一种机械臂姿态单目视觉测量方法、装置及电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种机械臂姿态单目视觉测量方法、装置及电子设备，通过摄像头获取机械臂的图像，图像中包含机械臂上相邻两个臂杆的光学标志；获取两个光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据；计算两个光学标志的坐标系相对于摄像头坐标系的位姿；计算两个所述光学标志的坐标系之间的相对位姿；计算两个臂杆之间的相对位姿；计算两个臂杆之间的关节角度；从而可不依赖机械臂内部编码器来对机械臂的姿态进行测量，测量结果不受编码器的测量误差和机械臂各关节的尺寸偏差的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种机械臂姿态单目视觉测量方法、装置及电子设备
本专利技术涉及机械臂
，尤其涉及一种机械臂姿态单目视觉测量方法、装置及电子设备。
技术介绍
传统机械臂的末端工具坐标系的位姿只能通过开环形式测量。具体来说，传统机械臂先通过各关节电机中的编码器采集各关节角的角度值，然后再根据关节角度值计算各关节的相对位姿以及机械臂末端工具坐标系的位姿。然而，若编码器采集的角度值有误差或者机械臂各关节在加工或组装过程中存在尺寸偏差，则这些误差和偏差将使机械臂末端工具坐标系的位姿的实际值与计算值产生较大误差。因此，需要寻求一种不依赖机械臂内部编码器来对机械臂的姿态进行测量方式。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本申请实施例的目的在于提供一种机械臂姿态单目视觉测量方法、装置及电子设备，可不依赖机械臂内部编码器来对机械臂的姿态进行测量。第一方面，本申请实施例提供一种机械臂姿态单目视觉测量方法，包括步骤：通过摄像头获取机械臂的图像，所述图像同时包含所述机械臂上相邻两个臂杆的光学标志；获取两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据；根据所述坐标数据计算两个所述光学标志的坐标系相对于摄像头坐标系的位姿；根据两个所述光学标志的坐标系相对于摄像头坐标系的位姿，计算两个所述光学标志的坐标系之间的相对位姿；根据两个所述光学标志的坐标系之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的相对位姿；根据所述两个臂杆之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的关节角度。>所述的机械臂姿态单目视觉测量方法中，所述获取两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据的步骤包括：获取两个所述光学标志的各特征点在像平面坐标系中的坐标数据；根据所述坐标数据、所述摄像头的焦距和两个所述光学标志的形状尺寸，计算两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据。进一步的，所述光学标志为正方形；所述各特征点为光学标志的各顶点；所述根据所述坐标数据、所述摄像头的焦距和两个所述光学标志的形状尺寸，计算两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据的步骤包括：用最优化数值求解方法求解以下方程组，得到两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据；其中，是指第个光学标志，，P、Q、R、S分别为光学标志四个特征点的表示符号，、、分别为光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据，为摄像头的焦距，为光学标志的边长，p、q、r、s分别是所述图像中光学标志各特征点的表示符号，、分别是光学标志的各特征点在像平面坐标系中的坐标数据。所述的机械臂姿态单目视觉测量方法中，所述根据所述两个臂杆之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的关节角度的步骤包括：求解以下公式得到两个臂杆之间的关节角度；其中，是指第个臂杆，是第个臂杆与第个臂杆之间的相对位姿，是指第个臂杆与第个臂杆之间的关节角度，是指第个臂杆的长度。所述的机械臂姿态单目视觉测量方法中，所述获取两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据的步骤之前，还包括：根据两个所述光学标志的颜色对所述图像进行滤波处理，以识别出两个所述光学标志。第二方面，本申请实施例提供一种机械臂姿态单目视觉测量装置，包括：第一获取模块，用于通过摄像头获取机械臂的图像，所述图像同时包含所述机械臂上相邻两个臂杆的光学标志；第二获取模块，用于获取两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据；第一计算模块，用于根据所述坐标数据计算两个所述光学标志的坐标系相对于摄像头坐标系的位姿；第二计算模块，用于根据两个所述光学标志的坐标系相对于摄像头坐标系的位姿，计算两个所述光学标志的坐标系之间的相对位姿；第三计算模块，用于根据两个所述光学标志的坐标系之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的相对位姿；第四计算模块，用于根据所述两个臂杆之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的关节角度。所述的机械臂姿态单目视觉测量装置中，所述第二获取模块在获取两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据时，先获取两个所述光学标志的各特征点在像平面坐标系中的坐标数据；再根据所述坐标数据、所述摄像头的焦距和两个所述光学标志的形状尺寸，计算两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据。所述的机械臂姿态单目视觉测量装置中，所述第四计算模块在根据所述两个臂杆之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的关节角度时，求解以下公式得到两个臂杆之间的关节角度；其中，是指第个臂杆，是指第个臂杆与第个臂杆之间的关节角度，是指第个臂杆的长度。所述的机械臂姿态单目视觉测量装置，还包括：第一执行模块，用于在第二获取模块获取两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据的步骤之前，根据两个所述光学标志的颜色对所述图像进行滤波处理，以识别出两个所述光学标志。第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行所述的机械臂姿态单目视觉测量方法。有益效果：本申请实施例提供的一种机械臂姿态单目视觉测量方法、装置及电子设备，通过摄像头获取机械臂的图像，所述图像同时包含所述机械臂上相邻两个臂杆的光学标志；获取两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据；根据所述坐标数据计算两个所述光学标志的坐标系相对于摄像头坐标系的位姿；根据两个所述光学标志的坐标系相对于摄像头坐标系的位姿，计算两个所述光学标志的坐标系之间的相对位姿；根据两个所述光学标志的坐标系之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的相对位姿；根据所述两个臂杆之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的关节角度；从而可不依赖机械臂内部编码器来对机械臂的姿态进行测量，测量结果不受编码器的测量误差和机械臂各关节的尺寸偏差的影响。附图说明图1为本申请实施例提供的机械臂姿态单目视觉测量方法的流程图。图2为本申请实施例提供的机械臂姿态单目视觉测量装置的模块图。图3为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。图4为光学标志设置位置的示意图。图5为进行滤波处理后的图像的示意图。图6为针孔成像模型示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械臂姿态单目视觉测量方法，其特征在于，包括步骤：/n通过摄像头获取机械臂的图像，所述图像同时包含所述机械臂上相邻两个臂杆的光学标志；/n获取两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据；/n根据所述坐标数据计算两个所述光学标志的坐标系相对于摄像头坐标系的位姿；/n根据两个所述光学标志的坐标系相对于摄像头坐标系的位姿，计算两个所述光学标志的坐标系之间的相对位姿；/n根据两个所述光学标志的坐标系之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的相对位姿；/n根据所述两个臂杆之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的关节角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种机械臂姿态单目视觉测量方法，其特征在于，包括步骤：
通过摄像头获取机械臂的图像，所述图像同时包含所述机械臂上相邻两个臂杆的光学标志；
获取两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据；
根据所述坐标数据计算两个所述光学标志的坐标系相对于摄像头坐标系的位姿；
根据两个所述光学标志的坐标系相对于摄像头坐标系的位姿，计算两个所述光学标志的坐标系之间的相对位姿；
根据两个所述光学标志的坐标系之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的相对位姿；
根据所述两个臂杆之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的关节角度。


2.根据权利要求1所述的机械臂姿态单目视觉测量方法，其特征在于，
所述获取两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据的步骤包括：
获取两个所述光学标志的各特征点在像平面坐标系中的坐标数据；
根据所述坐标数据、所述摄像头的焦距和两个所述光学标志的形状尺寸，计算两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据。


3.根据权利要求2所述的机械臂姿态单目视觉测量方法，其特征在于，所述光学标志为正方形；所述各特征点为光学标志的各顶点；
所述根据所述坐标数据、所述摄像头的焦距和两个所述光学标志的形状尺寸，计算两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据的步骤包括：
用最优化数值求解方法求解以下方程组，得到两个所述光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据；



其中，是指第个光学标志，，P、Q、R、S分别为光学标志四个特征点的表示符号，、、分别为光学标志的各特征点在摄像头坐标系中的坐标数据，为摄像头的焦距，为光学标志的边长，p、q、r、s分别是所述图像中光学标志各特征点的表示符号，、分别是光学标志的各特征点在像平面坐标系中的坐标数据。


4.根据权利要求1所述的机械臂姿态单目视觉测量方法，其特征在于，所述根据所述两个臂杆之间的相对位姿，计算所述两个臂杆之间的关节角度的步骤包括：
求解以下公式得到两个臂杆之间的关节角度；



其中，是指第个臂杆，是指第个臂杆与第个臂杆之间的关节角度，是指第个臂杆的长度。


5.根据权利要求1所述的机械臂姿态单目视觉测量方法，其特征在于，所述获取两个所述光学标志...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗卓军，李一娴，何嘉臻，雷成林，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44