CN105196287A - 移动操作机的视觉定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动操作机的视觉定位方法，该方法至少包括：采用相机进行平面视觉定位，其中，所述平面视觉定位包括两个平移自由度定位和一个旋转自由度定位；采用柔性机构进行深度视觉定位补偿，其中，所述深度视觉定位包括平移自由度定位。优选地，所述平面视觉定位包括：通过模板匹配的方式，获取平移自由度误差和旋转自由度误差。通过本发明，至少解决了如何提高移动操作机鲁棒性能的技术问题。

Description

移动操作机的视觉定位方法

技术领域

本发明实施例涉及工业技术领域，尤其是涉及移动操作机的视觉定位方法。

背景技术

移动操作机在反复的抓放工件的过程中会因为一些内在因素或者外界干扰而造成定位误差，从而不能稳定、可靠的抓放工件，甚至还可能导致一些事故，所以移动操作机在工业物料运输中需要采用定位来消除这个误差。在物料运输中，对于一些特定的工件，需要对夹持手指添加特定的材料(如聚酯片)以提高与工件表面的摩擦力，防止工件在运输过程中掉落而发生事故；然而，由于夹持力的作用，工件又可能与手指添加材料之间发生粘接现象，使得在工件放置时产生拖带甚至无法脱离夹持手指的情况。另一方面，工业中往往会出现工作台面是斜面的情况，此时，工件放置的高度至关重要，如果夹持手爪打开时工件离台面过高，很可能导致工件放置不到位而掉落，这对于移动操作机同时工作于多个工作台时是会经常出现的情况。为了提高效率，移动操作机末端执行器往往会同时操作多个工件，这时如果末端执行器存在旋转角度误差，将会对边缘工件带来较大的位置误差，从而导致部分工件放置不到位。这一系列的情况都要求移动操作机有较高的鲁棒性能。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明实施例提供一种移动操作机的视觉定位方法，以至少解决如何提高移动操作机鲁棒性能的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了以下技术方案：

一种移动操作机的视觉定位方法，该方法至少可以包括：

采用相机进行平面视觉定位，其中，所述平面视觉定位包括两个平移自由度定位和一个旋转自由度定位；

采用柔性机构进行深度视觉定位补偿，其中，所述深度视觉定位包括平移自由度定位。

进一步地，所述平面视觉定位包括：通过模板匹配的方式，获取平移自由度误差和旋转自由度误差。

进一步地，所述移动操作机包括工作台面；

所述通过模板匹配的方式，获取平移自由度误差和旋转自由度误差，包括：

获取某一定位高度下的校准文件，所述校准文件与实际相对位置已知的特征点相关；

在所述定位高度不变的情况下，采集所述工作台面上遗留的特征点的图像，并在所述图像中选定需要匹配的特征点的图像；

根据所述校准文件和当前特征点的坐标值，获取所述平移自由度误差和所述旋转自由度误差。

进一步地，所述获取校准文件包括：

定位相机的高度；

打印相对位置已知的特征点，建立坐标系；

采集当前包含特征点的图片，并根据特征点的实际坐标值校准图片中各特征点的像素值。

进一步地，所述柔性机构的作用位置位于工件的特殊部位，以确保夹持所述工件后获得一弹性力。

进一步地，所述特殊部位为台阶。

进一步地，所述柔性机构为柔性手指。

与现有技术相比，上述技术方案至少具有以下有益效果：

通过本发明，采用相机进行平面视觉定位，可以保证工件抓放的位置和姿态在规定的要求范围内；然后采用柔性机构进行深度视觉定位补偿，可以保证工件相对于不同的工作台能够可靠地放置到位，尤其是对于工作台是斜面的情况。通过上述改进，提高了移动操作机的鲁棒性能，可以确保稳定地进行物料运输。通过相机和柔性机构的互补定位作用，可以使得操作机在不同的工作台上也能稳定可靠地运行。

需要说明的是，本发明的产品并不一定具有上述所有优点。

本发明的其它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，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的方法来实现和获得。

需要说明的是，发明内容部分并非旨在标识出请求保护的主题的必要技术特征，也并非是用来确定请求保护的主题的保护范围。所要求保护的主题不限于解决在背景技术中提及的任何或所有缺点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，并非穷举，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它附图。

在所有附图中，同一个标记表示同一个部件。图中的各个技术特征可能没有按比例画出。因此，为了清楚起见，各个技术特征的尺寸可能被任意扩大或缩小。另外，为了清楚起见，一些附图可能被简化。因此，这些附图可能没有描述给定装置或方法的所有组件。

图1为根据一示例性实施例示出的移动操作机的视觉定位方法的流程图；

图2为根据一示例性实施例示出的移动操作机末端执行器的结构示意图；

图3为根据一示例性实施例示出的移动操作机的装配示意图。

附图标记说明：1-柔性手指2-工件3-移动操作机4-末端执行器

所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，附图不必按比例绘制。这些附图仅仅是示意性图示，并不旨在绘出本发明的具体参数。这些附图旨在仅仅绘出本发明的典型实施方式，因此不应认为是对本发明范围的限制。图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明实施例解决的技术问题、所采用的技术方案以及实现的技术效果进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，并不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，所获的所有其它等同或明显变型的实施例均落在本发明的保护范围内。本发明实施例可以按照权利要求中限定和涵盖的多种不同方式来具体化。

需要说明的是，在下面的描述中，为了方便理解，给出了许多具体细节。但是很明显，本发明的实现可以没有这些具体细节。

需要说明的是，在没有明确限定或不冲突的情况下，本发明中的各个实施例及其中的技术特征可以相互组合而形成技术方案。

在工业中，移动操作机对工件的反复操作会因为一些内部因素或者外界干扰而存在定位误差，这时便需要对工件的定位进行补偿，以确保工件准确可靠的抓放。为此，本发明实施例提供一种移动操作机的视觉定位方法，如图1所示，该方法至少可以包括：

S102：采用相机进行平面视觉定位，其中，平面视觉定位包括两个平移自由度定位和一个旋转自由度定位；

S104：采用柔性机构进行深度视觉定位补偿，其中，深度视觉定位包括平移自由度定位。

采用相机进行平面视觉定位，可以保证工件2抓放的位置和姿态在规定的要求范围内；然后采用柔性机构进行深度视觉定位补偿，可以保证工件2相对于不同的工作台能够可靠地放置到位，尤其是对于工作台是斜面的情况。通过上述改进，提高了移动操作机3的鲁棒性能，可以确保稳定地进行物料运输。

在一个可选的实施例中，平面视觉定位包括：通过模板匹配的方式，获取平移自由度误差和旋转自由度误差。

具体地，上述实施例可以包括：获取某一定位高度下的校准文件，校准文件与实际相对位置已知的特征点相关；在定位高度不变的情况下，采集移动操作机工作台面上遗留的特征点的图像，并在图像中选定需要匹配的特征点的图像；根据校准文件和当前特征点的坐标值，获取平移自由度误差和旋转自由度误差。

在一个可选的实施例中，获取校准文件包括：定位相机的高度；打印相对位置已知的特征点，建立坐标系；采集当前包含特征点的图片，并根据特征点的实际坐标值校准图片中各特征点的像素值。

在该实施例中，首先确定相机的定位高度，调整相机焦距和光源覆盖范围，确保特征点清晰且亮度适中，为了提高定位精度和可靠度，特征点线条应尽可能细且清晰。

在保持相机定位高度不变的情况下，首先制作相机的校准文件。具体为：打印一系列实际相对位置已知的特征点，选择其中一个点作为原点，建立坐标系，并将这些特征点贴在工作台面上。然后，打开相机，采集当前包含系列特征点的图片，并根据各特征点的实际坐标值校准图片中各特征点的像素值，之后便可生成此定位高度下的校准文件。

校准文件得到以后，工作台面上只留下一个需要的特征点，仍然在相机定位高度不变的条件下采集该特征点的图像。首先在图像中圈出需要匹配的特征点图像，定义合格匹配度。然后再导入校准文件，根据当前特征点的坐标值定义两个平移自由度和一个旋转自由度的相对差值输出。最后再定义输出协议和触发器，便可得到模板文件。

在得到模板文件以后，移动操作机3在定位点位置的基础上继续示教工件2的抓放位置点，而这一系列的过程都是一次性完成的，且保证操作机基座固定不动。

在一个可选的实施例中，柔性机构的作用位置位于工件2的特殊部位，以确保夹持工件2后获得一弹性力。特殊部位优选为台阶。柔性机构优选为柔性手指1。

图2为根据一示例性实施例示出的移动操作机末端执行器的结构示意图。图3为根据一示例性实施例示出的移动操作机的装配示意图。图2示出了柔性手指1和工件2的位置关系。图3示出了移动操作机3和末端执行器4的位置关系。如图2所示，在抓放工件时，为了确保柔性手指1正常可靠地工作，柔性手指1作用的位置需要在特殊位置，如台阶等，以保证能够得到所需要的弹性力F。该弹性力可以分为两个分力。其中一个分力用于推动工件脱离手指摩擦片以防止发生粘接现象；另一个分力用于防止工件垂直掉落，以辅助工件2的释放(如斜面工作台的情况)。在图2中，分力F1推动工件脱离手指摩擦片以防止发生粘接现象，分力F2可防止工件2垂直掉落，辅助释放工件2到斜面工作台。对于工作台是水平面的情况，可以改变柔性手指1的作用位置，以使得分力F1等于F，只推动工件2脱离摩擦片，消除分力F2的影响。通过柔性手指1的作用，便可以弥补平面视觉定位中的不足，尽可能地减小工件2离台面高度对工件2定位放置的影响。

本实施例中将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时执行或执行次序颠倒，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细的介绍。虽然本文应用了具体的个例对本发明的原理和实施方式进行了阐述，但是，上述实施例的说明仅适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域技术人员来说，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围之内均会做出改变。

需要说明的是：附图中的标记只是为了更清楚地说明本发明，不视为对本发明保护范围的不当限定。

术语“包括”、“包含”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备/装置中还存在另外的要素，即“包括一个”的意思还涵盖“包括另一个”的意思。

本发明的各个步骤可以用通用的计算装置来实现，例如，它们可以集中在单个的计算装置上，例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备或者多处理器装置，也可以分布在多个计算装置所组成的网络上，它们可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。因此，本发明不限于任何特定的硬件和软件或者其结合。

本发明提供的方法可以使用可编程逻辑器件来实现，也可以实施为计算机程序软件或程序模块(其包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件或数据结构等等)，例如根据本发明的实施例可以是一种计算机程序产品，运行该计算机程序产品使计算机执行用于所示范的方法。所述计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该介质上包含计算机程序逻辑或代码部分，用于实现所述方法。所述计算机可读存储介质可以是被安装在计算机中的内置介质或者可以从计算机主体上拆卸下来的可移动介质(例如：采用热插拔技术的存储设备)。所述内置介质包括但不限于可重写的非易失性存储器，例如：RAM、ROM、快闪存储器和硬盘。所述可移动介质包括但不限于：光存储介质(例如：CD－ROM和DVD)、磁光存储介质(例如：MO)、磁存储介质(例如：磁带或移动硬盘)、具有内置的可重写非易失性存储器的媒体(例如：存储卡)和具有内置ROM的媒体(例如：ROM盒)。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域普通技术人员可以想到的任何变形、改进或替换均落入本发明的范围。

尽管上文已经示出、描述和指出了适用于各种实施方式的本发明的基本新颖特征的详细描述，但是将会理解，在不脱离本发明意图的情况下，本领域技术人员可以对系统的形式和细节进行各种省略、替换和改变。

Claims (7)

1.一种移动操作机的视觉定位方法，其特征在于，该方法至少包括：

采用相机进行平面视觉定位，其中，所述平面视觉定位包括两个平移自由度定位和一个旋转自由度定位；

采用柔性机构进行深度视觉定位补偿，其中，所述深度视觉定位包括平移自由度定位。

2.根据权利要求1所述的移动操作机的视觉定位方法，其特征在于，所述平面视觉定位包括：通过模板匹配的方式，获取平移自由度误差和旋转自由度误差。

3.根据权利要求2所述的移动操作机的视觉定位方法，其特征在于，所述移动操作机包括工作台面；

所述通过模板匹配的方式，获取平移自由度误差和旋转自由度误差，具体包括：

获取某一定位高度下的校准文件，所述校准文件与实际相对位置已知的特征点相关；

在所述定位高度不变的情况下，采集所述工作台面上遗留的特征点的图像，并在所述图像中选定需要匹配的特征点的图像；

根据所述校准文件和当前特征点的坐标值，获取所述平移自由度误差和所述旋转自由度误差。

4.根据权利要求3所述的移动操作机的视觉定位方法，其特征在于，所述获取校准文件包括：

定位相机的高度；

打印相对位置已知的特征点，建立坐标系；

采集当前包含所述特征点的图片，并根据所述特征点的实际坐标值校准图片中所述各特征点的像素值。

5.根据权利要求1所述的移动操作机的视觉定位方法，其特征在于，所述柔性机构的作用位置位于工件的特殊部位，以确保夹持所述工件后获得一弹性力。

6.根据权利要求5所述的移动操作机的视觉定位方法，其特征在于，所述特殊部位为台阶。

7.根据权利要求1-6中任一所述的移动操作机的视觉定位方法，其特征在于，所述柔性机构为柔性手指。