CN108942927B - 一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，包括以下步骤：将摄像头连接终端设备，并调节摄像头参数；启动机械臂，并将标定板放置于工作台上部，摄像头采集此时图像；对图像进行处理，选择三个不在同一直线上的标定板角点，记录三个标定板角点的像素坐标；机械臂断电，手动将机械臂的R轴与图像中所述三个标定板角点重合，分别记录三个标定板角点在机械臂坐标下的位置；取走标定板，根据三个点确定一个平面，此时机械臂坐标与像素坐标下的三点坐标都已重合。本发明通过像素坐标与四轴机械臂的坐标统一，完成高精度的四轴机械臂对图像内物体的定位。
Description
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法。
背景技术
目前，各种自动化行业飞速发展，对一些简单重复而且要求精度较高的操作，人为操作存在一定的偏差。特别是在医学领域，就需要一些高精度的四轴机械臂进行操作，此时机器视觉的像素坐标与四轴机械臂坐标的高度统一就显得尤为重要。
但是，现有技术中对于如何将机器像素坐标与机械臂坐标统一还缺乏行之有效的方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，其具有通过像素坐标与四轴机械臂的坐标统一，完成高精度的四轴机械臂对图像内物体的定位的效果。
本发明采用下述技术方案：
一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，包括以下步骤：
步骤(1)将摄像头连接终端设备，并调节摄像头参数；
步骤(2)启动机械臂，并将标定板放置于工作台上部，摄像头采集此时图像；
步骤(3)对图像进行处理，选择三个不在同一直线上的标定板角点，记录三个标定板角点的像素坐标；
步骤(4)机械臂断电，手动将机械臂的R轴与图像中所述三个标定板角点重合，分别记录三个标定板角点在机械臂坐标下的位置；
步骤(5)取走标定板，根据三个点确定一个平面，此时机械臂坐标与像素坐标下的三点坐标都已重合。
进一步的，所述步骤(5)中，当像素坐标下其他点被选定为操作点时，其与三个标定板角点的距离不变，在机械臂坐标下有且仅有一个点与其对应。
进一步的，所述终端设备为电脑，摄像头通过数据线与电脑相连。
进一步的，所述摄像头安装于支架末端，支架位于机械臂一侧，机械臂动作不影响摄像头成像。
进一步的，所述支架固定于工作台上部。
进一步的，所述机械臂为Dobot四轴机械臂，且机械臂的末端配置吸盘。
进一步的，所述吸盘通过气体导管连接气泵。
进一步的，所述机械臂内置I/O口，气泵通过I/O口连接机械臂的控制系统。
进一步的，所述气泵为真空微型气泵。
进一步的，所述机械臂的控制方式采用左手模式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明在标定板上选择三个不在同一直线上的三个点作为标定点，在同一平面标定，当图像上有一点确定时，机械臂坐标有且只有一个点与不在同一直线上三个点距离不变，即能确定此时机械臂坐标的位置，进一步完成统一，使像素坐标的每个点都有且只有一个四轴机械臂坐标相对应；
(2)本发明像素坐标与四轴机械臂实现坐标上的统一，方便进一步四轴机械臂对视觉坐标的响应，机械臂识别、抓取、放置的精度高，有效避免了操作人员在操作过程中不规范行为引起的误差；通过像素坐标与四轴机械臂的坐标统一，完成高精度的四轴机械臂对图像内物体的定位。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明的像素坐标示意图；
图4为本发明的机械臂坐标示意图；
其中：1-机械臂，2-摄像头，3-支架，4-吸盘，5-标定板，6-气体导管，7-气泵，8-I/O口，9-电脑，10-工作台。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在操作人员在操作过程中不规范行为容易引起误差的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提供了一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，采用Dobot四轴机械臂。
Dobot四轴机械臂的特点为：无需外接控制器，内置伺服电机、谐波减速机，最大负载可达1.5Kg，定位精度达0.02mm。
所述四轴机械臂具有两种臂方向控制方式，左手方向与右手方向，即控制小臂方向在运动时的位置为左或者右，从而不会对外围设备造成干扰，其运动功能包括点动模式、点位模式、圆弧模式、圆形运动模式四种，操作范围大，四轴机械臂发挥的速度与力量较佳。
因机械臂1工作时需向左侧(相对于机械臂1)放置物体，本申请选用左手模式，操作时机械臂1关节处不会遮挡摄像头2。
所述机械臂1带有吸盘4，吸盘4通过气体导管6连接气泵7，气泵7通过机械臂1内部的I/O口8连接机械臂1的控制系统。
所述机械臂1设置于工作台10一侧，工作台10用于放置标定板5；工作台10远离机械臂1一侧安装支架3，支架3末端安装摄像头2。
本申请对于支架3的形状不做限定，只要满足能够将摄像头2安装于一定高度即可。
所述支架3也可以为高度可调节的结构，便于调整摄像头2的安装位置。
所述摄像头2通过数据线连接终端设备，摄像头2将采集到的图像信息传输至终端设备，通过终端设备对采集到的信息进行分析。
优选地，所述终端设备为电脑9。
本申请坐标统一方法具体包括以下步骤：
步骤(1)将摄像头2连接电脑9，对摄像头2参数进行调节，使图像显示清晰，固定摄像头；
步骤(2)将Dobot四轴机械臂与电脑相连，并启动；使Dobot四轴机械臂能正常工作，机械臂1采用左手模式，其工作范围涵盖图像区域，且四轴机械臂不影响摄像头2的成像；将标定板5放置于工作台10上部，摄像头2采集此时图像；
步骤(3)采用对焦、校正、标定的方式对图像进行处理，分析确定三个不在同一直线上的标定板角点，记录三个标定板角点的像素坐标(B,G,R)；
优选地，三个标定板角点形成等腰直角三角形。
步骤(4)控制Dobot四轴机械臂断电，手动将四轴机械臂的R轴(机械臂末端轴，连接吸盘4)与图像中所述三个标定板角点重合，分别记录三个标定板角点在机械臂坐标下的位置(B1,G1,R1)；
步骤(5)取走标定板5，根据三个点确定一个平面，此时四轴机械臂坐标与像素坐标下的三点坐标都已重合、确定，当像素坐标下其他点a确定是目标点时，这个点a与标定的三个点(B,G,R)距离(b,g,r)确定不变，此时在四轴机械臂坐标下有且只有一个点a1与a相对应，即a1与四轴机械臂标定点(B1,G1,R1)距离与(b,g,r)相同，使坐标一一对应，完成坐标系统一。
由于机械臂坐标系与像素坐标系同为直角坐标系，有
同时
即像素坐标系下下物体距离与机械臂坐标系下相同物体距离成n倍关系.
当标定结束，物体a为目标点位时，此时已经根据图像处理已经获取a的像素坐标；图像中像素坐标系下可求出a与B、G、R三点的距离，根据n被关系，可得机械臂坐标系下对应物体a1与B1、G1、R1的距离，即已知一点与三个固定坐标点的距离此时即可得出a1坐标。
通过视觉定位，并将坐标传送给Dobot四轴机械臂，使其对目标位置进行精确定位。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)将摄像头连接终端设备，并调节摄像头参数；
步骤(2)启动机械臂，并将标定板放置于工作台上部，摄像头采集此时图像；
步骤(3)对图像进行处理，选择三个不在同一直线上的标定板角点，记录三个标定板角点的像素坐标；
步骤(4)机械臂断电，手动将机械臂的R轴与图像中所述三个标定板角点重合，分别记录三个标定板角点在机械臂坐标下的位置；
步骤(5)取走标定板，根据三个点确定一个平面，此时机械臂坐标与像素坐标下的三点坐标都已重合；所述步骤(5)中，当像素坐标下其他点被选定为操作点时，其与三个标定板角点的距离不变，在机械臂坐标下有且仅有一个点与其对应；
当像素坐标下其他点确定是目标点时，这个点与标定的三个点距离确定不变，此时在四轴机械臂坐标下有且只有一个点与目标点相对应，使坐标一一对应，完成坐标系统一；当标定结束点为目标点位时，此时已经根据图像处理已经获取点的像素坐标；图像中像素坐标系下可求出点与标定的三点的距离，根据n倍关系，可得机械臂坐标系下对应物体与三个标定点的距离，即已知一点与三个固定坐标点的距离此时即可得出对应物体的 坐标；当像素坐标下其他点a确定是目标点时，这个点a与标定的三个点(B,G,R)距离(b,g,r)确定不变，此时在四轴机械臂坐标下有且只有一个点a1与a相对应，即a1与四轴机械臂标定点(B1,G1,R1)距离与(b,g,r)相同，使坐标一一对应，完成坐标系统一；
机械臂坐标系与像素坐标系同为直角坐标系，有
同时
即像素坐标系下物体距离与机械臂坐标系下相同物体距离成n倍关系；当标定结束，物体a为目标点位时，此时已经根据图像处理已经获取a的像素坐标；图像中像素坐标系下可求出a与B、G、R三点的距离，根据n倍关系，可得机械臂坐标系下对应物体a1与B1、G1、R1的距离，即已知一点与三个固定坐标点的距离此时即可得出a1坐标；
通过视觉定位，并将坐标传送给Dobot四轴机械臂，使其对目标位置进行精确定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，其特征在于，所述终端设备为电脑，摄像头通过数据线与电脑相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，其特征在于，所述摄像头安装于支架末端，支架位于机械臂一侧，机械臂动作不影响摄像头成像。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，其特征在于，所述支架固定于工作台上部。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，其特征在于，所述机械臂为Dobot四轴机械臂，且机械臂的末端配置吸盘。
6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，其特征在于，所述吸盘通过气体导管连接气泵。
7.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，其特征在于，所述机械臂内置I/O口，气泵通过I/O口连接机械臂的控制系统。
8.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，其特征在于，所述气泵为真空微型气泵。
9.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的像素坐标与机械臂坐标统一的方法，其特征在于，所述机械臂的控制方式采用左手模式。
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