[發(fā)明專利]一種基于標(biāo)識(shí)卡運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)示教的注冊(cè)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010211008.8
• 申請(qǐng)日: 2020-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN111300384B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘勇;陳成軍;丁旭彤;李東年;洪軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/00
• 分類號(hào): B25J9/00;B25J9/16;B25J19/02;G06V20/20
• 代理公司: 福州科揚(yáng)專利事務(wù)所(普通合伙) 35001
• 代理人: 魏珊珊

1.一種基于標(biāo)識(shí)卡運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)示教的注冊(cè)系統(tǒng)，其特征在于：

包括物理機(jī)器人單元、注冊(cè)單元、虛擬機(jī)器人生成單元以及計(jì)算機(jī)；

所述物理機(jī)器人單元包括物理機(jī)器人和物理機(jī)器人控制器；所述物理機(jī)器人自設(shè)置有物理機(jī)器人基坐標(biāo)系；所述物理機(jī)器人控制器分別與所述物理機(jī)器人和計(jì)算機(jī)連接，所述物理機(jī)器人控制器用于控制物理機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，并獲取物理機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡；

所述注冊(cè)單元包括AR注冊(cè)卡、相機(jī)和轉(zhuǎn)換計(jì)算單元；所述AR注冊(cè)卡自設(shè)置有AR注冊(cè)卡坐標(biāo)系，且安裝在物理機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，所述AR注冊(cè)卡包含至少四個(gè)不共線的便于識(shí)別的特征點(diǎn)；所述相機(jī)安裝在物理機(jī)器人以外的物理環(huán)境中移動(dòng)，并對(duì)準(zhǔn)所述物理機(jī)器人的工作區(qū)域拍攝；所述相機(jī)自設(shè)置有相機(jī)坐標(biāo)系且與所述計(jì)算機(jī)通信連接，所述轉(zhuǎn)換計(jì)算單元設(shè)置于所述計(jì)算機(jī)中，利用AR注冊(cè)卡上各特征點(diǎn)，計(jì)算相機(jī)坐標(biāo)系與物理機(jī)器人基坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；

所述虛擬機(jī)器人生成單元設(shè)置于所述計(jì)算機(jī)中，用于生成虛擬機(jī)器人模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于標(biāo)識(shí)卡運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)示教的注冊(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)具體用于：所述計(jì)算機(jī)控制所述相機(jī)獲取物理機(jī)器人工作區(qū)域的圖像，通過計(jì)算機(jī)視覺算法識(shí)別圖像中AR注冊(cè)卡的各特征點(diǎn)并計(jì)算AR注冊(cè)卡上各特征點(diǎn)在圖像中的像素坐標(biāo)，同時(shí)，所述計(jì)算機(jī)讀取AR注冊(cè)卡上各特征點(diǎn)在物理機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，計(jì)算相機(jī)在機(jī)器人坐標(biāo)系中位置和方向。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于標(biāo)識(shí)卡運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)示教的注冊(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換計(jì)算單元具體用于：從物理機(jī)器人控制器中讀取物理機(jī)器人各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度，計(jì)算所述AR注冊(cè)卡坐標(biāo)系在物理機(jī)器人基坐標(biāo)系下的位置和方向，并計(jì)算由AR注冊(cè)卡坐標(biāo)系到物理機(jī)器人基坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣R1，根據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣R1計(jì)算AR注冊(cè)卡上各特征點(diǎn)在物理機(jī)器人基坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；并利用相機(jī)的成像模型及相機(jī)的內(nèi)參矩陣，根據(jù)所述AR注冊(cè)卡上各特征點(diǎn)在圖像中的像素坐標(biāo)以及各特征點(diǎn)在物理機(jī)器人基坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，利用ARtoolkit提供的注冊(cè)方法求解相機(jī)坐標(biāo)系與物理機(jī)器人基坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于標(biāo)識(shí)卡運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)示教的注冊(cè)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)相機(jī)移動(dòng)后，AR注冊(cè)卡不在成像范圍內(nèi)，無(wú)法完成AR注冊(cè)時(shí)，還包括一驅(qū)動(dòng)物理機(jī)器人帶動(dòng)所述AR注冊(cè)卡跟隨所述相機(jī)運(yùn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)模塊，具體通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

在相機(jī)坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的Zc軸上任意選擇一點(diǎn)與相機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)Oc不重合的D點(diǎn)，計(jì)算D和Oc在物理機(jī)器人基坐標(biāo)系Ow-XwYw Zw中的坐標(biāo)值，分別為D(x_d,y_d,z_d)和Oc(x_oc,y_oc,z_oc)，計(jì)算AR注冊(cè)卡坐標(biāo)系Om-XmYm Zm的坐標(biāo)原點(diǎn)Om在物理機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值Om(x_om,y_om,z_om)；

在物理機(jī)器人基坐標(biāo)系中計(jì)算Om(x_om,y_om,z_om)與直線DOc的垂直交點(diǎn)Ok；Ok在物理機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為Ok(x_ok,y_ok,z_ok)；

建立局部坐標(biāo)系Ok-X_kY_kZ_k,其中Ok為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，Xk軸與直線OmOk平行，且Xk軸的正向與AR注冊(cè)卡坐標(biāo)系的Xm軸的正向當(dāng)前夾角小于90度；Zk軸與直線OkOc平行，且Zk軸正向指向相機(jī)坐標(biāo)系的中心Oc；Ok-XkYk Zk,滿足右手笛卡爾坐標(biāo)系；

在物理機(jī)器人基坐標(biāo)系中，生成物理機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制指令，使AR注冊(cè)卡坐標(biāo)系Om-XmYmZm與局部坐標(biāo)系Ok-XkYk Zk的坐標(biāo)原點(diǎn)趨近重合，對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸方向趨近一致；

向物理機(jī)器人控制器發(fā)送物理機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制指令使物理機(jī)器人帶動(dòng)AR注冊(cè)卡運(yùn)動(dòng)；檢測(cè)能否完成AR注冊(cè)，如可以則退出第一驅(qū)動(dòng)模塊，否則重新選擇一D點(diǎn)，重復(fù)上述步驟。