[發明專利]一種機器人手眼定位方法

有效

• 申請號: 201410477611.5
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104260112A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 楊小亭;李漢舟;羅華;張棟棟
• 申請（專利權）人: 西安航天精密機電研究所
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B25J19/04
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

1.一種機器人手眼定位方法，其特征在于：包括以下步驟：

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B₁點和B₂；

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(x^v，y^v)；

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：

K_x＝L/M_x，K_y＝L/M_y

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；

M_x為拍攝的任意兩點橫坐標方向上的像素值之差，M_y為拍攝的任意兩點縱坐標方向上的像素值之差；

K_x為橫坐標方向上的實際物理尺寸系數，K_y為縱坐標方向上的實際物理尺寸系數為；

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：

xB1x=kx·(xB1p-x0p)yB1v=-ky·(yB1p-y0p)---(1)]]>

其中，B₁點的像素值為B₁點在視覺坐標系下的坐標為視覺坐標系原點的像素值為

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B1點的位置以及基準工件上其余點相對于B₁和B₂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：

Xv=dx·cosθ-dy·sinθ+xB1vYv=dx·sinθ+dy·cosθ+yB1v---(2)]]>

(dx,dy)為基準工件上其余點相對于B1點的位置；

θ為基準工件上其余點與B1點的連線相對于B₁和B₂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：

4.1.1)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以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：

xr=(Xv·cosθy-Yv·cosθy)/cos(θy)·Lx′/Lx+x0ryr=-(Yv·cosθx+Xv·cosθx)/cos(θx)·Ly′/Ly+y0r---(3)]]>

其中：為點矩陣中原點在機器人坐標系下的坐標值；

L_x、L_y為點矩陣中點連線的實際長度；

L'_x、L'_y為機器人坐標系下點矩陣中點連線的長度；

θ_x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；

θ_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以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：

x1r=xr+L·cos(θ1+θL)-L·cos(θ1+θL+θ0)y1r=yr+L·sin(θ1+θL)-L·cos(θ1+θL+θ0)---(4)]]>

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；

θ_L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；

θ₁為視覺坐標系與機器人坐標系的偏轉角；

θ₀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：所述圖像坐標系是以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。