位置和姿态角误差。
[0029]求解过程如下:在图4中，根据第一次拍摄的图片与模板匹配比较得到一个X和y
方向的位置误差mQ和η。，也就是位置初步误差Xemrt和y errorO:
[0030]Xerror0= m0， (I)
[0031]Yerror0= η 0,⑵
[0032]第二次拍照前，末端执行器3沿着工具坐标系X方向移动距离Xtl，然后进行第二次拍照，图5中，把第二次拍照的图片和第一次的图片进行匹配比较，得出两个图片中特征点的相对位置变化，就可以知道姿态角的误差方向。图5中误差角为正(若第二特征点在左上方，则姿态角的误差方向为负)，根据比较的结果，可以得知两个图片中特征点之间等效的像素点数P (对应实际距离Xtl)以及水平和垂直方向的像素点数m和n，根据末端执行器3运动和图像中特征点偏移的相对关系可最终求得姿态角误差α和相对位置误差Xotot和
Yerror.
[0033]a = arctan (n/m)， (3)
[0034]Xerror= X error0-dsin a+mx0/p， (4)
[0035]yerror= y error0-d(l-cos a )+nx0/p.(5)
[0036]这里d是工业机器人末端法兰盘旋转中心到相机4光轴的距离，工业机器人在误差纠正中应先补偿姿态误差(末端执行器3顺时针旋转a角)，再补偿位置误差Xotot和
Yerror°
[0037]当然，也可以在第二次拍照中通过两次匹配比较一次性完成位置和姿态误差的确定，原理类似。取决于实际应用时对于实时性和处理效率的要求，这里这采用两次匹配比较分别进行的方式是考虑了任务的分段处理以便提高效率。
[0038]本发明的检测方法简单易实现，平面视觉定位只需一个特征点，取末端执行器3的三个自由度，即确定位置的X轴、Y轴方向的移动自由度，以及确定姿态的绕着Z轴转动的旋转自由度，在实际定位中应用起来简单而且符合实际情况。末端执行器3的X轴、Y轴或Z轴移动可以工具坐标系下，也可以在笛卡尔坐标系下或者关节坐标系下。优选为工具坐标系下，方便机械手的示教，尤其适用于如图3所示的工作台是斜面的情况。
[0039]作为本发明的一个替代方案，步骤S3可以由下面的步骤S4替代:末端执行器3在X轴、Y轴或Z轴中的至少一个方向上发生多次位移，同时相机4拍摄多张图片，然后求取均值或中值，得到位置误差和姿态角误差，这是很容易理解得到的扩充方案。
[0040]综上，本发明的检测方法在定位中只采用了单个特征点，提高了处理效率和速度，而且可以采用普通的低端相机4，降低了成本，通过多次拍摄，实现图片与模板或者图片与图片之间的匹配比较，最终确定末端执行器3与示教目标点的位置和姿态误差，再通过机器人程序即可对最终位置点添加误差补偿，实现移动工业机器人I准确的抓放动作。
[0041]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.移动工业机器人单点多视角挂表位姿误差检测方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、根据示教拍摄包含一个特征点的模板图片，保存在存储器中； 52、驱动移动工业机器人的末端执行器到达示教目标点所在位置，相机拍摄一张包含步骤SI所述的特征点的图片，通过与模板图片匹配比较，得到位置初步误差； 53、末端执行器在X轴、Y轴或Z轴中的至少一个方向上发生位移，相机再次拍摄一张包含步骤SI所述的特征点的图片，与步骤S2拍摄的图片匹配比较，得出两个图片中特征点的相对位置变化，确定位置误差和姿态角误差。
2.根据权利要求1所述的移动工业机器人单点多视角挂表位姿误差检测方法，其特征在于，所述移动工业机器人由AGV或者RGV引导。
3.根据权利要求1所述的移动工业机器人单点多视角挂表位姿误差检测方法，其特征在于，所述末端执行器安装于移动工业机器人的法兰盘上，相机安装于移动工业机器人的末端。
4.根据权利要求1-3任一项所述的移动工业机器人单点多视角挂表位姿误差检测方法，其特征在于，步骤S3由步骤S4替代:末端执行器在X轴、Y轴或Z轴中的至少一个方向上发生多次位移，同时相机拍摄多张图片，然后求取均值或中值，得到位置误差和姿态角误差。
5.根据权利要求1所述的移动工业机器人单点多视角挂表位姿误差检测方法，其特征在于，所述X轴、Y轴或Z轴在工具坐标系下、笛卡尔坐标系下或者关节坐标系下。
6.根据权利要求5所述的移动工业机器人单点多视角挂表位姿误差检测方法，其特征在于，所述X轴、Y轴或Z轴在工具坐标系下。
7.根据权利要求4所述的移动工业机器人单点多视角挂表位姿误差检测方法，其特征在于，位姿误差的求解过程如下:(I)、步骤S2完成后，根据第一次拍摄的图片与模板匹配比较得到X和y方向的位置误差IIlci和η 0,即位置初步误差Xemrt和I errorO；⑵、步骤S3完成后，把第二次拍照的图片和第一次的图片进行匹配比较，得出两个图片中特征点的相对位置变化，根据比较的结果，得到两个图片中特征点之间等效的像素点数P即对应实际距离X。以及水平和垂直方向的像素点数m和n，根据末端执行器运动和图像中特征点偏移的相对关系最终求得姿态角误差α和相对位置误差Xemra^P ya = arctan (n/m)， Xerror = X error0-d sin a +mx0/p， Yerror= I errorO_d (1-COS a )+ΠΧ0/ρ， d表示工业机器人末端法兰盘旋转中心到相机光轴的距离。
【专利摘要】本发明公开了一种移动工业机器人单点多视角挂表位置和姿态误差的检测方法，首先通过一个特征点拍照初步确定末端执行器在工具坐标系下与示教目标点的位置误差，再让末端执行器在工具坐标系下沿着坐标轴方向移动一定的距离，再进行拍照，并与上一次拍照的图片进行模板匹配比较，确定特征点的相对误差，从而最终确定末端执行器的位置和姿态误差。该方法主要是通过算法来确定移动工业机器人平面视觉定位中末端的位姿误差，仅仅通过简单的一个特征点即可确定，不仅可以解决实际应用中条件受限的问题（如相机视角和焦距、成本等），也可以在一定程度上提高图像处理的效率和速度（单点处理），解决工业中图像处理的实时性问题。
【IPC分类】B25J19-04
【公开号】CN104552341
【申请号】CN201410836440
【发明人】蔡奇新, 黄奇峰, 王忠东, 徐晴, 邵雪松, 刘建, 段梅梅, 王伟, 肖伟
【申请人】国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力科学研究院, 中国科学院自动化研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月29日