基于SCARA机器人的PCB板定位方法技术

本发明专利技术涉及高精度装配和测量领域，提供一种基于SCARA机器人的PCB板定位方法，该方法包括：安装摄像机；移动SCARA机器人的手臂；采集图像，计算出中介标靶坐标系在摄像机坐标系中的位姿矩阵、法兰盘坐标系在机器人基准坐标系中的位姿矩阵；计算摄像机坐标系到法兰盘中心坐标系的手眼变换矩阵；计算三个MARK点在机器人基准坐标系的坐标并通过该坐标进行PCB板定位。本发明专利技术提出的技术方案无需任何辅助装置即可实现PCB板的高精度定位，可广泛应用于机器人装配、视觉测量与定位以及视觉伺服。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高精度装配和测量领域，特别涉及一种基于SCARA机器人的PCB板定位 方法。
技术介绍
目前，在机器人众多应用领域之中，高精度电子装配与定位测量领域是其最为重 要的应用领域之一。由于机器人自身存在的重复定位误差，以及待装配元件(如PCB板)的机 械定位误差，使得传统机器人的示教与再现模式已无法满足高精度装配的要求。
技术实现思路
【要解决的技术问题】 本专利技术的目的是提供一种基于SCARA机器人的PCB板定位方法，以确定PCB板在机 器人坐标系中的三维坐标，实现PCB板的高精度定位。 【技术方案】 本专利技术是通过以下技术方案实现的。 本专利技术涉及一种基于SCARA机器人的PCB板定位方法，该方法包括步骤： A、将摄像机固定安装在SCARA机器人的Y轴手臂上，使SCARA机器人工作在脉冲运 动模式并保证SCARA机器人手臂移动时摄像机坐标系与法兰盘中心坐标系的相对位置不 变，在摄像机CCD的正下方固定设置中介标靶； B、采用摄像机标定技术对摄像机的内部参数进行标定，得到摄像机内部参数矩阵_，.其中Δχ、Ay为像元尺寸，（uq，vq)为主点坐标，f为焦距； C、多次移动SCARA机器人的手臂，每次移动时保证中介标靶位于摄像机的视野范 围之内，每次移动后采集中介标靶图像、通过摄像机标定技术计算出中介标靶坐标系在摄 像机坐标系中的位姿矩阵Pi、通过SCARA机器人控制其读取法兰盘中心坐标系在机器人基 准坐标系中的位姿矩阵仏，其中i表示第i次移动，如果移动次数达到预设的移动次数阈值 则执行步骤D; D、对于步骤C中的每次移动，求解下式得到摄像机坐标系到法兰盘中心坐标系的 齐次变换矩阵XnAiXiiXdi，采用减小误差的数据处理算法对所有的齐次变换矩阵进行处 理得到手眼变换矩阵X，其中&表示机器人手臂第i次移动时摄像机的相对运动矩阵，表示 机器人手臂第i次移动时法兰盘的相对运动矩阵，AiiPi-iPrSBiiQi^Qf 1; E、将SCARA机器人的Y轴手臂移回到起始位置，将PCB板放置在摄像机CCD的正下 方，使所选择的PCB板的MARK点在摄像机视野的正上方，提取MARK点的中心点的像素坐标 (u〇，vq)，根据下式计算得到MARK点在摄像机坐标系中的坐标(x c，yc，zc): F、根据下式计算MARK点在机器人基准坐标系的坐标： G、判断已计算出在机器人基准坐标系的坐标的MARK点的个数是否已达到预设个 数，如果没有达到则重新选择一个MARK点并返回步骤C，反之则根据已计算的MARK点在机器 人基准坐标系的坐标对PCB板进行定位，所述MARK点的预设个数至少为3个。 作为一种优选的实施方式，所述步骤C中SCARA机器人的手臂的移动方式为平移 和/或旋转。 作为另一种优选的实施方式，所述步骤D采用对所有的齐次变换矩阵求平均的方 法得到手眼变换矩阵X。 作为另一种优选的实施方式，所述步骤E采用图像分割技术提取MARK点的中心点 的像素坐标。 【有益效果】 本专利技术提出的技术方案具有以下有益效果： 本专利技术通过在PCB板上至少选择三个MARK点，并分别求解各个MARK点在装配元器 件在机器人基准坐标系的坐标，基于三点确定一个平面的原理即可完成PCB的准确定位，因 此本专利技术无需任何辅助装置即可实现PCB板的高精度定位，可广泛应用于机器人装配、视觉 测量与定位以及视觉伺服。【附图说明】图1为本专利技术的实施例一提供的基于SCARA机器人的PCB板定位方法的流程图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的【具体实施方式】 进行清楚、完整的描述。图1为本专利技术实施例一提供的基于SCARA机器人的PCB板定位方法的流程图。如图1 所示，步骤S1:安装摄像机。 步骤S1中，将摄像机固定安装在SCARA机器人的Y轴手臂上，使SCARA机器人工作在 脉冲运动模式并保证SCARA机器人手臂移动时摄像机坐标系与法兰盘中心坐标系的相对位 置不变，在摄像机CCD的正下方固定设置中介标靶。 步骤S2:对摄像机的内部参数进行标定得到摄像机内部参数矩阵。 步骤S2中，采用摄像机标定技术对摄像机的内部参数进行标定，得到摄像机内部，.其中Δχ、Ay为像元尺寸，（uq，Vq)为主点坐标，f为焦距； 步骤S3:移动SCARA机器人的手臂。步骤S3中，移动SCARA机器人的手臂，每次移动时保证中介标靶位于摄像机的视野 范围之内。SCARA机器人的手臂的移动方式为平移和/或旋转。 步骤S4:采集图像，计算出中介标靶坐标系在摄像机坐标系中的位姿矩阵。 步骤S4中，采集中介标祀图像、通过摄像机标定技术计算出中介标革E1坐标系在摄 像机坐标系中的位姿矩阵Pi，其中i表示第i次移动。 步骤S5:计算出法兰盘中心坐标系在机器人基准坐标系中的位姿矩阵。 步骤S5中，通过SCARA机器人控制其读取法兰盘中心坐标系在机器人基准坐标系 中的位姿矩阵&，其中i表示第i次移动。 步骤S6:判断移动次数是否达到预设的移动次数阈值，如果达到则执行步骤S7,反 之则返回步骤S3。 步骤S6中，移动次数阈值可以根据需求进行设置，移动次数阈值越大，即移动次数 越多，后续数据处理后得到的数据的精度越当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SCARA机器人的PCB板定位方法，其特征在于包括步骤：A、将摄像机固定安装在SCARA机器人的Y轴手臂上，使SCARA机器人工作在脉冲运动模式并保证SCARA机器人手臂移动时摄像机坐标系与法兰盘中心坐标系的相对位置不变，在摄像机CCD的正下方固定设置中介标靶；B、采用摄像机标定技术对摄像机的内部参数进行标定，得到摄像机内部参数矩阵M=fΔx0u00fΔyv0001,]]>其中△x、△y为像元尺寸，(u0,v0)为主点坐标，f为焦距；C、多次移动SCARA机器人的手臂，每次移动时保证中介标靶位于摄像机的视野范围之内，每次移动后采集中介标靶图像、通过摄像机标定技术计算出中介标靶坐标系在摄像机坐标系中的位姿矩阵Pi、通过SCARA机器人控制其读取法兰盘中心坐标系在机器人基准坐标系中的位姿矩阵Qi，其中i表示第i次移动，如果移动次数达到预设的移动次数阈值则执行步骤D；D、对于步骤C中的每次移动，求解下式得到摄像机坐标系到法兰盘中心坐标系的齐次变换矩阵Xi：AiXi＝XiBi，采用减小误差的数据处理算法对所有的齐次变换矩阵进行处理得到手眼变换矩阵X，其中Ai表示机器人手臂第i次移动时摄像机的相对运动矩阵，Bi表示机器人手臂第i次移动时法兰盘的相对运动矩阵，Ai＝Pi‑1Pi‑1，Bi＝Qi‑1Qi‑1；E、将SCARA机器人的Y轴手臂移回到起始位置，将PCB板放置在摄像机CCD的正下方，使PCB板的一个MARK点在摄像机视野的正上方，提取MARK点的中心点的像素坐标(u0,v0)，根据下式计算得到MARK点在摄像机坐标系中的坐标(xc,yc,zc)：zcu0v01=[M,0T]xcyczc1;]]>F、根据下式计算MARK点在机器人基准坐标系的坐标：xryrzr1=Q1Xxcyczc1;]]>G、判断已计算出在机器人基准坐标系的坐标的MARK点的个数是否已达到预设个数，如果没有达到则返回步骤C，反之则根据已计算的MARK点在机器人基准坐标系的坐标对PCB板进行定位，所述MARK点的预设个数至少为3个。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾建风，杜继红，
申请(专利权)人：四川长虹电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51