CN110815177B - 一种复合机器人2d视觉引导示教的迁移方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合机器人2D视觉引导示教的迁移方法，包括相机标定、工具对齐、示教及迁移三个步骤，通过相机标定步骤实现将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量；通过工具对齐步骤，注册第一台复合机器人和其他复合机器人的视觉补正原点，并记录各台复合机器人末端法兰或执行器工具各基准面的位置，或通过末端法兰或执行器工具移动一定的距离后记录此刻末端法兰或执行器工具各基准面的位置，从而得出其他复合机器人的对齐偏移量；通过示教及迁移步骤，从而完成对其他复合机器人的示教迁移。本发明通过补正操作，从而得出复合机器人末端法兰或执行器工具的对齐偏移量，使得同类型复合机器人的示教数据可共用，能够有效减少示教次数及项目部署的时间。

Description

一种复合机器人2D视觉引导示教的迁移方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种复合机器人2D视觉引导示教的迁移方法。

背景技术

随着搭载协作机器臂的自动引导车(复合机器人)在工业自动化行业上下料应用中的成功落地，视觉引导成为其中必要的一环，2D视觉引导技术逐步成熟，一般只需简单示教即可完成取放任务，在机器人行业中得到了广泛应用。由于2D视觉引导一般要求相机成像平面与待拍摄目标平面平行并且高度固定，因此复合机器人通常末端搭载相机、倾角传感器、激光测距等传感器满足实际应用要求。然而针对数量众多的机台上下料需要，随着复合机器人数量的增加，示教次数也成倍的增加。后续维护中，维修复合机器人以后又必须对其重新进行示教，从而增加了项目人工成本。

由于机器人之间差异，包括末端相机及其安装、执行器工具以及安装差异，将一台复合机器人的示教数据拷贝到其他复合机器人，显然无法直接使用。假设机器人末端法兰坐标系为F，执行器工具坐标系为E，相机像素坐标系为C，ⁱT_j表示j坐标系到i坐标系变换，M为机器人末端法兰相对移动示教量：

其中，下标1、2表示不同复合机器人。若增加执行器工具的对齐偏移量，即视觉补正后增加末端法兰相对移动量¹M₂，使：

考虑到以下两种特殊情况：

①机械加工保证

则：

②通过TCP(tool center point)工具标定使得F₁＝F₂且

则：

情况①，针对TCP标定精度不能满足使用或不方便做TCP标定，在末端法兰坐标系下示教，示教迁移时增加执行器工具对齐操作；情况②，针对TCP标定精度满足要求，直接在工具坐标系下示教，示教迁移时增加执行器工具对齐操作。

有鉴于此，本发明提供一种复合机器人2D视觉引导示教的迁移方法。

发明内容

本发明意在提供一种复合机器人2D视觉引导示教的迁移方法，以解决现有技术中存在的示教次数多、项目部署时间长的不足。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。

一种复合机器人2D视觉引导示教的迁移方法，其改进之处在于，包括如下步骤：

步骤1、相机标定，对第一台复合机器人和其他复合机器人的相机像素坐标系和末端法兰或执行器工具坐标系进行标定，实现将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量；

步骤2、工具对齐，注册第一台复合机器人和其他复合机器人的视觉补正原点，所述视觉补正原点是指复合机器人每次视觉补正后都将回到的点；在视觉补正原点处，记录第一台复合机器人和其他复合机器人末端法兰或执行器工具各基准面的位置，或通过末端法兰或执行器工具移动一定的距离后记录此刻末端法兰或执行器工具各基准面的位置；计算第一台复合机器人和其他复合机器人末端法兰或执行器工具各基准面的位置偏移量，从而得出其他复合机器人的末端法兰或执行器工具的对齐偏移量；

步骤3、示教及迁移，对第一台复合机器人进行示教，为其他复合机器人复制第一台复合机器人的示教任务，并在复制的示教任务前增加对齐偏移量，从而完成对其他复合机器人的示教。

优选的，步骤1具体分为如下步骤：

步骤1.1，将相机平面调整至与标定平面平行，并将相机高度调整至其工作高度；

步骤1.2，将相机光圈调至最大，调整相机焦距使得成像最清晰，锁定焦距并将光圈调小至1/3光圈处锁定光圈；

步骤1.3，标定相机像素坐标系与复合机器人末端法兰或执行器工具坐标系之间的关系，实现将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量。

优选的，在相机视野中放置一个目标标记，利用模板匹配等图像处理方法获取该标记作为目标点，相机在工作条件下从起始点沿末端法兰或执行器工具坐标X轴方向移动Δx，目标点像素坐标变化量(Δu₁,Δv₁)；再从起始点沿末端法兰或执行器工具坐标Y轴方向移动Δy，目标点像素坐标变化量(Δu₂,Δv₂)，从而实现将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量。

优选的，步骤2中注册视觉补正原点的方法：保持相机平面与标定平面水平并保持相机处在工作高度，拍摄目标图像，通过视觉图像处理工具的形状或灰度模板匹配找到图像中目标像素位置，设置为视觉补正原点。

优选的，将第一台复合机器人和其他复合机器人的视觉补正原点设置为相同。

优选的，步骤2中记录复合机器人末端法兰或执行器工具各基准面位置的方法：在视觉补正原点处，通过与目标相对固定的辅助工装面，划线记录复合机器人末端法兰或执行器工具三个正交基准面的位置。

优选的，步骤3具体分为如下步骤：

步骤3.1，第一台复合机器人从其视觉补正原点位置开始，在末端法兰或执行器工具坐标系下进行示教；

步骤3.2，其他复合机器人复制第一台复合机器人的示教任务，并在复制的示教任务前增加对齐偏移量。

本发明的迁移方法，在第一台和其他复合机器人的视觉补正原点处记录第一台和其他复合机器人的末端法兰或执行器工具的位置，计算二者的对齐偏移量；在第一台复合机人的视觉补正原点处，对第一台复合机器人进行示教，对其他复合机器人复制示教任务并在其前增加对齐偏移量，从而完成对其他复合机器人的示教。与现有技术相比，本发明通过补正操作，从而得出复合机器人末端法兰或执行器工具的对齐偏移量，使得同类型复合机器人的示教数据可共用，能够有效减少示教次数及项目部署的时间。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1：

一种复合机器人2D视觉引导示教的迁移方法，其改进之处在于，包括如下步骤：

步骤1、相机标定，对第一台复合机器人和其他复合机器人的相机像素坐标系和末端法兰或执行器工具坐标系进行标定，实现将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量；

步骤2、工具对齐，注册第一台复合机器人和其他复合机器人的视觉补正原点，所述视觉补正原点是指复合机器人每次视觉补正后都将回到的点；在视觉补正原点处，记录第一台复合机器人和其他复合机器人末端法兰或执行器工具各基准面的位置，或通过末端法兰或执行器工具移动一定的距离后记录此刻末端法兰或执行器工具各基准面的位置；计算第一台复合机器人和其他复合机器人末端法兰或执行器工具各基准面的位置偏移量，从而得出其他复合机器人的末端法兰或执行器工具的对齐偏移量；

步骤3、示教及迁移，对第一台复合机器人进行示教，为其他复合机器人复制第一台复合机器人的示教任务，并在复制的示教任务前增加对齐偏移量，从而完成对其他复合机器人的示教。

本发明的迁移方法，在第一台和其他复合机器人的视觉补正原点处记录第一台和其他复合机器人的末端法兰或执行器工具的位置，计算二者的对齐移量；在第一台复合机人的视觉补正原点处，对第一台复合机器人进行示教，对其他复合机器人复制示教任务并在复制的示教任务前增加对齐偏移量，从而完成对其他复合机器人的示教。

优选的，本实施例中，步骤1中进行标定的方法可采用绝对标定，也可以采用相对标定。

实施例2：

在实施例1的基础上，步骤1具体分为如下步骤：

步骤1.1，将相机平面调整至与标定平面平行，并将相机高度调整至其工作高度；

步骤1.2，将相机光圈调至最大，调整相机焦距使得成像最清晰，锁定焦距并将光圈调小至1/3光圈处锁定光圈；

步骤1.3，标定相机像素坐标系与复合机器人末端法兰或执行器工具坐标系之间的关系，实现将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量。

本实施例通过设置相机平面、标定平面及对拍摄参数的设置，能够保证步骤2中的目标图像的清晰度；通过标定相机像素坐标系和末端法兰或执行器工具坐标系之间的关系，以实现将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量。

实施例3：

在实施例2的基础上，在相机视野中放置一个目标标记，利用模板匹配等图像处理方法获取该标记作为目标点，相机在工作条件下从起始点沿末端法兰或执行器工具坐标X轴方向移动Δx，目标点像素坐标变化量(Δu₁,Δv₁)；再从起始点沿末端法兰或执行器工具坐标Y轴方向移动Δy，目标点像素坐标变化量(Δu₂,Δv₂)，从而实现将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量。

本实施例给出了将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量的具体算法，本实施例中末端法兰或执行器工具的坐标两次偏移量分别为Δx，Δy，目标点像素坐标对应的两次偏移量分别为(Δu₁，Δv₁)，(Δu₂，Δv₂)。

实施例4：

在实施例1的基础上，步骤2中注册视觉补正原点的方法：保持相机平面与标定平面水平并保持相机处在工作高度，拍摄目标图像，通过视觉图像处理工具的形状或灰度模板匹配找到图像中目标像素位置，设置为视觉补正原点。

实施例5：

在实施例1或4的基础上，将第一台复合机器人和其他复合机器人的视觉补正原点设置为相同。

采用如上设置，能够有效减少步骤2、3中其他复合机器人的末端法兰或执行器工具的对齐偏移量。

实施例6：

在实施例1的基础上，步骤2中记录复合机器人末端法兰或执行器工具各基准面位置的方法：在视觉补正原点处，通过与目标相对固定的辅助工装面，划线记录复合机器人末端法兰或执行器工具三个正交基准面的位置。

实施例7：

在实施例1的基础上，步骤3具体分为如下步骤：

步骤3.1，第一台复合机器人从其视觉补正原点位置开始，在末端法兰或执行器工具坐标系下进行示教；

步骤3.2，其他复合机器人复制第一台复合机器人的示教任务，并在复制的示教任务前增加对齐偏移量。

应该指出，上述详细说明都是示例性的，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均具有与本申请所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。

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所述的示例性实施方式。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。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，如旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在上面详细的说明中，参考了附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号典型地确定类似的部件，除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下，其他实施方案可以被使用，并且可以作其他改变。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种复合机器人2D视觉引导示教的迁移方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、相机标定，对第一台复合机器人和其他复合机器人的相机像素坐标系和末端法兰或执行器工具坐标系进行标定，实现将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量；

步骤2、工具对齐，注册第一台复合机器人和其他复合机器人的视觉补正原点，所述视觉补正原点是指复合机器人每次视觉补正后都将回到的点；在视觉补正原点处，记录第一台复合机器人和其他复合机器人末端法兰或执行器工具各基准面的位置，或通过末端法兰或执行器工具移动一定的距离后记录此刻末端法兰或执行器工具各基准面的位置；计算第一台复合机器人和其他复合机器人末端法兰或执行器工具各基准面的位置偏移量，从而得出其他复合机器人的末端法兰或执行器工具的对齐偏移量；

步骤3、示教及迁移，对第一台复合机器人进行示教，为其他复合机器人复制第一台复合机器人的示教任务，并在复制的示教任务前增加对齐偏移量，从而完成对其他复合机器人的示教；

步骤2中注册视觉补正原点的方法：保持相机平面与标定平面水平并保持相机处在工作高度，拍摄目标图像，通过视觉图像处理工具的形状或灰度模板匹配找到图像中目标像素位置，设置为视觉补正原点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1具体分为如下步骤：

步骤1.1，将相机平面调整至与标定平面平行，并将相机高度调整至其工作高度；

步骤1.2，将相机光圈调至最大，调整相机焦距使得成像最清晰，锁定焦距并将光圈调小至1/3光圈处锁定光圈；

步骤1.3，标定相机像素坐标系与复合机器人末端法兰或执行器工具坐标系之间的关系，实现将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：相机在工作条件下从起始点沿末端法兰或执行器工具坐标X轴方向移动

，目标点像素坐标变化量

；再从起始点沿末端法兰或执行器工具坐标Y轴方向移动

，目标点像素坐标变化量

，从而实现将相机的像素坐标偏移量转换为末端法兰或执行器工具的坐标偏移量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：将第一台复合机器人和其他复合机器人的视觉补正原点设置为相同。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中记录复合机器人末端法兰或执行器工具各基准面位置的方法：在视觉补正原点处，通过与目标相对固定的辅助工装面，划线记录复合机器人末端法兰或执行器工具三个正交基准面的位置。

6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，步骤3具体分为如下步骤：

步骤3.1，第一台复合机器人从其视觉补正原点位置开始，在末端法兰或执行器工具坐标系下进行示教；

步骤3.2，其他复合机器人复制第一台复合机器人的示教任务，并在复制的示教任务前增加对齐偏移量。

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