[發明專利]一種機器人單目視覺引導系統的自動標定裝置

在審

• 申請號: 201710056160.1
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN107081755A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 徐胤;袁浩巍;李智
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務所(普通合伙)31287
• 代理人: 于曉菁

技術領域

本發明涉及機器人單目視覺引導領域，尤其涉及一種機器人單目視覺引導系統的標定方法。

背景技術

機器視覺是人工智能正在快速發展的一個分支。簡單來說，機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統是通過機器視覺產品將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，得到被攝目標的形態信息，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。

隨著工業4.0的推進，工廠自動化的進程正在加速中，工業機器人在生產線上發揮了巨大作用，機器視覺與圖像處理技術是機器人與工業作業環境順利交互的基礎，能夠處理大量的信息，成為機器人最重要的感知功能。機器人視覺引導技術在自動化工業生產中的作用日益重要，其中，在工廠環境中的零件自動識別與分揀的應用中，視覺引導技術起到了關鍵作用，機器人利用其視覺功能對待分揀的零件進行自動定位，找出其的相對于機器人的空間位置，然后將定位信息傳遞給機械臂，從而進行抓取。機器人視覺系統的標定，目的是找出固定于機械臂上的相機的圖像坐標系和機器人坐標系的轉換關系，是機器人視覺引導過程中的關鍵技術之一。

申請號為201410371760.3的中國發明專利申請中公開了一種機器人視覺系統的快速標定方法，其采用的技術方案具體包括：

步驟一、設置標定板，標定板上設置多個用于視覺系統感應的預置點，對標定板建立坐標；

步驟二、機械手設置一個用于標定機械手移動的感應點；根據預置點的位置設置機械手的移動規則，機械手受處理器控制，使得機械手每次移動后感應點均位于預置點的上方；

步驟三、機械手開始移動，同時相機對機械手進行圖像拍攝，視覺系統對顯示窗口劃分坐標，同時計算感應點在相機窗口中的坐標軌跡；

步驟四、機械手移動至其中一個預置點，暫停t秒；視覺系統保存此時感應點在顯示窗口的坐標信息，同時保存預置點的坐標信息；

步驟五、多次重復步驟三、四，獲得多個感應點在顯示窗口的坐標信息(X1、Y1)、(X2、Y2)、(X3、Y3)……(Xn、Yn)，以及對應的多個預置點的坐標信息(x1、y1)、(x2、y2)、(x3、y3)……(xn、yn)；

步驟六、建立感應點和預置點的坐標映射關系，求得轉換矩陣，得到機器人視覺系統的坐標與機械手坐標系統的坐標的轉換關系，完成視覺系統的坐標標定。

目前的機器人視覺引導系統的標定方法存在標定過程復雜、花費時間長的缺點。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，為了在實際場景中快速標定，本發明提供了一種機器人單目視覺引導系統的自動標定裝置，用于與標定板配合以確定機器人的機械臂末端與固定在所述機械臂上的相機間的坐標轉換關系，該裝置包括：

機械臂驅動模塊，用于連接所述機械臂的控制系統，從而實現對所述機械臂的控制；

相機通信模塊，用于連接所述相機，從而實現與所述相機間的數據交互；

圖像采集模塊，用于管理所述機械臂在標定時的運動，并且采集所述相機拍攝的標定板圖像；

相機標定模塊，其調用所述圖像采集模塊中的標定板圖像集，據此生成相應的相機內參、外參和鏡頭畸變系數；

手眼標定模塊，其調用所述圖像采集模塊中的標定板圖像集以及所述相機標定模塊中相應的相機內參、外參和鏡頭畸變系數，計算得到相機坐標系與機械臂末端坐標系的轉換關系；以及

交互界面，用于與所述自動標定裝置的人機交互；并且

所述標定板設置有棋盤格圖案。

進一步地，所述圖像采集模塊在標定中的操作包括：

接收預設的若干個機械臂狀態，其限定相應的拍攝位置；

在機械臂依次運動到各拍攝位置時，指令相機拍攝并接收拍攝到的標定板圖像。

進一步地，將所述圖像采集模塊采集的標定板圖像通過所述交互界面顯示。

進一步地，所述相機標定模塊在標定中的執行內容包括：

調用所述圖像采集模塊得到的標定板圖像集；

提取每幅標定板圖像中，標定板角點在圖像中的像素位置；

保存角點位置信息；

根據角點位置信息和標定板參數，利用張氏標定法進行相機標定，得到該標定板圖像的相機內參、外參和畸變系數。

進一步地，所述交互界面設置有自動完成所述相機標定模塊執行內容的選項。

進一步地，所述手眼標定模塊在標定中的執行內容包括：

調用所述圖像采集模塊中的3幅標定板圖像作為一組；