[發明專利]一種基于標識卡運動的機器人增強現實示教的注冊系統及方法

有效

• 申請號: 202010211008.8
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111300384B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 潘勇;陳成軍;丁旭彤;李東年;洪軍
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16;B25J19/02;G06V20/20
• 代理公司: 福州科揚專利事務所(普通合伙) 35001
• 代理人: 魏珊珊

本發明涉及一種基于標識卡運動的機器人增強現實示教的注冊系統，包括物理機器人單元、注冊單元、虛擬機器人生成單元以及計算機；所述物理機器人單元包括物理機器人和物理機器人控制器；所述物理機器人自設置有物理機器人基坐標系；所述物理機器人控制器分別與所述物理機器人和計算機連接；所述注冊單元包括AR注冊卡、相機和轉換計算單元；所述AR注冊卡自設置有AR注冊卡坐標系且安裝在物理機器人上與所述計算機通信連接，所述AR注冊卡包含至少四個不共線的便于識別的特征點；所述相機對準所述物理機器人的工作區域拍攝；所述轉換計算單元設置于所述計算機中；所述虛擬機器人生成單元設置于所述計算機中，用于生成虛擬機器人模型。

技術領域

本發明涉及一種基于標識卡運動的機器人增強現實示教的注冊系統和方法，屬于機器人、智能制造和增強現實領域。

背景技術

在傳統的基于標識卡的增強現實注冊算法中，當相機與標識卡之間有障礙物時，攝像機無法拍攝到標識卡完整的圖像，因此將無法實現增強現實注冊。特別是當攝像機移動時，用戶期望獲得一個穩定的增強現實注冊，如在基于增強現實技術的機器人示教中，用戶希望移動攝像機，從不同角度觀察示教路徑，觀察機器人的示教情況。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于標識卡運動的機器人增強現實示教的注冊系統和方法，通過機器人驅動標識卡運動，實現穩定的增強現實注冊，將機器人的虛擬模型穩定地疊加在真實場景中。

本發明所采用的技術方案如下：

技術方案一：

一種基于標識卡運動的機器人增強現實示教的注冊系統，包括物理機器人單元、注冊單元、虛擬機器人生成單元以及計算機；

所述物理機器人單元包括物理機器人和物理機器人控制器；所述物理機器人自設置有物理機器人基坐標系；所述物理機器人控制器分別與所述物理機器人和計算機連接，所述物理機器人控制器用于控制物理機器人運動，并獲取物理機器人的運動軌跡；

所述注冊單元包括AR注冊卡、相機和轉換計算單元；所述AR注冊卡自設置有AR注冊卡坐標系，且安裝在物理機器人末端執行機構上，所述AR注冊卡包含至少四個不共線的便于識別的特征點；所述相機安裝在物理機器人以外的物理環境中移動，并對準所述物理機器人的工作區域拍攝；所述相機自設置有相機坐標系且與所述計算機通信連接，所述轉換計算單元設置于所述計算機中，利用AR注冊卡上各特征點，計算相機坐標系與物理機器人基坐標系之間的轉換關系；

所述虛擬機器人生成單元設置于所述計算機中，用于生成虛擬機器人模型。

進一步的，所述計算機具體用于：所述計算機控制所述相機獲取物理機器人工作區域的圖像，通過計算機視覺算法識別圖像中AR注冊卡的各特征點并計算AR注冊卡上各特征點在圖像中的像素坐標，同時，所述計算機讀取AR注冊卡上各特征點在物理機器人基坐標系下的坐標，計算相機在機器人坐標系中位置和方向。

進一步的，所述轉換計算單元具體用于：從物理機器人控制器中讀取物理機器人各關節的旋轉角度，計算所述AR注冊卡坐標系在物理機器人基坐標系下的位置和方向，并計算由AR注冊卡坐標系到物理機器人基坐標系的轉換矩陣R1，根據轉換矩陣R1計算AR注冊卡上各特征點在物理機器人基坐標系下的三維坐標；并利用相機的成像模型及相機的內參矩陣，根據所述AR注冊卡上各特征點在圖像中的像素坐標以及各特征點在物理機器人基坐標系下的三維坐標，利用ARtoolkit提供的注冊方法求解相機坐標系與物理機器人基坐標系間的轉換關系。

進一步的，當相機的移動后，AR注冊卡不在成像范圍內，無法完成AR注冊時，還包括一驅動物理機器人帶動所述AR注冊卡跟隨所述相機運動的第一驅動模塊，具體通過以下步驟實現：