[發(fā)明專利]一種基于三維視覺(jué)的機(jī)械臂手眼標(biāo)定方法和裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910986422.3
• 申請(qǐng)日: 2019-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110695982A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京隆越自動(dòng)化科技有限公司
• 主分類號(hào): B25J9/10
• 分類號(hào): B25J9/10;B25J19/04;G01B11/00;G01B11/25
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本發(fā)明公開(kāi)了一種基于三維視覺(jué)的機(jī)械臂手眼標(biāo)定方法和裝置，應(yīng)用在機(jī)械臂位姿標(biāo)定領(lǐng)域，其技術(shù)方案要點(diǎn)是：包括三維視覺(jué)伺服單元、機(jī)械臂和標(biāo)定板，所述三維視覺(jué)伺服單元位于機(jī)械臂末端，所述三維視覺(jué)伺服單元包括攝像頭和投影儀，所述三維視覺(jué)伺服單元采用結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)，所述投影儀向被測(cè)物體投射事先編碼的結(jié)構(gòu)光，所述攝像機(jī)拍攝經(jīng)由物體表面形貌調(diào)制的結(jié)構(gòu)光圖案，通過(guò)計(jì)算機(jī)解碼獲得被測(cè)物體的三維形貌；具有的技術(shù)效果是：通過(guò)三維視覺(jué)伺服單元獲得的高精度三維信息來(lái)精確定位機(jī)械臂末端的空間位置，從而引導(dǎo)機(jī)械臂的精密控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械臂位姿標(biāo)定領(lǐng)域，特別是涉及一種基于機(jī)械臂末端視覺(jué)伺服系統(tǒng)的標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

隨著全球工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，智能制造和無(wú)人工廠已成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的主流發(fā)展趨勢(shì)。基于視覺(jué)伺服的機(jī)械臂作為現(xiàn)代工業(yè)的主要應(yīng)用，它通過(guò)視覺(jué)引導(dǎo)的方式規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑，從而提高機(jī)械臂工作的智能化水平，提高生產(chǎn)效率。

對(duì)于視覺(jué)伺服機(jī)械臂系統(tǒng)，機(jī)械臂（手）與視覺(jué)系統(tǒng)（眼）的位姿標(biāo)定是重要任務(wù)。通常，此類系統(tǒng)的標(biāo)定按照視覺(jué)單元的安裝方式不同分為眼在手外（即攝像頭安裝在手臂之外）和眼在手內(nèi)（攝像頭安裝在機(jī)械臂末端）兩大類，它們的原理都是通過(guò)標(biāo)定模塊來(lái)確定攝像機(jī)視覺(jué)坐標(biāo)系和機(jī)械臂基坐標(biāo)系之間的關(guān)系。然而現(xiàn)有的標(biāo)定方式常常局限于視覺(jué)伺服單元的構(gòu)成：?jiǎn)文肯鄼C(jī)不能恢復(fù)空間立體信息，只能限定機(jī)械臂在某一平面內(nèi)移動(dòng)；雙目或TOF相機(jī)空間的定位精度較低，很難適用于對(duì)定位精度要求較高的應(yīng)用中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于三維視覺(jué)的機(jī)械臂手眼標(biāo)定方法和裝置，其優(yōu)點(diǎn)是：可以采用基于結(jié)構(gòu)光的三維掃描設(shè)備作為視覺(jué)伺服單元，通過(guò)其掃描獲得的高精度三維信息來(lái)精確定位機(jī)械臂末端的空間位置，從而引導(dǎo)機(jī)械臂的精密控制。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：一種基于三維視覺(jué)的機(jī)械臂手眼標(biāo)定方法和裝置，包括三維視覺(jué)伺服單元、機(jī)械臂和標(biāo)定板，所述三維視覺(jué)伺服單元位于機(jī)械臂末端，所述三維視覺(jué)伺服單元包括攝像頭和投影儀，所述三維視覺(jué)伺服單元采用結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)，所述投影儀向被測(cè)物體投射事先編碼的結(jié)構(gòu)光，所述攝像機(jī)拍攝經(jīng)由物體表面形貌調(diào)制的結(jié)構(gòu)光圖案，通過(guò)計(jì)算機(jī)解碼獲得被測(cè)物體的三維形貌。

所述手眼標(biāo)定方法包括以下步驟：

步驟1：確定三維視覺(jué)伺服單元的內(nèi)外參數(shù)；

步驟2：確定三維視覺(jué)伺服單元在機(jī)械臂基坐標(biāo)系下位姿；

步驟3：通過(guò)三維掃描結(jié)果確定機(jī)械臂末端空間位置。

所述步驟1具體為：

步驟1.1：將含有圓形圖案的標(biāo)定板置于操作空間中，調(diào)節(jié)機(jī)械臂位姿使得標(biāo)定板在其末端相機(jī)和投影儀的公共視野中。記錄此時(shí)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)參數(shù)，獲得機(jī)械臂末端在機(jī)械臂基座坐標(biāo)下的坐標(biāo)。

步驟1.2：使用投影儀向標(biāo)定板依次投影5步正弦相移條紋及二值格雷碼序列圖案，投射過(guò)程中觸發(fā)相機(jī)拍攝標(biāo)定板上的條紋圖片。抽取其中格雷碼序列中不含暗條紋的圖片，提取該圖片中標(biāo)定板上圓形標(biāo)志點(diǎn)的外輪廓進(jìn)行擬合求取各個(gè)圓形標(biāo)志點(diǎn)中心坐標(biāo)。

步驟1.3：將步驟1.2中拍攝相移條紋和格雷碼序列進(jìn)行解相，并根據(jù)圓形標(biāo)志點(diǎn)中心的絕對(duì)相位值將它們映射到投影儀平面，獲得圓形標(biāo)志點(diǎn)在投影儀平面內(nèi)的坐標(biāo)。

步驟1.4：調(diào)整機(jī)械臂位置，并保證標(biāo)定板仍處于相機(jī)和投影儀視野中，記錄機(jī)械臂末端在機(jī)械臂基座坐標(biāo)下的坐標(biāo)；重復(fù)步驟1.2和步驟1.3，獲得第二個(gè)位置下標(biāo)志點(diǎn)中心得相機(jī)坐標(biāo)和投影儀坐標(biāo)。

步驟1.5：重復(fù)1.4步驟，保證至少獲得三個(gè)位置下的機(jī)械臂末端在機(jī)械臂基座坐標(biāo)下的坐標(biāo)，標(biāo)志點(diǎn)中心得相機(jī)坐標(biāo)和投影儀坐標(biāo)等數(shù)據(jù)；