CN117283559A - 机械臂的视觉引导方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开的一种机械臂的视觉引导方法、装置、电子设备及存储介质，涉及数据处理技术领域，所述方法包括：获取机械臂夹持于物体的参考夹持位置使物体处于参考位置时的参考图像；获取机械臂夹持于物体的第一夹持位置使物体处于第一位置时的第一图像；基于参考图像和第一图像，得到在图像中第一位置相对于参考位置的偏移量；基于该偏移量，得到第一位置相对于参考位置的物理偏移量；根据物理偏移量与机械臂的参考坐标，确定机械臂的目标预引导坐标，目标预引导坐标用于引导在第一夹持位置夹持所述物体的机械臂进行运动，以使物体随着机械臂的运动而移动至目标位置。应用本方法可以提高机械臂的工作效率。

Description

机械臂的视觉引导方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本公开涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种机械臂的视觉引导方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

在进行电路板接口检测时，需要通过机械臂抓取电路板并将其放置在定位柱中。机械臂抓取过程中需要获取电路板的图像坐标和定位柱的图像坐标。然后通过转换矩阵，将这两个图像坐标转换为机械臂坐标。最后通过机械臂坐标控制机械臂抓取电路板并将其放置在定位柱中。该方法中确定转换矩阵的步骤繁琐且耗时较长，且需要对电路板和定位柱进行两次视觉定位，工作效率较低。

发明内容

本公开提供一种机械臂的视觉引导方法、装置、电子设备及存储介质，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种机械臂的视觉引导方法，所述方法包括：获取机械臂夹持于物体的参考夹持位置使物体处于参考位置时的参考图像；获取机械臂夹持于物体的第一夹持位置使物体处于第一位置时的第一图像；基于所述参考图像和所述第一图像，得到在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量；基于在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量，得到所述第一位置相对于所述参考位置的物理偏移量；根据所述物理偏移量与所述机械臂的参考坐标，确定所述机械臂的目标预引导坐标；其中，所述参考坐标为所述机械臂夹持于所述物体的参考夹持位置使所述物体处于目标位置时所述机械臂的坐标；所述目标预引导坐标用于引导在第一夹持位置夹持所述物体的所述机械臂进行运动，以使所述物体随着所述机械臂的运动而移动至所述目标位置。

在一可实施方式中，所述物体上包括定位孔，所述参考图像和所述第一图像中均包括所述定位孔；相应的，所述基于所述参考图像和所述第一图像，得到在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量，包括：确定所述定位孔在所述第一图像中的第一图像坐标以及在所述参考图像中的第二图像坐标；根据所述第一图像坐标和所述第二图像坐标，得到所述定位孔在第一图像中的位置相对于所述定位孔在参考图像中的位置的偏移量；根据所述定位孔在第一图像中的位置相对于所述定位孔在参考图像中的位置的偏移量，得到在图像中所述参考位置相对于所述第一位置的偏移量。

在一可实施方式中，所述基于所述在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量，得到所述第一位置相对于所述参考位置的物理偏移量，包括：确定单位像素长度，所述单位像素长度表征一个像素的实际物理长度；根据在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量和所述单位像素长度，得到所述第一位置相对于所述参考位置的物理偏移量。

在一可实施方式中，所述参考坐标为三维坐标系下的坐标，所述物理偏移量包括X轴方向偏移量和Y轴方向偏移量；所述根据所述物理偏移量与所述机械臂的参考坐标，确定所述机械臂的目标预引导坐标，包括：将所述X轴方向偏移量与所述参考坐标的横坐标进行相加，得到目标预引导横坐标；将所述Y轴方向偏移量与所述参考坐标的纵坐标进行相加，得到目标预引导纵坐标；根据所述目标预引导横坐标、所述目标预引导纵坐标和所述参考坐标的竖坐标，确定所述机械臂的目标预引导坐标。

在一可实施方式中，所述确定所述定位孔在所述第一图像中的第一图像坐标以及在所述参考图像中的第二图像坐标，包括：分别确定在所述第一图像和所述参考图像中所述定位孔的圆心；将所述第一图像中的圆心的图像坐标确定为所述第一图像坐标；将所述参考图像中的圆心的图像坐标确定为所述第二图像坐标。

在一可实施方式中，所述参考图像和所述第一图像通过相机而采集，所述确定单位像素长度，包括：确定相机的视野物理尺寸以及所述相机拍摄的图像的分辨率；根据所述视野物理尺寸和所述分辨率，确定所述单位像素长度。

在一可实施方式中，获取所述机械臂的参考坐标，包括：接收移动指令，根据所述移动指令引导所述机械臂夹持于所述物体的参考夹持位置并使所述物体处于目标位置；获取所述物体处于目标位置时所述机械臂的坐标，将所述机械臂的坐标作为所述参考坐标。

根据本公开的第二方面，提供了一种机械臂的视觉引导装置，所述装置包括：图像获取模块，用于获取机械臂夹持于物体的参考夹持位置使物体处于参考位置时的参考图像；所述图像获取模块，还用于获取机械臂夹持于物体的第一夹持位置使物体处于第一位置时的第一图像；第一确定模块，用于基于所述参考图像和所述第一图像，得到在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量；第二确定模块，用于基于在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量，得到所述第一位置相对于所述参考位置的物理偏移量；第三确定模块，用于根据所述物理偏移量与所述机械臂的参考坐标，确定所述机械臂的目标预引导坐标；其中，所述参考坐标为所述机械臂夹持于所述物体的参考夹持位置使所述物体处于目标位置时所述机械臂的坐标；所述目标预引导坐标用于引导在第一夹持位置夹持所述物体的所述机械臂进行运动，以使所述物体随着所述机械臂的运动而移动至所述目标位置。

根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本公开所述的方法。

根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行本公开所述的方法。

本公开的一种机械臂的视觉引导方法、装置、电子设备及存储介质，该方法通过机械臂夹持物体移动到拍照位置时，获得物体的第一图像。然后使用物体在第一图像中的位置相对于物体在参考图像中的位置的偏移量，表征机械臂目标预引导坐标相对于参考坐标的偏移量，进而根据该偏移量和参考坐标的坐标值，确定目标预引导坐标的坐标值。然后使机械臂根据目标预引导坐标进行移动，并将物体移送至目标位置。本方法无需对机械臂进行繁琐的确定转换矩阵的步骤，且相比于现有技术需要对物体和目标位置进行两次视觉定位。本方法只需在机械臂位于拍照位时，对物体进行拍照，提高了机械臂的工作效率。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1示出了本公开实施例一种机械臂的视觉引导方法的实现流程示意图；

图2示出了本公开实施例一种参考图像示意图；

图3示出了本公开实施例一种第一图像示意图；

图4示出了本公开实施例一种实施场景示意图；

图5示出了本公开实施例一种机械臂的视觉引导装置的组成结构示意图；

图6示出了本公开实施例一种电子设备的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

现有的机械臂视觉引导方法，需要在机械臂工作前进行标定工作，以确定转换矩阵。确定转换矩阵是为了建立相机坐标系和机械臂坐标系之间的关系。一旦完成标定后，机械臂和相机的位置必须保持不变，以确保标定的有效性。在机械臂工作时，需要获取物体初始位置的图像坐标和指定位置的图像坐标。然后通过转换矩阵，将这两个图像坐标映射到机械臂坐标系中的坐标。然后根据机械臂坐标系中的坐标引导机械臂将物体放置在指定位置。在长时间工作后，不可避免地会对机械臂造成微小的扰动。此时需要重新进行标定工作，确定转换矩阵。确定标定的步骤繁琐且耗时较长且该方法需要对物体地初始位置和指定位置进行两次视觉定位，工作效率较低。

图1示出了本公开实施例一种机械臂的视觉引导方法的实现流程示意图，如图1所示，根据本公开实施例的第一方面，提供了一种机械臂的视觉引导方法，本方法包括：

步骤101，获取机械臂夹持于物体的参考夹持位置使物体处于参考位置时的参考图像。

可以理解的是，在机械臂进行工作前，需要对机械臂进行示教。机械臂示教的过程主要包括以下步骤：1、首先明确机械臂的抓取任务，例如通过机械臂将指定物体放到目标位置。2、通过手动示教、离线编程、视觉引导等示教方式对机械臂进行示教，示教过程需要控制机械臂的运动，以使机械臂能够精准抓取到指定物体，并将指定物体放置到目标位置。在机械臂工作过程中通常还会包括一个相机，用于对夹持有物体的机械臂进行拍照，以对机械臂进行校准。在经过多次调试后，对机械臂的关键参数进行记录，这些关键参数用于机械臂后续自动执行任务。关键参数至少包括机械臂抓取指定物体时机械臂所处的抓取位置的坐标、机械臂夹持指定物体进行拍照时机械臂所处的拍照位置的坐标、机械臂夹持物体使指定物体到目标位置时机械臂所处的释放位置的坐标等等。

机械臂根据抓取位置的坐标移动至抓取位置时，机械臂夹爪落在物体上的位置即物体的参考夹持位置。通过示教后，在没有误差的情况下，机械臂每次自动抓取物体时，夹爪都会落在参考夹持位置上，以实现对物体的抓取。机械臂通过夹持于物体的参考夹持位置夹持物体后，会根据拍照位置的坐标移动至拍照位置，当机械臂处于拍照位置时，此时物体所在的位置即为参考位置。通过相机对位于参考位置的物体进行拍照，获得参考图像。

需要说明的是，步骤101中获取参考图像可以在示教过程中进行获取，且获取到参考图像后，后续机械臂执行任务可以直接从步骤102开始执行，无需再次获取参考图像。

步骤102，获取机械臂夹持于物体的第一夹持位置使物体处于第一位置时的第一图像。

机械臂在长时间工作后或者工作环境中存在干扰时，会造成机械臂根据抓取坐标到达抓取坐标的位置时出现误差，无法精准的到达抓取坐标的位置或者可以到达抓取坐标的位置但由于硬件机构等原因使机械臂夹爪的姿态发生了改变等等原因。这会导致机械臂在抓取物体时，无法精准的落在物体的参考夹持位置上，而是落在了其他位置，这个位置为物体的第一夹持位置。

机械臂通过夹持于物体的第一夹持位置夹持物体，然后根据拍照位置的坐标移动至拍照位置。将机械臂处于拍照位置时，机械臂所夹持的物体所处的位置即为第一位置。通过相机对位于第一位置的物体进行拍照，获得第一图像。

步骤103，基于参考图像和第一图像，得到在图像中第一位置相对于参考位置的偏移量。

获取参考图像时，物体位于参考位置；获取第一图像时，物体位于第一位置。由于相机在获取参考图像和第一图像时，相机的位置和朝向是相同的。因此相机在两次拍照过程中的成像视野是一样的。因此，物体在参考图像和第一图像中的位置是不同的。

在对物体拍照时，图像中可以包括物体的全部也可以只包括物体的一部分。优选的，可以包括物体在图像中较为容易进行识别定位的部分，例如物体的顶点、特定标识等。图2示出了本公开实施例一种参考图像示意图，如图2所示的参考图像中包括物体的一部分。图3示出了本公开实施例一种第一图像示意图，如图3所示的第一图像中也包括物体的一部分。且物体在该参考图像和第一图像中的位置不同。

获取到参考图像和第一图像后，确定在图像中第一位置相对于参考位置的偏移量。由于第一图像是物体位于第一位置时拍摄的，参考图像是物体位于参考位置时拍摄的。因此，可以通过物体在第一图像中的位置相对于物体在参考图像中的位置的偏移量表征图像中第一位置相对于参考位置的偏移量。可以通过计算机视觉技术对参考图像和第一图像进行分析，获得物体在第一图像中的位置相对于物体在参考图像中的位置的偏移量。例如，使用特征检测算法来识别两张图像中物体的特征点，特征点可以是角点、斑点等。然后确定特征点在两张图像中的坐标，进而通过坐标确定物体在第一图像中的位置相对于物体在参考图像中的位置的偏移量。在本公开中不对确定物体在两张图像中的位置的偏移量的方法做限定，任何可以确定物体在两张图像中的位置的偏移量的方法在本公开中均适用。

步骤104，基于在图像中第一位置相对于参考位置的偏移量，得到第一位置相对于参考位置的物理偏移量。

第一位置相对于参考位置的物理偏移量为第一位置和参考位置在实际场景中的偏移量，这个偏移量是物理长度。第一位置相对于参考位置在图像中的偏移量是以像素为单位的。可以通过每个像素对应的物理长度，将第一位置相对于参考位置在图像中的偏移量转换为第一位置和参考位置在实际场景中的物理偏移量。例如，步骤103中确定的在图像中偏移量为7像素，假设一个像素的物理长度约为0.176毫米，那么可以确定物理偏移量为7×0.176＝1.232毫米。

步骤105，根据物理偏移量与机械臂的参考坐标，确定机械臂的目标预引导坐标；其中，参考坐标为机械臂夹持于物体的参考夹持位置使物体处于目标位置时机械臂的坐标，目标预引导坐标用于引导在第一夹持位置夹持物体的机械臂进行运动，以使物体随着机械臂的运动而移动至目标位置。

目标位置为想要物体到达的位置，目标位置可以根据实际情况进行确定。机械臂的参考坐标为机械臂通过夹持物体的参考夹持位置使物体到达目标位置时机械臂所处的位置的坐标。参考坐标可以在示教过程中确定。

由于机械臂夹取物体时，夹持在物体上的位置发生了改变，即从参考夹持位置变成了第一夹持位置。所以，当机械臂通过第一夹持位置夹持物体时，此时如果机械臂再位于参考位置，物体将不能精准的到达目标位置。目标预引导坐标即机械臂通过第一夹持位置夹持物体时，可以使物体到达目标位置时，机械臂所在位置的坐标。

目标预引导坐标和参考坐标之所以不一样，是由于机械臂通过夹持物体上的不同位置夹持物体，而进行两次拍照时机械臂所处的位置是相同的，所以导致拍照时物体所处的第一位置与参考位置之间出现了偏差。因此，目标预引导坐标相对于参考坐标发生了偏移，是由于第一位置相对于参考位置出现了偏移导致的。因此可以通过在参考坐标的坐标值上加上第一位置相对于参考位置的物理偏移量，确定目标预引导坐标的坐标值。然后机械臂根据目标预引导坐标移动至目标预引导坐标所在位置时，可以将物体移动到目标位置。

应用本方法，在机械臂受到扰动，导致机械臂抓取物体时夹爪落在物体上的位置与参考夹持位置出现偏差时。只需在机械臂夹持物体移动到拍照位置时，获得物体位于第一位置时的第一图像。然后根据第一位置相对于参考位置的偏移量以及参考坐标，确定机械臂的目标预引导坐标。进而使机械臂根据目标预引导坐标移动并将物体移送至目标位置。本方法无需对机械臂进行繁琐的确定转换矩阵的工作，且相比于现有技术需要对物体和目标位置进行两次视觉定位，本方法只需在机械臂位于拍照位时，对物体进行拍照，可以提高机械臂的工作效率。

在本公开的一个实施例中，物体上包括定位孔，参考图像和第一图像中均包括定位孔；相应的，基于参考图像和第一图像，得到在图像中第一位置相对于参考位置的偏移量，包括：确定定位孔在第一图像中的第一图像坐标以及在参考图像中的第二图像坐标；根据第一图像坐标和第二图像坐标，得到定位孔在第一图像中的位置相对于定位孔在参考图像中的位置的偏移量；根据定位孔在第一图像中的位置相对于定位孔在参考图像中的位置的偏移量，得到在图像中参考位置相对于第一位置的偏移量。

一些物体上通常包括定位孔，在制造过程中起到定位、装配等作用。当物体上包括定位孔时，在获取第一图像和参考图像时，需要将定位孔拍摄进图像中。此时可以通过以下方式确定图像中第一位置相对于参考位置的偏移量。首先确定定位孔在第一图像的坐标，作为第一图像坐标。然后确定定位孔在参考图像中的坐标，作为第二图像坐标。根据第一图像坐标的坐标值和第二图像坐标的坐标值的差值，确定定位孔在第一图像中的位置相对于定位孔在参考图像中的位置的偏移量。由于定位孔为物体上的一部分，参考位置和第一位置是获取图像时物体所在的位置。所以，可以将定位孔在第一图像中的位置相对于定位孔在参考图像中的位置的偏移量作为图像中参考位置相对于第一位置的偏移量。

由于定位孔具有明确的几何特征，这使得确定其在图像中的位置坐标相对比较容易，如此可以提高定位孔在第一图像中的位置相对于定位孔在参考图像中的位置的偏移量的准确性，进而提高确定参考位置相对于第一位置在图像中的偏移量的准确性，可以使最后确定的目标预引导坐标更加精准。

在本公开的一个实施例中，参考坐标为三维坐标系下的坐标，物理偏移量包括X轴方向偏移量和Y轴方向偏移量；根据物理偏移量与机械臂的参考坐标，确定机械臂的目标预引导坐标，包括：将X轴方向偏移量与参考坐标的横坐标进行相加，得到目标预引导横坐标；将Y轴方向偏移量与参考坐标的纵坐标进行相加，得到目标预引导纵坐标；根据目标预引导横坐标、目标预引导纵坐标和参考坐标的竖坐标，确定机械臂的目标预引导坐标。

由于机械臂坐标系是三维坐标系，参考坐标包括X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标、绕X轴的旋转角度、绕Y轴的旋转角度和绕Z轴的旋转角度。但由于图像坐标系是二维坐标，所以得到的第一位置相对参考位置在图像中的偏移量只包括X轴方向的偏移量和Y轴方向的偏移量，所以本方法中只对参考坐标X轴的坐标值和Y轴的坐标值进行矫正。然后将矫正后的X、Y轴的坐标值确定为目标预引导坐标的X、Y轴的坐标值，而目标预引导坐标的Z轴坐标、绕X轴的旋转角度、绕Y轴的旋转角度和绕Z轴的旋转角度仍为参考坐标的Z轴坐标、绕X轴的旋转角度、绕Y轴的旋转角度和绕Z轴的旋转角度。

本方法通过第一位置相对于参考位置的偏差值和参考坐标的坐标值，确定出目标预引导坐标的坐标值，使得机械臂可以根据目标预引导坐标将物体精准的放置在目标位置。本方法无需经过繁琐的确定转换矩阵的过程，实现步骤简单易操作，可以提高机械臂的工作效率。

在本公开的一个实施例中，确定定位孔在第一图像中的第一图像坐标以及在参考图像中的第二图像坐标，包括：分别确定在第一图像和参考图像中定位孔的圆心；将第一图像中的圆心的图像坐标确定为第一图像坐标；将参考图像中的圆心的图像坐标确定为第二图像坐标。

具体的，可以使用边缘检测算法，例如canny边缘检测算子或索贝尔算子，来检测图像中的定位孔的圆形边缘，这将会生成一些表示圆周的曲线段。一旦获取圆周的曲线段，可以使用圆检测算法，例如霍夫变换，来检测这些曲线段中的圆。霍夫变换可以确定满足集合条件的圆，包括圆心。进而可以确定出圆心的坐标。将第一图像中的圆心的坐标作为第一图像坐标。将参考图像中的圆心的坐标确定为第二图像坐标。

定位孔是圆形，而圆心是圆的一个固有的几何特征，其坐标对于圆的位置描述至关重要。且圆心是一个具有明确位置的点，可以提高确定定位孔位置的精确度，进而可以更加精准的确定定位孔在第一图像中的位置相较于在参考图像中的位置的偏差值。

在本公开的一个实施例中，参考图像和第一图像通过相机而采集，确定单位像素长度，包括：确定相机的视野物理尺寸以及相机拍摄的图像的分辨率；根据视野物理尺寸和分辨率，确定单位像素长度。

在本实施例中，单位像素长度包括水平方向的单位像素长度和竖直方向上的单位像素长度。要确定单位像素长度首先需要了解相机的视野物理尺寸，视野物理尺寸指相机能够看到的实际世界中的区域的尺寸，通常以长度单位(如毫米)表示。单位像素长度通常与图像分辨率有关。图像的分辨率表示图像中有多少像素。它通常以水平像素数和垂直像素数表示，例如，1920×1080表示水平方向有1920像素，垂直方向有1080像素。可以通过将视野物理尺寸在水平和垂直方向上的尺寸分别除以图像的水平和垂直的像素数，确定单位像素长度。

通过相机的视野物理尺寸和图像的分辨率确定单位像素长度，可以更准确地将图像中的像素与现实世界中的物理尺寸进行关联。且由于单位像素长度依赖于相机的实际参数和拍摄条件，如果依赖通用的标准，可能会在将图像中的距离转换为实际的物理距离时造成较大的误差。而本实施例是针对每个相机，确定适应的单位像素长度。进而可以提高确定第一位置和参考位置偏移值的准确性。

为对上述实施例进行更好的理解，以下提供一种具体的实施场景对上述实施例进行说明：

在本场景中，需要机械臂抓取电路板，然后将电路板中的定位孔插入到定位柱中，然后使电路板在定位柱上接受接口检测。如图4所示，本场景包括电路板、机械臂、定位柱和相机。

首先在示教过程中，向机械臂发送移动指令，使机械臂通过电路板上的参考夹持位置抓取电路板，并移动到拍照位置。通过相机对位于参考位置的电路板进行拍照，获取参考图像，假设参考图像为图2所示图像。然后机械臂再将电路板的定位孔插入到定位柱中，记录此时机械臂的坐标作为参考坐标，例如参考坐标为(x_dst,y_dst,z_dst,u_dst,v_dst,w_dst)，其中，x_dst、y_dst、z_dst、u_dst、v_dst、w_dst分别表示X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标、绕X轴的旋转角度、绕Y轴的旋转角度和绕Z轴的旋转角度。

确定相机视野物理尺寸在X方向的物理尺寸为view_field_x，在Y方向的物理尺寸为view_field_y；图像的分辨率在X方向的像素数为img_ref_x，Y方向的像素数为img_ref_y。分别根据下述公式(1)和公式(2)确定单位像素长度，单位像素长度包括X方向的单位像素长度ppm_x，以及Y方向的单位像素长度ppm_y。

ppm_x＝view_field_x/img_ref_x (1)

ppm_y＝view_field_y/img_ref_y (2)

完成上述工作后，下面进行抓取工作：

假设此时机械臂夹取电路板时，机械臂的夹爪落在了电路板上的第一夹持位置。然后机械臂夹持电路板移动至拍照位置，通过相机对位于第一位置的电路板进行拍照，获得第一图像，假设第一图像为图3所示图像。然后通过霍夫曼圆查找、圆拟合等视觉方法获得电路板定位孔的圆心在参考图像中的第二图像坐标(Xref_center,Yref_center)，以及定位孔的圆心在第一图像中的第一图像坐标(Xdst_center,Ydat_center)。通过下述公式(3)和公式(4)分别确定定位孔在第一图像中的位置相对于定位孔在参考图像中的位置在X轴方向偏移量Xoffset_pixel以及在Y轴方向的偏移量Yoffset_pixel。

Xoffset_pixel＝Xdst_center-Xref_center (3)

Yoffset_pixel＝Ydst_center-Yref_center (4)

然后将定位孔在第一图像中的位置相对于定位孔在参考图像中的位置的偏移量，作为第一位置相对于参考位置在图像中的偏移量(Xoffset_pixel，Yoffset_pixel)。

然后根据下述公式(5)和公式(6)，分别确定第一位置相对于参考位置在实际环境中的物理偏移量，该物理偏移量包括在X轴方向的物理偏移量d_x以及在Y轴方向的物理偏移量d_y。

d_x＝ppm_x*Xoffset_pixel (5)

d_y＝ppm_y*Yoffset_pixel (6)

再根据X轴方向的物理偏移量d_x、Y轴方向的物理偏移量d_y以及参考坐标(x_dst,y_dst,z_dst,u_dst,v_dst,w_dst)，通过下述公式(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)，确定目标预引导坐标(x_tag,y_tag,z_tag,u_tag,v_tag,w_tag)。

x_tag＝x_dst+d_x (7)

y_tag＝y_dst+d_y (8)

z_tag＝z_dst (9)

u_tag＝u_dst (10)

v_tag＝v_dst (11)

w_tag＝w_dst (12)

获得目标预引导坐标(x_tag,y_tag,z_tag,u_tag,v_tag,w_tag)后，机械臂到达该坐标所在位置时，可以将电路板的定位孔精准的插入到定位柱中。

应用本方法可以将电路板精准的插入到定位柱中，且本方法无需经过繁琐的确定转换矩阵的过程，也无需对定位柱进行视觉定位，只需对物体进行拍照，便可确定目标预引导坐标。加快了机械臂运输电路板的速率，进而可以提高电路板的检测效率。

综上所述，相比于现有技术，本申请包括以下有益效果：

1、现有技术中需要确定转换矩阵，确定转换矩阵的步骤繁琐；而本申请由于不涉及图像坐标与机械臂坐标之间的转换，所以，本方法无需经过繁琐的确定转换矩阵的过程，实现步骤简单易操作，可以提高机械臂的工作效率。2、现有技术中需要对物体的初始位置和目标位置进行两次视觉定位，以确定其图像坐标，增长了物体取放的周期；而本申请只需要对位于第一位置的物体进行一次拍照即可，可实现对物体的快速取放，进行一步提高机械臂的工作效率。

根据本公开的另一方面，提供了一种机械臂的视觉引导装置，图5示出了本公开实施例一种机械臂的视觉引导装置的组成结构示意图，如图5所示，该装置包括：

图像获取模块，用于获取机械臂夹持于物体的参考夹持位置使物体处于参考位置时的参考图像；

图像获取模块，还用于获取机械臂夹持于物体的第一夹持位置使物体处于第一位置时的第一图像；

第一确定模块，用于基于参考图像和第一图像，得到在图像中第一位置相对于参考位置的偏移量；

第二确定模块，用于基于在图像中第一位置相对于参考位置的偏移量，得到第一位置相对于参考位置的物理偏移量；

第三确定模块，用于根据物理偏移量与机械臂的参考坐标，确定机械臂的目标预引导坐标；其中，参考坐标为机械臂夹持于物体的参考夹持位置使物体处于目标位置时机械臂的坐标；目标预引导坐标用于引导在第一夹持位置夹持物体的机械臂进行运动，以使物体随着机械臂的运动而移动至目标位置。

在本公开的一个实施例中，物体上包括定位孔，参考图像和第一图像中均包括定位孔；相应的，第一确定模块，还用于确定定位孔在第一图像中的第一图像坐标以及在参考图像中的第二图像坐标；根据第一图像坐标和第二图像坐标，得到定位孔在第一图像中的位置相对于定位孔在参考图像中的位置的偏移量；根据定位孔在第一图像中的位置相对于定位孔在参考图像中的位置的偏移量，得到在图像中参考位置相对于第一位置的偏移量。

在本公开的一个实施例中，第二确定模块，还用于确定单位像素长度，单位像素长度表征一个像素的实际物理长度；根据在图像中第一位置相对于参考位置的偏移量和单位像素长度，得到第一位置相对于参考位置的物理偏移量。

在本公开的一个实施例中，参考坐标为三维坐标系下的坐标，物理偏移量包括X轴方向偏移量和Y轴方向偏移量；第三确定模块，还用于将X轴方向偏移量与参考坐标的横坐标进行相加，得到目标预引导横坐标；将Y轴方向偏移量与参考坐标的纵坐标进行相加，得到目标预引导纵坐标；根据目标预引导横坐标、目标预引导纵坐标和参考坐标的竖坐标，确定机械臂的目标预引导坐标。

在本公开的一个实施例中，第一确定模块，还用于分别确定在第一图像和参考图像中定位孔的圆心；将第一图像中的圆心的图像坐标确定为第一图像坐标；将参考图像中的圆心的图像坐标确定为第二图像坐标。

在本公开的一个实施例中，参考图像和第一图像通过相机而采集，第二确定模块，还用于确定相机的视野物理尺寸以及相机拍摄的图像的分辨率；根据视野物理尺寸和分辨率，确定单位像素长度。

在本公开的一个实施例中，第三确定模块，还用于接收移动指令，根据移动指令引导机械臂夹持于物体的参考夹持位置并使物体处于目标位置；获取物体处于目标位置时机械臂的坐标，将机械臂的坐标作为参考坐标。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。

图6示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备600的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。

如图6所示，设备600包括计算单元601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的计算机程序或者从存储单元608加载到随机访问存储器(RAM)603中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 603中，还可存储设备600操作所需的各种程序和数据。计算单元601、ROM 602以及RAM 603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。

设备600中的多个部件连接至I/O接口605，包括：输入单元606，例如键盘、鼠标等；输出单元607，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元608，例如磁盘、光盘等；以及通信单元609，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元609允许设备600通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

计算单元601可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元601的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元601执行上文所描述的各个方法和处理，例如一种机械臂的视觉引导方法。例如，在一些实施例中，一种机械臂的视觉引导方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元608。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 602和/或通信单元609而被载入和/或安装到设备600上。当计算机程序加载到RAM 603并由计算单元601执行时，可以执行上文描述的一种机械臂的视觉引导方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元601可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行一种机械臂的视觉引导方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机械臂的视觉引导方法，其特征在于，所述方法包括：

获取机械臂夹持于物体的参考夹持位置使物体处于参考位置时的参考图像；

获取机械臂夹持于物体的第一夹持位置使物体处于第一位置时的第一图像；

基于所述参考图像和所述第一图像，得到在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量；

基于在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量，得到所述第一位置相对于所述参考位置的物理偏移量；

根据所述物理偏移量与所述机械臂的参考坐标，确定所述机械臂的目标预引导坐标；其中，所述参考坐标为所述机械臂夹持于所述物体的参考夹持位置使所述物体处于目标位置时所述机械臂的坐标；

所述目标预引导坐标用于引导在第一夹持位置夹持所述物体的所述机械臂进行运动，以使所述物体随着所述机械臂的运动而移动至所述目标位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物体上包括定位孔，所述参考图像和所述第一图像中均包括所述定位孔；

相应的，所述基于所述参考图像和所述第一图像，得到在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量，包括：

确定所述定位孔在所述第一图像中的第一图像坐标以及在所述参考图像中的第二图像坐标；

根据所述第一图像坐标和所述第二图像坐标，得到所述定位孔在第一图像中的位置相对于所述定位孔在参考图像中的位置的偏移量；

根据所述定位孔在第一图像中的位置相对于所述定位孔在参考图像中的位置的偏移量，得到在图像中所述参考位置相对于所述第一位置的偏移量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量，得到所述第一位置相对于所述参考位置的物理偏移量，包括：

确定单位像素长度，所述单位像素长度表征一个像素的实际物理长度；

根据在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量和所述单位像素长度，得到所述第一位置相对于所述参考位置的物理偏移量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考坐标为三维坐标系下的坐标，所述物理偏移量包括X轴方向偏移量和Y轴方向偏移量；

所述根据所述物理偏移量与所述机械臂的参考坐标，确定所述机械臂的目标预引导坐标，包括：

将所述X轴方向偏移量与所述参考坐标的横坐标进行相加，得到目标预引导横坐标；

将所述Y轴方向偏移量与所述参考坐标的纵坐标进行相加，得到目标预引导纵坐标；

根据所述目标预引导横坐标、所述目标预引导纵坐标和所述参考坐标的竖坐标，确定所述机械臂的目标预引导坐标。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述定位孔在所述第一图像中的第一图像坐标以及在所述参考图像中的第二图像坐标，包括：

分别确定在所述第一图像和所述参考图像中所述定位孔的圆心；

将所述第一图像中的圆心的图像坐标确定为所述第一图像坐标；

将所述参考图像中的圆心的图像坐标确定为所述第二图像坐标。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述参考图像和所述第一图像通过相机而采集，所述确定单位像素长度，包括：

确定相机的视野物理尺寸以及所述相机拍摄的图像的分辨率；

根据所述视野物理尺寸和所述分辨率，确定所述单位像素长度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述机械臂的参考坐标，包括：

接收移动指令，根据所述移动指令引导所述机械臂夹持于所述物体的参考夹持位置并使所述物体处于目标位置；

获取所述物体处于目标位置时所述机械臂的坐标，将所述机械臂的坐标作为所述参考坐标。

8.一种机械臂的视觉引导装置，其特征在于，所述装置包括：

图像获取模块，用于获取机械臂夹持于物体的参考夹持位置使物体处于参考位置时的参考图像；

所述图像获取模块，还用于获取机械臂夹持于物体的第一夹持位置使物体处于第一位置时的第一图像；

第一确定模块，用于基于所述参考图像和所述第一图像，得到在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量；

第二确定模块，用于基于在图像中所述第一位置相对于所述参考位置的偏移量，得到所述第一位置相对于所述参考位置的物理偏移量；

第三确定模块，用于根据所述物理偏移量与所述机械臂的参考坐标，确定所述机械臂的目标预引导坐标；其中，所述参考坐标为所述机械臂夹持于所述物体的参考夹持位置使所述物体处于目标位置时所述机械臂的坐标；

所述目标预引导坐标用于引导在第一夹持位置夹持所述物体的所述机械臂进行运动，以使所述物体随着所述机械臂的运动而移动至所述目标位置。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-6中任一项所述的方法。

10.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使计算机执行根据权利要求1-6中任一项所述的方法。