[發明專利]基于彩色球形光源靶標的機械臂末端位姿測量系統及方法

有效

• 申請號: 201811332218.1
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109443206B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 蔣奇;馬一凡
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/26
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明公開了一種基于彩色球形光源靶標的機械臂末端位姿測量系統及方法，包包括彩色球形光源靶標、光源控制模塊、固定安裝相機、計算機、機械臂和靶標標定系統，彩色球形光源靶標包括四個相互垂直相交的支桿，每個支桿的端部均設置有一組光源，每組光源至少包括一個定位中心，以及沿所述定位中心分布的三個光源，12個光源顏色不同，光源是球形；支桿安裝在機械臂上，隨機械臂的移動而移動；靶標標定系統用于計算光源靶標在機械臂末端坐標系位置；固定安裝相機采集機械臂末端運動圖像；計算機進行圖像相減、顏色校正、靶標識別、位姿解算，得到機械臂末端在相機坐標系的位姿。

技術領域

本發明涉及一種基于彩色球形光源靶標的機械臂末端位姿測量系統及方法。

背景技術

實現機械臂末端的精確位姿測量對機械臂標定和機械臂抓取具有重要意義。當前基于機器視覺的機械臂末端位姿測量方式存在以下問題：

1、機械臂末端由于運動范圍大，存在遮擋問題，當機械臂末端被遮擋將難以計算位姿；

2、機械臂末端靶標識別容易受到環境光照的干擾；

3、在基于單目視覺的位姿測量中，目標特征點和已知的特征點模型的匹配難度大；基于雙目視覺的位姿測量中，兩幅圖像同一特征點的匹配難度較大。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于彩色球形光源靶標的機械臂末端位姿測量系統及方法。

一種基于彩色球形光源靶標的機械臂末端位姿測量系統，包括彩色球形光源靶標、光源控制模塊、固定安裝相機、計算機、機械臂和靶標標定系統，其中：

所述彩色球形光源靶標包括四個相互垂直相交的支桿，每個支桿的端部均設置有一組光源，每組光源至少包括一個定位中心，以及沿所述定位中心分布的三個光源，這12個光源顏色不同，是球形；

所述支桿設置于機械臂上，隨機械臂的移動而移動；

所述光源控制模塊用于控制光源靶標打開和關閉，與計算機連接；

所述固定安裝相機采集機械臂末端運動圖像，與計算機連接；

所述計算機用于處理相機采集的圖像，進行圖像處理，計算機械臂末端位姿，所述計算機通過光源控制模塊控制光源打開和關閉；

所述靶標標定系統用于計算靶標在機械臂末端坐標系的位置，靶標標定系統出廠或第一次使用時進行一次計算即可。

進一步的，所述視覺系統上設置有顏色校正板，對采集的圖像進行顏色校正。

進一步的，所述每組光源中的三個光源與定位中心的連線兩兩垂直。

進一步的，所述固定安裝相機為一個相機組成單目視覺或/和兩個相機組成雙目視覺進行位姿測量。

進一步的，所述靶標標定系統采用手眼標定的方式計算光源靶標在機械臂末端坐標系位置，所述靶標標定系統包括光源控制模塊、顏色校正板、手眼相機、計算機，所述光源控制模塊、手眼相機連接計算機，所述顏色校正板通過連桿固定在手眼相機上。

上述測量系統的工作方法，包括以下步驟：

測量系統出廠或第一次使用時，在自然光環境下確定固定安裝相機圖像中顏色校正板區域位置；

測量系統出廠或第一次使用時標定靶標在機械臂末端坐標系位置；

固定安裝相機標定；

分別在關閉靶標光源與打開靶標光源狀態時，采集至少一幅圖像；

靶標光源打開前后的圖像相減得到光源靶標圖像；

對采集的圖像進行顏色校正，結合顏色和靶標圓形形狀識別出光源靶標，計算靶標圖像的重心作為光源球心；