CN104626142A - 一种用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法，对所述摄像头进行定标并确定特征模板；所述摄像头采集衡器定心盘、待检砝码和机械手末端夹具图像，并在得到的图像中寻找与所述特征模板匹配的特征图形；计算特征图形在像素坐标系下的位置，并转换为固定坐标系下的位置；根据末端夹具和待检砝码的位置生成路径一，所述机械手按该路径一完成夹持待检砝码工作；根据待检砝码和衡器定心盘的位置生成路径二，所述机械手按该路径二将待检砝码移动至衡器定心盘目标点。本发明能够改善定位精度，提高砝码搬运效率，降低人力成本并避免对衡器产生的冲击危害。

Description

一种用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法。
背景技术
质量是七大物理基本量之一，砝码是一种复现质量值的实物量具，被广泛应用于各部门。砝码的计量检定工作是通过衡量仪器对标准砝码和被检砝码进行称量比较来实现的，它直接关系到质量量值传递的准确性和一致性。在现有的砝码检定技术中，砝码装卸通常是采用人工定位、手动搬运来进行的，需要耗费检定人员大量体力劳动，效率低下，而且由于人为的误操作，可能会对衡器设备产生伤害。因此，人工定位和手动搬运砝码无法精确保证检定工作的质量。
发明内容
本发明提供了一种用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法，能够改善定位精度，提高砝码搬运效率，降低人力成本并避免对衡器产生的冲击危害。该双目视觉机器手包括砝码专用夹具以及安装在固定支撑上的2个摄像头。所述方法包括：
一种用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法，包括如下步骤：
步骤S1，对摄像头进行定标并确定特征模板；
步骤S2，所述摄像头采集衡器定心盘、待检砝码和机械手末端夹具的图像，并在得到的图像中寻找与所述特征模板匹配的特征图形；
步骤S3，计算所述特征图形在像素坐标系下的位置，并转换为机械手系统固定坐标系下的位置；
步骤S4，根据机械手末端夹具的位置和待检砝码的位置生成规划路径一，所述机械手按该路径一完成夹持待检砝码工作；
步骤S5，根据待检砝码位置和衡器定心盘的位置生成规划路径二，所述机械手按该路径二将待检砝码移动至衡器定心盘的目标点。
进一步，所述步骤1的具体过程包括：
提供标定板，所述标定板具有与所述衡器定心盘、待检砝码、机械手末端夹具相同的特征图形；
通过装配定位确定所述标定板及其上的特征图形在所述机械手的坐标系统中的位置；
所述摄像头采集标定板的图像，制作所述特征模板；
根据所述标定板上的特征图形在所述机械手的坐标系统中的位置以及在各摄像头的坐标系统中的位置，确定所述摄像头的坐标系统与所述机械手的坐标系统的映射关系。
进一步，所述步骤2中，所述衡器定心盘图像、待检砝码图像和机械手末端夹具图像均为二维图像；所述特征图形定位点位于所述衡器定心盘的圆心点、待检砝码提钮上表面的圆心点和机械手末端夹具对称中心点。
进一步，所述步骤4的具体过程为：
所述测量机械手末端夹具在机械手的坐标系统内的位置(X1，Y1，Z1)，测量待检砝码在机械手的坐标系统内的位置(X2，Y2，Z2)，将机械手末端夹具的位置和待检砝码的位置作为目标点加以记录，完成目标点的测量；
根据各个目标点的位置数据，按照预定的算法生成规划路径，该预定算法可以是本领域各种适当类型的算法；
根据生成的规划路径一计算出机械手的每个转轴的运动补偿数据，并以此将机械手准确的移动至待检砝码的工位，进行夹持工作。
进一步，所述步骤5的具体过程为：
所述衡器定心盘在机械手的坐标系统内的位置(X3，Y3，Z3)，测量待检砝码在机械手的坐标系统内的位置(X4，Y4，Z4)，将衡器定心盘的位置和待检砝码的位置作为目标点加以记录，完成目标点的测量；
根据各个目标点的位置数据，按照预定的算法生成规划路径，该预定算法可以是本领域各种适当类型的算法；
根据生成的规划路径二计算出机械手的每个转轴的运动补偿数据，并以此将待检砝码准确的移动至衡器定心盘的中心点位置，开始检定工作。
进一步，所述步骤4-5中，路径一的目标点包括待检砝码工位坐标和机械手末端夹具的中心坐标，所述路径二的目标点包括衡器定心盘坐标和待检砝码工位坐标。
进一步，还包括根据砝码3的实际移动效果，对各个目标点的位置进行微调补偿。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例的用于砝码检定的自动定位和移动方法中，采用2个摄像头采集衡器定心盘图像、待检砝码图像、机械手末端夹具图像，并寻找图像上的特征图形，以此来对衡器定心盘、待检砝码、机械手末端夹具进行定位，从而控制机械手精确地对砝码进行移动和夹持，有利于提高检定效率，降低检定人员劳动成本，避免由人为误操作而引起的对衡器设备的冲击危害。
附图说明
图1是本发明实施例的用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的双目视觉机器人的结构示意图。
图中，1-衡器外罩；2-衡器定心盘；3-砝码；4-机械手；5-夹具；6-摄像头；7-摄像头。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
参考图1，本实施例的用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法包括以下步骤：
步骤S1，对所述摄像头进行定标并确定特征模板；
步骤S2，所述摄像头采集衡器定心盘、待检砝码和机械手末端夹具图像，并在得到的图像中寻找与所述特征模板匹配的特征图形；
步骤S3，计算特征图形在像素坐标系下的位置，并转换为机械手系统固定坐标系下的位置；
步骤S4，根据机械手末端夹具的位置和待检砝码的位置生成规划路径1，所述机械手按该路径1完成夹持待检砝码工作；
步骤S5，根据待检砝码位置和衡器定心盘的位置生成规划路径2，所述机械手按该路径2将待检砝码移动至衡器定心盘目标点。
参考图1，图2所示出了本实施例的双目视觉机器人，该机器人包括：衡器外罩1；衡器定心盘2、砝码3；机械手4；安装在机械手上的夹具5；安装在固定支撑8上的摄像头6和摄像头7。
机械手4可以是各种适当类型的机械手，作为一个非限制性的例子，本实施例中采用的是直角坐标型机械手，具有三个相互垂直的长度调节的轨道机构。夹具5可以是各种适当类型的夹具，作为一个非限制性的例子，本实施例的夹具5为两支回转型夹持器，用以夹持砝码。摄像头6和摄像头7可以是各种适当类型的摄像头，本实施例中优选高像素工业相机。
下面结合图1和图2对本实施例的用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法进行详细说明。
首先执行步骤S1，对摄像头6和摄像头7进行定标并确定特征模板。
具体而言，首先提供标定板，该标定板具有与衡器定心盘2、待检砝码3、机械手末端夹具5相同的特征图形，也即标定板的尺寸与衡器定心盘2、待检砝码3、机械手末端夹具5相同，其上具有的特征图形的形状、位置等也和衡器定心盘、待检砝码、机械手末端夹具相同。
之后，通过装配定位等方式得到标定板在机械手4的坐标系统(X，Y，Z)中的位置，并计算确定标定板上的3个特征图形在机械手4的坐标系统中的位置。
接下来，驱动摄像头6和摄像头7采集标定板的图像，并根据采集到的标定板的图像制作特征模板，该特征模板中包含有特征图形的位置、图案等相关信息。
之后，根据标定板上的特征图形在机械手4的坐标系统中的位置以及对应的特征图形在摄像头6和摄像头7的坐标系统中的位置，确定摄像头6和摄像头7的坐标系统与机械手4的坐标系统之间的映射关系。另外，还可以将摄像头6和摄像头7在机械手4的坐标系统中的位置记录下来，完成对相机的定标。
执行步骤S2，所述摄像头采集衡器定心盘2、待检砝码3和机械手末端夹具5图像，并在得到的图像中寻找与所述特征模板匹配的特征图形；进一步而言，通过摄像头6采集衡器定心盘2、待检砝码3、机械手末端夹具5的图像，该图像为XOY平面上的二维图像；通过摄像头7采集衡器定心盘2、待检砝码3、机械手末端夹具5的图像，该图像为YOZ平面上的二维图像。之后，通过先前得到的特征模板在采集到的2张图像上寻找特征图形。特征图形定位点位于所述衡器定心盘2的圆心点、待检砝码3提钮上表面的圆心点和机械手末端夹具5对称中心点。
执行步骤S3，计算特征图形在像素坐标系下的位置，并转换为机械手系统固定坐标系下的位置；进一步而言，计算衡器定心盘、待检砝码和机械手末端夹具上的三个特征图形分别在摄像头6和摄像头7的坐标系统中的位置，根据先前得到的摄像头6和摄像头7的坐标系统与机械手4的坐标系统的映射关系进行坐标变换，将衡器定心盘、待检砝码和机械手末端夹具上的三个特征图形的位置从摄像头6和摄像头7的坐标系统内的坐标转换为机械手4的坐标系统内的坐标。
执行步骤S4，根据机械手末端夹具5的位置和待检砝码3的位置生成规划路径一，所述机械手按该路径一完成夹持待检砝码工作；进一步而言，本步骤中的目标点包括机械手末端夹具的位置和待检砝码的中心坐标。首先测量机械手末端夹具在机械手4的坐标系统内的位置(X1，Y1，Z1)，测量待检砝码在机械手4的坐标系统内的位置(X2，Y2，Z2)，将机械手末端夹具的位置和待检砝码的位置作为目标点加以记录，完成目标点的测量；之后，根据各个目标点的位置数据，按照预定的算法生成规划路径，该预定算法可以是本领域各种适当类型的算法；根据生成的规划路径一计算出机械手4的每个转轴的运动补偿数据，并以此将机械手4准确的移动至待检砝码3的工位，进行夹持工作。
执行步骤S5，根据待检砝码位置和衡器定心盘的位置生成规划路径二，所述机械手按该路径二将待检砝码移动至衡器定心盘目标点；进一步而言，本步骤中的目标点包括衡器定心盘的位置和待检砝码的位置。首先衡器定心盘2在机械手4的坐标系统内的位置(X3，Y3，Z3)，测量待检砝码3在机械手4的坐标系统内的位置(X4，Y4，Z4)，将衡器定心盘2的位置和待检砝码3的位置作为目标点加以记录，完成目标点的测量；之后，根据各个目标点的位置数据，按照预定的算法生成规划路径，该预定算法可以是本领域各种适当类型的算法；根据生成的规划路径二计算出机械手4的每个转轴的运动补偿数据，并以此将待检砝码3准确的移动至衡器定心盘2的中心点位置，开始检定工作。
在完成砝码装卸的动作后，可以记录定位、移动过程中的信息数据(例如砝码的品种及数量等)并保存下来。之后，机械手4复位，等待下一次砝码装卸任务。
另外，还可以根据砝码3的实际移动效果，对各个目标点(衡器定心盘2的中心、待检砝码3提钮上表面中心和机械手末端夹具5的中心)的位置进行微调补偿，以不断提高定位精度。
综上，采用本实施例的用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法有利于提高检定效率，降低检定人员劳动成本，避免由人为误操作而引起的对衡器设备的冲击危害。
上面已经结合具体实施步骤说明了本发明，然而对于本领域的技术人员来说，可以在不背离本发明的精神和范围的前提下，对本发明做出不同的改进和变型。因而落入本发明的权利要求范围内的各种改进和变型，都应属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，对摄像头进行定标并确定特征模板；
步骤S2，所述摄像头采集衡器定心盘(2)、待检砝码(3)和机械手末端夹具(5)的图像，并在得到的图像中寻找与所述特征模板匹配的特征图形；
步骤S3，计算所述特征图形在像素坐标系下的位置，并转换为机械手(4)系统固定坐标系下的位置；
步骤S4，根据机械手末端夹具(5)的位置和待检砝码(3)的位置生成规划路径一，所述机械手(4)按该路径一完成夹持待检砝码(3)工作；
步骤S5，根据待检砝码(3)位置和衡器定心盘(2)的位置生成规划路径二，所述机械手(4)按该路径二将待检砝码(3)移动至衡器定心盘(2)的目标点。
2.根据权利要求1所述的用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程包括：
提供标定板，所述标定板具有与所述衡器定心盘(2)、待检砝码(3)、机械手末端夹具(5)相同的特征图形；
通过装配定位确定所述标定板及其上的特征图形在所述机械手(4)的坐标系统中的位置；
所述摄像头采集标定板的图像，制作所述特征模板；
根据所述标定板上的特征图形在所述机械手(4)的坐标系统中的位置以及在各摄像头的坐标系统中的位置，确定所述摄像头的坐标系统与所述机械手(4)的坐标系统的映射关系。
3.根据权利要求1所述的用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法，其特征在于，所述步骤2中，所述衡器定心盘(2)图像、待检砝码(3)图像和机械手末端夹具(5)图像均为二维图像；所述特征图形定位点位于所述衡器定心盘(2)的圆心点、待检砝码(3)提钮上表面的圆心点和机械手末端夹具(5)对称中心点。
4.根据权利要求1所述的用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为：
所述测量机械手末端夹具(5)在机械手(4)的坐标系统内的位置(X1，Y1，Z1)，测量待检砝码(3)在机械手(4)的坐标系统内的位置(X2，Y2，Z2)，将机械手末端夹具(5)的位置和待检砝码(3)的位置作为目标点加以记录，完成目标点的测量；
根据各个目标点的位置数据，按照预定的算法生成规划路径，该预定算法可以是本领域各种适当类型的算法；
根据生成的规划路径一计算出机械手(4)的每个转轴的运动补偿数据，并以此将机械手(4)准确的移动至待检砝码(3)的工位，进行夹持工作。
5.根据权利要求1所述的用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法，其特征在于，所述步骤5的具体过程为：
所述衡器定心盘(2)在机械手(4)的坐标系统内的位置(X3，Y3，Z3)，测量待检砝码(3)在机械手(4)的坐标系统内的位置(X4，Y4，Z4)，将衡器定心盘(2)的位置和待检砝码(3)的位置作为目标点加以记录，完成目标点的测量；
根据各个目标点的位置数据，按照预定的算法生成规划路径，该预定算法可以是本领域各种适当类型的算法；
根据生成的规划路径二计算出机械手(4)的每个转轴的运动补偿数据，并以此将待检砝码(3)准确的移动至衡器定心盘(2)的中心点位置，开始检定工作。
6.根据权利要求1所述的用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法，其特征在于，所述步骤4-5中，路径一的目标点包括待检砝码工位坐标和机械手末端夹具的中心坐标，所述路径二的目标点包括衡器定心盘坐标和待检砝码工位坐标。
7.根据权利要求1所述的用于砝码检定的双目视觉机械手自动定位和移动方法，其特征在于，还包括根据砝码(3)的实际移动效果，对各个目标点的位置进行微调补偿。
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