CN117565107A - 机器人空间定位的方法、系统、介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机器人空间定位的方法、系统、介质及设备，包括：用机器人标准的三点法做标定块平面的用户坐标系；利用标定块上的轴心重合的上标定孔和下标定孔，相机拍照得到照片；利用距离传感器发出的激光，同时穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔；利用视觉标定板，将标定板固定在被测产品表面，用相机对视觉标定板进行拍照，得到视觉标定板中图像的具体像素值，与标定板实际尺寸进行比对，得到1个像素所对应的实际尺寸值，通过相机拍照定位后得到实际的偏移距离。本发明通过采用产品屏幕朝下，PCB板朝上，机器人在下方带相机和高度传感器进行检测的结构，解决了产品半成品上电不方便的问题。
Description
技术领域
本发明涉及机器人定位的技术领域，具体地，涉及机器人空间定位的方法、系统、介质及设备，尤其涉及一种利用相机和高度传感器进行机器人空间定位的方法。
背景技术
机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。机器人的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的等工作。
在公开号为CN111272166A的专利文献中公开了一种基于激光测距引导机器人的空间定位方法及系统，建立机器人与PLC模块的通信连接；建立机器人空间位置坐标的基础值；PLC模块通过模拟量数据采集模块采集机器人的移动数据；PLC模块通过预设算法生成机器人的偏移数据和补偿数据；并对机器人的当前位置进行定位。本发明构建一个全新的系统并且开发了相应的算法，实现机器人空间定位时的位置偏移和补偿。该发明只是通过激光测距传感器来监控机器人末端的位置，进行位置确认\控制，不对机器人末端执行器末端执行器进行控制，应用有限。
在公开号为CN110497417A的专利文献中公开了一种基于高精度三维空间定位系统的多轴机器人，包括高精度三维空间定位系统、多轴机器人、终端控制系统；所述三维空间定位系统包括高精度定位探针、激光定位基站、定位辅助模块；所述多轴机器人包括末端轴和机器人本体；终端控制系统处理坐标信息，控制机器人的加工轨迹。该发明使用多个高精度激光定位末端执行器上不同位置的点，从而得到末端执行器的位姿状态，成本高昂。
因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种机器人空间定位的方法、系统、介质及设备。
根据本发明提供的一种机器人空间定位的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：用机器人的三点法做标定块平面的用户坐标系1；
步骤S2：利用标定块上的轴心重合的上标定孔和下标定孔，相机拍照得到照片；
步骤S3：利用距离传感器发出的激光，同时穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔；
步骤S4：利用视觉标定板，将标定板固定在被测产品表面，用相机对视觉标定板进行拍照，得到视觉标定板中图像的具体像素值，与标定板实际尺寸进行比对，得到1个像素所对应的实际尺寸值，通过相机拍照定位后得到实际的偏移距离；
步骤S5：利用相机定位产品屏幕的四个角，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的X、Y坐标值；
步骤S6：利用距离传感器对产品屏幕的四个角进行高度检测，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的Z坐标值；
步骤S7：利用产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的空间坐标，建立一个新的与用户坐标系2，该坐标系原点与产品屏幕中一个角重合，X、Y轴与产品屏幕非对角位置的角方向重合；
步骤S8：利用三角函数公式，得到相机轴线与被测面垂直方向分别在机器人用户坐标系1中沿着X轴方向、Y轴方向的偏移角度；
步骤S9：利用六轴机器人高自由度的特点，进行沿着X轴方向、Y轴方向的角度偏移，使机器人抓手上的相机始终与产品屏幕保持垂直。
优选地，所述步骤S1中六轴机器人在用户坐标系下运动时，能够沿着标定块的三边方向移动。
优选地，所述步骤S2中若照片中两圆孔同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心重合；若照片中圆孔不同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心不重合，需继续调整。
优选地，所述步骤S3中如果激光穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔在圆孔轴心位置处，则认为距离传感器垂直于标定块；反之则认为距离传感器不垂直于标定块，需继续调整。
本发明还提供一种机器人空间定位的系统，所述系统包括如下模块：
模块M1：用机器人的三点法做标定块平面的用户坐标系1；
模块M2：利用标定块上的轴心重合的上标定孔和下标定孔，相机拍照得到照片；
模块M3：利用距离传感器发出的激光，同时穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔；
模块M4：利用视觉标定板，将标定板固定在被测产品表面，用相机对视觉标定板进行拍照，得到视觉标定板中图像的具体像素值，与标定板实际尺寸进行比对，得到1个像素所对应的实际尺寸值，通过相机拍照定位后得到实际的偏移距离；
模块M5：利用相机定位产品屏幕的四个角，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的X、Y坐标值；
模块M6：利用距离传感器对产品屏幕的四个角进行高度检测，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的Z坐标值；
模块M7：利用产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的空间坐标，建立一个新的与用户坐标系2，该坐标系原点与产品屏幕中一个角重合，X、Y轴与产品屏幕非对角位置的角方向重合；
模块M8：利用三角函数公式，得到相机轴线与被测面垂直方向分别在机器人用户坐标系1中沿着X轴方向、Y轴方向的偏移角度；
模块M9：利用六轴机器人高自由度的特点，进行沿着X轴方向、Y轴方向的角度偏移，使机器人抓手上的相机始终与产品屏幕保持垂直。
优选地，所述模块M1中六轴机器人在用户坐标系下运动时，能够沿着标定块的三边方向移动。
优选地，所述模块M2中若照片中两圆孔同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心重合；若照片中圆孔不同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心不重合，需继续调整。
优选地，所述模块M3中如果激光穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔在圆孔轴心位置处，则认为距离传感器垂直于标定块；反之则认为距离传感器不垂直于标定块，需继续调整。
本发明还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中的机器人空间定位的方法的步骤。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中的机器人空间定位的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过采用产品屏幕朝下，PCB板朝上，机器人在下方带相机和高度传感器进行检测的结构，解决了产品半成品上电不方便的问题；
2、本发明通过采用结构限位方式，固定相机与高度传感器的位置及平行状态，保证相机与高度传感器的相对位置；
3、本发明通过相机的平面定位和高度传感器的高度测量，解决了工件被测点在机器人坐标系中坐标位置不易得到的问题；
4、本发明通过得到工件被测面上三点的空间坐标，建立机器人用户坐标系，解决了工件与机器人坐标系不平行，机器人运动方向与工件被测面有误差的问题；
5、本发明通过对被测平面上的3点进行测高，得到相机轴线与被测面之间的夹角，并通过6轴机器人进行旋转，解决了工件组装误差或放置不平等问题造成的倾斜导致相机与工件被测面不垂直的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为设备外框示意图；
图2为标定块示意图；
图3为机器人抓手示意图；
图4为标准视觉标定板示意图；
图5为相机垂直度标定时上下标定孔不同心(NG)示意图；
图6为相机垂直度标定时上下标定孔同心(OK)示意图；
图7为通过相机取得产品测试点坐标示意图；
图8为通过高度传感器取得到产品测试点的Z轴坐标示意图；
图9为产品测试点各自的空间坐标示意图；
图10为通过三个点的空间坐标建立一个机器人用户坐标系示意图；
图11为利用三角函数公式取得相机轴线与被测面垂直方向分别在机器人用户坐标系中沿着X轴方向、Y轴方向的偏移角度示意图；
图12为通过机器人在用户坐标系中，分别沿X轴方向、Y轴方向做角度α、β的旋转偏移，使相机垂直于被测产品平面示意图。
其中：
设备外框1 下标定孔7
标定块2 相机8
产品夹具3 相机位置调整块9
六轴机器人4 距离传感器10
机器人抓手5 传感器位置调整块11
上标定孔6 标准视觉标定板12
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
根据本发明提供的一种机器人空间定位的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：用机器人的三点法做标定块平面的用户坐标系1；六轴机器人在用户坐标系下运动时，能够沿着标定块的三边方向移动。
步骤S2：利用标定块上的轴心重合的上标定孔和下标定孔，相机拍照得到照片；若照片中两圆孔同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心重合；若照片中圆孔不同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心不重合，需继续调整。
步骤S3：利用距离传感器发出的激光，同时穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔；如果激光穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔在圆孔轴心位置处，则认为距离传感器垂直于标定块；反之则认为距离传感器不垂直于标定块，需继续调整。
步骤S4：利用视觉标定板，将标定板固定在被测产品表面，用相机对视觉标定板进行拍照，得到视觉标定板中图像的具体像素值，与标定板实际尺寸进行比对，得到1个像素所对应的实际尺寸值，通过相机拍照定位后得到实际的偏移距离；
步骤S5：利用相机定位产品屏幕的四个角，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的X、Y坐标值；
步骤S6：利用距离传感器对产品屏幕的四个角进行高度检测，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的Z坐标值；
步骤S7：利用产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的空间坐标，建立一个新的与用户坐标系2，该坐标系原点与产品屏幕中一个角重合，X、Y轴与产品屏幕非对角位置的角方向重合；
步骤S8：利用三角函数公式，得到相机轴线与被测面垂直方向分别在机器人用户坐标系1中沿着X轴方向、Y轴方向的偏移角度；
步骤S9：利用六轴机器人高自由度的特点，进行沿着X轴方向、Y轴方向的角度偏移，使机器人抓手上的相机始终与产品屏幕保持垂直。
本发明还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中的机器人空间定位的方法的步骤。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中的机器人空间定位的方法的步骤。
本发明还提供一种机器人空间定位的系统，所述机器人空间定位的系统可以通过执行所述机器人空间定位的方法的流程步骤予以实现，即本领域技术人员可以将所述机器人空间定位的方法理解为所述机器人空间定位的系统的优选实施方式。
实施例2：
本发明还提供一种机器人空间定位的系统，所述系统包括如下模块：
模块M1：用机器人的三点法做标定块平面的用户坐标系1；六轴机器人在用户坐标系下运动时，能够沿着标定块的三边方向移动。
模块M2：利用标定块上的轴心重合的上标定孔和下标定孔，相机拍照得到照片；若照片中两圆孔同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心重合；若照片中圆孔不同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心不重合，需继续调整。
模块M3：利用距离传感器发出的激光，同时穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔；如果激光穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔在圆孔轴心位置处，则认为距离传感器垂直于标定块；反之则认为距离传感器不垂直于标定块，需继续调整。
模块M4：利用视觉标定板，将标定板固定在被测产品表面，用相机对视觉标定板进行拍照，得到视觉标定板中图像的具体像素值，与标定板实际尺寸进行比对，得到1个像素所对应的实际尺寸值，通过相机拍照定位后得到实际的偏移距离；
模块M5：利用相机定位产品屏幕的四个角，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的X、Y坐标值；
模块M6：利用距离传感器对产品屏幕的四个角进行高度检测，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的Z坐标值；
模块M7：利用产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的空间坐标，建立一个新的与用户坐标系2，该坐标系原点与产品屏幕中一个角重合，X、Y轴与产品屏幕非对角位置的角方向重合；
模块M8：利用三角函数公式，得到相机轴线与被测面垂直方向分别在机器人用户坐标系1中沿着X轴方向、Y轴方向的偏移角度；
模块M9：利用六轴机器人高自由度的特点，进行沿着X轴方向、Y轴方向的角度偏移，使机器人抓手上的相机始终与产品屏幕保持垂直。
实施例3：
参照图1和图2，本发明通过利用六轴机器人4带着相机8和距离传感器10，对目标工件进行检测，通过工件被测面的三点的空间坐标，得到被测面所在平面信息，利用六轴机器人让相机始终垂直于工件被测面。
参照图3和图4，在设备框架1中，六轴机器人4带着机器人抓手5在设备框架的下侧移动，中间是产品放置夹具3，在产品放置夹具3拆除的情况下，可以安装标定块2，通过标定块2上的上标定孔6和下标定孔7，调整相机位置调整块9和传感器位置调整块11来进行机器人抓手5上的相机8和距离传感器10的位置调整。
参杂后图5和图6，在完成机器人抓手5上的相机8和距离传感器10的位置调整标定后，拆除标定块2，将产品夹具3安装上去，并将标准视觉标定板12放在产品夹具上，进行相机8的像素尺寸计算。
在完成相机8的像素尺寸计算后，将标准视觉标定板12取下，放上实际被测产品，通过机器人抓手5上相机8的定位和距离传感器10的高度确认，得到被测工件的三个空间坐标，利用六轴机器人4内部计算得到平行于被测工件的用户坐标系，及相机8与被测工件之间的倾斜角度，通过六轴机器人4进行纠正，保证相机8与被测工件始终保持垂直。
标定步骤：
机器人坐标系与标定块方向一致：用机器人标准的三点法做标定块平面的用户坐标系1，使六轴机器人4在该用户坐标系下运动时，能够沿着标定2的三边方向移动。
相机垂直于标定块：利用标定块2上的轴心重合的圆孔6&7，相机8拍照得到照片，若照片中两圆孔同心，则认为相机轴线与两个圆孔6&7轴心重合；若照片中圆孔不同心，则认为相机轴线与两个圆孔6&7轴心不重合，需继续调整。
距离传感器垂直于标定块：利用距离传感器发出的激光，同时穿透标定块2块板上的轴心重合的小圆孔6&7，并在圆孔轴心位置处，则认为距离传感器10垂直于标定块2；反之则认为聚力传感器10不垂直于标定块2，需继续调整。
相机与机器人坐标系标定：利用视觉标定板，将标定板固定在被测产品表面，用相机对视觉标定板进行拍照，得到视觉标定板中图像的具体像素值，与标定板实际尺寸进行比对，得到1个像素所对应的实际尺寸值，从而可以通过相机拍照定位后得到实际的偏移距离。
产品屏幕向下放置，人员手动插扁线给产品上电，产品屏幕白屏。六轴机器人4带相机8在设备内移动，在产品白屏画面的三个角处大致位置拍照，通过相机8得到偏移值，得到白屏三个角所在点各自的(X，Y)坐标，如图7所示。
六轴机器人4补偿相机8的偏移值及相机8与高度传感器10的距离值，通过高度传感器10得到白屏三个角所在点各自的Z坐标，如图8所示。这样一来就得到了白屏三个角所在点各自的空间坐标(X，Y，Z)，如图9所示。
通过三点的空间坐标，我们可以建立一个坐标系(机器人用户坐标系2)，如图10所示。利用三角函数公式，可以得到相机轴线与被测面垂直方向分别在机器人用户坐标系1中沿着X轴方向、Y轴方向的偏移角度，如图11所示。
通过机器人在用户坐标系1中，分别沿X轴方向、Y轴方向做角度α、β的旋转偏移，使相机垂直于被测产品平面，如图12所示。之后，机器人在用户坐标系2中平移，即相机始终垂直于被测产品平面。
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种机器人空间定位的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：用机器人的三点法做标定块平面的用户坐标系1；
步骤S2：利用标定块上的轴心重合的上标定孔和下标定孔，相机拍照得到照片；
步骤S3：利用距离传感器发出的激光，同时穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔；
步骤S4：利用视觉标定板，将标定板固定在被测产品表面，用相机对视觉标定板进行拍照，得到视觉标定板中图像的具体像素值，与标定板实际尺寸进行比对，得到1个像素所对应的实际尺寸值，通过相机拍照定位后得到实际的偏移距离；
步骤S5：利用相机定位产品屏幕的四个角，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的X、Y坐标值；
步骤S6：利用距离传感器对产品屏幕的四个角进行高度检测，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的Z坐标值；
步骤S7：利用产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的空间坐标，建立一个新的与用户坐标系2，该坐标系原点与产品屏幕中一个角重合，X、Y轴与产品屏幕非对角位置的角方向重合；
步骤S8：利用三角函数公式，得到相机轴线与被测面垂直方向分别在机器人用户坐标系1中沿着X轴方向、Y轴方向的偏移角度；
步骤S9：利用六轴机器人高自由度的特点，进行沿着X轴方向、Y轴方向的角度偏移，使机器人抓手上的相机始终与产品屏幕保持垂直。
2.根据权利要求1所述的机器人空间定位的方法，其特征在于，所述步骤S1中六轴机器人在用户坐标系下运动时，能够沿着标定块的三边方向移动。
3.根据权利要求1所述的机器人空间定位的方法，其特征在于，所述步骤S2中若照片中两圆孔同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心重合；若照片中圆孔不同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心不重合，需继续调整。
4.根据权利要求1所述的机器人空间定位的方法，其特征在于，所述步骤S3中如果激光穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔在圆孔轴心位置处，则认为距离传感器垂直于标定块；反之则认为距离传感器不垂直于标定块，需继续调整。
5.一种机器人空间定位的系统，其特征在于，所述系统包括如下模块：
模块M1：用机器人的三点法做标定块平面的用户坐标系1；
模块M2：利用标定块上的轴心重合的上标定孔和下标定孔，相机拍照得到照片；
模块M3：利用距离传感器发出的激光，同时穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔；
模块M4：利用视觉标定板，将标定板固定在被测产品表面，用相机对视觉标定板进行拍照，得到视觉标定板中图像的具体像素值，与标定板实际尺寸进行比对，得到1个像素所对应的实际尺寸值，通过相机拍照定位后得到实际的偏移距离；
模块M5：利用相机定位产品屏幕的四个角，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的X、Y坐标值；
模块M6：利用距离传感器对产品屏幕的四个角进行高度检测，得到产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的Z坐标值；
模块M7：利用产品屏幕四个角在机器人用户坐标系1中的空间坐标，建立一个新的与用户坐标系2，该坐标系原点与产品屏幕中一个角重合，X、Y轴与产品屏幕非对角位置的角方向重合；
模块M8：利用三角函数公式，得到相机轴线与被测面垂直方向分别在机器人用户坐标系1中沿着X轴方向、Y轴方向的偏移角度；
模块M9：利用六轴机器人高自由度的特点，进行沿着X轴方向、Y轴方向的角度偏移，使机器人抓手上的相机始终与产品屏幕保持垂直。
6.根据权利要求5所述的机器人空间定位的系统，其特征在于，所述模块M1中六轴机器人在用户坐标系下运动时，能够沿着标定块的三边方向移动。
7.根据权利要求5所述的机器人空间定位的系统，其特征在于，所述模块M2中若照片中两圆孔同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心重合；若照片中圆孔不同心，则认为相机轴线与上标定孔和下标定孔的轴心不重合，需继续调整。
8.根据权利要求5所述的机器人空间定位的系统，其特征在于，所述模块M3中如果激光穿透标定块板上的轴心重合的上标定孔和下标定孔在圆孔轴心位置处，则认为距离传感器垂直于标定块；反之则认为距离传感器不垂直于标定块，需继续调整。
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，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4中任一项所述的机器人空间定位的方法的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，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4中任一项所述的机器人空间定位的方法的步骤。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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