[發明專利]一種基于SCARA機械手的相機標定和坐標變換的方法

有效

• 申請號: 201710535960.1
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107160380B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 陳安;陳超;吳忻生
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/04
• 分類號: B25J9/04;B25J9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

1.一種基于SCARA機械手的相機標定和坐標變換的方法，其特征在于，包括步驟：

(1)首先將上視相機固定安裝在工作平面以下的平臺上，然后將下視相機豎直固定安裝在SCARA機械手的第二關節末端并與機械手坐標系、即世界坐標系的Z軸平行，此時下視相機可隨機械手在工作范圍內移動，要求位于機械手第三關節末端的吸嘴能夠在上視相機中清晰成像；

(2)采用相機標定技術對上視相機進行標定，得到上視相機的參數矩陣H1；

(3)采用自制的PCB標定板，進行上下視相機的聯合標定，得到下視相機的參數矩陣H2；

(4)計算此時下視相機標定位置的關節角度，通過坐標轉換公式計算并記錄此時吸嘴的世界坐標；

(5)下視相機成功標定之后，移動下視相機對PCB板上待貼裝元件位置進行拍照，計算出待貼裝元件的實際目標位置，包括元件中心、元件MARK點的世界坐標；

(6)移動下視相機拍照待貼裝元件，通過坐標轉換公式，計算待貼裝元件的位置，并準確吸取；

(7)在機械手移動吸嘴成功吸取到待貼裝元件之后，需要進行上視相機過圖校正，運用圖像處理算法，準確識別元件中心、元件MARK點并由標定算法獲取兩點的世界坐標；

(8)由步驟(5)和(7)，經過計算元件中心與元件MARK點組成的向量夾角，旋轉U軸，保證待貼裝元件姿態與目標位置平行；

(9)計算吸嘴在目標位置中的世界坐標，即讓待貼裝元件和目標位置重合；

(10)此時即可計算出目標位置點Z(x_z,y_z)的坐標，控制SCARA機械手的吸嘴移動到目標位置點Z(x_z,y_z)即可完成正確貼裝。

2.根據權利要求1所述的基于SCARA機械手的相機標定和坐標變換的方法，其特征在于：所述步驟(3)具體包括步驟：上、下視相機對PCB標定板的上下兩面同一位置拍照，由于上視相機已經標定成功，所以可利用上視相機得到標志點的世界坐標，并和下視相機所拍照圖像中的標志點一起完成下視相機的標定，得到其參數矩陣H2。

3.根據權利要求1所述的基于SCARA機械手的相機標定和坐標變換的方法，其特征在于：所述步驟(4)具體包括步驟：機械手在控制器的控制下進行移動拍照；由于機械手是關節型，關節的移動軌跡呈扇形，所以要準確獲得此時圖像中像點的世界坐標(x_w,y_w)，必須知道第一關節和第二關節的旋轉角度α和β，實際使用的旋轉角度δ是此時位置和下視相機標定位置時的關節角度之差，并折合到第二關節上，由于下視相機與吸嘴的距離固定，所以不管機械手怎么運動，下視相機所拍圖像中同一位置的像點(x_p,y_p)與吸嘴(x_m,y_m)的距離也是固定的，并且像點和吸嘴的連線L與機械手第二關節的夾角也是固定不變的；上述旋轉折合到第二關節上關節角度γ和吸嘴的實時世界坐標(x_m,y_m)都可由機械手運動控制器的庫函數輸出得到，并由以下坐標轉換公式，可得到機械手移動之后所拍圖像中的像點(x_p,y_p)的世界坐標(x_w,y_w)：

4.根據權利要求1所述的基于SCARA機械手的相機標定和坐標變換的方法，其特征在于：所述步驟(8)中，為了保證準確貼裝，則待貼裝元件必須和目標位置完全重合，這里首先保證待貼裝元件的姿態和目標位置輪廓平行，由步驟(5)和(7)，可以得出由元件中心和元件MARK點的連線組成的兩個向量，計算兩向量的夾角η之后，控制SCARA機械手的U軸轉動η，使待貼裝元件的姿態和目標位置輪廓平行。