[發(fā)明專利]用于二維平面的眼在手上機(jī)械手手眼標(biāo)定方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910837390.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN110717943A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王福杰;俞恒杰;劉璐;管蘭芳;郭彥青;史亞坤;孫文;王世杰;邱韻霖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/80
• 分類號(hào): G06T7/80
• 代理公司: 14110 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 任林芳

1.一種用于二維平面的眼在手上機(jī)械手手眼標(biāo)定方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、固定相機(jī)（3），改變二維標(biāo)定板的位置、旋轉(zhuǎn)角度和傾斜角度，通過相機(jī)（3）采集標(biāo)定板圖像，進(jìn)行相機(jī)（3）標(biāo)定獲得相機(jī)（3）的內(nèi)參與畸變參數(shù)；

步驟二、將相機(jī)（3）固定在機(jī)械手（4）上，標(biāo)定板固定于相機(jī)（3）外，改變機(jī)械手（4）的位姿，并使相機(jī)（3）采集標(biāo)定板圖像，通過手眼標(biāo)定確定像素坐標(biāo)系與機(jī)械手（4）基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系；

步驟三、相機(jī)（3）采集機(jī)械手（4）工作現(xiàn)場(chǎng)圖像，使用計(jì)算機(jī)（1）端軟件獲取工作現(xiàn)場(chǎng)圖像，通過圖像處理獲得目標(biāo)點(diǎn)的像素坐標(biāo)；

步驟四、根據(jù)步驟二中得到的像素坐標(biāo)系與機(jī)械手（4）基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系將像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)械手（4）運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)；

步驟五、搭建機(jī)械手（4）手眼標(biāo)定系統(tǒng)，通過TCP通信將機(jī)械手（4）運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)傳送給控制柜（2），編寫機(jī)械手（4）控制程序，接收機(jī)械手（4）運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)并控制機(jī)械手（4）運(yùn)動(dòng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于二維平面的眼在手上機(jī)械手手眼標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟一中通過相機(jī)（3）標(biāo)定獲得相機(jī)（3）內(nèi)參和畸變參數(shù)的步驟是：世界坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為相機(jī)（3）坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)點(diǎn)，然后投影到圖像物理坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)化為二維點(diǎn)；二維點(diǎn)經(jīng)過畸變矯正后得到二維坐標(biāo)點(diǎn)；經(jīng)過二次轉(zhuǎn)換，被轉(zhuǎn)化到像素坐標(biāo)系上的二維坐標(biāo)點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于二維平面的眼在手上機(jī)械手手眼標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟二中通過手眼標(biāo)定確定像素坐標(biāo)系與機(jī)械手（4）基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系的具體步驟是：相機(jī)（3）固定在機(jī)械手（4）末端法蘭上，將標(biāo)定板固定在機(jī)械手（4）外；通過控制機(jī)械手（4）末端運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)相機(jī)（3）移動(dòng)，使標(biāo)定板完整的出現(xiàn)在相機(jī)（3）視場(chǎng)的不同位置，相機(jī)（3）采集帶有標(biāo)定板的圖像，并記錄下每幅圖像對(duì)應(yīng)的機(jī)械手（4）工具在機(jī)械手（4）基礎(chǔ)坐標(biāo)系的位姿；通過標(biāo)定算法建立像素坐標(biāo)系與機(jī)械手（4）基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系的超定方程。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于二維平面的眼在手上機(jī)械手手眼標(biāo)定方法，其特征在于：所述像素坐標(biāo)系與機(jī)械手（4）基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系的超定方程為：

（11）

其中，表示在相機(jī)（3）坐標(biāo)系下標(biāo)定板坐標(biāo)系的位姿，表示在相機(jī)（3）坐標(biāo)系下機(jī)械手（4）工具坐標(biāo)系的位姿，表示在機(jī)械手（4）工具坐標(biāo)系下機(jī)械手（4）基礎(chǔ)坐標(biāo)系的位姿，表示在機(jī)械手（4）基礎(chǔ)坐標(biāo)系下標(biāo)定板坐標(biāo)系的位姿，其中、為常量固定不變。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于二維平面的眼在手上機(jī)械手手眼標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟三中的目標(biāo)點(diǎn)為二維平面上九個(gè)圓圈的圓心。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于二維平面的眼在手上機(jī)械手手眼標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟三中通過圖像處理獲得目標(biāo)點(diǎn)像素坐標(biāo)的具體步驟是：采集的工作現(xiàn)場(chǎng)圖像經(jīng)過二值化、形態(tài)學(xué)處理、圓度特征提取、Hough變換獲得圓圈的圓心像素坐標(biāo)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于二維平面的眼在手上機(jī)械手手眼標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟四中根據(jù)像素坐標(biāo)系與機(jī)械手（4）基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系將像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)械手（4）運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的具體步驟是：

（1）以標(biāo)定板坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，將像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為參考坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

（2）根據(jù)參考坐標(biāo)系與相機(jī)（3）坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將參考坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為相機(jī)（3）坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

（3）根據(jù)相機(jī)（3）坐標(biāo)系與機(jī)械手（4）基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將相機(jī)（3）坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)械手（4）基礎(chǔ)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，即機(jī)械手（4）運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于二維平面的眼在手上機(jī)械手手眼標(biāo)定方法，其特征在于：步驟五中搭建的機(jī)械手（4）手眼標(biāo)定系統(tǒng)包括相機(jī)（3）、機(jī)械手（4）、控制柜（2）和計(jì)算機(jī)（1），相機(jī)（3）固定在機(jī)械手（4）上，機(jī)械手（4）與控制柜（2）連接，控制柜（2）和相機(jī)（3）與計(jì)算機(jī)（1）連接。