同一個參考物體到相機攝像范圍內的指定位置，讀取所述指定位 置對應的機械臂手爪坐標；
[0006] 通過所述相機拍攝所述參考物體在所述指定位置時的圖像，計算所述圖像的特征 點；將所述圖像的特征點與預置的所述參考物體的模板圖的特征點進行匹配，得出所述參 考物體在所述圖像中的中屯、坐標，作為所述指定位置對應的相機坐標；
[0007] 基于若干不同指定位置對應的相機坐標和機械臂手爪坐標，確定相機坐標與機械 臂手爪坐標的映射關系。
[000引本發明的確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的方法，通過確定指定位置對 應的機械臂手爪坐標W及對應的相機坐標，基于若干不同指定位置對應的相機坐標和機械 臂手爪坐標，直接確定相機坐標與機械臂手爪坐標的映射關系，克服傳統技術方案的上述 缺點，從而提高相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的精確度。
[0009] 本發明還提供一種確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的系統，包括：
[0010] 機械臂手爪坐標獲取模塊，用于通過機械臂抓放同一個參考物體到相機攝像范圍 內的指定位置，讀取所述指定位置對應的機械臂手爪坐標；
[0011] 相機坐標獲取模塊，用于通過所述相機拍攝所述參考物體在所述指，定位置時的 圖像，計算所述圖像的特征點；將所述圖像的特征點與預置的所述參考物體的模板圖的特 征點進行匹配，得出所述參考物體在所述圖像中的中屯、坐標，作為所述指定位置對應的相 機坐標；
[0012] 映射關系確定模塊，用于基于若干不同指定位置對應的相機坐標和機械臂手爪坐 標，確定相機坐標與機械臂手爪坐標的映射關系。
[0013] 本發明的確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的系統，通過機械臂手爪坐標 獲取模塊獲取指定位置對應的機械臂手爪坐標，相機坐標獲取模塊獲取所述指定位置對應 的相機坐標，映射關系確定模炔基于若干不同指定位置對應的相機坐標和機械臂手爪坐 標，直接確定相機坐標與機械臂手爪坐標的映射關系。因此，能夠克服傳統技術方案的世界 坐標難W精確測量、W及相機坐標與機械臂手爪坐標的映射關系存在累積誤差的缺點，從 而提高相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的精確度。
【附圖說明】
[0014] 圖1為一個實施例的確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的方法的流程示意 圖；
[0015] 圖2為一個較佳實施方式的確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的方法的流 程示意圖；
[0016] 圖3為從相機拍攝圖像的左上角到右下角逐行放置示意圖；
[0017] 圖4為一個實施例的確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的系統的結構示意 圖。
【具體實施方式】
[0018] 為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進 一步地詳細描述。
[0019] 請參閱圖1中一個實施例的確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的方法的流 程示意圖，包括步驟S101至步驟S104:
[0020] S101，通過機械臂抓放同一個參考物體到相機攝像范圍內的指定位置，讀取所述 指定位置對應的機械臂手爪坐標。
[0021] 為了提高后續參考物體在所述指定位置時的相機坐標精確度，選取帶有明顯紋理 特征的物體作為所述參考物體。選擇同一個參考物體，通過機械臂抓放到相機攝像范圍內 的指定位置，減少后續參考物體在所述指定位置時的圖像中的中屯、坐標的誤差，進一步提 高后續確定相機坐標的精確度。
[0022] 在步驟S101之前，拍攝所述參考物體的照片作為模板圖，計算所述模板圖的特征 點。為后續圖像特征點的匹配提供基準，從而準確得出所述參考物體在指定位置對應的相 機坐標。其中，優先使用SIFT或者SURF局部算子計算所述模板圖的特征點，W提高計算模板 圖特征點的精確度。優選地，拍攝所述參考物體在純色背景下的照片作為模板圖，W減少模 板圖背景對計算模板圖特征點的干擾。
[0023] 進一步地，所述通過機械臂抓放同一個參考物體到相機攝像范圍內的指定位置， 可W是，通過機械臂抓放同一個參考物體放置于相機攝像范圍內若干不同的指定位置，放 置的順序為:從相機拍攝圖像的左上角到右下角逐行放置，得到規則的指定位置對應的機 械臂手爪坐標，從而減少后續相機坐標與機械臂手爪坐標的映射關系的計算量。
[0024] 步驟S101中，具體地可W通過機械臂系統接口讀取機械臂手爪坐標，作為所述指 定位置對應的機械臂手爪坐標。
[0025] S102,通過所述相機拍攝所述參考物體在所述指定位置時的圖像，計算所述圖像 的特征點。
[0026] S103,將所述圖像的特征點與預置的所述參考物體的模板圖的特征點進行匹配， 得出所述參考物體在所述圖像中的中屯、坐標，作為所述指定位置對應的相機坐標。
[0027] 由于圖像的特征點比像素點要少很多，基于圖像特征點的匹配相比利用圖象灰度 信息的匹配，大大減少了匹配過程的計算量；同時，特征點的匹配度量值對位置的變化比較 敏感，可W大大提高匹配的精確程度;而且，特征點的提取過程可W減少噪聲的影響，對灰 度變化，圖像形變W及遮擋等都有較好的適應能力。所W該步驟將所述圖像的特征點與預 置的所述參考物體的模板圖的特征點進行匹配，得出所述參考物體在所述圖像中的中屯、坐 標準確度較高。
[0028] 步驟S103中，具體地，將所述圖像的特征點與預置的所述參考物體的模板圖的特 征點進行匹配，過濾置信度低于預設值的匹配，得出所述參考物體在所述圖像中的中屯、坐 標，從而提高所述指定位置對應的相機坐標估算精度。
[0029] 優選地，WRANSAC算法過濾置信度較低的匹配，從而精確估算出參考物體在圖像 中的中屯、坐標，作為參考物體在指定位置的相機坐標。
[0030] S104,基于若干不同指定位置對應的相機坐標和機械臂手爪坐標，確定相機坐標 與機械臂手爪坐標的映射關系。
[0031] 具體地，可通過W下方式確定相機坐標與機械臂手爪坐標的映射關系：
[0032] 建立各指定位置對應的相機坐標和機械臂手爪坐標之間的矩陣關系式為：
[0033]
[0034] 其中，相機坐標為(u，v)，機械臂手爪坐標為(Χ，Υ)，根據多組(u，v)及其對應的(X， Y)，通過最小二乘法求解矩陣：
[0035]
[0036] 將所述矩陣作為相機坐標與機械臂手爪坐標的映射矩陣。
[0037] 本發明的確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的方法，通過確定指定位置對 應的機械臂手爪坐標W及對應的相機坐標，基于若干不同指定位置對應的相機坐標和機械 臂手爪坐標，直接確定相機坐標與機械臂手爪坐標的映射關系，克服傳統技術方案的世界 坐標難W精確測量、W及相機坐標與機械臂手爪坐標的映射關系存在累積誤差的缺點，從 而提高相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的精確度。
[0038] W下為本發明的確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的方法的一個應用場 景：
[0039] 在PCB板卡抓放系統中，由于使用到視覺定位PCB板卡，因此需要首先確定相機坐 標與機械臂手爪坐標映射關系，本發明的確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的方 法，可直接應用于該場景，w低成本、全自動的方式直接精準確定相機坐標與機械臂手爪坐 標的映射關系，從而使得機械臂能夠在后續任務能夠精準抓放PCB。
[0040] W下為本發明的確定相機坐標與機械臂手爪坐標映射關系的方法的一個較佳的 實施方式，如圖2所示：
[0041 ]本實施方式包括參考物體準備、參考物體坐標采集W及映射矩陣計算Ξ部分。
[0042] -、參考物體準備
[0043] 選取被抓放的參考物體，并拍攝該參考物體的一張照片作為模板圖，然后計算該 模板圖的特征點。為了提高后續定位精度，選取帶有明顯紋理特征的參考物體。拍攝模板圖 時，在背景純潔的條件下，W減少模板照片背景對后續定位算法的干擾，計算模板圖的特征 點可W使用SIFT/SURF等局部算子。
[0044] 二、參考物體坐標采集
[0045] 包括Ξ個步驟：
[0046] (1)通過機械臂抓放同一個參考物體到相機攝像范圍內的指定位置。
[0047] 通過機械臂抓放同一個物體參考(如PCB板卡巧Ij相機攝像范圍內的不同位置。機 械臂放置物體的位置順序為從相機拍攝圖像的左上角到右下角逐行放置，如圖3所示。
[0048] (2)讀取所述指定位置對應的機械臂手爪坐標。
[0049] 機械臂將參考物體放置到某個指定位置后，即通過機械臂系統接口，讀取機械臂 手爪坐標，作為參考點的機械臂手爪坐標。
[0050] (3)參考物體圖像定位獲取相機坐標。
[0051] 通過所述相機拍攝所述參考物體在所述指定位置時的圖像，計算所述圖像的特征 點；將所述圖像的特征點與預置的所述參考物體的模板圖的特征點進行匹配，得出所述參 考物