CN109615658B - 机器人的物品拿取方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents

机器人的物品拿取方法、装置、计算机设备及存储介质 Download PDF

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CN109615658B CN201811471330.3A CN201811471330A CN109615658B CN 109615658 B CN109615658 B CN 109615658B CN 201811471330 A CN201811471330 A CN 201811471330A CN 109615658 B CN109615658 B CN 109615658B
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Abstract

本发明涉及机器人的物品拿取方法、装置、计算机设备及存储介质，属于机器人技术领域。所述方法包括：获取待拿取物品在物品图像上的坐标，作为物品图像坐标；根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标；其中，转换关系为由图像坐标到物理坐标的对应关系，所述物品物理拿取坐标为待拿取物品所处的物理坐标；控制机器人移动到所述物品物理拿取坐标拿取所述待拿取物品。上述技术方案，解决了机器人进行物品拿取的过程准确性不够高的问题。根据预先确定的转换关系，通过物理图像坐标就能确定对应的物品物理拿取坐标，进而控制机器人到对应的位置拿取物品，能精确地控制待拿取物品的拿取。

Description

机器人的物品拿取方法、装置、计算机设备及存储介质
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及机器人的物品拿取方法、装置、计算机设备及存储介质。
背景技术
随着科学技术的发展，机器人的相关研究已经取得了较大的突破。目前，机器人已经能非常成熟地协助人类进行物品转移，例如，拿取某个物品并将其放置到特定位置。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：为了保证机器人能拿取物品，需要确定待拿取物品的物理坐标。但是目前确定待拿取物品的物理坐标主要通过人工测量或者通过独立于机器人的设备来进行。实际上，由于机器人实际构造误差等原因，机器人在所确定的物理位置上不一定能准确拿取到物品，使得机器人进行物品拿取的过程准确性不够高。
发明内容
基于此，本发明实施例提供了机器人的物品拿取方法、装置、计算机设备及存储介质，能有效提高机器人拿取物品的准确性。
本发明实施例的内容如下：
一种机器人的物品拿取方法，包括以下步骤：获取待拿取物品在物品图像上的坐标，作为物品图像坐标；根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标；其中，转换关系为由图像坐标到物理坐标的对应关系，所述物品物理拿取坐标为待拿取物品所处的物理坐标；控制机器人移动到所述物品物理拿取坐标拿取所述待拿取物品。
在其中一个实施例中，还包括：在画布图像上确定第一图像坐标，确定所述第一图像坐标对应的第一物理坐标；其中，画布图像为包含有画布的图像；所述第一物理坐标是根据预先确定的第二转换关系确定的；确定第一标记在画布图像上对应的第二图像坐标；所述第一标记是由机器人上的标记工具移动到第一物理坐标时在画布上标记的；根据所述第一物理坐标与所述第二图像坐标，确定第一转换关系。
在其中一个实施例中，还包括：确定第二标记在画布图像上对应的第三图像坐标；所述第二标记是由标记工具移动到第二物理坐标时在画布上标记的；确定第三标记在画布图像上对应的第四图像坐标；所述第三标记是由标记工具移动到第三物理坐标时在画布上标记的；所述第三物理坐标与所述第二物理坐标存在特定的距离；根据第二物理坐标与第三图像坐标的对应关系，以及第三物理坐标与第四图像坐标的对应关系，确定第二转换关系。
在其中一个实施例中，所述标记工具包括标记笔；所述确定第一标记在画布图像上对应的第二图像坐标的步骤，包括：控制机器人上的标记笔移动到所述第一物理坐标，并在所述画布上绘制几何图形，得到第一标记；根据所述第一标记在画布图像上的位置区域，确定第二图像坐标。
在其中一个实施例中，所述标记笔设置在所述机器人末端与法兰盘不重合的位置上；所述几何图形包括圆圈；所述根据所述第一标记在画布图像上的位置区域，确定第二图像坐标的步骤，包括：确定标记笔绘制的圆圈在画布图像上的中心坐标，得到所述第二图像坐标；其中，所述圆圈由标记笔围绕所述法兰盘旋转时在所述画布上绘制。
在其中一个实施例中，所述画布图像包括通过拍摄装置拍摄画布所得到的图像；所述确定第三标记在画布图像上对应的第四图像坐标的步骤之前，还包括：控制所述标记工具从第二物理坐标向预设的方向移动特定的距离，判断所述标记工具是否在所述拍摄装置的视野范围内；当否时，根据二分法调整所述特定的距离；直到所述标记工具落入所述拍摄装置的视野范围内，判定标记工具移动到第三物理坐标。
在其中一个实施例中，所述根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标的步骤，包括：根据所述物品图像坐标和第一转换关系，得到所述待拿取物品的第四物理坐标；获取模板物品的模板图像坐标以及模板物理拿取坐标；根据模板图像坐标和第一转换关系，确定所述模板物品的第五物理坐标；根据所述第四物理坐标、第五物理坐标以及模板物理拿取坐标的位置关系，得到物品物理拿取坐标。
相应的，本发明实施例提供一种机器人的物品拿取装置，包括：图像坐标确定模块，用于获取待拿取物品在物品图像上的坐标，作为物品图像坐标；拿取坐标确定模块，用于根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标；其中，转换关系为由图像坐标到物理坐标的对应关系，所述物品物理拿取坐标为待拿取物品所处的物理坐标；以及，物品拿取模块，用于控制机器人移动到所述物品物理拿取坐标拿取所述待拿取物品。
上述机器人的物品拿取方法及装置，根据预先确定的第一转换关系，通过物理图像坐标就能确定对应的物品物理拿取坐标，进而控制机器人到对应的位置拿取物品，能精确地控制待拿取物品的拿取。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：获取待拿取物品在物品图像上的坐标，作为物品图像坐标；根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标；其中，转换关系为由图像坐标到物理坐标的对应关系，所述物品物理拿取坐标为待拿取物品所处的物理坐标；控制机器人移动到所述物品物理拿取坐标拿取所述待拿取物品。
上述计算机设备，根据预先确定的第一转换关系通过物理图像坐标就能确定对应的物品物理拿取坐标，进而控制机器人到对应的位置拿取物品，能精确地控制待拿取物品的拿取。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取待拿取物品在物品图像上的坐标，作为物品图像坐标；根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标；其中，转换关系为由图像坐标到物理坐标的对应关系，所述物品物理拿取坐标为待拿取物品所处的物理坐标；控制机器人移动到所述物品物理拿取坐标拿取所述待拿取物品。
上述计算机可读存储介质，根据预先确定的第一转换关系通过物理图像坐标就能确定对应的物品物理拿取坐标，进而控制机器人到对应的位置拿取物品，能精确地控制待拿取物品的拿取。
附图说明
图1为一个实施例中机器人的物品拿取方法的应用环境图；
图2为一个实施例中机器人的物品拿取方法的流程示意图；
图3为一个实施例中机器人的结构示意图；
图4为另一个实施例中机器人的物品拿取方法的流程示意图；
图5为一个实施例中在画布上绘制圆圈的示意图；
图6为一个实施例中第三物理坐标的示意图；
图7为另一个实施例中物理坐标的示意图；
图8为一个实施例中模板物品和待拿取物品的位置关系示意图；
图9为一个实施例中机器人的物品拿取装置的结构框图；
图10为一个实施例中计算机设备的内部结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本申请提供的机器人的物品拿取方法可以应用于如图1所示的应用环境中。该应用环境包括机器人101以及服务器102。其中，机器人101能与服务器102网络通信。在该应用环境中，服务器102确定待拿取物品的图像坐标并根据预先确定的转换关系确定对应的物理坐标，进而控制机器人到待拿取物品的物理坐标拿取物品。其中，机器人101可以是工业机器人、服务机器人等，例如，可以是SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)型机器人。机器人形态也可以是各种各样的。服务器102可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
本发明实施例提供一种机器人的物品拿取方法、装置、计算机设备和存储介质。以下分别进行详细说明。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种机器人的物品拿取方法。以该方法应用于图1中的服务器端为例进行说明，包括以下步骤：
S201、获取待拿取物品在物品图像上的坐标，作为物品图像坐标。
其中，待拿取物品可以是各种商品、测试品等。本发明实施例对待拿取物品的种类不做限制。
物品图像指的是包含有待拿取物品的图像，这个图像可以是通过拍摄装置(拍摄装置可以是相机、录像机以及具有摄像功能的手机、IPAD等)拍摄待拿取物品得到，也可以是绘制有待拿取物品的图像等。图像坐标指的是研究对象在某一张图像上的位置。具体到物品图像，物品图像坐标指的是待拿取物品在物品图像上的坐标。
S202、根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标；其中，转换关系为由图像坐标到物理坐标的对应关系，所述物品物理拿取坐标为待拿取物品所处的物理坐标。
其中，物理坐标指的是在实际物理空间中的坐标(坐标系可以是大地坐标系等)。待拿取物品的物理坐标指的是其在物理空间中的空间坐标。转换关系(第一转换关系和第二转换关系)指的是物理坐标与图像坐标的对应关系，包括物品图像坐标与物品物理拿取坐标的对应关系、标记的图像坐标与标记工具的物理坐标的对应关系等。当转换关系是通过不断移动机器人来确定的，则所确定的物理坐标与图像坐标之间的转换关系就相当是对机器人的标定；根据其图像坐标就能知道对应的物理坐标，因而可以精确地对机器人上的某一点进行控制。
S203、控制机器人移动到所述物品物理拿取坐标拿取所述待拿取物品。
其中，对待拿取物品的转移除了进行机器人旋转，还可以包括机器人平移等动作。
本实施例根据预先确定的第一转换关系通过物理图像坐标就能确定对应的物品物理拿取坐标，进而控制机器人到对应的位置拿取物品，能精确地控制待拿取物品的拿取。
本发明实施例中确定物理坐标与图像坐标的转换关系可以认为是：物理空间坐标在图像上进行标定，即建立两者的对应关系。
在一个实施例中，第一转换关系是在第二转换关系的基础上确定的更为精确的转换关系。确定第一转换关系的实现步骤可以包括：在画布图像上确定第一图像坐标，确定所述第一图像坐标对应的第一物理坐标；其中，画布图像为包含有画布的图像；所述第一物理坐标是根据预先确定的第二转换关系确定的；确定第一标记在画布图像上对应的第二图像坐标；所述第一标记是由机器人上的标记工具移动到第一物理坐标时在画布上标记的；根据所述第一物理坐标与所述第二图像坐标，确定第一转换关系。
其中，画布指的是能够用于记录标记工具的行动轨迹、标记的工具。相应的，标记工具指的是具有标记功能的工具；其类型可以是多样的，例如：铅笔、毛笔、电子笔等，甚至可以是信号发射装置。当标记工具为铅笔时，画布可以是一张纸、一块布等；当标记工具为信号发射装置时，画布可以是信号接收装置，信号接收装置根据所接收到的信号能确定标记工具所经过的轨迹或者所标记的内容。画布图像可以是通过拍摄装置拍摄画布正面得到的图像。拍摄装置通过拍摄画布的图像，就能将画布上的点记录在画布图像中；而画布图像由许多像素组成，根据某一点在画布图像上的像素位置就能知道其图像坐标。
图3中示出了机器人和拍摄装置的位置关系，拍摄装置301位于机器人末端治具302的上方，能实时拍摄机器人对应区域的图像。为满足不同的需求，拍摄装置的位置是可以变换的。另外，为便于计算坐标间的关系，本发明实施例假设拍摄装置的位置不变，因此需要调整机器人的位置使得所要拍摄的对象都在拍摄装置所拍摄的图像中。此时，画布可以设置在机器人治具的下方，标记工具固定在治具上，标记工具跟随治具的移动而移动进而可以在画布上留下一定的标记。
需要说明的是，由于拍摄装置设置在治具上方，其在拍摄时可能会将治具和标记工具拍摄在画布图像上，这可能会影响标记坐标的确定。因此，在标记工具完成标记以后，可以控制治具离开拍摄装置的视野范围，仅对画布进行拍摄。
在传统的确定机器人所在的实际坐标与图像坐标的转换关系的方法中，常采用设置在机器人上的特征点来确定。特征点通常采用3个或4个点，并通过人眼观察的方法来确定这些特征点的物理坐标，这样的方法示校出的特征点难免有误差，难以保证精度，而且拍摄装置对特征点的识别要求高不容易识别，最终对转换关系的精度造成影响。此外，在标定过程中，操作员在相机视野中需要不断移动机器人，操作复杂，技术要求高，标定时间长，转换关系的精度难以保证。从而使得最终的机器人视觉定位设备操作复杂，精度不高。本实施例能确定出物理坐标与图像坐标之间的第一转换关系，准确地对机器人进行位置标定，进而精确地控制待拿取物品的转移。同时，标定方法简捷，标定效率高，标定结果精确，不需要额外的辅助硬件设备，所有的控制流程通过软件一键式操作即可完成。
在一个实施例中，还包括：确定第二标记在画布图像上对应的第三图像坐标；所述第二标记是由标记工具移动到第二物理坐标时在画布上标记的；确定第三标记在画布图像上对应的第四图像坐标；所述第三标记是由标记工具移动到第三物理坐标时在画布上标记的；所述第三物理坐标与所述第二物理坐标存在特定的距离；根据第二物理坐标与第三图像坐标的对应关系，以及第三物理坐标与第四图像坐标的对应关系，确定第二转换关系。
第二转换关系可以指根据标记工具的物理坐标以及在画布图像上若干个点的图像坐标所确定的转换关系。例如：控制标记工具从第二物理坐标向多个方向移动特定的距离，到达第三物理坐标，并在画布上记录对应的第三标记；确定所述第三标记在画布图像上对应的多个第四图像坐标。这样就能得到多个第三物理坐标。
其中，控制标记工具往多个方向移动可以是往两个、三个甚至更多个方向移动(为了与第一转换关系的确定过程相区别，这里的方向个数可以少于第一物理坐标的个数)，所移动的方向和距离也可以是多样的。另外，在拍摄装置位置不变的情况下，为保证移动特定距离后标记工具仍能在画布图像上，可以根据二分法对特征点的移动距离进行调整。当然，向某一个方向也可以移动不同的距离，得到同一方向上不同的第三物理坐标。
进一步地，根据第二物理坐标与第三图像坐标的对应关系，以及第三物理坐标与第四图像坐标的对应关系，确定第二转换关系，指的可以是根据第二物理坐标以及多个第三物理坐标建立物理坐标矩阵，根据第三图像以及多个第四图像建立图像坐标矩阵，根据这两个坐标矩阵的关系确定第二转换关系。
假设物理坐标矩阵为Q，图像坐标矩阵为P，第二转换矩阵为A，则确定第二转换关系的过程可以为：
建立以下关系式：P*A＝Q；
求解上述关系式中的A，得到第二转换关系。
本实施例不同物理坐标以及图像坐标的对应关系确定从图像坐标到物理坐标的第二转换关系，该第二转换关系能在一定程度上表征物理坐标与图像坐标的对应关系，确定过程简单且可以用于后续确定更为精确的第一转换关系。同时，本实施例将坐标转换为矩阵的形式，能使得所确定的第二转换关系更为直观。
在一个实施例中，标记工具包括标记笔；所述确定第一标记在画布图像上对应的第二图像坐标的步骤，包括：控制机器人上的标记笔移动到所述第一物理坐标，并在所述画布上绘制几何图形，得到第一标记；根据所述第一标记在画布图像上的位置区域，确定第二图像坐标。
其中，根据位置区域确定第二图像坐标可以指根据位置区域的像素坐标确定其上某个点(例如中心点)的坐标。
进一步地，所述标记笔设置在所述机器人末端与法兰盘不重合的位置上；所述几何图形包括圆圈；所述根据所述第一标记在画布图像上的位置区域，确定第二图像坐标的步骤，包括：确定标记笔绘制的圆圈在画布图像上的中心坐标，得到所述第二图像坐标；其中，所述圆圈由标记笔围绕所述法兰盘旋转时在所述画布上绘制。
标记笔设置在于法兰盘不重合的位置上，目的是方便标记笔绘制圆形；在绘制圆形的过程中，法兰盘可以作为圆心。
当然，在绘制其他图形的情况下，标记笔可以设置在与法兰盘重合的位置上。
本实施例通过控制标记笔绕法兰盘旋转，在画布上绘制圆圈，能在标记工具位置移动的过程中在画布上进行标记。进而确定标记所对应的图像坐标，能建立设置在机器人上的标记工具的坐标以及在画布上的标记的坐标的关系，即建立图像坐标与物理坐标的关系。
在一个实施例中，画布图像包括通过拍摄装置拍摄画布所得到的图像；所述确定第三标记在画布图像上对应的第四图像坐标的步骤之前，还包括：控制所述标记工具从第二物理坐标向预设的方向移动特定的距离，判断所述标记工具是否在所述拍摄装置的视野范围内；当否时，根据二分法调整所述特定的距离；直到所述标记工具落入所述拍摄装置的视野范围内，判定标记工具移动到第三物理坐标。
为保证准确确定物理坐标与图像坐标之间的对应关系，标记工具以及所记录的标记都应该在拍摄装置的视野范围。因此，本发明的各个实施例中对标记工具进行移动时，需要时刻保证标记工具是否在拍摄装置的视野范围内。当然，为保证标记工具能够在画布上进行标记，标记工具也应该在画布所对应的范围内。
其中，本实施例更为具体的实现步骤可以包括：控制所述标记工具从第二物理坐标向第一方向移动第一距离，判断所述标记工具是否在所述拍摄装置的视野范围内；当否时，根据二分法调整所述第一距离，直到所述标记工具在第一方向上落入所述拍摄装置的视野范围内；控制所述标记工具从第二物理坐标向第二方向移动第二距离，判断所述标记工具是否在所述拍摄装置的视野范围内；当否时，根据二分法调整所述第二距离，直到所述标记工具在第二方向上落入所述拍摄装置的视野范围内。
其中，根据二分法调整距离的过程可以是(以第一距离L为例)：
控制标记工具从第二物理坐标向第一方向移动第一距离L。此时判断标记工具是否在拍摄装置的视野范围内。如果不在，将第一距离除以2，即将标记工具从第二物理坐标向第一方向移动L/2，如果此时标记工具落入拍摄装置的视野范围内，则可以不用调整第一方向上的距离。
本实施例根据标记工具移动的距离来控制其移动范围，能保证标记工具时刻处于拍摄装置的视野范围，保证物理坐标和图像坐标的正常获取。且通过二分法来调整标记工具的距离，距离的调整过程简单。
在一个实施例中，所述根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标的步骤，包括：根据所述物品图像坐标和第一转换关系，得到所述待拿取物品的第四物理坐标；获取模板物品的模板图像坐标以及模板物理拿取坐标；根据模板图像坐标和第一转换关系，确定所述模板物品的第五物理坐标；根据所述第四物理坐标、第五物理坐标以及模板物理拿取坐标的位置关系，得到物品物理拿取坐标。
其中，模板物品指的是物理坐标、图像坐标以及拿取位置坐标都确定的物品，可以根据与待拿取物品的关系确定待拿取物品的拿取位置。需要说明的是，由于模板物品和待拿取物品都不仅仅是一个点，因此本实施例中的坐标都可以指物品上某一个点对应的坐标。
在转移待拿取物品之前，还可以包括规划机器人的平移运动路径和旋转运动路径的步骤。
本实施例，根据第一转换关系以及模板物品的坐标确定待拿取物品的拿取位置，能精确地控制机器人从待拿取物品的物理拿取坐标拿取待拿取物品并将其精确地放置在物理放置坐标上。
为了更好地理解上述方法，如图4所示，以下详细阐述一个本发明机器人的物品拿取方法的应用实例。
在相机视野中固定一张白纸，控制相机拍照读取一幅图像I0(如图5所示)。将笔芯(标记笔，以其笔尖为坐标研究对象，即后续的物理坐标确定的是笔尖的物理坐标)安装在机器人末端治具与法兰盘中心不重合的位置上。
S401、计算转换关系A0。将机器人末端治具移动至相机视野中，记录笔芯的物理坐标Q0(qx00，qy00)。控制笔芯绕法兰盘旋转并在白纸上绘制一个圆，将笔芯移动至相机视野外并控制相机拍照读取一幅图像I1。通过图像分析确定I0和I1差异以识别机器人绘制的特征圆的中心对应的图像坐标P0(px00，Py00)。控制笔芯在Q0(qx00，qy00)位置往X轴(坐标轴的方向可以根据实际情况确定)移动一个相对位置dx。通过二分法调整dx值，记录笔芯此时到达的其中一个物理坐标Q0(qx01，qy01)(如图6所示)。控制笔芯在Q0(qx01，qy01)位置绕法兰盘旋转并在白纸上绘制一个圆，将笔芯移动至相机视野外并控制相机拍照读取一幅图像I2。通过图像分析确定I1和I2的差异并识别机器人绘制的特征圆的中心对应的第四图像坐标P0(px01，Py01)。同样的方法，控制笔芯在Q0(qx00，qy00)位置往Y轴移动一个相对位置dy，通过二分法调整dy值，记录另一个物理坐标Q0(qx02，qy02)，控制笔芯绕法兰盘旋转并在白纸上绘制一个圆，将笔芯移动至相机视野外并控制相机拍照读取一幅图像I3，通过图像分析确定I2和I3的差异以识别机器人绘制的特征圆的中心对应的图像坐标P0(px02,Py02)。计算P0和Q0之间的转换关系A0，使得P0*A0＝Q0：
Figure BDA0001891014970000111
S402、根据转换关系A0计算转换关系A1。将拍摄装置的视野区域等份划分为9个区域，提取这9个区域的中心对应的图像坐标P1：P1(px10，Py10)、P1(px11,Py12)、............、P1(px1i,Py1i)、............、P1(px18，Py18)，其中，0≤i≤8。根据转换关系A0确定图像坐标P1对应的物理坐标Q1：Q1(qx10，qy10)、Q1(qx11,qy11)、............、Q1(qx1i，qy1i)、............、Q1(qx18，qy18)，所得到的物理坐标Q1如图7所示。物理坐标Q1的计算关系式可以为：
qx1i＝px1i*a0 11+Py1i*a0 21+a0 31
qy1i＝Py1i*a0 12+Py1i*a0 22+a0 32
在相机视野外记录画布图像I0 0、I0 1、............、I0 i(没有标记的白纸图像)。控制笔芯分别移动到Q1的位置上，并控制笔芯绕法兰盘旋转并在白纸上绘制一个圆，将机器人移动至相机视野外控制相机拍照并读取图像I1 0、I1 1、............、I1 i(绘制有一个圆的图像)，通过计算图像I0 i和I1 i差异识别机器人绘制的特征圆中心对应的图像坐标P’1(p’x10，p’y10)、P’1(p’x11，p’y11)、............、P’1(p’x18，p’y18)，计算P’1和Q1之间的转换关系A1，便得P’1*A1＝Q1：
Figure BDA0001891014970000121
S403、控制待拿取物品的转移。设在相机视野中模板物品的模板图像坐标为(Mpx，Mpy，Mpr)。待拿取物品的拿取位置对应的物理拿取坐标为(Tqx,Tqy,Tqr)，则可通过在相机视野中识别待拿取物品的物品图像坐标(Npx,Npy,Npr)，进而计算待拿取物品的物理拿取坐标(Rqx，Rqy，Rqr)。待拿取物品与模板物品的位置关系可以如图8所示。
物理拿取坐标(Rqx，Rqy,Rqr)的计算过程可以为：
Mqx＝Mpx*a1 11+Mpy*a1 21+a1 31
Mqy＝Mpx*a1 12+Mpy*a1 22+a1 32
Nqx＝Npx*a1 11+Npy*a1 21+a1 31
Nqy＝Mpx*a1 12+Mpy*a1 22+a1 32
其中，Mqx、Mqy表示模板物品对应的物理坐标值，Nqx、Nqy表示待拿取物品对应的物理坐标值。
则可以得到待拿取物品对应的物理拿取位置为：
Rqx＝Nqx-(Mqx-Tqx)*cos(Nqr-Mqr)-(Mqy-Tqy)*sin(Nqr-Mqr)
Rqy＝Nqy-(Mqx-Tqx)*sin(Nqr-Mqr)+(Mqy-Tqy)*Cos(Nqr-Mqr)
Rqy＝Tqr+(Npr-Mpr)
本实施例，能确定出物理坐标与图像坐标之间的第一转换关系，准确地对机器人进行位置标定，进而精确地控制待拿取物品的拿取。不需要人为示校机器人上的点；也不需要人为移动机器人，只需将机器人末端治具移动至相机视野中，标定软件采用一键式启动就可以确定出准确的转换关系，标定方法简捷，标定效率高，标定结果精确，不需要额外的辅助硬件设备，能够大幅度降低操作人员调机难度，提高机器人视觉定位设备精度。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。
基于与上述实施例中的机器人的物品拿取方法相同的思想，本发明还提供机器人的物品拿取装置，该装置可用于执行上述机器人的物品拿取方法。为了便于说明，机器人的物品拿取装置实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图9所述，机器人的物品拿取装置包括图像坐标确定模块901、拿取坐标确定模块902和物品拿取模块903，详细说明如下：
图像坐标确定模块901，用于获取待拿取物品在物品图像上的坐标，作为物品图像坐标。
拿取坐标确定模块902，用于根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标；其中，转换关系为由图像坐标到物理坐标的对应关系，所述物品物理拿取坐标为待拿取物品所处的物理坐标。
以及，物品拿取模块903，用于控制机器人移动到所述物品物理拿取坐标拿取所述待拿取物品。
本实施例，能确定出物理坐标与图像坐标之间的第一转换关系，准确地对机器人进行位置标定，进而精确地控制待拿取物品的拿取和转移。
在一个实施例中，还包括：第一物理坐标确定模块，用于在画布图像上确定第一图像坐标，确定所述第一图像坐标对应的第一物理坐标；其中，画布图像为包含有画布的图像；所述第一物理坐标是根据预先确定的第二转换关系确定的；第二图像坐标确定模块，用于确定第一标记在画布图像上对应的第二图像坐标；所述第一标记是由机器人上的标记工具移动到第一物理坐标时在画布上标记的；第一转换关系确定模块，用于根据所述第一物理坐标与所述第二图像坐标，确定第一转换关系。
在一个实施例中，还包括：第三图像坐标确定模块，用于确定第二标记在画布图像上对应的第三图像坐标；所述第二标记是由标记工具移动到第二物理坐标时在画布上标记的；第四图像坐标确定模块，用于确定第三标记在画布图像上对应的第四图像坐标；所述第三标记是由标记工具移动到第三物理坐标时在画布上标记的；所述第三物理坐标与所述第二物理坐标存在特定的距离；第二转换关系确定模块，用于根据第二物理坐标与第三图像坐标的对应关系，以及第三物理坐标与第四图像坐标的对应关系，确定第二转换关系。
在一个实施例中，第二图像坐标确定模块，包括：图像绘制子模块，用于控制机器人上的标记笔移动到所述第一物理坐标，并在所述画布上绘制几何图形，得到第一标记；第二图像坐标确定子模块，用于根据所述第一标记在画布图像上的位置区域，确定第二图像坐标。
在一个实施例中，所述标记笔设置在所述机器人末端与法兰盘不重合的位置上；所述几何图形包括圆圈；第二图像坐标确定子模块，还用于确定标记笔绘制的圆圈在画布图像上的中心坐标，得到所述第二图像坐标；其中，所述圆圈由标记笔围绕所述法兰盘旋转时在所述画布上绘制。
在一个实施例中，所述画布图像包括通过拍摄装置拍摄画布所得到的图像；还包括：判断模块，用于控制所述标记工具从第二物理坐标向预设的方向移动特定的距离，判断所述标记工具是否在所述拍摄装置的视野范围内；距离调整模块，用于当否时，根据二分法调整所述特定的距离；直到所述标记工具落入所述拍摄装置的视野范围内，判定标记工具移动到第三物理坐标。
在一个实施例中，拿取坐标确定模块902，包括：第四物理坐标确定子模块，用于根据所述物品图像坐标和第一转换关系，得到所述待拿取物品的第四物理坐标；信息获取子模块，用于获取模板物品的模板图像坐标以及模板物理拿取坐标；第五物理坐标确定子模块，用于根据模板图像坐标和第一转换关系，确定所述模板物品的第五物理坐标；拿取坐标确定子模块，用于根据所述第四物理坐标、第五物理坐标以及模板物理拿取坐标的位置关系，得到物品物理拿取坐标。
需要说明的是，本发明的机器人的物品拿取装置与本发明的机器人的物品拿取方法一一对应，在上述机器人的物品拿取方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于机器人的物品拿取装置的实施例中，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述，特此声明。
此外，上述示例的机器人的物品拿取装置的实施方式中，各程序模块的逻辑划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如出于相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述机器人的物品拿取装置的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储物理坐标、图像坐标、第一转换关系、第二转换关系等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种机器人的物品拿取方法。
本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：获取待拿取物品在物品图像上的坐标，作为物品图像坐标；根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标；其中，转换关系为由图像坐标到物理坐标的对应关系，所述物品物理拿取坐标为待拿取物品所处的物理坐标；控制机器人移动到所述物品物理拿取坐标拿取所述待拿取物品。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：在画布图像上确定第一图像坐标，确定所述第一图像坐标对应的第一物理坐标；其中，画布图像为包含有画布的图像；所述第一物理坐标是根据预先确定的第二转换关系确定的；确定第一标记在画布图像上对应的第二图像坐标；所述第一标记是由机器人上的标记工具移动到第一物理坐标时在画布上标记的；根据所述第一物理坐标与所述第二图像坐标，确定第一转换关系。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：确定第二标记在画布图像上对应的第三图像坐标；所述第二标记是由标记工具移动到第二物理坐标时在画布上标记的；确定第三标记在画布图像上对应的第四图像坐标；所述第三标记是由标记工具移动到第三物理坐标时在画布上标记的；所述第三物理坐标与所述第二物理坐标存在特定的距离；根据第二物理坐标与第三图像坐标的对应关系，以及第三物理坐标与第四图像坐标的对应关系，确定第二转换关系。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：控制机器人上的标记笔移动到所述第一物理坐标，并在所述画布上绘制几何图形，得到第一标记；根据所述第一标记在画布图像上的位置区域，确定第二图像坐标。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：确定标记笔绘制的圆圈在画布图像上的中心坐标，得到所述第二图像坐标；其中，所述圆圈由标记笔围绕所述法兰盘旋转时在所述画布上绘制。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：控制所述标记工具从第二物理坐标向预设的方向移动特定的距离，判断所述标记工具是否在所述拍摄装置的视野范围内；当否时，根据二分法调整所述特定的距离；直到所述标记工具落入所述拍摄装置的视野范围内，判定标记工具移动到第三物理坐标。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据所述物品图像坐标和第一转换关系，得到所述待拿取物品的第四物理坐标；获取模板物品的模板图像坐标以及模板物理拿取坐标；根据模板图像坐标和第一转换关系，确定所述模板物品的第五物理坐标；根据所述第四物理坐标、第五物理坐标以及模板物理拿取坐标的位置关系，得到物品物理拿取坐标。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取待拿取物品在物品图像上的坐标，作为物品图像坐标；根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标；其中，转换关系为由图像坐标到物理坐标的对应关系，所述物品物理拿取坐标为待拿取物品所处的物理坐标；控制机器人移动到所述物品物理拿取坐标拿取所述待拿取物品。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：在画布图像上确定第一图像坐标，确定所述第一图像坐标对应的第一物理坐标；其中，画布图像为包含有画布的图像；所述第一物理坐标是根据预先确定的第二转换关系确定的；确定第一标记在画布图像上对应的第二图像坐标；所述第一标记是由机器人上的标记工具移动到第一物理坐标时在画布上标记的；根据所述第一物理坐标与所述第二图像坐标，确定第一转换关系。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：确定第二标记在画布图像上对应的第三图像坐标；所述第二标记是由标记工具移动到第二物理坐标时在画布上标记的；确定第三标记在画布图像上对应的第四图像坐标；所述第三标记是由标记工具移动到第三物理坐标时在画布上标记的；所述第三物理坐标与所述第二物理坐标存在特定的距离；根据第二物理坐标与第三图像坐标的对应关系，以及第三物理坐标与第四图像坐标的对应关系，确定第二转换关系。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：控制机器人上的标记笔移动到所述第一物理坐标，并在所述画布上绘制几何图形，得到第一标记；根据所述第一标记在画布图像上的位置区域，确定第二图像坐标。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：确定标记笔绘制的圆圈在画布图像上的中心坐标，得到所述第二图像坐标；其中，所述圆圈由标记笔围绕所述法兰盘旋转时在所述画布上绘制。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：控制所述标记工具从第二物理坐标向预设的方向移动特定的距离，判断所述标记工具是否在所述拍摄装置的视野范围内；当否时，根据二分法调整所述特定的距离；直到所述标记工具落入所述拍摄装置的视野范围内，判定标记工具移动到第三物理坐标。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据所述物品图像坐标和第一转换关系，得到所述待拿取物品的第四物理坐标；获取模板物品的模板图像坐标以及模板物理拿取坐标；根据模板图像坐标和第一转换关系，确定所述模板物品的第五物理坐标；根据所述第四物理坐标、第五物理坐标以及模板物理拿取坐标的位置关系，得到物品物理拿取坐标。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或(模块)单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不能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 (10)

1.一种机器人的物品拿取方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取待拿取物品在物品图像上的坐标，作为物品图像坐标；
根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标；其中，转换关系为由图像坐标到物理坐标的对应关系，所述物品物理拿取坐标为待拿取物品所处的物理坐标；
控制机器人移动到所述物品物理拿取坐标拿取所述待拿取物品；
所述第一转换关系通过如下方式确定：
将拍摄装置的视野区域等份划分为9个区域，提取等份划分后的9个区域的中心分别对应的图像坐标，并根据等份划分后的视野区域的中心对应的图像坐标和第二转换关系，确定第一物理坐标；
控制所述机器人移动至所述第一物理坐标并在等份划分后的视野区域上进行标记，得到第一标记；
根据所述拍摄装置视野外记录的标记前的等份划分后的画布图像和包含第一标记的等份划分后的画布图像，确定与所述第一标记对应的第二图像坐标；
根据所述第一物理坐标与所述第二图像坐标，确定第一转换关系；
所述第二转换关系通过如下方式确定：
控制所述拍摄装置针对固定在所述拍摄装置视野中的画布进行拍摄得到图像I0；
将机器人末端治具移动至所述拍摄装置视野中，记录标记笔的物理坐标Q0(qx00,qy00)；所述标记笔被安装在所述机器人末端治具且与法兰盘中心不重合的位置；
控制所述标记笔绕所述法兰盘旋转并在画布上绘制圆，将所述标记笔移动至所述拍摄装置视野外并控制所述拍摄装置拍照得到图像I1；
通过图像分析确定图像I0和图像I1差异，以识别机器人绘制的特征圆的中心对应的图像坐标P0(px00,py00)；
控制所述标记笔在所述物理坐标Q0(qx00,qy00)对应的位置往X轴移动相对位置dx；
通过二分法调整相对位置dx的值，记录所述标记笔到达的物理坐标Q0(qx01,qy01)；控制标记笔在所述物理坐标Q0(qx01,qy01)的位置上绕所述法兰盘旋转并在画布上绘制圆，将所述标记笔移动至所述拍摄装置视野外并控制所述拍摄装置拍照得到图像I2；
通过图像分析确定图像I1和图像I2的差异，并识别机器人绘制的特征圆的中心对应的图像坐标P0(px01,py01)；
控制所述标记笔在所述物理坐标Q0(qx00,qy00)对应的位置往Y轴移动相对位置dy；
通过二分法调整相对位置dy的值，记录所述标记笔到达的物理坐标Q0(qx02,qy02)，控制所述标记笔绕所述法兰盘旋转并在画布上绘制圆，将所述标记笔移动至拍摄装置视野外并控制拍摄装置拍照得到图像I3；
通过图像分析确定图像I2和图像I3的差异以识别机器人绘制的特征圆的中心对应的图像坐标P0(px02,py02)；
基于所述物理坐标Q0(qx00,qy00)、所述物理坐标Q0(qx01,qy01)、所述物理坐标Q0(qx02,qy02)、图像坐标P0(px00,py00)、图像坐标P0(px01,py01)、以及图像坐标P0(px02,py02)，确定所述第二转换关系。
2.根据权利要求1所述的机器人的物品拿取方法，其特征在于，
所述第一标记是由机器人上的标记笔移动到第一物理坐标时在画布上标记的。
3.根据权利要求2所述的机器人的物品拿取方法，其特征在于，所述第一标记是所述标记笔在画布上绘制的几何图形。
4.根据权利要求3所述的机器人的物品拿取方法，其特征在于，所述几何图形包括圆圈；所述圆圈由标记笔围绕所述法兰盘旋转时在所述画布上绘制。
5.根据权利要求1至4任一项所述的机器人的物品拿取方法，其特征在于，所述根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标的步骤，包括：
根据所述物品图像坐标和第一转换关系，得到所述待拿取物品的第四物理坐标；
获取模板物品的模板图像坐标以及模板物理拿取坐标；
根据模板图像坐标和第一转换关系，确定所述模板物品的第五物理坐标；
根据所述第四物理坐标、第五物理坐标以及模板物理拿取坐标的位置关系，得到物品物理拿取坐标。
6.一种机器人的物品拿取装置，其特征在于，包括：
图像坐标确定模块，用于获取待拿取物品在物品图像上的坐标，作为物品图像坐标；
拿取坐标确定模块，用于根据所述物品图像坐标和预先确定的第一转换关系，得到所述待拿取物品的物品物理拿取坐标；其中，转换关系为由图像坐标到物理坐标的对应关系，所述物品物理拿取坐标为待拿取物品所处的物理坐标；
以及，物品拿取模块，用于控制机器人移动到所述物品物理拿取坐标拿取所述待拿取物品；
所述第一转换关系通过如下方式确定：将拍摄装置的视野区域等份划分为9个区域，提取等份划分后的9个区域的中心分别对应的图像坐标，并根据等份划分后的视野区域的中心对应的图像坐标和第二转换关系，确定第一物理坐标；控制所述机器人移动至所述第一物理坐标并在等份划分后的视野区域上进行标记，得到第一标记；根据所述拍摄装置视野外记录的标记前的等份划分后的画布图像和包含第一标记的等份划分后的画布图像，确定与所述第一标记对应的第二图像坐标；根据所述第一物理坐标与所述第二图像坐标，确定第一转换关系；
所述第二转换关系通过如下方式确定：控制所述拍摄装置针对固定在所述拍摄装置视野中的画布进行拍摄得到图像I0；将机器人末端治具移动至所述拍摄装置视野中，记录标记笔的物理坐标Q0(qx00,qy00)；所述标记笔被安装在所述机器人末端治具且与法兰盘中心不重合的位置；控制所述标记笔绕所述法兰盘旋转并在画布上绘制圆，将所述标记笔移动至所述拍摄装置视野外并控制所述拍摄装置拍照得到图像I1；通过图像分析确定图像I0和图像I1差异，以识别机器人绘制的特征圆的中心对应的图像坐标P0(px00,py00)；控制所述标记笔在所述物理坐标Q0(qx00,qy00)对应的位置往X轴移动相对位置dx；通过二分法调整相对位置dx的值，记录所述标记笔到达的物理坐标Q0(qx01,qy01)；控制标记笔在所述物理坐标Q0(qx01,qy01)的位置上绕所述法兰盘旋转并在画布上绘制圆，将所述标记笔移动至所述拍摄装置视野外并控制所述拍摄装置拍照得到图像I2；通过图像分析确定图像I1和图像I2的差异，并识别机器人绘制的特征圆的中心对应的图像坐标P0(px01,py01)；控制所述标记笔在所述物理坐标Q0(qx00,qy00)对应的位置往Y轴移动相对位置dy；通过二分法调整相对位置dy的值，记录所述标记笔到达的物理坐标Q0(qx02,qy02)，控制所述标记笔绕所述法兰盘旋转并在画布上绘制圆，将所述标记笔移动至拍摄装置视野外并控制拍摄装置拍照得到图像I3；通过图像分析确定图像I2和图像I3的差异以识别机器人绘制的特征圆的中心对应的图像坐标P0(px02,py02)；基于所述物理坐标Q0(qx00,qy00)、所述物理坐标Q0(qx01,qy01)、所述物理坐标Q0(qx02,qy02)、图像坐标P0(px00,py00)、图像坐标P0(px01,py01)、以及图像坐标P0(px02,py02)，确定所述第二转换关系。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述第一标记是由机器人上的标记笔移动到第一物理坐标时在画布上标记的。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一标记是所述标记笔在画布上绘制的几何图形。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述的方法的步骤。
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