CN111360797A - 一种基于视觉的机器人tcp标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于视觉的机器人TCP标定方法，包括球体固定和摄像头，机器人的末端(或夹具上)固定一个球体，在机器人外(与机器人不联动)的坐标系中固定一台3D相机，使用3D相机获得球体球心的三维坐标位置，自动调整球体位置，使球心从多个角度达到同一个三维坐标点，实现TCP标定。该基于视觉的机器人TCP标定方法，其能够采用计算机计算来控制机器人的移动，定位速度快，提高了标定效率，以往手动操作机器人的过程中，机器人外固定一个针尖，然后控制机器人的针尖从不同的方向与固定针尖对齐，通过不小于4次的对准，实现TCP标定，这样容易让两个针尖碰撞，造成使用的不方便，避免了传统情况下随机性较大和误差的问题。

Description

一种基于视觉的机器人TCP标定方法
技术领域
本发明涉及TCP标定技术领域，具体为一种基于视觉的机器人TCP标定方法。
背景技术
TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，用户数据报协议(UDP)是同一层内另一个重要的传输协议，在机器人轨迹编程时，就是将工具在另外定义的工作坐标系中的若干位置X/Y/Z和姿态Rx/Ry/Rz记录在程序中。当程序执行时，机器人就会把TCP点移动到这些编程的位置。
随着现代科学技术的进步，生产系统的发展和设备制造水平的提高，机器人代替人工操作已经成为常态。现在机器人(六轴)进行TCP标定的时候，都是采用对针尖的方式，也就是机械臂的末端(或夹具上)固定一个针尖，针尖对齐误差相对较大，同时人工操作机器人的过程中，容易让两个针尖碰撞，导致重新标定，效率很低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于视觉的机器人TCP标定方法，以解决上述背景技术中提出现在机器人(六轴)进行TCP标定的时候，都是采用对针尖的方式，也就是机械臂的末端(或夹具上)固定一个针尖，针尖对齐误差相对较大，同时人工操作机器人的过程中，容易让两个针尖碰撞，导致重新标定，效率很低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于视觉的机器人TCP标定方法，其步骤如下：
步骤一：首先在原有的机器人机械臂的部分，也就是机器人的机械臂末端固定一个较小的球体作为参照物，在机械臂运动的空间内部安装两个成90度夹角的摄像头，使得摄像头能够根据球体运动的轨迹来获取球体球心的三维坐标位置；
步骤二：机械臂每移动一步，机器人自动调用RS232串口向上位机实时发送球体中心的当前位置，机器人能够实时监测串口数据，一有数据发进来便快速进行解析，获取上机位的三维坐标位置信息和欧拉角数据；
步骤三：摄像机能够先快速拍摄一组图片，前方摄像头球体在第一象限，侧方摄像头球体在第二象限，两个摄像头此时进行检测，检测到球体在视野上半部分，这时调用串口接收当前位置数据，将Z轴数据减1单位长度，然后再通过串口发送给下位机，机械臂此时向Z轴负方向步进，每次步进1单位长度，摄像头实时监测直到快与上下中心线接触，对照球体是否到达中心点，如果没到，根据下位机的当前位置进行算法计算，将计算结果发送给下位机控制机器人移动；
步骤四：正前方摄像头进行检测，检测到球体在右半部分，同理调用串口进行控制，每次步进1单位长度，直到快与左右中心线接触，然后改为步进0.1单位长度使球心中心点与左右中心线重合，侧方摄像头进行检测，检测到球体在左半部分，同理调用串口进行控制，每次步进1单位长度，直到快与左右中心线接触，然后改为步进0.1单位长度使球心中心点与左右中心线重合，两个摄像头监测球体是否在中心，如果在中心，则完成自动标定。
进一步的，下位机和上位机发送和接收串口数据包的格式为：x＝111.111y＝222.222z＝333.333ox＝111.11oy＝222.222oz＝333.333，其中前三位是三维坐标数据，后三位是姿态欧拉角数据；
进一步的，所述正前方摄像头球体在第一象限机械臂位移方向为Z-，Y-，第二象限机械臂位移方向为Z-，Y+，第三象限机械臂位移方向为Z+，Y+，第四象限机械臂位移方向为Z+，Y-；
进一步的，侧方摄像头球体在第一象限机械臂位移方向为Z-，X+，第二象限机械臂位移方向为Z-，X-，第三象限机械臂位移方向为Z+，X-，第四象限机械臂位移方向为Z+，X+；
进一步的，正前方和侧方的摄像头接收到三维坐标数据和姿态欧拉角数据为x＝111.111y＝222.222z＝333.333ox＝111.11oy＝222.222oz＝333.333，则发送x＝111.111y＝222.222z＝332.333ox＝111.11oy＝222.222oz＝333.333。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于视觉的机器人TCP标定方法，其能够采用计算机计算来控制机器人的移动，定位速度快，提高了标定效率，以往手动操作机器人的过程中，机器人外固定一个针尖，然后控制机器人的针尖从不同的方向与固定针尖对齐，通过不小于4次的对准，实现TCP标定，这样容易让两个针尖碰撞，造成使用的不方便，避免了传统情况下随机性较大和误差的问题，此标定方法则换成了使用圆球的球心作为视觉定位点，计算精度高，同时两个摄像头的设计，能够帮助此方法使用视觉来进行重复定位，稳定性和重复精度好，而且这样依次定位的设计，也能够保证此TCP标定方法对于位置的标定准确性，摄像头利用计算机自动调整球体位置，使球心从多个角度达到同一个三维坐标点(和第一次获得球心坐标点一致)，实现TCP标定。
附图说明
图1为本发明摄像头第一定位示意图；
图2为本发明摄像头第二定位示意图；
图3为本发明摄像头第三定位示意图；
图4为本发明摄像头第四定位示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明作进一步发明。
请参考图1-4，实施例一：
本发明公开了一种基于视觉的机器人TCP标定方法，其步骤如下：
步骤一：首先在原有的机器人机械臂的部分，也就是机器人的机械臂末端固定一个较小的球体作为参照物，在机械臂运动的空间内部安装两个成90度夹角的摄像头，使得摄像头能够根据球体运动的轨迹来获取球体球心的三维坐标位置；
步骤二：机械臂每移动一步，机器人自动调用RS232串口向上位机实时发送球体中心的当前位置，机器人能够实时监测串口数据，一有数据发进来便快速进行解析，获取上机位的三维坐标位置信息和欧拉角数据；
步骤三：摄像机能够先快速拍摄一组图片，前方摄像头球体在第一象限，侧方摄像头球体在第二象限，两个摄像头此时进行检测，检测到球体在视野上半部分，这时调用串口接收当前位置数据，将Z轴数据减1单位长度，然后再通过串口发送给下位机，机械臂此时向Z轴负方向步进，每次步进1单位长度，摄像头实时监测直到快与上下中心线接触，对照球体是否到达中心点，如果没到，根据下位机的当前位置进行算法计算，将计算结果发送给下位机控制机器人移动；
步骤四：正前方摄像头进行检测，检测到球体在右半部分，同理调用串口进行控制，每次步进1单位长度，直到快与左右中心线接触，然后改为步进0.1单位长度使球心中心点与左右中心线重合，侧方摄像头进行检测，检测到球体在左半部分，同理调用串口进行控制，每次步进1单位长度，直到快与左右中心线接触，然后改为步进0.1单位长度使球心中心点与左右中心线重合，两个摄像头监测球体是否在中心，如果在中心，则完成自动标定。
首先使用者需要在原有的机器人机械臂的部分，也就是机器人的机械臂末端固定一个较小的球体作为参照物，在机械臂运动的空间内部安装两个成90度夹角的摄像头(要与机器人不联动)，使得摄像头能够根据球体运动的轨迹来获取球体球心的三维坐标位置，机械臂每移动一步，机器人就能够自动调用RS232串口向上位机实时发送球体中心的当前位置，机器人能够实时监测串口数据，一有数据发进来便快速进行解析，获取上机位的三维坐标位置信息和欧拉角数据，摄像机能够先快速拍摄一组图片，如图1所示，前方摄像头球体在第一象限，侧方摄像头球体在第二象限，两个摄像头此时进行检测，检测到球体在视野上半部分，这时调用串口接收当前位置数据，将Z轴数据减1单位长度，然后再通过串口发送给下位机，机械臂此时向Z轴负方向步进，每次步进1单位长度，摄像头实时监测直到快与上下中心线接触，对照球体是否到达中心点，如果没到，根据下位机的当前位置进行算法计算，将计算结果发送给下位机控制机器人移动，正前方摄像头进行检测，检测到球体在右半部分，同理调用串口进行控制，每次步进1单位长度，直到快与左右中心线接触，如图2所示，然后改为步进0.1单位长度使球心中心点与左右中心线重合，侧方摄像头进行检测，检测到球体在左半部分，同理调用串口进行控制，每次步进1单位长度，直到快与左右中心线接触，如图3所示，然后改为步进0.1单位长度使球心中心点与左右中心线重合，两个摄像头监测球体是否在中心，观看图4，如果在中心，则完成自动标定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于视觉的机器人TCP标定方法，其特征在于：其步骤如下：
步骤一：首先在原有的机器人机械臂的部分，也就是机器人的机械臂末端固定一个较小的球体作为参照物，在机械臂运动的空间内部安装两个成90度夹角的摄像头，使得摄像头能够根据球体运动的轨迹来获取球体球心的三维坐标位置；
步骤二：机械臂每移动一步，机器人自动调用RS232串口向上位机实时发送球体中心的当前位置，机器人能够实时监测串口数据，一有数据发进来便快速进行解析，获取上机位的三维坐标位置信息和欧拉角数据；
步骤三：摄像机能够先快速拍摄一组图片，前方摄像头球体在第一象限，侧方摄像头球体在第二象限，两个摄像头此时进行检测，检测到球体在视野上半部分，这时调用串口接收当前位置数据，将Z轴数据减1单位长度，然后再通过串口发送给下位机，机械臂此时向Z轴负方向步进，每次步进1单位长度，摄像头实时监测直到快与上下中心线接触，对照球体是否到达中心点，如果没到，根据下位机的当前位置进行算法计算，将计算结果发送给下位机控制机器人移动；
步骤四：正前方摄像头进行检测，检测到球体在右半部分，同理调用串口进行控制，每次步进1单位长度，直到快与左右中心线接触，然后改为步进0.1单位长度使球心中心点与左右中心线重合，侧方摄像头进行检测，检测到球体在左半部分，同理调用串口进行控制，每次步进1单位长度，直到快与左右中心线接触，然后改为步进0.1单位长度使球心中心点与左右中心线重合，两个摄像头监测球体是否在中心，如果在中心，则完成自动标定。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的机器人TCP标定方法，其特征在于：所述下位机和上位机发送和接收串口数据包的格式为：x＝111.111y＝222.222z＝333.333ox＝111.11oy＝222.222oz＝333.333，其中前三位是三维坐标数据，后三位是姿态欧拉角数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉的机器人TCP标定方法，其特征在于：所述正前方摄像头球体在第一象限机械臂位移方向为Z-，Y-，第二象限机械臂位移方向为Z-，Y+，第三象限机械臂位移方向为Z+，Y+，第四象限机械臂位移方向为Z+，Y-。
4.根据权利要求1所述的一种基于视觉的机器人TCP标定方法，其特征在于：所述侧方摄像头球体在第一象限机械臂位移方向为Z-，X+，第二象限机械臂位移方向为Z-，X-，第三象限机械臂位移方向为Z+，X-，第四象限机械臂位移方向为Z+，X+。
5.根据权利要求1所述的一种基于视觉的机器人TCP标定方法，其特征在于：所述正前方和侧方的摄像头接收到三维坐标数据和姿态欧拉角数据为x＝111.111y＝222.222z＝333.333ox＝111.11oy＝222.222oz＝333.333，则发送x＝111.111y＝222.222z＝332.333ox＝111.11oy＝222.222oz＝333.333。
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