工业机器人及其利用视觉标定用户坐标系的方法技术

本发明专利技术属于机器人技术领域，具体涉及一种工业机器人及其利用视觉标定用户坐标系的方法。其中工业机器人包括：处理器模块、由处理器模块控制的机械臂和位于机械臂上的相机；其中所述相机适于拍摄标定物，以获取标定物在相机坐标系的位姿；以及所述处理器模块适于根据相机在机器人基础坐标系的位姿进行空间变换，以获取标定物在机器人基础坐标系的位姿。具有速度快、定位精度高、重复性好，尤其适于频繁变换工作平面的应用。

Industrial robot and its method of using vision to demarcate user coordinate system

The invention belongs to the technical field of robot, in particular to an industrial robot and a method for using vision to calibrate a user coordinate system. The industrial robot includes a processor module, a mechanical arm controlled by the processor module and a camera located on the mechanical arm, wherein the camera is suitable for photographing the calibrator to obtain the position and posture of the calibrator in the camera coordinate system, and the processor module is suitable for spatial transformation according to the position and posture of the camera in the robot base coordinate system to obtain the calibrator sitting on the robot base Position and posture of the standard system. It has the advantages of high speed, high positioning accuracy and good repeatability, and is especially suitable for the application of frequently changing work plane.

【技术实现步骤摘要】
工业机器人及其利用视觉标定用户坐标系的方法
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种工业机器人及其利用视觉标定用户坐标系的方法。
技术介绍
工业机器人，尤其机械臂的工作场景超过一半以上与工作平面相关。为了简化机械臂编程，通常会在工作平面上建立用户坐标系。传统的标定方式，要利用示教器或拖动的方式，在工作平面上确定3个以上的位置点，然后计算出工作平面在机械臂坐标系的位置，存在操作比较繁琐、柔性度较差、定位精度低等问题，对于经常变换工作场景的机械臂，其操作更加困难。利用视觉技术，即利用特定标定物确定工作平面（即用户坐标系）在视觉空间内的位置是成熟技术，但视觉技术与工业机器人相结合，将视觉空间内的工作平面转换成机械臂的工作平面，并不容易。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工业机器人及其利用视觉标定用户坐标系的方法，以快速标定用户坐标系。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种工业机器人，包括：处理器模块、由处理器模块控制的机械臂和位于机械臂上的相机；其中所述相机适于拍摄标定物，以获取标定物在相机坐标系的位姿；以及所述处理器模块适于根据相机在机器人基础坐标系的位姿进行空间变换，以获取标定物在机器人基础坐标系的位姿。进一步，进行空间变换的方式包括：标定物在机器人基础坐标系的位姿=相机在机器人基础坐标系的位姿*标定物在相机坐标系的位姿。进一步，所述相机坐标系、基坐标系均为三维空间坐标系，分别包括相应的坐标轴；各位姿均包括：旋转姿态和位移姿态；其中旋转姿态为目标物围绕各坐标轴旋转的角度值组成的旋转矩阵；位移姿态为目标物在各坐标轴上的位移值组成的位移向量。进一步，相机在机器人基础坐标系的位姿适于通过手眼标定法获取。进一步，所述相机适于通过精密连接件安装在机械臂的末端，以获取相机在机器人基础坐标系的位姿。进一步，所述工业机器人还包括AGV位置快速补偿模块，以利用安装在固定位置的另一标定物补偿机械臂运动后再次停止引起的位置偏差；所述AGV位置快速补偿模块包括：AGV小车；以及所述AGV小车上适于安装所述机械臂，以带动相机运动。又一方面，本专利技术还提供了一种利用视觉标定工业机器人用户坐标系的方法，包括：获取标定物在相机坐标系的位姿；确定相机在机器人基础坐标系的位姿；以及进行空间变换，以获取标定物在机器人基础坐标系的位姿，进而获得工业机器人的用户坐标系。进一步，进行空间变换的方式包括：用户坐标系机器人基础坐标系的位姿=相机在机器人基础坐标系的位姿*标定物在相机坐标系的位姿。进一步，所述获取标定物在相机坐标系的位姿包括：选取特征图案的平面标定板为标定物；将平面标定板放置在任一平面上，并在该平面上确定三维空间坐标系；利用相机拍摄平面标定板的图像，并利用平面成像的单应性，获取平面标定板在相机坐标系的位姿；以及去除平面标定板的厚度引起的位移。进一步，所述相机坐标系、基坐标系均为三维空间坐标系，分别包括相应的坐标轴；各位姿均包括：旋转姿态和位移姿态；其中旋转姿态为目标物围绕各坐标轴旋转的角度值组成的旋转矩阵；位移姿态为目标物在各坐标轴上的位移值组成的位移向量。本专利技术的有益效果是，本专利技术的工业机器人及其利用视觉标定用户坐标系的方法，利用视觉识别位于工作平面上的标定物，可以快速计算出标定物在相机坐标系的位姿，进而利用相机在机器人基础坐标系的位姿，最终获取工业机器人的用户坐标系，快速定位三维空间坐标系，便于机械臂工作流程的快速复制，具有速度快、定位精度高、重复性好等优点，尤其适于频繁变换工作平面的机械臂。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的工业机器人的结构示意图；图中：机械臂1，相机2，工作平面3，标定物4。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1图1是本专利技术的工业机器人的结构示意图。如图1所示，本实施例1提供了一种工业机器人，包括：处理器模块、由处理器模块控制的机械臂1和位于机械臂1上的相机2；其中所述相机适于拍摄位于工作平面3上的标定物4，以获取标定物4在相机坐标系的位姿；以及所述处理器模块适于根据相机在机器人基础坐标系的位姿进行空间变换，以获取标定物4在机器人基础坐标系的位姿，即标定物4在机器人基础坐标系中的位置关系，也即工业机器人的用户坐标系。可选的，所述处理器模块例如但不限于采用stm32处理器为核心的工控板。以及所述机器人基础坐标系为机械臂所在坐标系，一般基于位于机械臂的安装位置设定。所述标定物一般放置在工作平面上或工件上，以确定标定物在机器人基础坐标系的位姿。作为进行空间变换的方式的一种可选的实施方式。进行空间变换的方式包括：标定物在机器人基础坐标系的位姿=相机在机器人基础坐标系的位姿*标定物在相机坐标系的位姿。具体的，所述相机坐标系、基坐标系均为三维空间坐标系，分别包括相应的坐标轴；各位姿均包括：旋转姿态和位移姿态；其中旋转姿态为目标物围绕各坐标轴旋转的角度值；位移姿态为目标物在各坐标轴上的位移值。可选的，各位姿可以为旋转姿态与位移姿态组成的4*4矩阵；其中旋转姿态为三维旋转矩阵，可以理解为目标物按照一定的顺序，分别围绕所在坐标系的X轴、Y轴、Z轴旋转对应的角度，例如旋转姿态为（30，60，90），即为物体相对于初始位置，其先绕Z轴旋转90度，然后再绕Y轴旋转60度，最后再绕X轴旋转30度；位移姿态为位移向量，例如，目标物沿所在坐标系的X轴、Y轴、Z轴方向分别移动15、25、30的距离。本实施方式的空间变换方法通过将旋转姿态作为3*3旋转矩阵，位移姿态作为位移向量，引入位姿的4*4矩阵中，获取标定物在相机坐标系的位姿或相机在机器人基础坐标系的位姿，快速定位三维空间坐标系，不会引起量纲的变化，具有计算速度快、定位精度高等优点。在本实施例1中，已知相机的内部参数，可以但不限于通过以下方式获取标定物在相机坐标系的位姿。作为获取标定物在相机坐标系的位姿的一种可选的实施方式。所述获取标定物在相机坐标系的位姿包括：选取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业机器人，其特征在于，包括：/n处理器模块、由处理器模块控制的机械臂和位于机械臂上的相机；其中/n所述相机适于拍摄标定物，以获取标定物在相机坐标系的位姿；以及/n所述处理器模块适于根据相机在机器人基础坐标系的位姿进行空间变换，以获取标定物在机器人基础坐标系的位姿；其中/n进行空间变换的方式包括：/n标定物在机器人基础坐标系的位姿=相机在机器人基础坐标系的位姿*标定物在相机坐标系的位姿。/n

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人，其特征在于，包括：
处理器模块、由处理器模块控制的机械臂和位于机械臂上的相机；其中
所述相机适于拍摄标定物，以获取标定物在相机坐标系的位姿；以及
所述处理器模块适于根据相机在机器人基础坐标系的位姿进行空间变换，以获取标定物在机器人基础坐标系的位姿；其中
进行空间变换的方式包括：
标定物在机器人基础坐标系的位姿=相机在机器人基础坐标系的位姿*标定物在相机坐标系的位姿。


2.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，
所述相机坐标系、机器人基础坐标系均为三维空间坐标系，分别包括相应的坐标轴；
各位姿均包括：旋转姿态和位移姿态；其中
旋转姿态为目标物围绕各坐标轴旋转的角度值组成的旋转矩阵；
位移姿态为目标物在各坐标轴上的位移值组成的位移向量。


3.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，
相机在机器人基础坐标系的位姿适于通过手眼标定法获取。


4.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，
所述相机适于通过精密连接件安装在机械臂的末端，以获取相机在机器人基础坐标系的位姿。


5.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，
所述工业机器人还包括AGV位置快速补偿模块，以利用安装在固定位置的另一标定物补偿机械臂运动后再次停止引起的位置偏差；

【专利技术属性】
技术研发人员：王申，魏洪兴，
申请(专利权)人：遨博江苏机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32