一种基于新型视觉引导的机器人定位装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于新型视觉引导的机器人定位装置及方法，所述系统装置包括线结构光自扫描装置、机器人模块和上位计算机；所述线结构光自扫描装置包括工业相机、激光器和振镜；所述机器人模块包括机器人本体与机器人控制器。所述系统方法为机器人手眼关系与工具坐标系联合标定的方法，利用该方法，系统最终实现工业机器人对随机位姿目标对象的三维定位，能够应用于机器人抓取、搬运作业任务。

Robot positioning device and method based on new visual guidance

The invention discloses a robot positioning device and method based on a new visual guidance. The system comprises a line structured light self scanning device, a robot module and a upper computer. The line structured light self scanning device includes an industrial camera, a laser and a vibrating mirror, and the robot module includes a robot body and a machine. Human controller. The system method is the method of joint calibration of the robot hand eye relationship and the tool coordinate system. By using this method, the system finally realizes the three-dimensional positioning of the industrial robot to the random position and attitude target object, and can be applied to the robot grasping and handling tasks.

【技术实现步骤摘要】
一种基于新型视觉引导的机器人定位装置及方法
本专利技术涉及一种工业机器人定位系统装置及方法，特别是涉及一种基于新型视觉引导的机器人定位装置及方法。
技术介绍
对机器人多数应用场景而言，需要预先知道目标对象的位姿才能完成相应的作业任务。目前在机器人的工业应用中，大都通过手动示教或离线编程的方式来规划机器人的工作路径，然而这种方法严格限定了目标对象的起始位姿和终止位姿，只能机械地重复提前规划好的路径，且不同的工作对象需要分别示教以得到相应的示教文件，高度结构化的工作环境严重制约了机器人的工作效率、灵活性和智能性，无法满足柔性生产系统的要求。机器人视觉以其快速、稳定、非接触的特点，在工业生产中得到了广泛的应用。通过视觉引导的方式协助机器人完成对目标对象的定位，可有效地提高生产线的工作效率和自动化水平。目前的机器人定位系统多采用以下两种：(1)基于双目立体视觉的机器人定位方法：此方式可以实现目标对象的快速、非接触三维定位，但双目视觉对应点难以匹配，仅能应用于具有显著特征的目标对象；(2)工件固定相机：基于二维视觉的引导系统，只能应用于无定位水平传送场合，无法实现三维视觉引导。申请公布号为CN102794763A的专利技术专利申请公开了一种“基于线结构光视觉传感器引导的焊接机器人系统标定方法”，该系统标定方法通过相机获取圆靶标图像，并利用矩阵转换、Hough变换等方法对图像进行处理计算，最终获得工件在不同位姿下的位移值。该专利技术专利申请实现了机器人基于线结构光视觉传感器的手眼关系矩阵和传感器参数的快速标定，但其需采用多种算法对图像进行处理，且标定算法较为复杂。申请公布号为CN106003036A的专利技术专利申请公开了“一种基于双目视觉引导的物体抓取与放置系统”，该系统使用双目视觉完成目标物体识别与定位的方法，引导机械臂完成对目标物体的抓取与放置动作。该专利技术专利申请可以实现对目标对象的快速、非接触三维定位，但双目视觉对应点难以匹配，仅能应用于具有显著特征的目标对象，并不广泛适用。申请公布号为CN103558850A的专利技术专利申请公开了一种“一种激光视觉引导的焊接机器人全自动运动自标定方法”，该方法涉及相机成像原理、激光结构光测量原理和手眼系统工作原理，实现激光结构光引导的焊接机器人系统的全自动标定。此系统需通过相机在三维空间做两组平移运动来实现相机参数的标定，并判断每次运动是否符合标定要求，操作方法略累赘。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于新型视觉引导的机器人定位装置，该装置采用机器人手眼关系和工具坐标系联合标定的方法，将目标对象的三维位姿从相机坐标系转换至机器人工具坐标系，最终实现工业机器人随机位姿目标对象的三维定位。本专利技术的另一个目的在于提供一种应用上述一种基于新型视觉引导的机器人定位装置实现的方法，提出机器人手眼关系和工具坐标系联合标定的方法，与两者独立标定相比，不存在误差传递问题，提高了机器人的定位精度。再者，系统参数的标定方法简便易行，利用平面棋盘靶标即可完成系统各模块的参数标定，能够满足工业现场需求。本专利技术解决上述技术问题的技术方案为：一种基于新型视觉引导的机器人定位装置及方法，其特征在于，所述系统装置包括线结构光自扫描装置、机器人模块和上位计算机。其中，所述的线结构光自扫描装置由工业相机、激光器和振镜构成，作为系统中的视觉传感器，其借助振镜转动实现激光平面对目标对象的扫描，并通过对相机拍摄到的图像进行处理，获取目标对象在相机坐标系下的三维位姿；所述机器人模块包括机器人本体与机器人控制器；其中，所述机器人控制器用于接收所述上位计算机发来的控制指令，控制所述机器人本体；所述机器人本体用于实现对随机位姿目标对象的指定操作；当获取到目标对象在机器人工具坐标系下的位姿，机器人本体便根据定位结果，其机械臂带动末端执行工具移动至目标位姿，进行相应的操作；所述的上位计算机用于对振镜转角进行精准控制、对采集到的图像进行处理以及发送指令给所述机器人控制器。所述的方法为机器人手眼关系和工具坐标系联合标定，其中：系统方法的实现需要完成三项参数标定工作：线结构光自扫描装置参数标定、相机和机器人手眼关系标定、机器人工具坐标系标定；所述的线结构光自扫描装置参数标定，即建立振镜和相机之间的位姿转换关系；所述的相机和机器人手眼关系标定，即建立线结构光自扫描装置与机器人之间的位姿转换关系；所述的机器人工具坐标系标定，即建立工具与机器人法兰之间的位姿转换关系。本专利技术的一种基于新型视觉引导的机器人定位方法中的线结构光自扫描装置参数标定方法，包括以下步骤：(1)标定相机内参数；(2)标定相机坐标系和线结构光坐标系之间的齐次变换矩阵。本专利技术的一种基于新型视觉引导的机器人定位方法中的相机和机器人手眼关系标定方法，采用手眼关系和工具坐标系联合标定的方式，即将棋盘靶标固定于工具一侧，棋盘靶标将跟随工具运动，相机拍摄各个位姿下的棋盘靶标，同时记录机器人在这些位置时的位姿，利用各种矩阵求解方法，最终标定出靶标相对于机器人末端法兰的齐次变换矩阵。本专利技术的一种基于新型视觉引导的机器人定位方法中的机器人工具坐标系标定方法，根据齐次变换关系，将上述步骤中已标定好的靶标相对于机器人末端法兰的齐次变换矩阵与靶标到工具的齐次变换矩阵联合求解，最终确定工具坐标系到机器人法兰坐标系的齐次变换矩阵。本专利技术与现有技术相比具有以下的有益效果：1、线结构光自扫描装置和工业机器人组成EyetoHand式手眼视觉系统，通过线结构光自扫描获取目标对象在相机坐标系下三维位姿，再根据机器人手眼关系，实现机器人对目标对象的定位，实现了三维视觉引导；2、提出一种机器人手眼关系和工具坐标联合标定的方法，与两者独立标定相比，不存在误差传递问题，一定程度提高了机器人定位精度；3、系统参数标定方法简便易行，利用平面棋盘靶标即可完成系统各模块参数标定，能够满足工业现场标定要求。附图说明图1为本专利技术的一种基于新型视觉引导的机器人定位装置的一个具体实施方式的结构示意图。图2为机器人手眼关系和工具坐标系联合标定方法的流程图。图3为线结构光自扫描装置参数标定示意图。图4为机器人手眼关系与工具坐标系联合标定方案的示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术的一种基于新型视觉引导的机器人定位装置由线结构光自扫描装置、机器人模块与上位计算机构成，其中：参见图1，所述的线结构光自扫描装置包括工业相机1、振镜2、激光器3；其中，所述的工业相机1在其工作范围内拍摄多幅处于不同位姿下的二维棋盘靶标图像；所述的振镜2通过上位计算机7发出的电压信号来精确控制转角；所述的激光器3发出的线结构光平面经振镜2反射投射到目标对象6表面形成激光光条，其中，标定激光器3形成的激光光条后，通过上位计算机7的处理，可获得目标对象6在相机坐标系下的位姿；所述的机器人4根据目标对象6在机器人工具坐标系下的位姿，其机械臂5带动末端执行工具移动至目标位姿，并进行相应的操作。参见图2，所述的机器人手眼关系和工具坐标系联合标定方法的流程，包括以下步骤：S1：线结构光自扫描装置参数标定，即建立振镜和相机之间的位姿转换关系，参见图3的线结构光自扫描装置参数标定示意图，具体方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于新型视觉引导的机器人定位装置，其特征在于，该系统装置包括线结构光自扫描装置、机器人模块和上位计算机，其中，所述的线结构光自扫描装置用于获取目标对象在相机坐标系下的三维位姿；所述的线结构光自扫描装置包括工业相机、振镜和激光器；所述工业相机用于拍摄需进行处理的图像；所述激光器发出线结构光平面经振镜反射投射到被测物体表面并形成激光光条；所述振镜起反射作用，其转动的转角可通过上位计算机发出的电压信号精准控制；所述机器人模块包括机器人本体与机器人控制器；其中，所述机器人控制器用于接收所述上位计算机发来的控制指令，控制所述机器人本体；所述机器人本体用于实现对随机位姿目标对象的指定操作。所述的上位计算机用于对振镜转角进行精准控制、对采集到的图像进行处理以及发送指令给所述机器人控制器。

【技术特征摘要】
1.一种基于新型视觉引导的机器人定位装置，其特征在于，该系统装置包括线结构光自扫描装置、机器人模块和上位计算机，其中，所述的线结构光自扫描装置用于获取目标对象在相机坐标系下的三维位姿；所述的线结构光自扫描装置包括工业相机、振镜和激光器；所述工业相机用于拍摄需进行处理的图像；所述激光器发出线结构光平面经振镜反射投射到被测物体表面并形成激光光条；所述振镜起反射作用，其转动的转角可通过上位计算机发出的电压信号精准控制；所述机器人模块包括机器人本体与机器人控制器；其中，所述机器人控制器用于接收所述上位计算机发来的控制指令，控制所述机器人本体；所述机器人本体用于实现对随机位姿目标对象的指定操作。所述的上位计算机用于对振镜转角进行精准控制、对采集到的图像进行处理以及发送指令给所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟鸿飞，覃争鸣，
申请(专利权)人：广州映博智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44