同，以此来识别不同的工作面。图4即为每个工作面上小圆c的不同排列方式，图中O度、45度、90度、180度、270度表示的是c号小圆相对大圆G的方位。
[0026]所述标靶工作面4~8上的大圆的直径应大于小圆的直径的2倍，大圆与大圆的最小距离不小于3倍大圆直径，大圆与小圆的最小距离应是小圆直径的2倍左右。
[0027]如图2所示，所述工作面包括修光板12、扩散板13、灯架14、红外灯珠15、散热铝基板16 ;所述红外灯珠15根据工作面上特征图形的排布固定在散热铝基板16上，所述散热铝基板16固定在灯架14上，所述扩散板13和修光板12依次固定在灯架14上，所述修光板12和灯架14上根据工作面上特征图形的排布开有圆孔。
[0028]所述修光板12用厚度小于0.5mm的不锈钢板制成，修光板12上的十个孔是用来保证特征点的大小和相互位置，所以孔与孔之间的相对位置误差应保证在±0.005mm以内，为此采用慢走丝的方式加工这几个孔来保证其的精度要求，同时为了保证特征点在相机3中的成像精度和质量应在每个圆孔的边缘倒60度的倒角，倒角窄边的大小和板厚一致，同时应对其进行发黑处理，以避免因镜面反射影响特征圆的成像效果。
[0029]所述扩散板13用来将红外灯珠15的光进行扩散，使其能在图像中显示均匀准确的椭圆或者圆特征。为此选用具有良好的光扩散效果的材料制成比如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙稀、聚丙稀等材料。
[0030]所述灯架14用来固定修光板12、扩散板13和散热铝基板16，其厚度应不小于15mm，以保证红外灯珠15和扩散板13的距离不至于太小而影响圆的亮度的均勾度，灯架14上应为每个红外灯珠15都配有一个独立的光孔，以避免灯珠15之间的光线的干扰。
[0031]所述红外灯珠15为波段为850nm的红外光灯，发光角度在85°以上，以保证灯珠在扩散板13上打光均匀，通过在相机3前加装相应波段的带通滤波片来滤除环境光的影响，以保证特征图形能在相机3中呈现纯净的椭圆或者圆图像。
[0032]所述散热铝基板16上印刷有红外灯珠15工作电路，用于并联每个特征点面上的所有红外灯珠15，并为红外灯珠15散热，以保证红外灯珠15的使用寿命。
[0033]本发明的工作过程和原理如下: 参见图5，将本发明的多面体主动光标靶固定在机械手臂末端，随着机械手臂一起运动，当要获取机械手臂末端位姿时，触发相机3进行对标靶进行图像采集，通过立体视觉算法获取机械手臂末端的位姿(和标靶I的位姿存在一个固定不变的转换矩阵)、从而进行机械手臂绝对精度的标定。
[0034]上述七个大圆A~G和二个小圆a~c的识别方法可由以下几步完成:提取特征点一区分大小圆一对大小圆进行编号一建立标革E工作面坐标系一坐标系统一。
[0035]提取特征点:运用亚像素边缘提取的图像处理方法可对特征圆的轮廓进行提取，再对提取后的轮廓查找和拟合就能得到特征圆的中心的像素坐标，以椭圆中心作为特征点。
[0036]区分大小圆:利用大圆的直径是小圆直径的两倍的设置，区分大圆和小圆。先对特征圆的椭圆图形的长轴进行排序，依次将相邻椭圆半径相除，根据商值是否约等于2作为判断条件，确定大圆、小圆的分界点，进而区分大小圆。
[0037]对大小圆进行编号:先通过两个小圆a~b找出大圆A，再由向量叉乘的方法对小圆a~b进行编号，然后通过已经编号的大圆A和小圆a~b定义标革E的工作面的坐标轴X、Y、原点及45度轴方向，再分别在X、Y、45度方向搜索大圆B~G，最后通过大圆G找出其环绕小圆
Co
[0038]建立标靶工作平面坐标系:以大圆A的圆心为坐标原点，以大圆A~C的圆心所拟合的直线方向为X轴，以大圆A、D、F的圆心所拟合的直线方向为Y轴建立标靶工作面4~8的坐标系，从而可得标靶工作面4~8坐标系在相机坐标系下的位姿。
[0039]坐标系统一:在标定了工作面4~8之间的相对位姿后，运用坐标系转化的方法将在相机中所识别的工作面4~8的位姿统一转化到工作面4上，以方便对机械手臂末端位姿的提取。
【主权项】
1.一种多面体主动光标靶，用于提高工业机器人绝对精度和进行机器人末端轨迹跟踪，其特征在于:由若干个工作面、电板座(9)、连接柱(10)、法兰(11)组成；所述若干个工作面与电板座(9)共同组成多面体结构，每个工作面上都有能提供工作面的面编号、位置和姿态信息的特征图形，且特征图形为主动光源；所述电板座(9)通过连接柱(10)连接法兰(11 )，所述法兰(11)连接工业机器人的末端执行器。
2.根据权利要求1所述的多面体主动光标靶，其特征在于:所述工作面上特征图形的排布为大圆和小圆的组合的排布方式，其中大圆作为特征点，小圆作为特征识别的辅助作用，或反过来小圆作为特征点，大圆作为特征识别的辅助作用。
3.根据权利要求1所述的多面体主动光标靶，其特征在于:所述工作面包括修光板(12 )、扩散板(13 )、灯架(14)、灯珠(15 )、散热铝基板(16 );所述灯珠(15)根据工作面上特征图形的排布固定在散热铝基板(16)上，所述散热铝基板(16)固定在灯架(14)上，所述扩散板(13)和修光板(12)依次固定在灯架(14)上，所述修光板(12)和灯架(14)上根据工作面上特征图形的排布开有圆孔。
4.根据权利要求3所述的多面体主动光标靶，其特征在于:所述修光板(12)用厚度小于0.5mm的不锈钢板制成，保证其平面度和孔之间的位置精度，同时对修光板(12)上的每个光孔外边缘进行同钢板厚度一致的60度倒角，保证特征图形在相机(3)上所呈现的椭圆或者圆图像的中心和实际的中心同心精度。
5.根据权利要求3所述的多面体主动光标靶，其特征在于:所述扩散板(13)选用聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种或几种制成。
6.根据权利要求3所述的多面体主动光标靶，其特征在于:所述灯珠(15)为波段为850nm的红外光灯，或其他波段的单色光，通过在相机(3)前加装相应波段的带通滤波片来滤除环境光的影响，以保证特征图形能在相机(3)中呈现纯净的椭圆或者圆图像。
7.根据权利要求3所述的多面体主动光标靶，其特征在于:所述散热铝基板(16)上还印刷有灯珠(15)工作电路。
【专利摘要】本发明涉及一种多面体主动光标靶，用于提高工业机器人绝对精度和进行机器人末端轨迹跟踪，由若干个工作面、电板座、连接柱、法兰组成；所述若干个工作面与电板座共同组成多面体结构，每个工作面上都有能提供工作面的面编号、位置和姿态信息的特征图形，且特征图形为主动光源；所述电板座通过连接柱连接法兰，所述法兰连接工业机器人的末端执行器。本发明相较用球杆仪、自动经纬仪、三坐标测量机等获取机械臂末端位姿的方法有操作简单、更易集成到加工环境、工作范围大等优点。
【IPC分类】G01C15-00
【公开号】CN104819707
【申请号】CN201510194310
【发明人】张旭, 郑泽龙, 程伟
【申请人】上海大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月23日