[發明專利]一種視覺智能數控系統的數據變換方法

有效

• 申請號: 201410436235.5
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104298169B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 王高;柳寧;葉文生
• 申請（專利權）人: 暨南大學韶關研究院
• 主分類號: G05B19/18
• 分類號: G05B19/18
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司44425
• 代理人: 吳靜芝

技術領域

本發明屬于先進制造及機器人控制領域，涉及一種數據變換方法，特別是一種視覺智能數控系統的數據變換方法。

背景技術

機器視覺應用于機器人控制領域是目前機器人工業化應用的重要里程碑。獨立的工業機器人應用受場地、加工目標、加工方式及開發效率的多重約束，應用推廣面窄量少。集成了視覺智能數控系統的數控裝備或工業機器人可以在更大工作空間執行更加復雜、細膩的動作，可以在平面內定位工件位置，將工件坐標變換到機器人坐標后由機器人執行抓取動作。

機器視覺系統可以用于噴涂工件邊界和質心的定位，進而解決噴涂機器人末端實際位置與期望位置誤差過大的問題；機器視覺用于產品質量檢測，可通過智能數控裝備對良/次品進行分類；雙目機器視覺可用于三維空間中立體目標的識別和檢測，視覺智能工業機器人可以實現對立體目標的抓取和跟蹤等動作。機器視覺應用于機器人的優勢在于獲取信息量大、處理快捷、精度及自動化程度較高且成本不高。

目前，機器視覺系統與機器人控制器的集成，已越來越多地應用于工程中，但存在應用開發難度大的問題，而且可開發性不高，開發效率低下，技術可靠性和適用性不高，發展較困難。其中，視覺智能機器人對目標工件的標定是視覺智能數控技術應用的關鍵環節。

理論上，相關高校和科研院所從理論上解決了矩陣齊次變換方程的誤差積累問題，確保了視覺系統的標定精度，為機器視覺進入工業機器人應用掃清了障礙。相關標定方法的理論分析及成果發布集中于機器人手眼視覺相機系統內、外部參數的優化求解。然而，這些方法在條件設定或狀態約束有要求，因此距離應用有一定距離。

現有技術中，ABB公司2004年公開了用于標定機器人末端TCP的文獻，見“Product Manuals,ABB Robot Document IRB 1410 M2004,2004”，具體的在機器人所加工目標工件上建立的坐標系為工件坐標系，機器人通常工作在工件坐標系下，工件坐標系的建立可由“三點法”標定得到。工件坐標系是根據目標工件位姿自由建立的，但建立的方法不僅限于“三點法”，甚至可把機器人基坐標系等同為工件坐標系，其目的是為方便機器人對工件的加工。

在現有技術中的這些方法的實質都是將工件、機器人及相機成像系統坐標系統一，忽略相機成像深度信息，簡化標定方法，減少計算量，易于現場實施。然而，其集成開發模式體現為：根據具體的機器人應用目標，選型機器人本體和機器視覺系統，需分別對機器人控制器和機器視覺系統開發。開發過程采用PC架構，則因涉及不同系統平臺采用不同開發模式而導致控制器和視覺系統間數據傳輸、共享、交換及數據統一處理，坐標變換及處理數據融合方面難度較大。

因此，限于基本開發工具特點，開發過程所涉及建模、求解、轉換、輸出等環節沒有標準模式，需依賴控制對象訂制開發，一旦對象構型、參數、位姿、配置等發生改變，則需重新進行標定，甚至處理算法也會做出相應調整。這種開發模式，對人員素質要求高，開發資源耗費大且效率不高，后續改進、維護困難。開發方式的不同引起工程實施效率和實施質量的差別，體現在工程中即產品良率、精確性、粗糙度、產量等方面的問題。

發明內容

本發明在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種視覺智能數控系統的數據變換方法。

本發明是通過以下的技術方案實現的：一種視覺智能數控系統的數據變換方法，包括以下步驟：

將機器視覺單元與機器人數控單元連接；

通過該機器視覺單元攝取工件的成像坐標，并將該成像坐標數據發送至位姿標準模塊；

該位姿標準模塊將該成像坐標數據轉換為世界空間坐標位姿，并發送至數控單元。

相比于現有技術，本發明通過將機器視覺子系統與機器人數控系統集成，即形成了具有視覺智能的數控系統。通過硬件平臺統一的系統，優勢在于方便開發，數據便于管理，系統本身即為處理終端，PC作為開發平臺不參與工程實施。

進一步，在視覺子系統和數控子系統內部固化了處理算法，具體將該處理算法固化在一位姿標準模塊中。因此，應用工程師在工程開發中，無需牽涉理論性強的計算過程，僅需關注數控系統的應用開發和機器人本體、機器視覺單元的參數設定，既滿足核心算法保密要求也縮短了開發周期。同時，該標準化模塊的開發和更新僅針對目標硬件平臺，這種細化的標準開發流程，適合多行業視覺智能機器人導入應用。

作為本發明的進一步改進，所述位姿標準模塊將成像坐標數據轉換為世界空間坐標位姿具體包括以下步驟：

將變換方法固化在位姿標準模塊中；