用于机械手臂系统的校正方法及装置制造方法及图纸

本公开提出一种用于机械手臂系统的校正方法，用于一计算装置中，包括：接收由一视觉装置捕获固定于一机械手臂一前端上的一校正对象的一图像，其中上述机械手臂的一基座具有一基座坐标系，且上述机械手臂的上述前端与上述基座具有一第一相对关系，上述机械手臂的上述前端与上述校正对象具有一第二相对关系；根据上述图像取得上述校正对象的一三维特征数据；以及根据上述三维特征数据、上述第一相对关系及上述第二相对关系计算取得上述视觉装置与上述机械手臂的上述基座之间的一第三相对关系，以校正上述机械手臂与上述视觉装置的误差。

Calibration method and device for manipulator system

【技术实现步骤摘要】
用于机械手臂系统的校正方法及装置
本公开有关于校正方法及装置，特别是有关于一种用于机械手臂系统的校正方法及装置。
技术介绍
随着工业生产技术的快速发展，工厂自动化利用机械手臂的视觉装置定位工件的位置和姿态，引导机械手臂自动精准地抓取工件，进行组装制造，以提高精密快速生产的效率。而影响机械手臂自动精确移动的主要关键在于引导的视觉装置，利用视觉装置校正机械手臂减少引导误差，成为机械手臂重要的课题。使用视觉装置来测量工件姿态的显著缺点在于，视觉装置通常相对于视觉装置的坐标系测量工件姿态，而机械手臂相对于机械手臂的坐标系移动机械手臂前端的执行器。如在本文中所使用的，术语「姿态」说明性地指三维位置和三维旋转的组合。因此，必须将视觉装置计算的工件姿态转换成机械手臂的坐标系以使机械手臂利用视觉装置计算工件姿态。然而，校正视觉装置的坐标系和机械手臂的坐标系之间的关系目前皆有校正时间过长且精确度不高的问题。有鉴于此，本专利技术提出一种用于机械手臂系统的校正方法及装置，以提升校正效率并改善机械手臂的定位精确度。
技术实现思路
以下公开的内容仅为示例性的，且不旨在以任何方式加以限制。除所述说明方面、实施方式和特征之外，通过参照附图和下述具体实施方式，其他方面、实施方式和特征也将显而易见。即，以下公开的内容被提供以介绍概念、重点、益处及本文所描述新颖且非显而易见的技术优势。所选择，非所有的，实施例将进一步详细描述如下。因此，以下公开的内容并不意旨在所要求保护主题的必要特征，也不意旨在决定所要求保护主题的范围中使用。因此，本专利技术的主要目的即在于提供一种用于机械手臂系统的校正方法及装置，以改善上述缺点。本公开提出一种用于机械手臂系统的校正方法，上述机械手臂系统包括一机械手臂、一校正对象、一视觉装置和一计算装置，上述校正方法包括：通过上述视觉装置捕获固定于上述机械手臂一前端上的上述校正对象的一图像，其中上述机械手臂的一基座具有一基座坐标系，且上述机械手臂的上述前端与上述基座具有一第一相对关系，上述机械手臂的上述前端与上述校正对象具有一第二相对关系；通过上述视觉装置计算装置接收上述图像，并根据上述图像取得上述校正对象的一三维特征数据；以及通过上述计算装置根据上述三维特征数据、上述第一相对关系及上述第二相对关系计算取得上述视觉装置与上述机械手臂的上述基座之间的一第三相对关系，以校正上述机械手臂与上述视觉装置的误差。本公开提出一种机械手臂系统，包括：一校正对象；一机械手臂，其中上述校正对象固定于上述机械手臂的一前端上；一视觉装置，捕获上述校正对象的一图像；以及一计算装置，耦接于上述机械手臂及上述视觉装置；其中上述机械手臂的一基座具有一基座坐标系，且上述机械手臂的上述前端与上述基座具有一第一相对关系，上述机械手臂的上述前端与上述校正对象具有一第二相对关系；上述计算装置由上述视觉装置接收上述图像，并根据上述图像取得上述校正对象的一三维特征数据；以及上述计算装置根据上述三维特征数据、上述第一相对关系及上述第二相对关系计算取得上述视觉装置与上述机械手臂的上述基座之间的一第三相对关系，以校正上述机械手臂与上述视觉装置的误差。本公开提出一种用于机械手臂系统的校正方法，用于一计算装置中，包括：接收由一视觉装置捕获固定于一机械手臂一前端上的一校正对象的一图像，其中上述机械手臂的一基座具有一基座坐标系，且上述机械手臂的上述前端与上述基座具有一第一相对关系，上述机械手臂的上述前端与上述校正对象具有一第二相对关系；根据上述图像取得上述校正对象的一三维特征数据；以及根据上述三维特征数据、上述第一相对关系及上述第二相对关系计算取得上述视觉装置与上述机械手臂的上述基座之间的一第三相对关系，以校正上述机械手臂与上述视觉装置的误差。附图说明附图被包括以提供本公开进一步理解且被合并并组成本公开的一部分。附图说明本公开的实施例且连同描述一起用以解释本公开的原理。其可理解附图不一定按比例描绘，一些组件可以超过在实际实施方式的大小来显示，以清楚地说明本公开的概念。图1依据本专利技术的一实施例实现机械手臂系统的系统配置图。图2显示根据本公开一实施例所述的用于机械手臂系统的校正方法的流程图。图3显示根据本公开一实施例所述的用于机械手臂系统的校正方法的流程图。图4A显示根据本公开一实施例的由点云基元所组成的图像示意图。图4B显示根据本公开一实施例的图像中目标点的示意图。图5A显示根据本公开一实施例的计算装置取得图像中所有目标点的示意图。图5B显示根据本公开一实施例的计算装置将点云信息分组的示意图。图5C显示根据本公开一实施例的平面的示意图。图6A～6B显示根据本公开一实施例的计算装置校正机械手臂与视觉装置的误差的示意图。图7显示用以实现本专利技术实施例的示例性操作环境。具体实施方式在下文中将参考附图对本公开的各方面进行更充分的描述。然而，本公开可以具体化成许多不同形式且不应解释为局限于贯穿本公开所呈现的任何特定结构或功能。相反地，提供这些方面将使得本公开周全且完整，并且本公开将给本领域技术人员充分地传达本公开的范围。基于本文所教导的内容，本领域的技术人员应意识到，无论是单独还是结合本公开的任何其它方面实现本文所公开的任何方面，本公开的范围旨在涵盖本文中所公开的任何方面。例如，可以使用本文所提出任意数量的装置或者执行方法来实现。另外，除了本文所提出本公开的多个方面之外，本公开的范围还旨在涵盖使用其它结构、功能或结构和功能来实现的装置或方法。应可理解，其可通过权利要求的一或多个组件具体化本文所公开的任何方面。词语「示例性」在本文中用于表示「用作示例、实例或说明」。本公开的任何方面或本文描述为「示例性」的设计不一定被解释为优选于或优于本公开或设计的其他方面。此外，相同的数字在所有若干图标中指示相同的组件，且除非在描述中另有指定，冠词「一」和「上述」包含复数的参考。可以理解，当组件被称为被「连接」或「耦接」至另一组件时，该组件可被直接地连接到或耦接至另一组件或者可存在中间组件。相反地，当该组件被称为被「直接连接」或「直接耦接」至到另一组件时，则不存在中间组件。用于描述组件之间的关系的其他词语应以类似方式被解释(例如，「在…之间」与「直接在…之间」、「相邻」与「直接相邻」等方式)。说明性地，机械手臂前端是能够抓放工件的可控制机器，并且可包括例如机械夹具、真空吸引器、电磁触点等。—般地，如本文中所使用的，机械手臂基座和前端的组合被称为机械手臂。可由用于执行操作的机械手臂访问的三维区域被称为机械手臂的工作空间。图1依据本专利技术的一实施例实现一机械手臂系统100的一系统配置图。在图1中，机械手臂系统100包括一机械手臂120、一视觉装置130和一计算装置140。机械手臂120具有一前端122、一末端124及多个关节126。末端124设置在一基座150之上。前端122能随用户的需求，装配功能性组件例如激光、点胶头、焊接、切割、夹取等组件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机械手臂系统的校正方法，上述机械手臂系统包括一机械手臂、一校正对象、一视觉装置和一计算装置，上述校正方法包括：/n通过上述视觉装置捕获固定于上述机械手臂一前端上的上述校正对象的一图像，其中上述机械手臂的一基座具有一基座坐标系，且上述机械手臂的上述前端与上述基座具有一第一相对关系，上述机械手臂的上述前端与上述校正对象具有一第二相对关系；/n通过上述计算装置接收上述图像，并根据上述图像取得上述校正对象的一三维特征数据；以及/n通过上述计算装置根据上述三维特征数据、上述第一相对关系及上述第二相对关系计算取得上述视觉装置与上述机械手臂的上述基座之间的一第三相对关系，以校正上述机械手臂与上述视觉装置的误差。/n

【技术特征摘要】
20181120 TW 1071411391.一种用于机械手臂系统的校正方法，上述机械手臂系统包括一机械手臂、一校正对象、一视觉装置和一计算装置，上述校正方法包括：
通过上述视觉装置捕获固定于上述机械手臂一前端上的上述校正对象的一图像，其中上述机械手臂的一基座具有一基座坐标系，且上述机械手臂的上述前端与上述基座具有一第一相对关系，上述机械手臂的上述前端与上述校正对象具有一第二相对关系；
通过上述计算装置接收上述图像，并根据上述图像取得上述校正对象的一三维特征数据；以及
通过上述计算装置根据上述三维特征数据、上述第一相对关系及上述第二相对关系计算取得上述视觉装置与上述机械手臂的上述基座之间的一第三相对关系，以校正上述机械手臂与上述视觉装置的误差。


2.如权利要求1所述的用于机械手臂系统的校正方法，其中通过上述计算装置根据上述图像取得上述校正对象的上述三维特征数据还包括：
取得上述图像中上述校正对象的一点云信息；
比较每一点云基元的深度值与左右两侧点云基元的深度值；
当一第一点云基元的一第一深度值大于左右两侧一第二点云基元的一第二深度值且上述第一深度值比上述第二深度值其中之一大于一第一阈值时，设定上述第一点云基元为一目标点；
根据上述目标点将上述点云信息分为多个群组，其中每一群组是一平面信息；
根据上述平面信息取得一边界特征数据及一平面特征数据；以及
根据上述边界特征数据及上述平面特征数据取得上述校正对象的上述三维特征数据。


3.如权利要求2所述的用于机械手臂系统的校正方法，其中通过上述计算装置根据上述目标点将上述点云信息分为多个群组还包括：
比较每一目标点的一目标深度值与周围点云基元的深度值；以及
当一第一目标点的一第一目标深度值与上述周围点云基元中一第三点云基元的一第三深度值的差值绝对值小于一第二阈值时，判定上述第三点云基元与上述第一目标点属于同一群组。


4.如权利要求3所述的用于机械手臂系统的校正方法，其中上述第一阈值大于上述第二阈值。


5.如权利要求1所述的用于机械手臂系统的校正方法，其中上述三维特征信息至少包括：
每一平面的点位置、一面积及一位置标准偏差；
每一平面的一法向量；
任二平面相交的角度；
任二平面相交的长度；
任二平面相交的一起点三维位置及一终点三维位置；以及
任三平面相交的点三维位置。


6.如权利要求1所述的用于机械手臂系统的校正方法，其中以上述三维特征数据、上述第一相对关系、上述第二相对关系及上述第三相对关系所组成的一三维空间方程式表示如下：
AZ＝BX
其中A表示上述三维特征数据，B表示上述第一相对关系，X表示上述第二相对关系及Z表示上述第三相对关系。


7.如权利要求6所述的用于机械手臂系统的校正方法，其中上述计算装置还利用一优化方程式计算取得上述第三相对关系，上述优化方程式表示如下：
Z＝min(αNd(∑Discorner)+βNa(∑Argnormal)
+γNp(∑Planediff))
其中α、β、γ为权重值，Nd为上述三维对象的顶点间的标准化距离、Na为上述三维对象的平面间的标准化角度、Np为上述三维对象的平面间的标准化平面强度，Discorner为上述三维对象的顶点间的一距离、Argnormal为上述三维对象的平面的法向量角度点化以及Planediff为上述三维对象的平面化程度。


8.如权利要求1所述的用于机械手臂系...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄捷，郑宇群，郑宪君，高彩龄，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71