[發(fā)明專利]具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對(duì)準(zhǔn)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210244060.2
• 申請(qǐng)日: 2022-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN114654457A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉南;石世鋒;張麗艷;吳哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/10
• 分類號(hào): B25J9/10;B25J9/16;B25J13/08;B25J19/02
• 代理公司: 南京申云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32274
• 代理人: 邱興天

1.一種具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：首先構(gòu)造具有遠(yuǎn)近視距的兩目視覺配置，并與機(jī)械臂構(gòu)成Eye-in-Hand視覺反饋系統(tǒng)；

步驟2：然后標(biāo)定兩目視覺的內(nèi)外參數(shù)和手眼關(guān)系變換矩陣；

步驟3：通過離線先驗(yàn)局部對(duì)準(zhǔn)方式，建立各工位的任務(wù)表；

步驟4：采用三階段對(duì)準(zhǔn)策略，使得機(jī)械臂能在多個(gè)工位下實(shí)現(xiàn)末端工具與目標(biāo)的精確對(duì)準(zhǔn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于：步驟1中，采用兩臺(tái)視距不同的工業(yè)相機(jī)構(gòu)成兩目視覺系統(tǒng)，全局相機(jī)用于全局觀察定位，局域相機(jī)用于近距離精確對(duì)準(zhǔn)，兩臺(tái)相機(jī)分別工作在不同階段，且又相互配合，保證末端工具與目標(biāo)順利對(duì)準(zhǔn)；利用陣列式編碼元作為合作靶標(biāo)對(duì)不同工位的對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于：步驟2中，首先進(jìn)行離線標(biāo)定，標(biāo)定主要包括兩目視覺系統(tǒng)的內(nèi)外參標(biāo)定和手眼標(biāo)定；全局相機(jī)和局域相機(jī)在多個(gè)視角下同時(shí)采集各自的標(biāo)定板圖像，由多視圖幾何技術(shù)獲得兩臺(tái)相機(jī)的內(nèi)參數(shù)，然后構(gòu)建方程式(1)獲取確定外參數(shù)

式中，i(i＝1，2，...，n)表示第i個(gè)拍攝視角；

代表全局相機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)于局域相機(jī)坐標(biāo)系的位姿關(guān)系，為待求解的兩目視覺系統(tǒng)的外參數(shù)；代表大尺寸標(biāo)定板坐標(biāo)系相對(duì)于小尺寸標(biāo)定板坐標(biāo)系的位姿關(guān)系；指的是在第i個(gè)拍攝視角下局域相機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)于小尺寸標(biāo)定板坐標(biāo)系的位姿關(guān)系；指的是在第i個(gè)拍攝視角下全局相機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)于大尺寸標(biāo)定板坐標(biāo)系的位姿關(guān)系；

然后，進(jìn)行手眼標(biāo)定，獲取機(jī)械臂末端法蘭相對(duì)于局域相機(jī)的位姿關(guān)系。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于：步驟3中，建立各工位的任務(wù)表的步驟如下：

步驟3.1：首先，將各個(gè)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)放置于末端工具上，進(jìn)行預(yù)對(duì)準(zhǔn)，此時(shí)的對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)是獨(dú)立個(gè)體，并未處于相應(yīng)的工位上；

步驟3.2在預(yù)對(duì)準(zhǔn)的情況下，局域相機(jī)采集編碼元圖像，從圖像中解算出編碼值和位姿數(shù)據(jù)編碼值用于標(biāo)識(shí)不同對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，記為期望位姿；

步驟3.3：對(duì)每個(gè)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)都建立各個(gè)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)與編碼值、期望位姿之間的映射關(guān)系，將末端工具與目標(biāo)的對(duì)準(zhǔn)過程轉(zhuǎn)化為兩目視覺系統(tǒng)對(duì)編碼元的識(shí)別與位姿計(jì)算的過程；最終形成一張完整的任務(wù)表。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于：機(jī)械臂視覺測量系統(tǒng)要根據(jù)任務(wù)表執(zhí)行對(duì)準(zhǔn)操作，三階段分別是多工位作業(yè)的起始位姿獲取階段、全局相機(jī)遠(yuǎn)距離初定位階段和近距離局域相機(jī)精確對(duì)準(zhǔn)階段。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于：機(jī)械臂起始位姿的獲取過程為，首先控制機(jī)械臂處于一個(gè)合適的初始位姿，使得全局相機(jī)至少能觀察到一個(gè)編碼元，然后以該編碼元為中心，沿編碼元所在平面進(jìn)行多方向移動(dòng)搜索，機(jī)械臂移動(dòng)過程中，全局相機(jī)對(duì)場景進(jìn)行觀察，若檢測到與任務(wù)表相關(guān)的編碼元，記錄下此時(shí)的機(jī)械臂位姿，作為此項(xiàng)任務(wù)的起始位姿；當(dāng)檢測不到任何編碼元時(shí)，機(jī)械臂停止運(yùn)動(dòng)，全局相機(jī)完成搜索，最終得到所有任務(wù)的起始位姿

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于：進(jìn)行全局相機(jī)的初定位階段的過程為：確定完所有任務(wù)的起始位姿后，機(jī)械臂移動(dòng)到第一項(xiàng)任務(wù)所對(duì)應(yīng)的起始位姿處，全局相機(jī)觀察視場，由對(duì)偶橢圓法獲得編碼元上的8個(gè)橢圓中心像素坐標(biāo)，經(jīng)解碼后得出編碼號(hào)，并將8個(gè)中心坐標(biāo)有序排列，此時(shí)機(jī)械臂處于起始位姿處，全局相機(jī)觀測到視場中存在3個(gè)編碼元，搜索任務(wù)表確定當(dāng)前任務(wù)所對(duì)應(yīng)的編號(hào)，將編號(hào)和解碼結(jié)果進(jìn)行匹配，得到屬于該編碼元的二維像素坐標(biāo)和三維坐標(biāo)，最后根據(jù)PnP計(jì)算編碼元坐標(biāo)系{M}相對(duì)于全局相機(jī)坐標(biāo)系{G}的初始位姿關(guān)系