CN204479021U

CN204479021U - 一种用于机器人视觉校准的校准器

Info

Publication number: CN204479021U
Application number: CN201520137901.5U
Authority: CN
Inventors: 翁伟; 薛乔溦; 薛昭武; 李振兴
Original assignee: FUJIAN JUNPENG COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Fujian Bote Ruo automation equipment Co.
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2025-03-11

Abstract

本实用新型公开一种用于机器人视觉校准的校准器，包括校准板和校准杆，所述校准杆包括上杆、下杆和底座，上杆的一端和下杆的一端通过锥度配合对中连接；标准板上设有四个校准圆环，校准圆环与标准板的板底色具有色差，校准圆环的圆环中心点连线构成一个标准矩形，标准板的一侧边上设有一个V型槽，校准板与V型槽相对的另一侧边上设有滑槽，滑槽与校准杆的上杆滑动配合，滑槽的宽度与标准杆的上杆的外径相等，V型槽的中心线和滑槽的中心线与标准矩形的同一侧边的延长线重合。本实用新型无需肉眼多次校准，误差小便于软件补偿，大大提高了校准的精度和速度。

Description

一种用于机器人视觉校准的校准器

技术领域

本实用新型涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种用于机器人坐标系与视觉系统坐标系进行校准的校准器。

背景技术

在数控折弯机等机器人上下料系统中，机器人抓取工件的精度直接影响了产品的质量。为保证抓取精度，在实际生产中，对于尺寸较小的工件多采用定位板。机器人在抓取工件后先把工件放在一个固定的定位板上定位，得到精确抓取位置后，再精确抓取工件。

但在抓取尺寸较大的工件时，由于较大的定位板设置不方便，多采用机器人视觉系统，对板件的对角拍照后自动计算出精确抓取点。

在机器人视觉系统中，要使机器人精确抓取工件，首先要使工业智能相机的坐标系与机器人的坐标系建立起联系，包括相机坐标系的像素点单位与机器人坐标系的实际尺寸单位之间的尺寸比例关系，以及相机坐标轴与机器人坐标轴的位置偏移量和角度偏移量。

现阶段常用的校准技术有以下两种：

一个已有技术[1]，见康耐视In-Sight视觉软件说明书，其校准步骤如下：

1）在纸上打印四个黑色圆环，四个圆环的圆心连线组成一个矩形，矩形的长宽根据工业相机的拍照范围选取（约50mmX70mm左右）。

2）把印有四个黑色圆环的纸放在合适拍照的位置，让装有智能工业相机的机器人移动到拍照位置，对圆环图拍照得到图像，记录下此时机器人的校准件拍照位置X，Y坐标值（称为工位1），和图像一起都输入In-Sight视觉软件的作业模板电子表格。

3）对拍照得到的圆环图像在In-Sight软件的作业模板中的利用电子表格软件的“模型区域”和“查找区域”进行处理，得到4个圆环尺寸和中心点的像素坐标数据。

4）把装在机器人手腕T轴旋转中心的顶尖依次移动到4个圆环中心点，分别记下4个圆环中心点的机器人X，Y坐标值。然后填入In-Sight视觉软件的作业模板电子表格中。视觉软件就自动建立起拍照位置相机坐标系与机器人之间的对应联系关系，完成校准。

这种方法实际上是4次肉眼观测误差的叠加。

另一个已有技术[2]，见康耐视In-Sight视觉软件相关说明文档，其校准步骤如下：

1）把1个圆形工件或打印有1个黑色圆环的纸放在合适拍照的位置

让装有智能工业相机的机器人移动到拍照位置，对圆形工件或圆环图拍照得到图像1，记录下此时机器人的拍照位置坐标值（称为工位1），和图像一起都输入In-Sight视觉软件的作业模板电子表格进行处理。

2）把装在机器人手腕T轴旋转中心的顶尖移动到圆形零件或圆环中心点，记下圆形零件或圆环中心点的机器人X，Y坐标值X1,Y1。然后填入In-Sight视觉软件的作业模板电子表格中进行处理。

3）沿着机器人直角坐标系，把机器人分别移动到（X1+△X，Y1）,(X1,Y1+△Y),( X1+△X, Y1+△Y)位置拍照，分别成为图像2，图像3，图像4。四个图像和X1,Y1,△X,△Y值都输入In-Sight视觉软件的作业模板电子表格。

4）经处理后视觉软件就自动建立起拍照位置相机坐标系与机器人之间的对应联系关系，完成校准。

这种方法计算两个坐标系间尺寸单位比例的精度比第一种高，但2个坐标系之间的位置误差和偏移角度的误差仍然要由肉眼校准决定。且要对四个图像进行处理，比较繁琐。

机器人在校准后，就可以对实际工件的标准件的两个对角位置（分别称为工位2和工位3）进行拍照，把工位2和工位3拍照位置的机器人X，Y坐标值填入In-Sight视觉软件的作业模板电子表格中，In-Sight视觉软件对两个工件对角位置图像（即工位2和工位3图像）进行处理后，自动计算出抓取点坐标，并通过网络线传输到机器人。

从以上已有技术看，已有技术[1]和[2]都采用安装在机器人手腕T轴旋转中心的顶尖通过肉眼对准校准图像圆环中心点的方法，得到同一个点在相机和机器人两个不同坐标系中的位置，然后通过4个圆环中心点连线距离和方向角度在两个坐标系中的值，自动计算出两个坐标系之间的尺寸比例和坐标系偏差。由于都需要通过移动机器人用顶尖对准圆心进行校准，难免因肉眼的随机误差（约0.1mm~0.3mm），造成机器人视觉抓取时的误差。由于每次工件校准误差大小和坐标方向都不一样，也难于通过软件进行补偿。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于机器人视觉校准的校准器。

本实用新型采用的技术方案是：

一种用于机器人视觉校准的校准器，其包括校准板和校准杆，校准杆包括上杆、下杆和底座，上杆的一端和下杆的一端可分离对中连接；标准板上设有四个校准圆环，校准圆环与标准板的板底色具有色差，校准圆环的圆环中心点连线构成一个标准矩形，标准板的一侧边上设有一个V型槽，校准板与V型槽相对的另一侧边上设有滑槽，校准杆的上杆与滑槽滑动配合，V型槽的中心线和滑槽的中心线与标准矩形的同一侧边的延长线重合。

所述上杆和下杆通过莫氏锥度可分离对中连接。

所述上杆的另一端设有与机器人手腕T轴旋转的中心配合连接的连接头。

所述下杆的另一端设有凸台，所述凸台设有一磁性压板，下杆的另一端通过磁性压板固定于底座上。

所述滑槽具有导向喇叭口，滑槽的宽度与上杆的外径相等。

所述滑槽内滑动设有一个带V型凹槽的滑块，上杆与V型凹槽滑动配合，V型槽的中心线、滑槽的中心线和V型凹槽的中心线与标准矩形的同一侧边的延长线重合。

本实用新型采用以上技术方案，消除了肉眼对准圆心时产生的误差。具有如下优点： (1)校准器采用数控铣床一次装夹加工，校准器的精度由数控机床加工精度得到保证。(2)即使有微小误差，由于是固定的系统误差，也很容易通过软件补偿予以消除。(3) 另一个优点是由于不需要肉眼观测并反复点动微调机器人移动顶尖，分别对准4个标准圆环的圆心（或肉眼对准1个标准圆环的圆心，分别4次拍照输入图像并处理），大大提高了校准的速度。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明；

图1本实用新型一种用于机器人视觉校准的校准器的标准杆的结构示意图；

图2本实用新型一种用于机器人视觉校准的校准器的标准板实施例一的结构示意图；

图3本实用新型一种用于机器人视觉校准的校准器的标准板实施例二的结构示意图。

具体实施方式

如图1-2之一所示，本实用新型包括校准板2和校准杆1，所述校准杆1包括上杆11、下杆12和底座13，上杆11的一端和下杆12的一端通过锥度配合可分离对中连接，具体地所述上杆11和下杆12通过莫氏锥度连接，保证同心度和适当的连接力，所述连接力大于350Kg；进一步地，所述上杆11的另一端设有与机器人手腕T轴旋转的中心配合连接的连接头；校准杆1的下杆12的另一端通过磁性压板14固定于标准杆1的底座13上。

标准板2上设有由铣刀铣出的4个深约0.2mm～0.5mm的四个校准圆环21，校准圆环21与标准板2的板底色具有色差，本例中4个标准圆环21被涂上黑色；校准圆环21的圆环中心点连线构成一个标准矩形，该标准的矩形的长度和宽度精度满足尺寸公差要求，该标准的矩形的垂直度和平行度也满足形位公差要求。

标准板2的一侧边上设有一个V型槽22，校准板2与V型槽22相对的另一侧边上设有滑槽23，所述滑槽23具有导向喇叭口，滑槽23的宽度与校准杆1的上杆11的外径精确滑动配合，V型槽22的中心线和滑槽23的中心线与标准矩形的同一侧边的延长线重合，并满足严格对称的形位公差要求，以保证与校准杆1配合校准时，校准杆1的轴心与标准矩形的同一侧边的延长线重合。

如图3所示，作为本实用新型的另一实施例，所述滑槽23内还可以设计成加大宽度，滑槽23内滑动设置一个带V型凹槽的滑块24，藉由V型凹槽的对中作用保证了滑槽的中心线、V型凹槽的中心线和V型槽22的中心线与标准矩形的同一侧边的延长线重合。

本实用新型的工作原理如下：

校准之前，校准板要放在一个适合机器人拍照的位置。校准杆的上杆的另一端的连接头安装在机器人手腕T轴的旋转中心轴上，校准杆下杆通过锥度与校准杆上杆连接，并选择机器人坐标系为直角坐标系。

通过保证的校准杆上杆和下杆的同心度精度，保证上杆和下杆分离后，沿Y轴方向移动的上杆的轴心与固定于底座的下杆的轴心的连线，与机器人坐标系的Y轴平行。利用校准板上的V型槽的对心作用，让校准板绕着固定好的校准杆下杆的轴心转动，由于不管校准板转哪个角度,校准下杆轴心，都在标准圆环组成的标准矩形的同一侧边的连线上。当沿机器人Y轴方向，并且移动的校准杆上杆进入滑槽（或滑块的V型凹槽）时，校准杆上杆的轴心与下杆的轴心连线都与标准矩形的同一侧边的连线重合。由于校准杆下杆轴心与各个标准圆环的中心的距离的精确尺寸已知，各个标准圆环间的中心的距离的精确尺寸也已知，记录下校准下杆轴心的机器人坐标做为基准，就可得到在机器人坐标系中各标准圆环的中心坐标与距离，填入视觉软件的电子表格。

校准之前，校准板要放在铁板上一个适合机器人拍照的位置。校准杆上部安装在机器人手腕T轴的旋转中心轴上，校准杆下杆通过锥度与校准杆上杆连接。选择机器人坐标系为直角坐标系。

本实用新型具体的校准步骤如下：

(1)移动机器人使校准杆中心大致对准校准板的固定V型槽缺口附近，然后往-Z方向下降高度使下杆另一端轻轻接触到底座，用强磁性压板固定住下杆。记下此时校准杆的机器坐标的X值和Y值，也就是下杆的圆心坐标。

(2)使校准杆的上杆和下杆分离，可用小螺丝刀轻轻撬锥度连接的校准杆上下杆的间隙槽。向+Z方向移动机器人使校准杆上杆升到校准板上方约10mm，然后沿机器人的直角坐标+Y轴方向移动到超过校准板的V型槽的对边的滑槽附近。再沿-Z方向下降上杆到其接近底座后，一边使机器人沿 -Y方向往回慢慢移动，一边使校准板V型槽紧靠已经固定住的校准杆的下杆转动校准板，使向-Y方向移动的上杆卡入校准板的滑槽（或滑块上的V型凹槽）。这样，标准矩形同一侧边的连线就与机器人坐标系Y轴平行。以下杆轴心的机器人坐标为基准，得到4个标准圆环的中心坐标与距离输入视觉软件表格。

(3) 对校准板4个标准圆环1次拍照，把图像输入视觉软件电子表格处理后就可自动完成校准任务。

本实用新型采用以上技术方案，消除了用肉眼使机器人手腕T轴顶尖对准标准圆心时产生的误差。由于校准器是由数控铣床一次装夹加工，本身尺寸和位置误差很小，且误差固定便于软件补偿，大大提高了校准精度。通过校准杆的上杆和下杆分别靠紧校准板V型槽和滑槽（或滑块的V型凹槽）的方法进行校准，不需肉眼反复校正对准圆环圆心，也大大提高了校准的速度。

Claims

1.一种用于机器人视觉校准的校准器，其特征在于：其包括校准板和校准杆，校准杆包括上杆、下杆和底座，上杆的一端和下杆的一端可分离对中连接；标准板上设有四个校准圆环，校准圆环与标准板的板底色具有色差，校准圆环的圆环中心点连线构成一个标准矩形，标准板的一侧边上设有一个V型槽，校准板与V型槽相对的另一侧边上设有滑槽，校准杆的上杆与滑槽滑动配合，V型槽的中心线和滑槽的中心线与标准矩形的同一侧边的延长线重合。

2.根据权利要求1所述一种用于机器人视觉校准的校准器，其特征在于：所述上杆和下杆通过莫氏锥度可分离对中连接。

3.根据权利要求1所述一种用于机器人视觉校准的校准器，其特征在于：所述上杆的另一端设有与机器人手腕T轴旋转的中心配合连接的连接头。

4.根据权利要求1所述一种用于机器人视觉校准的校准器，其特征在于：所述下杆的另一端设有凸台，所述凸台设有一磁性压板，下杆的另一端通过磁性压板固定于底座上。

5.根据权利要求1所述一种用于机器人视觉校准的校准器，其特征在于：所述滑槽具有导向喇叭口，滑槽的宽度与上杆的外径相等。

6.根据权利要求1所述一种用于机器人视觉校准的校准器，其特征在于：所述滑槽内滑动设有一个带V型凹槽的滑块，上杆与V型凹槽滑动配合，V型槽的中心线、滑槽的中心线和V型凹槽的中心线与标准矩形的同一侧边的延长线重合。