[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

本發明提供了一種基于SCARA機械手的相機標定和坐標變換的方法，該方法包括步驟：上下視相機的聯合標定，采用自制的PCB板，利用已標定好的上視相機，進行下視相機的標定；過圖校正過程中元件姿態的預處理，先計算目標元件的輪廓，保證元件的姿態與目標輪廓平行；關節旋轉坐標變換，計算出關節旋轉角度的大小，通過SCARA機械手的U軸來保證元件的姿態符合要求；吸嘴目標點的求取。本發明提供的技術方案可實現SCARA機械手的高精度定位，簡化運動算法，降低了SCARA機械手的系統開發難度。

技術領域

本發明涉及四軸機械手控制領域，具體地說是涉及SCARA機械手固定工作平面應用場景下的相機標定及運動過程中的坐標變換。

背景技術

隨著工業化的不斷發展，生產自動化水平越來越高，工業機器人應用到各個領域，大大提高了生產效率。目前，SCARA機械手在工業相機的視覺引導下和運動控制器的控制下可完成工件的高精度定位及裝配。主要應用在工業生產流水線上，比如：PCB板上的具有規則完整平面元器件的貼裝或插裝、待加工工件的有序拾取并放置等。其主要完成工件的搬運和裝配工作，同時，考慮到流水線上的協同作業，SCARA機械手的工作范圍還具有可根據實際情況靈活調節的功能。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種基于SCARA機械手在固定工作平面應用場景下的相機標定及運動過程中的坐標變換的方法，從而實現SCARA機械手的精確控制。

本發明及其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于SCARA機械手的相機標定和坐標變換的方法，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(暫定為矩形貼片元件)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。

進一步地，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。