[發明專利]一種基于立體視覺伺服的繞軸旋轉機構操作方法

有效

• 申請號: 201811025841.2
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109176514B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 程敏;王松;張國良;項導;王鋒;毛成林;林歡
• 申請（專利權）人: 億嘉和科技股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/10;G06T7/70
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 陳靜

本發明公開了一種基于立體視覺伺服的繞軸旋轉機構操作方法，屬于工業控制設備技術領域。本發明的操作機構包括深度信息采集單元、光學采集單元、標定模塊及機械臂，操作方法包括構建映射關系的步驟，獲得變換參數的步驟，對目標進行粗定位的步驟，對目標進行精確定位的步驟，計算旋轉中心的三維坐標的步驟和操作繞軸旋轉機構的步驟。本發明實現了對繞軸旋轉機構的空間定位，提高了系統的自動化程度，簡化操作流程，能準確高效的完成操作。

技術領域

本發明屬于工業控制設備技術領域，具體涉及一種基于立體視覺伺服的繞軸旋轉機構操作方法。

背景技術

繞軸旋轉機構作為一種開關設計，其優點是結構簡單、操作方便并且可以控制多種狀態的切換。因此，在石油化工、電力能源以及電氣機械的控制設備當中，繞軸旋轉機構被廣泛應用于控制電路的通斷、切換設備的工作狀態等等。

然而，這些繞軸旋轉機構的控制需要操作人員手動介入進行撥動選擇，工作較為繁瑣，效率低下。在一些非常規的環境當中，操作人員的直接介入也存在著安全隱患，如設備漏電、操作環境惡劣等等。

現有的解決方案主要有通過帶伺服電機的機械手通過遙控面板去進行旋轉機構的操作，通過遙控面板上的參數進行遙控操作。這種操作方法的效率不高，而且需要操作人員實時看著讀數進行操作，自動化程度較低。還有通過預置好的設備參數，使機械臂末端自動到達旋轉機構的位置，進行旋轉操作，這樣的方案雖然解決了操作自動話的問題，但是機械組裝的精度要求高，成本較大，且參數需要預先設定，靈活性較低。

發明內容

為了改善繞軸旋轉機構控制方式，本發明提供一種基于立體視覺伺服的繞軸旋轉機構操作方法。

具體地說，本發明包括以下步驟：構建映射關系的步驟：建立基于深度相機的空間模型，構建圖像像素坐標與對應的空間坐標的映射關系；

獲得變換參數的步驟：標定深度相機在機械臂坐標系中的位置，獲得深度相機坐標系到機械臂坐標系的變換參數；

對目標進行粗定位的步驟：以待操作的繞軸旋轉機構為目標，根據初始的目標位置信息，進行目標的粗定位；

對目標進行精確定位的步驟：在粗定位的基礎上，利用目標在光學圖像當中的形態學特征，使用圖像處理的方法在二維平面當中對目標的旋轉中心精確定位，得到旋轉中心點坐標；

計算旋轉中心的三維坐標的步驟：根據圖像中精確定位的旋轉中心點坐標，結合圖像像素坐標與對應的空間坐標的映射關系，計算深度相機坐標系下繞軸旋轉機構表面上的旋轉中心的三維坐標；利用深度相機坐標系到機械臂坐標系的變換參數，將深度相機坐標系下繞軸旋轉機構表面上的旋轉中心的三維坐標以及繞軸旋轉機構的旋轉軸向量變換到機械臂坐標系下；

操作繞軸旋轉機構的步驟：根據機械臂坐標系下旋轉中心的三維坐標以及繞軸旋轉機構的旋轉軸向量，執行對應的機械臂動作序列，操作繞軸旋轉機構。

上述技術方案的進一步特征在于：獲得變換參數的步驟，具體包括以下過程：

A1)調整機械臂的螺桿的位置至水平，正方向為機械臂朝向目標的正方向，保證標定模塊在深度相機視野范圍內且其平面法向量l_ref在機械臂坐標系中為(0,0,-1)，測量螺桿的末端到機械臂主座的距離，并在機械臂模型中將螺桿與主座的距離設置為實際的測量值；

A2)使用深度相機拍攝標定模塊，在標定模塊平面上選取N個像素，N值為標定模塊平面上框定區域內所有像素的總和，獲得三維點集合PointSet_N＝{(x_i,y_i,z_i)|i∈N}，其中x_i,y_i,z_i分別表示第i個像素在深度相機坐標系中的三維坐標；