确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的方法及其系统的制作方法

文档序号:9866596阅读:1970来源:国知局
确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机械臂技术领域,特别是一种确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关 系的方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 在基于视觉的机械臂抓取系统中,为了根据视觉信息操纵机械臂手爪,首先要建 立相机坐标与机械臂手爪坐标之间的映射关系。在传统的技术方案中,为了找出运种映射 关系,首先W摄像头标定确定相机坐标与世界坐标之间的映射关系,然后确定世界坐标与 机械臂手爪坐标的映射关系,最终求出相机坐标与机械臂手爪坐标的映射关系。然而,运种 技术方案存在两个缺点:(1)世界坐标难W精确测量;(2)相机坐标与世界坐标之间的映射 关系和世界坐标与机械臂手爪坐标的映射关系的估计均有误差,且独立测量,因此求相机 坐标与机械臂手爪坐标的映射关系存在累积误差。

【发明内容】

[0003] 针对上述现有技术中存在的问题,本发明提供一种确定相机坐标与机械臂手爪坐 标映射关系的方法及其系统,能够提高相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的精确度。
[0004] 本发明的确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的方法,技术方案如下,包括:
[0005] 通过机械臂抓放同一个参考物体到相机摄像范围内的指定位置,读取所述指定位 置对应的机械臂手爪坐标;
[0006] 通过所述相机拍摄所述参考物体在所述指定位置时的图像,计算所述图像的特征 点;将所述图像的特征点与预置的所述参考物体的模板图的特征点进行匹配,得出所述参 考物体在所述图像中的中屯、坐标,作为所述指定位置对应的相机坐标;
[0007] 基于若干不同指定位置对应的相机坐标和机械臂手爪坐标,确定相机坐标与机械 臂手爪坐标的映射关系。
[000引本发明的确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的方法,通过确定指定位置对 应的机械臂手爪坐标W及对应的相机坐标,基于若干不同指定位置对应的相机坐标和机械 臂手爪坐标,直接确定相机坐标与机械臂手爪坐标的映射关系,克服传统技术方案的上述 缺点,从而提高相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的精确度。
[0009] 本发明还提供一种确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的系统,包括:
[0010] 机械臂手爪坐标获取模块,用于通过机械臂抓放同一个参考物体到相机摄像范围 内的指定位置,读取所述指定位置对应的机械臂手爪坐标;
[0011] 相机坐标获取模块,用于通过所述相机拍摄所述参考物体在所述指,定位置时的 图像,计算所述图像的特征点;将所述图像的特征点与预置的所述参考物体的模板图的特 征点进行匹配,得出所述参考物体在所述图像中的中屯、坐标,作为所述指定位置对应的相 机坐标;
[0012] 映射关系确定模块,用于基于若干不同指定位置对应的相机坐标和机械臂手爪坐 标,确定相机坐标与机械臂手爪坐标的映射关系。
[0013] 本发明的确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的系统,通过机械臂手爪坐标 获取模块获取指定位置对应的机械臂手爪坐标,相机坐标获取模块获取所述指定位置对应 的相机坐标,映射关系确定模炔基于若干不同指定位置对应的相机坐标和机械臂手爪坐 标,直接确定相机坐标与机械臂手爪坐标的映射关系。因此,能够克服传统技术方案的世界 坐标难W精确测量、W及相机坐标与机械臂手爪坐标的映射关系存在累积误差的缺点,从 而提高相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的精确度。
【附图说明】
[0014] 图1为一个实施例的确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的方法的流程示意 图;
[0015] 图2为一个较佳实施方式的确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的方法的流 程示意图;
[0016] 图3为从相机拍摄图像的左上角到右下角逐行放置示意图;
[0017] 图4为一个实施例的确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的系统的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0018] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进 一步地详细描述。
[0019] 请参阅图1中一个实施例的确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的方法的流 程示意图,包括步骤S101至步骤S104:
[0020] S101,通过机械臂抓放同一个参考物体到相机摄像范围内的指定位置,读取所述 指定位置对应的机械臂手爪坐标。
[0021] 为了提高后续参考物体在所述指定位置时的相机坐标精确度,选取带有明显纹理 特征的物体作为所述参考物体。选择同一个参考物体,通过机械臂抓放到相机摄像范围内 的指定位置,减少后续参考物体在所述指定位置时的图像中的中屯、坐标的误差,进一步提 高后续确定相机坐标的精确度。
[0022] 在步骤S101之前,拍摄所述参考物体的照片作为模板图,计算所述模板图的特征 点。为后续图像特征点的匹配提供基准,从而准确得出所述参考物体在指定位置对应的相 机坐标。其中,优先使用SIFT或者SURF局部算子计算所述模板图的特征点,W提高计算模板 图特征点的精确度。优选地,拍摄所述参考物体在纯色背景下的照片作为模板图,W减少模 板图背景对计算模板图特征点的干扰。
[0023] 进一步地,所述通过机械臂抓放同一个参考物体到相机摄像范围内的指定位置, 可W是,通过机械臂抓放同一个参考物体放置于相机摄像范围内若干不同的指定位置,放 置的顺序为:从相机拍摄图像的左上角到右下角逐行放置,得到规则的指定位置对应的机 械臂手爪坐标,从而减少后续相机坐标与机械臂手爪坐标的映射关系的计算量。
[0024] 步骤S101中,具体地可W通过机械臂系统接口读取机械臂手爪坐标,作为所述指 定位置对应的机械臂手爪坐标。
[0025] S102,通过所述相机拍摄所述参考物体在所述指定位置时的图像,计算所述图像 的特征点。
[0026] S103,将所述图像的特征点与预置的所述参考物体的模板图的特征点进行匹配, 得出所述参考物体在所述图像中的中屯、坐标,作为所述指定位置对应的相机坐标。
[0027] 由于图像的特征点比像素点要少很多,基于图像特征点的匹配相比利用图象灰度 信息的匹配,大大减少了匹配过程的计算量;同时,特征点的匹配度量值对位置的变化比较 敏感,可W大大提高匹配的精确程度;而且,特征点的提取过程可W减少噪声的影响,对灰 度变化,图像形变W及遮挡等都有较好的适应能力。所W该步骤将所述图像的特征点与预 置的所述参考物体的模板图的特征点进行匹配,得出所述参考物体在所述图像中的中屯、坐 标准确度较高。
[0028] 步骤S103中,具体地,将所述图像的特征点与预置的所述参考物体的模板图的特 征点进行匹配,过滤置信度低于预设值的匹配,得出所述参考物体在所述图像中的中屯、坐 标,从而提高所述指定位置对应的相机坐标估算精度。
[0029] 优选地,WRANSAC算法过滤置信度较低的匹配,从而精确估算出参考物体在图像 中的中屯、坐标,作为参考物体在指定位置的相机坐标。
[0030] S104,基于若干不同指定位置对应的相机坐标和机械臂手爪坐标,确定相机坐标 与机械臂手爪坐标的映射关系。
[0031] 具体地,可通过W下方式确定相机坐标与机械臂手爪坐标的映射关系:
[0032] 建立各指定位置对应的相机坐标和机械臂手爪坐标之间的矩阵关系式为:
[0033]
[0034] 其中,相机坐标为(u,v),机械臂手爪坐标为(Χ,Υ),根据多组(u,v)及其对应的(X, Y),通过最小二乘法求解矩阵:
[0035]
[0036] 将所述矩阵作为相机坐标与机械臂手爪坐标的映射矩阵。
[0037] 本发明的确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的方法,通过确定指定位置对 应的机械臂手爪坐标W及对应的相机坐标,基于若干不同指定位置对应的相机坐标和机械 臂手爪坐标,直接确定相机坐标与机械臂手爪坐标的映射关系,克服传统技术方案的世界 坐标难W精确测量、W及相机坐标与机械臂手爪坐标的映射关系存在累积误差的缺点,从 而提高相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的精确度。
[0038] W下为本发明的确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的方法的一个应用场 景:
[0039] 在PCB板卡抓放系统中,由于使用到视觉定位PCB板卡,因此需要首先确定相机坐 标与机械臂手爪坐标映射关系,本发明的确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的方 法,可直接应用于该场景,w低成本、全自动的方式直接精准确定相机坐标与机械臂手爪坐 标的映射关系,从而使得机械臂能够在后续任务能够精准抓放PCB。
[0040] W下为本发明的确定相机坐标与机械臂手爪坐标映射关系的方法的一个较佳的 实施方式,如图2所示:
[0041 ]本实施方式包括参考物体准备、参考物体坐标采集W及映射矩阵计算Ξ部分。
[0042] -、参考物体准备
[0043] 选取被抓放的参考物体,并拍摄该参考物体的一张照片作为模板图,然后计算该 模板图的特征点。为了提高后续定位精度,选取带有明显纹理特征的参考物体。拍摄模板图 时,在背景纯洁的条件下,W减少模板照片背景对后续定位算法的干扰,计算模板图的特征 点可W使用SIFT/SURF等局部算子。
[0044] 二、参考物体坐标采集
[0045] 包括Ξ个步骤:
[0046] (1)通过机械臂抓放同一个参考物体到相机摄像范围内的指定位置。
[0047] 通过机械臂抓放同一个物体参考(如PCB板卡巧Ij相机摄像范围内的不同位置。机 械臂放置物体的位置顺序为从相机拍摄图像的左上角到右下角逐行放置,如图3所示。
[0048] (2)读取所述指定位置对应的机械臂手爪坐标。
[0049] 机械臂将参考物体放置到某个指定位置后,即通过机械臂系统接口,读取机械臂 手爪坐标,作为参考点的机械臂手爪坐标。
[0050] (3)参考物体图像定位获取相机坐标。
[0051] 通过所述相机拍摄所述参考物体在所述指定位置时的图像,计算所述图像的特征 点;将所述图像的特征点与预置的所述参考物体的模板图的特征点进行匹配,得出所述参 考物
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