基于机械臂视觉定位系统的机器人手眼定位算法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机器人手臂移动领域，具体为一种基基于机械臂视觉定位系统的机器 人手眼定位算法。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业的不断发展，工业生产的智能化、自动化、信息化已是大势所趋，智 能机器人手臂的运用领域越来越广泛，市场需求量也逐步扩大。智能机器人手臂自主识别 定位技术是一种经常需要被运用的技术。目前在较大尺度范围内视觉识别定位方面还缺乏 识别精度和效率均较高的相关方法。其中如何建立相机系统和物理坐标之间的联系，快速 准确移动机械臂到目标位置，成为该技术体系的关键之一。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种基于机械臂视觉定位系统的机器人手眼定位算法，W解 决采用传统手动移动机械造成的误差大，效率低，资源浪费等多种问题。
[0004] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
[0005] 基于机械臂视觉定位系统的机器人手眼定位算法，其特征在于：依次包括相机标 定部分和坐标转换部分，所述的相机标定部分为建立相机坐标系统和物理坐标系统之间的 联系；所述的坐标转换部分为利用建立好的坐标系统之间的关系，将视觉定位获得的目标 点转换为物理坐标，进而转换为机械臂转动的角度信息；具体步骤如下：
[0006] (1)相机标定部分包括W下步骤：
[0007] 1) -次相机标定：一次相机标定的主要目标为获得一次相机坐标系与物理坐标 系之间的联系和一次相机所获图片像素单位和物理单位之间的关系，为一次相机粗定位坐 标转换提供基础，主要操作为移动机械臂到目标位置且位于一次相机的视野范围内，利用 一次相机拍照成像，对图像分析处理获得当前所需的两个参数；
[0008] 2)二次相机标定：二次相机标定分两步进行，第一步标定二次相机图片中屯、与 目标位置之间的关系；第二步标定为获得二次相机当前坐标系的偏转角和二次相机所获图 片像素单位和物理单位之间的关系，为二次相机精确定位坐标转换提供基础，主要操作为 利用已知物理坐标的点，多次移动机械臂位置，利用二次相机对该已知点的物理坐标转换 构造等式，最终利用优化求解的方法求得当前所需的两个参数；
[0009] 似坐标转换部分包括W下步骤：
[0010] 1)像素点坐标与物理坐标的转换：由于该系统采用两次相机拍照定位的方式，两 个相机拍照分析所得的目标像素点转换为物理坐标，主要利用相机标定部分中获得的参 数，对给定像素点坐标按照一定的数学方法转换为实际物理坐标，对于二次相机最终物理 坐标的获得，需要建立在一次相机移动位置的基础上；
[0011] 2)物理坐标转换为机械臂可识别的角度：对转换后的物理坐标，分两种情况分 析，即所得的物理坐标位于物理坐标系的第一象限和第二象限两种情况讨论，运用数学中 的几何求解方法，按照机械臂最小位移的原则，将最终的物理坐标转换为机械臂可w识别 的角度信息。
[0012] 所述的基于机械臂视觉定位系统的机器人手眼定位算法，其特征在于：所述相机 标定部分中一次相机标定中，可建立任意的物理坐标系，只要目标机械臂位置位于一次相 机的视野范围之内。
[0013] 所述的基于机械臂视觉定位系统的机器人手眼定位算法，其特征在于：所述相机 标定部分中二次相机标定中，可利用已知的物理坐标构造多个等式，获得较为精确的像素 比和相机偏转角。
[0014] 机械臂视觉定位系统，其特征在于：包括有两个相机、两个光源、机械臂系统、计算 机控制中屯、W及待检目标；机械臂系统包括有机械臂，机械臂由大臂和小臂两部分组成，分 别由大臂和小臂的偏转角控制机械臂移动的位置，计算机控制中屯、与两个相机、机械臂系 统控制连接；所述的两个光源分别与两个相机配对使用，一次相机与光源一固定，待检目标 车位于一次相机的视野范围内，二次相机与光源二位于机械臂的末端，随机械臂移动，待检 目标车的入料口位于机械臂的移动范围之内。
[001引本发明的优点是：
[0016] 本发明根据相机坐标系统的特征快速建立其与物理坐标系统之间的联系，并且 可W根据现场场地的需要建立任意位置的物理坐标系统，获得精确的坐标转换参数；本发 明获得的最终物理坐标精确，算法效率高，机械臂W最短路径移动，最终移动位置满足要求 指标。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明一次相机标定示意图。
[001引图2为本发明二次相机标定示例图。
[0019] 图3为本发明一次相机坐标转换示例图。
[0020] 图4为本发明二次相机坐标转换示例图。
[0021] 图5-1为当机械臂的终点（x，y)位于物理坐标系的第一象限时本发明物理坐标转 换为角度信息实例图。
[0022] 图5-2为当机械臂的终点（x，y)位于物理坐标系的第二象限时本发明物理坐标转 换为角度信息实例图。
[0023] 图6为机械臂视觉定位系统的结构框图。
[0024] 图7为本发明的原理流程图。
【具体实施方式】
[002引如图6、7所示，机械臂视觉定位系统，包括有两个工业相机1和2、两个光源3和 4、机械臂系统、计算机控制中屯、5W及待检目标车7 ;机械臂系统包括有机械臂6,机械臂 6由大臂和小臂两部分组成，分别由大臂和小臂的偏转角控制机械臂移动的位置，计算机控 制中屯、5位于控制室内，计算机控制中屯、5与两个相机1和2、机械臂系统控制连接；所述 的两个光源3和4分别与两个相机1和2配对使用，一次相机1与光源3固定，待检目标车 7位于一次相机1的视野范围内，二次相机2与光源4位于机械臂6的末端，随机械臂6移 动，待检目标7的入料口位于机械臂6的移动范围之内。
[0026] 基于机械臂视觉定位系统的机器人手眼定位算法，其特征在于：依次包括相机标 定部分和坐标转换部分，所述的相机标定部分为建立相机坐标系统和物理坐标系统之间的 联系；所述的坐标转换部分为利用建立好的坐标系统之间的关系，将视觉定位获得的目标 点转换为物理坐标，进而转换为机械臂转动的角度信息；具体步骤如下：
[0027] (1)相机标定部分包括W下步骤：
[0028] 1) -次相机标定：一次相机标定的主要目标为获得一次相机坐标系与物理坐标 系之间的联系和一次相机所获图片像素单位和物理单位之间的关系，为一次相机粗定位坐 标转换提供基础，主要操作为移动机械臂到目标位置且位于一次相机的视野范围内，利用 一次相机拍照成像，对图像分析处理获得当前所需的两个参数；
[0029] 如图1所示，为一次相机标定示意图。图中矩形方框表示相机的视野范围，1号实 线为机械臂停靠的位置（当前机械臂大臂小臂在一条直线上），设当前位置为物理坐标的 90度位置，对应的大臂小臂角度分别为90度，0度。2号坐标系为物理坐标系方向，3号坐 标系为相机坐标系，由于一次相机固定，当前物理坐标系下，机械臂当前位置某一点的物理 坐标对应的一次相机像素坐标固定。本发明依照此关键点建立一次相机坐标系与物理坐标 系之间的联系。标定过程中，本发明对机械臂上的两个指示灯进行拍照分析获得其像素坐 标，由于两个指示灯间物理上的距离已知，本发明通过计算指示灯像素上的距离可W获得 当前坐标系下每个像素和物理距离上的关系。同理机械臂上的两点已知，可获得物理坐标 的y轴的方向，进而可计算出物理坐标方向与相机坐标方向的偏转角。
[0030] 2)二次相机标定：二次相机标定分两步进行，第一步标定二次相机图片中屯、与入 料口位置之间的关系；第二步标定为获得二次相机当前坐标系的偏转角和二次相机所获图 片像素单位和物理单位之间的关系，为二次相机精确定位坐标转换提供基础，主要操作为 利用已知物理坐标的点，多次移动机械臂位置，利用二次相机对该已知点的物理坐标转换 构造等式，最终利用优化求解的方法求得当前所需的两个参数；
[0031] 对于标定入料口位置与二次相机视野中屯、的关系的步骤简述如下，如图2所示： 首先将一个辅助圆环置于二次相机的视野中屯、，该操作可利用图像处理中的找圆操作辅助 进行，判断所得圆的圆屯、是否为图片中屯、即可；然后移动机械臂，辅助圆环不变，移动机械 臂使出料口的投影中屯、置于圆环中屯、位置，再次利用图像处理中的找圆操作获