一种基于立体视觉伺服的绕轴旋转机构操作方法及操作机构技术

本发明专利技术公开了一种基于立体视觉伺服的绕轴旋转机构操作方法及操作机构，属于工业控制设备技术领域。本发明专利技术的操作机构包括深度信息采集单元、光学采集单元、标定模块及机械臂，操作方法包括构建映射关系的步骤，获得变换参数的步骤，对目标进行粗定位的步骤，对目标进行精确定位的步骤，计算旋转中心的三维坐标的步骤和操作绕轴旋转机构的步骤。本发明专利技术实现了对绕轴旋转机构的空间定位，提高了系统的自动化程度，简化操作流程，能准确高效的完成操作。

A Stereo Vision Servo-based Operation Method and Mechanism of Rotating Machine Around Axis

The invention discloses an operation method and an operation mechanism of a rotating mechanism around a shaft based on stereo vision servo, which belongs to the technical field of industrial control equipment. The operation mechanism of the present invention includes depth information acquisition unit, optical acquisition unit, calibration module and manipulator. The operation method includes the steps of constructing mapping relationship, obtaining transformation parameters, roughly positioning target, precisely positioning target, calculating three-dimensional coordinates of rotation center and operating rotating mechanism around axis. The invention realizes the spatial positioning of the rotating mechanism around the axis, improves the degree of automation of the system, simplifies the operation process, and can accurately and efficiently complete the operation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于立体视觉伺服的绕轴旋转机构操作方法及操作机构
本专利技术属于工业控制设备
，具体涉及一种基于立体视觉伺服的绕轴旋转机构操作方法及操作机构。
技术介绍
绕轴旋转机构作为一种开关设计，其优点是结构简单、操作方便并且可以控制多种状态的切换。因此，在石油化工、电力能源以及电气机械的控制设备当中，绕轴旋转机构被广泛应用于控制电路的通断、切换设备的工作状态等等。然而，这些绕轴旋转机构的控制需要操作人员手动介入进行拨动选择，工作较为繁琐，效率低下。在一些非常规的环境当中，操作人员的直接介入也存在着安全隐患，如设备漏电、操作环境恶劣等等。现有的解决方案主要有通过带伺服电机的机械手通过遥控面板去进行旋转机构的操作，通过遥控面板上的参数进行遥控操作。这种操作方法的效率不高，而且需要操作人员实时看着读数进行操作，自动化程度较低。还有通过预置好的设备参数，使机械臂末端自动到达旋转机构的位置，进行旋转操作，这样的方案虽然解决了操作自动话的问题，但是机械组装的精度要求高，成本较大，且参数需要预先设定，灵活性较低。
技术实现思路
为了改善绕轴旋转机构控制方式，本专利技术提供一种基于立体视觉伺服的绕轴旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于立体视觉伺服的绕轴旋转机构操作方法，其特征在于，包括以下步骤：构建映射关系的步骤：建立基于深度相机的空间模型，构建图像像素坐标与对应的空间坐标的映射关系；获得变换参数的步骤：标定深度相机在机械臂坐标系中的位置，获得深度相机坐标系到机械臂坐标系的变换参数；对目标进行粗定位的步骤：以待操作的绕轴旋转机构为目标，根据初始的目标位置信息，进行目标的粗定位；对目标进行精确定位的步骤：在粗定位的基础上，利用目标在光学图像当中的形态学特征，使用图像处理的方法在二维平面当中对目标的旋转中心精确定位，得到旋转中心点坐标；计算旋转中心的三维坐标的步骤：根据图像中精确定位的旋转中心点坐标，结合图像像素坐...

【技术特征摘要】
1.一种基于立体视觉伺服的绕轴旋转机构操作方法，其特征在于，包括以下步骤：构建映射关系的步骤：建立基于深度相机的空间模型，构建图像像素坐标与对应的空间坐标的映射关系；获得变换参数的步骤：标定深度相机在机械臂坐标系中的位置，获得深度相机坐标系到机械臂坐标系的变换参数；对目标进行粗定位的步骤：以待操作的绕轴旋转机构为目标，根据初始的目标位置信息，进行目标的粗定位；对目标进行精确定位的步骤：在粗定位的基础上，利用目标在光学图像当中的形态学特征，使用图像处理的方法在二维平面当中对目标的旋转中心精确定位，得到旋转中心点坐标；计算旋转中心的三维坐标的步骤：根据图像中精确定位的旋转中心点坐标，结合图像像素坐标与对应的空间坐标的映射关系，计算深度相机坐标系下绕轴旋转机构表面上的旋转中心的三维坐标；利用深度相机坐标系到机械臂坐标系的变换参数，将深度相机坐标系下绕轴旋转机构表面上的旋转中心的三维坐标以及绕轴旋转机构的旋转轴向量变换到机械臂坐标系下；操作绕轴旋转机构的步骤：根据机械臂坐标系下旋转中心的三维坐标以及绕轴旋转机构的旋转轴向量，执行对应的机械臂动作序列，操作绕轴旋转机构。2.根据权利要求1所述的基于立体视觉伺服的绕轴旋转机构操作方法，其特征在于：获得变换参数的步骤，具体包括以下过程：A1)调整机械臂的螺杆的位置至水平，正方向为机械臂朝向目标的正方向，保证标定模块在深度相机视野范围内且其平面法向量lref在机械臂坐标系中为(0，0，-1)，测量螺杆的末端到机械臂主座的距离，并在机械臂模型中将螺杆与主座的距离设置为实际的测量值；A2)使用深度相机拍摄标定模块，在标定模块平面上选取N个像素，N值为标定模块平面上框定区域内所有像素的总和，获得三维点集合PointSetN＝{(xi，yi，zi)|i∈N}，其中xi，yi，zi分别表示第i个像素在深度相机坐标系中的三维坐标；A3)对三维点集合PointSetN拟合的平面，获得标定模块在深度相机坐标系中的平面法向量Itarget，计算lref与Itarget的夹角α及β：其中，Ix、Iy、Iz分别是平面法向量Itarget的三个方向上的分量；A4)在机械臂模型中，加入深度相机拍摄的三维实景图，根据得到的深度相机坐标系下标定物的平面法向量Itarget，设置机械臂模型角度的参数，使机械臂模型中螺杆末端与深度相机拍摄的三维实景图中的螺杆末端平行；A5)通过对比机械臂模型与深度相机拍摄的机械臂的三维实景图的重合度，迭代调整机械臂模型的空间位置及角度，使模型与三维实景图完全重合，调整产生的位移(Δx，Δy，Δz)和绕z轴旋转的角γ以及α及β即为深度相机坐标系到机械臂坐标系的变换参数。3.根据权利要求1所述的基于立体视觉伺服的绕轴旋转机构操作方法，其特征在于：对目标进行精确定位的步骤，具体包括以下过程：B1)利用目标的模板图像Itemplate作为滑动窗，遍历由深度相机拍摄的原图Isrc，使用模板匹配算法，通过模板图像在拍摄的原图上滑动卷积，获得卷积结果的矩阵，矩阵中的最大值即为原图中与模板图像相关性最高的位置，从而定位目标在原图当中的位置；B2)对图像做滤波和阈值分割操作，将目标与背景分离出来；B3)根据步骤B2)中阈值分割将目标与背景分离出来产生的二值图像，在二值图像中寻找轮廓，筛选出符合条件的轮廓，将轮廓内的点作为中心像素集合；B4)对中心像素集合计算重心，该重心的坐标即为旋转中心点坐标。4.根据权利要求3所述的基于立体视觉伺服的绕轴旋转机构操作方法，其特征在于：所述步骤B2)中，滤波采用均值漂移方法，根据均值漂移方法使用滑动窗口扫描图像矩阵，通过窗口的颜色半径和空间半径的筛选，将图像矩阵中经过窗口变换后收敛到数据峰值的所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：程敏，王松，张国良，项导，王锋，毛成林，林欢，
申请(专利权)人：亿嘉和科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32