CN105066984A - 一种视觉定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视觉定位方法及系统。该方法包括如下步骤：S1、将机械手X轴与Y轴的交叉点作为第一原点O，将机械手的X轴及Y轴分别作为X轴及Y轴，依照第一比例尺构建机械手坐标系(OXY)，以及将工业相机的固定位置作为第二原点O′，依照第二比例尺构建工业相机坐标系(O′X′Y′)；S2、控制工业相机对到达来件感应区的工件进行拍照，生成拍摄图像；S3、基于拍摄图像计算工件与工业相机的实际距离，根据该实际距离计算工件映射到工业相机坐标系中的坐标(X1′，Y1′)；S4、计算工业相机坐标系中工件的坐标(X1′，Y1′)对应于机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)，根据机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)对工件进行定位。

Description

一种视觉定位方法及系统

技术领域

本发明涉及定位技术领域，更具体地说，涉及一种视觉定位方法及系统。

背景技术

近年来，随着人工成本的大幅提升，企业面临的成本控制压力越来越大，为减轻劳力成本压力，部分劳动密集型企业投入巨资引进机器人视觉定位系统，以代替传统人工进行简单重复的劳动，部分实现了流水线作业的自动化。

然而，受到资金及技术限制，该种机器人视觉定位系统还存在着定位精度差，智能化程度偏低，无法完全替代传统劳工的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种定位精度较高，且智能化程度较高的视觉定位方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种视觉定位方法，所述方法包括如下步骤：

S1、将机械手X轴及Y轴的交叉点作为第一原点O，依照第一比例尺构建用于衡量机械手与其周围物体距离远近的机械手坐标系(OXY)；

将工业相机的固定位置作为第二原点O′，依照第二比例尺构建用于衡量工业相机与其周围物体距离远近的工业相机坐标系(O′X′Y′)，所述工业相机固定在机械手上；

S2、控制工业相机对到达来件感应区的工件进行拍照，生成拍摄图像；

S3、基于拍摄图像计算工件与工业相机的实际距离，并根据工件与工业相机的实际距离计算工件映射到工业相机坐标系中的平面位置(X1′，Y1′)；

S4、通过内置的工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式，计算工业相机坐标系中工件的平面位置(X1′，Y1′)对应于机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)，并使机械手根据机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)定位工件位置，抓取工件并将工件放入进料区。

在本发明上述视觉定位方法中，所述方法在所述步骤S1之前还包括如下步骤：

S0、将工业相机及闪光灯安装及固定于机械手Z轴上相应位置。

在本发明上述视觉定位方法中，所述步骤S2还包括：

通过检测装置检测及判断传送带上的工件是否到达来件感应区，如是，则生成拍照触发信号，并将拍照触发信号发送到工件抓取控制中心。

在本发明上述视觉定位方法中，所述步骤S4中所述工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式如下所示：

x＝A(X′cosθ+Y′sinθ)+M

y＝A(X′sinθ-Y′cosθ)+N；其中

x表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的X轴的值；

y表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的Y轴的值；

A为第一比例尺与第二比例尺的比值；

θ表示工业相机坐标系的x′轴与机械手坐标系的x轴的夹角；

M表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的x轴的距离；

N表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的y轴的距离。

在本发明上述视觉定位方法中，所述方法在所述步骤S3之后还包括如下步骤：

S4、机械手将工件放入进料区后，返回初始位置，生成用于表示完成工件抓取任务的反馈信号，将该反馈信号发回工件抓取控制中心。

本发明还构造一种视觉定位系统，所述视觉定位系统包括：

机械手及安装并固定于机械手Z轴上相应位置的工业相机及闪光灯；

机械手坐标系构建模块，用于将机械手的X轴及Y轴的交叉点作为第一原点O，将机械手的X轴及Y轴分别作为X轴及Y轴，依照第一比例尺构建用于衡量机械手与其周围物体距离远近的机械手坐标系(OXY)；

工业相机坐标系构建模块，用于将工业相机的固定点作为第二原点O′，依照第二比例尺构建用于衡量工业相机与其周围物体距离远近的工业相机坐标系(O′X′Y′)；

工件抓取控制中心，用于控制工业相机对到达来件感应区的工件进行拍照，生成拍摄图像，根据拍摄图像计算工件与工业相机的实际距离，根据工件与工业相机的实际距离计算工件映射到工业相机坐标系中的坐标(X1′，Y1′)，以及根据工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式计算机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)；

所述工件抓取控制中心，还用于将机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)输入机械手，进而控制机械手根据机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)定位工件位置，抓取工件并将工件放入进料区。

在本发明上述视觉定位系统中，所述视觉定位系统还包括：

与所述工件抓取控制中心建立通信的检测装置，用于检测及判断传送带上的工件到达来件感应区时，生成拍照触发信号，并将拍照触发信号发送到所述工件抓取控制中心。

在本发明上述视觉定位系统中，所述工件抓取控制中心包括：

通信模块，用于接收所述检测模块的拍照触发信号，以及接收工业相机的拍摄图像；

坐标计算模块，用于基于拍摄图像计算工件距离工业相机的实际距离，根据该实际距离计算工件映射到工业相机坐标系中的坐标(X1′，Y1′)；

坐标转换模块，用于通过内置的工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式计算工业相机坐标系中工件的坐标(X1′，Y1′)对应于机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)；

所述工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式如下所示：

x＝A(X′cosθ+Y′sinθ)+M

y＝A(X′sinθ-Y′cosθ)+N；其中

x表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的X轴的值；

y表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的Y轴的值；

A为第一比例尺与第二比例尺的比值；

θ表示工业相机坐标系的x′轴与机械手坐标系的x轴的夹角；

M表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的x轴的距离；

N表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的y轴的距离。

实施本发明视觉定位方法及系统，可达到以下有益效果：

一、本发明采用了预先构建机械手坐标系及工业相机坐标系，工件抓取控制中心通过工业相机对到达来料感应区的工件进行拍摄，根据拍摄图像计算工件与工业相机的实际距离，根据该实际距离计算工件映射到工业相机坐标系中的坐标值，通过内置的工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式将工业相机坐标系中工件的坐标值转换为机械手坐标系中工件的坐标值，根据机械手坐标系中工件的坐标值对工件进行精准定位的视觉定位方案，本发明视觉定位方案可实现流水线上工件的精准定位，便于引导机械手抓取工件，将工件放入来料区，故可应用于各种劳动密集型产业，以大规模替代传统劳工执行工作流水线上的各种复杂工作，可极大提高工业流水线作业效率。

二、在本发明视觉定位方法及系统中，当工件尚未到达来料感应区时，工业相机处于待机状态，工件抓取控制中心可借助检测模块判断工件是否到达来料感应区，在工件到达来料区时，唤醒工业相机，控制工业相机启动拍照，因而延长了工业相机使用寿命，避免了工业相机及闪光灯长时间工作造成的设备损耗及损坏，减少了设备能耗。

附图说明

图1为本发明一个较佳实施例提供的视觉定位方法的流程图；

图2为图1所示的视觉定位方法中包含的工业相机拍照控制方案的方法流程图；

图3为本发明第二个较佳实施例提供的视觉定位系统的结构框图；

图4为图3所示的视觉定位系统包含的工件抓取控制中心的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例，对本发明作进一步说明：

本发明揭示了一种视觉定位方法，如图1所示，本发明视觉定位方法包括如下步骤：

首先步骤S100中，将机械手200的X轴及Y轴的交叉点作为第一原点O，将机械手200的X轴及Y轴分别作为X轴及Y轴，依照第一比例尺构建用于衡量机械手200与其周围物体距离远近的机械手坐标系(OXY)，以及将工业相机300的固定位置作为第二原点O′，依照第二比例尺构建用于衡量工业相机300与其周围物体距离远近的工业相机坐标系(O′X′Y′)；

随后步骤S200中，工件抓取控制中心100通过检测模块检测到工件到达来料感应区时，控制固定在机械手200Z轴上的闪光灯400启动工作，同时控制固定在机械手200Z轴上的工业相机300对准工件进行拍照，生成拍摄图像。

随后步骤S300中，工件抓取控制中心100根据拍摄图像计算工件与工业相机300的实际距离，根据工件与工业相机300的实际距离计算工件映射到工业相机坐标系中的坐标(X1′，Y1′)。

随后步骤S400中，工件抓取控制中心100根据内置的工业相机坐标系-机械手坐标系转换公式计算工业相机坐标系中工件的坐标(X1′，Y1′)对应于机械手坐标系中目标物件的坐标(x1，y1)，指令机械手200根据机械手坐标系中目标物件的坐标(x1，y1)锁定目标物件的位置，抓取目标物件并将目标物件放入进料区。

该工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式如下所示：

x＝A(X′cosθ+Y′sinθ)+M

y＝A(X′sinθ-Y′cosθ)+N；其中

x表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的X轴的值；

y表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的Y轴的值；

A为第一比例尺与第二比例尺的比值；

θ表示工业相机坐标系的x′轴与机械手坐标系的x轴的夹角；

M表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的x轴的距离；

N表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的y轴的距离。

因此，本发明视觉定位方法可实现流水线上工件的精确定位，引导机械手200抓取工件，将工件放入来料区，极大地提高了流水线作业效率。

图2示出了本发明步骤S200(工业相机拍照控制方案)的一个具体实施例的方法流程图。如图2所示，该步骤S200进一步包括：

首先步骤S201中，工件随传送带朝来料感应区方向移动。

随后步骤S202中，通过检测模块检测工件是否到达来料感应区。如是，则执行步骤S203，否则，返回步骤S201。

随后步骤S203中，检测模块检测到工件到达来料感应区，生成拍照触发信号，并将拍照触发信号发送到工件抓取控制中心100。

随后步骤S204中，工件抓取控制中心100接收到拍照触发信号，生成拍照指令及闪光灯400开启指令，将拍照指令及闪光灯400开启指令分别发送到工业相机300及闪光灯400，控制闪光灯400启动工作，同时控制工业相机300对来料感应区的工件进行拍照。

在本发明中，工件尚未到达来料感应区时，工业相机300处于待机状态，工件抓取控制中心100借助检测模块判断工件是否到达来料感应区，进而对工业相机300及闪光灯400工作进行相应控制，可延长工业相机300使用寿命，避免工业相机300及闪光灯400长时间工作造成的设备损耗及损坏。

进一步地，本发明在步骤S400之后还包括：

步骤S500、机械手200将工件放入进料区后，返回初始位置，生成用于表示工件抓取任务执行结束的反馈信号，并将该反馈信号发送至工件抓取控制中心100。

基于图1至图2所示的视觉定位方法，本发明还提出了一种视觉定位系统，如图3所示，该视觉定位系统包括：

机械手200及安装并固定于机械手200Z轴上相应位置的工业相机300及闪光灯400；

机械手坐标系构建模块，用于将机械手200的X轴及Y轴的交叉点作为第一原点O，将机械手200的X轴及Y轴分别作为X轴及Y轴，依照第一比例尺构建用于衡量机械手200与其周围物体距离远近的机械手坐标系(OXY)；

工业相机坐标系构建模块，用于将工业相机300的固定点作为第二原点O′，依照第二比例尺构建用于衡量工业相机300与其周围物体距离远近的工业相机坐标系(O′X′Y′)；

检测装置500，用于检测到传送带上的工件到达来件感应区时，生成拍照触发信号，将拍照触发信号发送到工件抓取控制中心100；

工件抓取控制中心100，用于控制工业相机300对到达来件感应区的工件进行拍照，生成拍摄图像，根据拍摄图像计算工件与工业相机300的实际距离，根据工件与工业相机300的实际距离计算工件映射到工业相机300坐标中的坐标(X1′，Y1′)，以及根据工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式计算机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)；

该工件抓取控制中心100，还用于将机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)输入机械手200，进而控制机械手200根据机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)锁定工件的位置，抓取工件并将工件放入进料区。

在本发明中，该工件抓取控制中心100可以是一台计算机。

图4示出了图3中工件抓取控制中心100的一个具体实施例的结构框图。

如图4所示，该工件抓取控制中心100包括：

通信模块101，用于接收来自检测模块的拍照触发信号，接收工业相机300的拍摄图像数据，以及接收机械手200的反馈信号；

坐标计算模块102，用于基于拍摄图像计算工件与工业相机300的实际距离，根据该实际距离计算工件映射到工业相机坐标系中的坐标(X1′，Y1′)；

坐标转换模块103，用于通过工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式计算工业相机坐标系中工件的坐标(X1′，Y1′)对应于机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)；

在本发明中，工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式如下所示：

x＝A(X′cosθ+Y′sinθ)+M

y＝A(X′sinθ-Y′cosθ)+N；其中

x表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的X轴的值；

y表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的Y轴的值；

A为第一比例尺与第二比例尺的比值；

θ表示工业相机坐标系的x′轴与机械手坐标系的x轴的夹角；

M表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的x轴的距离；

N表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的y轴的距离。

综上所述，本发明视觉定位方法及系统的优点可体现如下：

一、本发明采用了预先构建机械手坐标系及工业相机坐标系，工件抓取控制中心100通过工业相机300对到达来料感应区的工件进行拍摄，根据拍摄图像计算工件与工业相机300的实际距离，根据该实际距离计算工件映射到工业相机坐标系中的坐标值，通过内置的工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式将工业相机坐标系中工件的坐标值转换为机械手坐标系中工件的坐标值，根据机械手坐标系中工件的坐标值对工件进行精准定位的视觉定位方案。该视觉定位方案可实现流水线上工件的精准定位，便于引导机械手200抓取工件，将工件放入来料区。故而，本发明视觉定位方法及系统可应用于各种劳动密集型产业，以大规模替代传统劳工执行工作流水线上各种复杂工作，可极大地提高工业流水线作业效率。

二、在本发明视觉定位方法及系统中，当工件尚未到达来料感应区时，工业相机300处于待机状态，工件抓取控制中心100可借助检测模块判断工件是否到达来料感应区，在工件到达来料区时，唤醒工业相机300，控制工业相机300启动拍照，因而延长了工业相机300使用寿命，避免了工业相机300及闪光灯400长时间工作造成的设备损耗及损坏，减少了设备能耗。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种视觉定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、将机械手X轴及Y轴的交叉点作为第一原点O，依照第一比例尺构建用于衡量机械手与其周围物体距离远近的机械手坐标系(OXY)；

将工业相机的固定位置作为第二原点O′，依照第二比例尺构建用于衡量工业相机与其周围物体距离远近的工业相机坐标系(O′X′Y′)，所述工业相机固定在机械手上；

S2、控制工业相机对到达来件感应区的工件进行拍照，生成拍摄图像；

S3、基于拍摄图像计算工件与工业相机的实际距离，并根据工件与工业相机的实际距离计算工件映射到工业相机坐标系中的平面位置(X1′，Y1′)；

S4、通过内置的工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式，计算工业相机坐标系中工件的平面位置(X1′，Y1′)对应于机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)，并使机械手根据机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)定位工件位置，抓取工件并将工件放入进料区。

2.根据权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，所述方法在所述步骤S1之前还包括如下步骤：

S0、将工业相机及闪光灯安装及固定于机械手Z轴上相应位置。

3.根据权利要求2所述的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：

通过检测装置检测及判断传送带上的工件是否到达来件感应区，如是，则生成拍照触发信号，并将拍照触发信号发送到工件抓取控制中心。

4.根据权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S4中所述工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式如下所示：

x＝A(X′cosθ+Y′sinθ)+M

y＝A(X′sinθ-Y′cosθ)+N；其中

x表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的X轴的值；

y表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的Y轴的值；

A为第一比例尺与第二比例尺的比值；

θ表示工业相机坐标系的x′轴与机械手坐标系的x轴的夹角；

M表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的x轴的距离；

N表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的y轴的距离。

5.根据权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，所述方法在所述步骤S3之后还包括如下步骤：

S4、机械手将工件放入进料区后，返回初始位置，生成用于表示完成工件抓取任务的反馈信号，将该反馈信号发回工件抓取控制中心。

6.一种视觉定位系统，其特征在于，所述视觉定位系统包括：

机械手及安装并固定于机械手Z轴上相应位置的工业相机及闪光灯；

机械手坐标系构建模块，用于将机械手的X轴及Y轴的交叉点作为第一原点O，将机械手的X轴及Y轴分别作为X轴及Y轴，依照第一比例尺构建用于衡量机械手与其周围物体距离远近的机械手坐标系(OXY)；

工业相机坐标系构建模块，用于将工业相机的固定点作为第二原点O′，依照第二比例尺构建用于衡量工业相机与其周围物体距离远近的工业相机坐标系(O′X′Y′)；

工件抓取控制中心，用于控制工业相机对到达来件感应区的工件进行拍照，生成拍摄图像，根据拍摄图像计算工件与工业相机的实际距离，根据工件与工业相机的实际距离计算工件映射到工业相机坐标系中的平面位置(X1′，Y1′)，以及根据工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式计算机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)；

所述工件抓取控制中心，还用于将机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)输入机械手，进而控制机械手根据机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)定位工件位置，抓取工件并将工件放入进料区。

7.根据权利要求6所述的视觉定位系统，其特征在于，所述视觉定位系统还包括：

与所述工件抓取控制中心建立通信的检测装置，用于检测及判断传送带上的工件到达来件感应区时，生成拍照触发信号，并将拍照触发信号发送到所述工件抓取控制中心。

8.根据权利要求7所述的视觉定位系统，其特征在于，所述工件抓取控制中心包括：

通信模块，用于接收所述检测模块的拍照触发信号，以及接收工业相机的拍摄图像；

坐标计算模块，用于基于拍摄图像计算工件距离工业相机的实际距离，根据该实际距离计算工件映射到工业相机坐标系中的坐标(X1′，Y1′)；

坐标转换模块，用于通过内置的工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式计算工业相机坐标系中工件的坐标(X1′，Y1′)对应于机械手坐标系中工件的坐标(x1，y1)；

所述工业相机坐标系-机械手坐标系坐标转换公式如下所示：

x＝A(X′cosθ+Y′sinθ)+M

y＝A(X′sinθ-Y′cosθ)+N；其中

x表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的X轴的值；

y表示工业相机坐标系中工件的坐标对应于工业相机坐标系的Y轴的值；

A为第一比例尺与第二比例尺的比值；

θ表示工业相机坐标系的x′轴与机械手坐标系的x轴的夹角；

M表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的x轴的距离；

N表示工业相机坐标系的原点O′到机械手坐标系的y轴的距离。