CN105773613B - 一种水平机器人相机坐标系校定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及视觉机器人技术领域，尤其是指一种水平机器人相机坐标系校定方法，坐标校定步骤包括：水平机器人控制标定板在X方向上移动至定位靶标与基准位置在X方向上对齐，水平机器人控制标定板在Y方向上移动至定位靶标与基准位置在Y方向上对齐；将水平机器人的水平坐标系的XY坐标作归零处理；水平机器人控制标定板围绕中心点正向旋转和/或反向旋转，使直至标定板在像素坐标系中的偏转角度为零，将水平机器人的水平坐标系的方向坐标作归零处理。具有无需编程、设定简单和自动标定的优点，相机的位置或方向改变后，现场维护工程师可以自行解决位置标定问题，标定效率高，维护成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及视觉机器人技术领域，尤其是指一种水平机器人相机坐标系校定方法。
背景技术
相机在一个平面成像，对应的有在该平面以像素点为单位的像素坐标，机器人坐标则是以机器人的安装平台为中心，沿着安装台座，机器人本身有一个定义好了的机器人坐标系，相机拍照后得到像素值，只是对应在像素坐标系里的像素坐标，与实际机器人的移动量是有区别的，必须转化为机器人的坐标，方可使机器人移动到目标位置。
然而现有的视觉坐标与机器人的坐标转换的通用处理方法是采用计算和编程的方法实现，结合图1所示，即选取P点，得出P点在两个坐标系中的位置对应如下：
x′＝r cos(α-θ)＝r cos α cos θ+r sin α sin θ
y′＝r sin(α-θ)＝r sin α cos θ+r cos α sin θ
x″＝r cos α
y″＝r sin α
将后两式代入得到
x′＝x″ cos θ+y″ sin θ
y′＝y″ cos θ+x″ sin θ
将P点在另一坐标系中的坐标代入得到：
x″＝x-x0
y″＝y-y0
x′＝(x-x0)cos θ+(y-y0)sin θ
y′＝(y-y0)cos θ+(x-x0)sin θ
推导后得到：
x＝x′ cos θ-y′ sin θ+x0
y＝x′ sin θ-y′ cos θ+y0
该标定方法虽然能实现两个坐标系的转化，但推理和计算过程非常繁琐，需要资深软件工程师编写程序，人工成本较高，工作效率较低，且相机的位置、方向等因素变化之后，机器人用户的现场工程师无法应对，修正难度较大，严重影响了机器人设备的检修和维护效率，缺陷明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无需推理和计算的水平机器人相机坐标系校定方法，具有无需编程、设定简单和自动标定的优点，相机的位置或方向改变后，现场维护工程师可以自行解决位置标定问题，标定效率高，维护成本较低。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种水平机器人相机坐标系校定方法，包括台座，安装于台座的水平机器人及固定于台座上的固定相机，水平机器人内置有水平坐标系O1-X1Y1，固定相机内置有像素坐标系O2-X2Y2，其特征在于：所述水平机器人的旋转执行端安装有标定板，该标定板上设置有定位靶标，所述固定相机的视野范围内设定有基准位置，标定板位于视野范围内；坐标校定步骤包括：
步骤A、水平机器人控制标定板移动至水平坐标系O1-X1Y1的起始点准备；
步骤B、水平机器人控制标定板在X方向上移动至定位靶标与基准位置在X方向上对齐，水平机器人控制标定板在Y方向上移动至定位靶标与基准位置在Y方向上对齐；
步骤C、将水平机器人的水平坐标系O1-X1Y1的XY坐标作归零处理；
步骤D、水平机器人控制标定板围绕中心点正向旋转和/或反向旋转，使直至标定板在像素坐标系O2-X2Y2中的偏转角度为零；
步骤E、当直至标定板在像素坐标系O2-X2Y2中的偏转角度为零时，将水平机器人的水平坐标系O1-X1Y1的方向坐标作归零处理。
优选的，所述步骤B中，水平机器人先控制标定板在X方向上移动，再控制标定板在Y方向上移动。
优选的，所述步骤D中，水平机器人先控制标定板正向旋转，再控制标定板反向旋转。
优选的，所述步骤D中，水平机器人控制标定板正向旋转至直至标定板在像素坐标系O2-X2Y2中的偏转角度为错过零度时，水平机器人再控制标定板反向旋转。
优选的，所述步骤D中，水平机器人控制标定板反向旋转至直至标定板在像素坐标系O2-X2Y2中的偏转角度为错过零度时，水平机器人再控制标定板正向旋转。
优选的，重复上述两个步骤，且水平机器人控制标定板旋转的角度逐渐减小。
优选的，所述水平坐标系O1-X1Y1是以水平机器人的安装平台为中心。
优选的，所述标定板为矩形板，该标定板的一端与所述水平机器人的旋转执行端固定连接，所述定位靶标位于该标定板的另一端。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种水平机器人相机坐标系校定方法，本发明所述水平机器人相机坐标系校定方法，在实际的应用中，借助标定板，先实现对水平机器人的水平坐标系O1-X1Y1与固定相机的像素坐标系O2-X2Y2之间水平位置的标定对位，再实现两个坐标系之间的方向角度的标定对位，整个过程无需进行任何计算和编程处理，设定工作简单便捷，并能实现水平机器人的水平坐标系与像素坐标系的一键启动和自动校正，即使在相机水平坐标和方向等位置信息发生改变之后，现成维护工程师也可以自行解决两个坐标系的标定问题，本发明具有无需编程、设定简单和自动标定的优点，标定效率高，维护成本低，实用性较强。
附图说明
图1为现有的相机系统标定的坐标示意图。
图2为本发明水平机器人、标定板及相机的立体结构示意图。
图3为本发明中标定板的结构示意图。
图4为本发明水平机器人相机坐标系校定方法的工作流程示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
如图2至图4所示，一种水平机器人相机坐标系校定方法，包括台座，安装于台座的水平机器人1及固定于台座上的固定相机2，水平机器人1内置有水平坐标系O1-X1Y1，固定相机2内置有像素坐标系O2-X2Y2，其特征在于：所述水平机器人1的执行端安装有标定板3，该标定板3上设置有定位靶标4，所述固定相机2的视野范围5内设定有基准位置6，标定板3位于视野范围5内；坐标校定步骤包括：
步骤A、水平机器人1控制标定板3移动至水平坐标系O1-X1Y1的起始点准备；
步骤B、水平机器人1控制标定板3在X方向上移动至定位靶标4与基准位置6在X方向上对齐，水平机器人1控制标定板3在Y方向上移动至定位靶标4与基准位置6在Y方向上对齐；
步骤C、将水平机器人1的水平坐标系O1-X1Y1的XY坐标作归零处理；
步骤D、水平机器人1控制标定板3围绕中心点正向旋转和/或反向旋转，使水平坐标系O1-X1Y1与像素坐标系O2-X2Y2之间角度重合；
步骤E、当水平坐标系O1-X1Y1与像素坐标系O2-X2Y2之间角度重合时，将水平机器人1的水平坐标系O1-X1Y1的方向坐标作归零处理。
本发明所述水平机器人相机坐标系校定方法，在实际的应用中，借助标定板3，先实现对水平机器人1的水平坐标系O1-X1Y1与固定相机2的像素坐标系O2-X2Y2之间水平位置的标定对位，再实现两个坐标系之间的方向角度的标定对位，整个过程无需进行任何计算和编程处理，设定工作简单便捷，并能实现水平机器人1的水平坐标系与像素坐标系的一键启动和自动校正，即使在相机水平坐标和方向等位置信息发生改变之后，现成维护工程师也可以自行解决两个坐标系的标定问题，本发明具有无需编程、设定简单和自动标定的优点，标定效率高，维护成本低，实用性较强。
在本发明的标定过程中，水平机器人1先控制标定板3在X方向上移动，再控制标定板3在Y方向上移动。当进行两个坐标系的角度标定过程中，水平机器人1先控制标定板3正向旋转，再控制标定板3反向旋转，且水平机器人1控制标定板3正向旋转至直至标定板3在像素坐标系O2-X2Y2中的偏转角度为错过零度时，水平机器人1再控制标定板3反向旋转；水平机器人1控制标定板3反向旋转至直至标定板3在像素坐标系O2-X2Y2中的偏转角度为错过零度时，水平机器人1再控制标定板3正向旋转，多次重复上述两个动作，且水平机器人1控制标定板3旋转的角度逐渐减小，直至标定板3在像素坐标系O2-X2Y2中的偏转角度为零，此时水平坐标系O1-X1Y1与像素坐标系O2-X2Y2之间角度重合，从粗标定逐渐过渡到精标定，大大提高了两个坐标系在标定过程中的准确性，标定精度和准确性更高。
优选的实施方式是：所述水平坐标系O1-X1Y1是以水平机器人1的安装平台为中心，所述标定板3为矩形板，该标定板3的一端与所述水平机器人1的旋转执行端7固定连接，所述定位靶标4位于该标定板3的另一端，操作方便，标定简单，可操作高，实用性强。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种水平机器人相机坐标系校定方法，包括台座，安装于台座的水平机器人(1)及固定于台座上的固定相机(2)，水平机器人(1)内置有水平坐标系O1-X1Y1，固定相机(2)内置有像素坐标系O2-X2Y2，其特征在于：所述水平机器人(1)的旋转执行端(7)安装有标定板(3)，该标定板(3)上设置有定位靶标(4)，所述固定相机(2)的视野范围(5)内设定有基准位置(6)，标定板(3)位于视野范围(5)内；坐标校定步骤包括：
步骤A、水平机器人(1)控制标定板(3)移动至水平坐标系O1-X1Y1的起始点准备；
步骤B、水平机器人(1)控制标定板(3)在X方向上移动至定位靶标(4)与基准位置(6)在X方向上对齐，水平机器人(1)控制标定板(3)在Y方向上移动至定位靶标(4)与基准位置(6)在Y方向上对齐；
步骤C、将水平机器人(1)的水平坐标系O1-X1Y1的XY坐标作归零处理；
步骤D、水平机器人(1)控制标定板(3)围绕中心点正向旋转和/或反向旋转，使直至标定板(3)在像素坐标系O2-X2Y2中的偏转角度为零；
步骤E、当直至标定板(3)在像素坐标系O2-X2Y2中的偏转角度为零时，将水平机器人(1)的水平坐标系O1-X1Y1的方向坐标作归零处理。
2.根据权利要求1所述的水平机器人相机坐标系校定方法，其特征在于：所述步骤B中，水平机器人(1)先控制标定板(3)在X方向上移动，再控制标定板(3)在Y方向上移动。
3.根据权利要求1所述的水平机器人相机坐标系校定方法，其特征在于：所述步骤D中，水平机器人(1)先控制标定板(3)正向旋转，再控制标定板(3)反向旋转。
4.根据权利要求1所述的水平机器人相机坐标系校定方法，其特征在于：所述步骤D中，水平机器人(1)控制标定板(3)正向旋转至直至标定板(3)在像素坐标系O2-X2Y2中的偏转角度为错过零度时，水平机器人(1)再控制标定板(3)反向旋转。
5.根据权利要求4所述的水平机器人相机坐标系校定方法，其特征在于：所 述步骤D中，水平机器人(1)控制标定板(3)反向旋转至直至标定板(3)在像素坐标系O2-X2Y2中的偏转角度为错过零度时，水平机器人(1)再控制标定板(3)正向旋转。
6.根据权利要求5所述的水平机器人相机坐标系校定方法，其特征在于：重复权利要求4和权利要求5中的操作，且水平机器人(1)控制标定板(3)旋转的角度逐渐减小。
7.根据权利要求1所述的水平机器人相机坐标系校定方法，其特征在于：所述水平坐标系O1-X1Y1是以水平机器人(1)的安装平台为中心。
8.根据权利要求1所述的水平机器人相机坐标系校定方法，其特征在于：所述标定板(3)为矩形板，该标定板(3)的一端与所述水平机器人(1)的旋转执行端(7)固定连接，所述定位靶标(4)位于该标定板(3)的另一端。
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