待测工件3成像，通过图像预处理方法 求出待测工件3或待测工件3及其障碍物的外形轮廓，在示教器5上人工粗略选定机械手 运动的各个点位的像素坐标，并通过第一步所述方法，将各个点位的像素坐标转换为机械 手点位运动的毫米坐标。
[0074] C3 :驱动机械手按该路径运动，机械手运动至各粗略定位点之后，由小视场相机4 对当前环境进行成像，计算小视场相机4中心点与机械手的末端11工作点的像素距离，根 据cl步骤所得标定结果将像素距离换算成长度距离（单位为毫米），并驱动机械手移动小 视场相机4中心与机械手的末端11工作点重合（可反复按此方法调整），小视场相机4中 心点与机械手的末端11工作点的重合点加上小视场相机4中心点与机械手末端的固定偏 移量即为机械手在该处的精确点位信息。
[0075] 本发明中所采取的技术方案是双相机对机器人的运动路径进行规划：由大视场相 机进行运动路径的粗略定位和总体规划，由小视场相机对每个粗略定位点进行精确定位。
[0076] 本发明利用大小视场双相机系统，对机械手的运动路径进行了确定定位和规划， 大大提高了机械手的智能水平，提高了生产效率，减少了人工劳力成本。
[0077] 本发明的另一个优点还在于可对黏连在待测工件上的障碍物进行规避，大大提高 了机器人的智能水平，本发明能很好的适用于生产线零件的加工、工件的抓取等。
【主权项】
1. 一种基于视觉识别的工业机器人示教装置，其特征在于：其包括： 工业机械人的机械手（1)，其端部设有对待测工件（3)工作的机械手末端（11); 大视场相机（2)，拍照视场覆盖机械手（1)的整个有效工作范围； 小视场相机（4)，固定在机械手（1)的末端，随机械手（1)的手臂一起移动；W及 机械手示教器巧），接收大视场相机（2)和小视场相机（4)拍摄的图像并预处理相机拍 照传来的图像，机械手示教器巧）内设有图像分析软件。2. 权利要求1所述的基于视觉识别的工业机器人示教方法，其特征在于，包括如下步 骤： 第一步：对机械手坐标系及大、小视场相机坐标系进行标定，将所有坐标系统一到同一 个坐标系； 第二步：大视场相机对机械手工作场景进行拍照，同时大视场相机拍摄的图像对机械 手的点位运动路径进行粗定位，机械手示教器的图像分析软件识别出被测工件的轮廓尺寸 等信息，通过图像分析软件设定机械手移动的点位路径； 第Ξ步：机械手运动到粗定位点后，由小视场相机对粗定位点位置进行拍照，寻找被测 工件的特征信息，移动机械手至小视场相机的图像中屯、点与被测工件的特征区域中屯、点重 合，该点即为机械手在该处精确的点位信息。3. 根据权利要求2所述的示教方法，其特征在于：所述第二步还包括：图像分析软件还 需判断机械手的点位移动过程中是否有障碍物，如有障碍物，需进行壁障，即根据障碍物的 位置与形状，对机械手的点位运动路径进行规划。4. 根据权利要求2或3所述的示教方法，其特征在于：所述第一步的具体方法为：选择 一标定板置于机械手的工作区域，标定板作为待测工件，大视场相机能对整块标定板成像， W标定板的中屯、点为坐标原点，建立一个直角坐标系，此坐标系即为机械手点位运动的坐 标系，机械手坐标系和大小视场相机坐标都要W此坐标系为基准。5. 根据权利要求4所述的示教方法，其特征在于：所述第二步的具体方法为：根据机械 手在标定板上的点位运动坐标系，建立从大视场相机坐标系转换到机械手点位运动坐标系 的旋转矩阵；然后统一机械手坐标系与机械手的点位运动坐标系。6. 根据权利要求4所述的示教方法，其特征在于：所述机械手的点位运动路径的规划 过程为：大视场相机对标定板成像，由图像处理软件对大视场相机拍摄的图像进行处理，求 出标定板的轮廓特征，再在示教器上选择机械手的点位信息，并通过坐标旋转矩阵将图像 坐标转换为机械点位运动坐标系坐标。7. 根据权利要求4-6任一所述的示教方法，其特征在于：标记板采用棋盘格、或者有规 则格子的板都可W作为标定板。8. 根据权利要求7所述的示教方法，其特征在于：大视场相机的图像坐标转换为机械 手点位运动坐标包括如下过程： B1 :大视场相机坐标到机械手点位运动坐标的坐标转换矩阵，通过此转换矩阵将大视 场相机的图像坐标转换为机械手点位运动坐标； B2 :统一机械手1的坐标系与机械手1的点位运动坐标系，保证两坐标系平行。9. 根据权利要求8所述的示教方法，其特征在于：所述步骤B1的具体方法为：首先，由 图像处理软件对大视场相机拍摄的标记板图像进行处理，求标记板所有格点在图像中的像 素坐标；然后，建立一个大视场相机坐标到机械手点位运动坐标的坐标转换矩阵，通过此转 换矩阵，可将大视场相机的图像坐标转换为机械手点位运动坐标。10. 根据权利要求9所述的示教方法，其特征在于：大视场相机的图像坐标转换为机械 手点位运动坐标的过程为：设定X坐标为标定板平行于水平面的坐标，y坐标为垂直于X坐 标，xy坐标系为机械手点位运动坐标系，X坐标与y坐标的交叉点为0点，即：标定板的中屯、 点，此点将作为机械手的点位运动坐标系的原点；在坐标系中选择Ξ点：pl、p2、p3为人工 在示教器上选定的Ξ个点，假设点pl、p2、p3在图像上的像素坐标已知，假设为（plr，plc)， (P化，p2c)，（P化，p3c)，根据建立的机械手点位运动坐标系：设定点pi、p2、p3在机械手点 位运动坐标系中的坐标分别为（-2,3)、（3, 1)、（2,-2)，建立一个像素点坐标换算至机械手 点为运动坐标的换算矩降.即：计算出换算矩阵的各个值后，就可根据旋转矩阵将图像上的各个点转换为机械手点位 运动坐标系中的坐标。11. 根据权利要求10所述的示教方法，其特征在于：所述选择的Ξ点Pl、p2、p3为棋盘 格中某个小方格的顶点。12. 根据权利要求9-11任一所述的示教方法，其特征在于：所述步骤B2的具体方法 为：用大视场相机对标记的两标记点成像，求出该两标记点在图像上的坐标并换算至机械 手的点位运动坐标系，计算运两点在机械手点位运动坐标中的距离W及与水平方向的夹 角。13. 根据权利要求12所述的示教方法，其特征在于：所述步骤B2所述的方法，多次调 整或旋转机械手至两点在机械手点位运动坐标系中的距离和方向与机械手坐标系的一致。14.根据权利要求13所述的示教方法，其特征在于：假定机械手坐标系控制机械手沿 其X轴正方向从位置S1处移动到位置S2处，并在各位置处标记之，大视场相机对标记点拍 照，求出标记点中屯、点的图像坐标，假设S1=(Sir,Sic),S2=(S化，S2c)，机械手1的点 位运动坐标系的坐标为S1地换算矩阵，S2*换算矩阵，机械手的点位运动坐标系中线段S1、 S2与X轴正方向夹角即为机械手坐标系与机械手点位运动坐标系统一需要调整的角度。15. 根据权利要求9所述的示教方法，其特征在于：所述第Ξ步包括如下步骤： C1 :运动机械手末端至其工作位置，小视场相机对标定板成像，计算小视场标定板图像 中一个格子的实际长度S与其像素长度的比例即可W得到小视场相机的标定系数C:C2 :大视场相机对机械手工作范围内的待测工件成像，待测工件或待测工件及其障碍 物的外形轮廓，粗略选定机械手运动的各个点位的像素坐标，并通过第一步所述方法，将各 个点位的像素坐标转换为机械手点位运动坐标； C3 :驱动机械手按该路径运动，机械手运动至各粗略定位点之后，由小视场相机对当前 环境进行成像，计算小视场相机中屯、点与机械手的末端工作点的像素距离，根据C1步骤所 得标定结果将像素距离换算成长度距离，并驱动机械手移动小视场相机中屯、与机械手的末 端工作点重合，小视场相机中屯、点与机械手的末端工作点的重合点加上小视场相机中屯、点 与机械手末端的固定偏移量即为机械手在该处的精确点位信息。
【专利摘要】本发明提供一种基于视觉识别的工业机器人示教装置及方法，其包括：工业机械人的机械手，其端部设有对待测工件工作的末端；大视场相机，拍照视场覆盖机械手的整个有效工作范围；小视场相机，固定在机械手的末端，随机械手的手臂一起移动；以及机械手示教器，接收大视场相机和小视场相机拍摄的图像并预处理相机拍照传来的图像，机械手示教器内设有图像分析软件。本发明中所采取的技术方案是双相机对机器人的运动路径进行规划：由大视场相机进行运动路径的粗略定位和总体规划，由小视场相机对每个粗略定位点进行精确定位。通过本发明可对黏连在工件上的障碍物进行规避，大大提高了机器人的智能水平，且很好的适用于生产线零件的加工、工件的抓取等。
【IPC分类】B25J19/04, G05B19/42, B25J9/22
【公开号】CN105234943
【申请号】CN201510570360
【发明人】文茜, 李玉廷, 王光能, 舒远, 李人杰, 高云峰
【申请人】大族激光科技产业集团股份有限公司, 深圳市大族电机科技有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月9日