一种标靶装置、基于双目视觉测量的位姿检测系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种标靶装置、基于双目视觉测量的位姿检测系统及方法，包括：靶体和多个靶球；所述靶体为两个端面、一个或多个侧面的立体结构；所述靶体的端面、侧面分别设有靶球安装孔，通过所述靶球安装孔安装各所述靶球；所述靶体侧面的所有所述靶球由近至远顺时针依次靠近所述靶体的其中一个端面，并且所述靶体侧面除距离端面最近和最远的靶球间距外，相邻所述靶球之间的间距相等。本发明专利技术利用标靶装置提高视觉测量的效率、降低设备成本以及便于搬运，在实际生产加工阶段适用于高效的生产模式。

【技术实现步骤摘要】
一种标靶装置、基于双目视觉测量的位姿检测系统及方法
本专利技术涉及视觉测量领域，尤其涉及一种标靶装置、基于双目视觉测量的位姿检测系统及方法。
技术介绍
随着高端制造业的发展，对机器人的加工精度要求越来越高。例如，在使用机器人加工相应的产品时，需要在机器人的末端夹设焊枪、刀具等加工工具，工具中心点的位姿标定精度直接影响着机器人的加工精度。其中,位姿是指机器人末端工具在指定坐标系中的位置和姿态。通常机器人更换新的工具或者经过长时间的作业后，工具的中心点会出现一定的偏差，导致机器人的加工精度降低，所以需要测定机器人末端工具的中心点，以便进行偏差补偿。目前，对于机器人末端位姿的测量，常用的方法包括人工观察法、激光跟踪法以及视觉传感器测量法，比如，人工观察法中，以多姿态靠近固定监测点，实现末端位姿的测定，但是依赖手工移动及肉眼观察，其精度及稳定性均较低。激光跟踪法中，需要使用激光跟踪仪，激光跟踪仪具有精度高，测量范围大，测量方式简单等优点，但是市面上的激光跟踪仪具有设备昂贵、搬运困难、维修成本过高等缺陷，不适合进行生产加工阶段的高效生产模式。视觉传感器测量法中，受限于机器人结构，在实际测量过程中，确定传感器位姿的准确性低，测量难度大，并且在相同环境下，需要分别测量传感器和机器人的坐标，利用矩阵变换进行坐标标定，标定过程复杂，效率较低，并且实际测量过程中需要2个以上的传感器，而传感器在时间上难以保持同步，因此实用性差以及准确性低。
技术实现思路
本申请实施例通过提供一种标靶装置、基于双目视觉测量的位姿检测系统及方法，解决了现有技术中机器人位姿检测的各种缺陷，通过双目视觉测量技术实现提高效率，降低成本、便于搬运等有益效果。第一方面，本申请实施例提供了一种标靶装置，包括：靶体和多个靶球；所述靶体为两个端面、一个或多个侧面的立体结构；所述靶体的端面、侧面分别设有靶球安装孔，通过所述靶球安装孔安装各所述靶球；所述靶体侧面的所有所述靶球由近至远顺时针依次靠近所述靶体的其中一个端面，并且所述靶体侧面除距离端面最近和最远的靶球间距外，相邻所述靶球之间的间距相等。进一步地，所述靶体的另一个端面设有多个法兰安装孔，用于连接机械臂或机器人末端。进一步地，所述法兰安装孔均匀分布在同一同心圆与端面中线的交点处，围绕同端面的所述靶球安装孔。进一步地，所述靶球包括杆体和球体，所述杆体和球体一体连接。进一步地，所述靶球采用哑光靶球。进一步地，所述靶球的圆度为0.5um。进一步地，所述靶体为长方体结构，所述靶球安装孔分别设于所述靶球端面的中心位置以及靶球侧面垂直于端面的中心线上。第二方面，本申请实施例提供了一种基于双目视觉测量的位姿检测系统，包括终端设备、双目相机、以及如第一方面所述的标靶装置；所述标靶装置包括靶球和靶体；所述靶球分别设有不同编号，根据编号将所述靶球分别安装于所述靶体端面、侧面的对应位置；所述靶体可拆卸式安装于机械臂或机器人末端；所述双目相机的镜头正对所述靶体侧面，用于拍摄多个正对镜头的侧面靶球的标定图像，以获取所述双目相机镜头下的位姿检测区域；所述终端设备与所述双目相机电连接，用于接收多个所述标定图像后，输出位姿检测区域上连接所述靶体的机械臂或机器人的实时位姿。第二方面，本申请实施例提供了一种利用第二方面所述的基于双目视觉测量的位姿检测系统的检测方法，所述方法包括步骤：S1：对双目相机进行内外参标定；S2：接收所述双目相机拍摄的多个标定图像；多个所述标定图像包括所述靶体不同侧面的所述靶球正对所述双目相机镜头时的姿态图像；S3：对各所述标定图像进行图像预处理；所述图像预处理包括利用高斯滤波器对所述标定图像进行降噪处理，并对降噪后的标定图像进行二值化处理，分离出包含靶球的目标区域和不包含靶球的背景区域；S4：利用霍夫圆检测法找出所有所述目标区域中的所有圆形，并找出每个圆形的圆心，作为特征点保存；S5：利用靶球标号识别算法得到每个特征点所属靶球，在双目相机中构建标靶坐标系；S6：将所述靶体远离侧面靶球的一端面上的所述靶球拆除后，再将所述靶体安装于机器人末端的法兰部上，驱动机器人活动，计算获取标靶坐标系下机器人的实时位姿。进一步地，所述步骤S5中，构建标靶坐标系的方法包括：S51：提取多个包含靶球的目标区域，将所述目标区域内靶体两端面的靶球所在特征点，分别设为第一端部特征点、第二端部特征点；靶体侧面的靶球所在特征点，按顺序依次设为第一侧部特征点、第二侧部特征点、第三侧部特征点、第四侧部特征点；S52：将其中一个所述目标区域作为参考区域，所述第一端部特征点作为第一参考点，所述第二端部特征点作为第二参考点；S53：将其他目标区域的第一端部特征点移动到参考区域的第一参考点处，并旋转其他目标区域，使其他目标区域中的所述第二端部特征点与参考区域中的第二参考点的方向相同；S53：按照第一侧部特征点、第二侧部特征点、第三侧部特征点、第四侧部特征点的顺序，将每个所述目标区域依次旋转，获取第二端部特征点集、第一侧部特征点集、第二侧部特征点集、第三侧部特征点集、第四侧部特征点集；S54：基于OpenCV中的ORB算法，获取步骤S53中各个特征点集的质心，以便将所有特征点集统一成一个特征区域；S55：在特征区域中，以第一端部特征点为坐标轴原点，第一端部特征点到第二端部特征点所在向量为Z轴，第一侧部特征点到第二侧部特征点与Z轴垂直的分量轴为X轴，通过右手定则构建标靶坐标系。本申请实施例中提供的多个技术方案，至少具有如下技术效果：(1)本专利技术的标靶装置基于视觉测量技术，可以但不局限于应用到工业机器人的精密加工领域、医疗器械的运动医学领域，从而基于计算机视觉技术的进步，测量精度的提高，使用范围也越来越广阔。(2)本专利技术由于采用的标靶装置由靶体和多个靶球构成，且靶体以及靶球间的位置距离固定，因此计算位姿时，效率高、成本低，并且易于搬运。(3)本专利技术由于将标靶装置应用到了基于双目视觉测量的位姿检测系统，从而方便工业机器人在加工生产中的实际运用。(4)本专利技术在基于双目视觉测量的位姿检测系统中操作简单，更易集成到加工环境、工作范围大等优点。(5)本专利技术的检测方法中，在图像预处理后，直接利用霍夫圆检测法找到特征点，并利用特征点构件标靶坐标系后，从双目相机的双目坐标系转到标靶坐标系，加快运算速度，提高位姿检测精度。附图说明图1为本申请实施例一中标靶装置的一种结构示意图；图2为本申请实施例一中标靶装置的一种侧视结构图；图3为本申请实施例一中标靶装置的另一种侧视结构图；图4为本申请实施例一中标靶装置的另一种结构俯视图；图5为本申请实施例一中标靶装置的另一种结构示意图；图6为本申请实施例一中靶体结构示意图；图7为本申请实施例一中靶体侧面正视图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种标靶装置，其特征在于，包括：靶体和多个靶球；/n所述靶体为两个端面、一个或多个侧面的立体结构；/n所述靶体的端面、侧面分别设有靶球安装孔，通过所述靶球安装孔安装各所述靶球；/n所述靶体侧面的所有所述靶球由近至远顺时针依次靠近所述靶体的其中一个端面，并且所述靶体侧面除距离端面最近和最远的靶球间距外，相邻所述靶球之间的间距相等。/n

【技术特征摘要】
1.一种标靶装置，其特征在于，包括：靶体和多个靶球；
所述靶体为两个端面、一个或多个侧面的立体结构；
所述靶体的端面、侧面分别设有靶球安装孔，通过所述靶球安装孔安装各所述靶球；
所述靶体侧面的所有所述靶球由近至远顺时针依次靠近所述靶体的其中一个端面，并且所述靶体侧面除距离端面最近和最远的靶球间距外，相邻所述靶球之间的间距相等。


2.如权利要求1所述的标靶装置，其特征在于，所述靶体的另一个端面设有多个法兰安装孔，用于连接机械臂或机器人末端。


3.如权利要求2所述的标靶装置，其特征在于，所述法兰安装孔均匀分布在同一同心圆与端面中线的交点处，围绕同端面的所述靶球安装孔。


4.如权利要求1所述的标靶装置，其特征在于，所述靶球包括杆体和球体，所述杆体和球体一体连接。


5.如权利要求1所述的标靶装置，其特征在于，所述靶球采用哑光靶球。


6.如权利要求5所述的标靶装置，其特征在于，所述靶球的圆度为0.5um。


7.如权利要求1所述的标靶装置，其特征在于，所述靶体为长方体结构，所述靶球安装孔分别设于所述靶球端面的中心位置以及靶球侧面垂直于端面的中心线上。


8.一种基于双目视觉测量的位姿检测系统，其特征在于，包括终端设备、双目相机、以及如权利要求1-7任意一项所述的标靶装置；
所述标靶装置包括靶球和靶体；所述靶球分别设有不同编号，根据编号将所述靶球分别安装于所述靶体端面、侧面的对应位置；
所述靶体可拆卸式安装于机械臂或机器人末端；
所述双目相机的镜头正对所述靶体侧面，用于拍摄多个正对镜头的侧面靶球的标定图像，以获取所述双目相机镜头下的位姿检测区域；
所述终端设备与所述双目相机电连接，用于接收多个所述标定图像后，输出位姿检测区域上连接所述靶体的机械臂或机器人的实时位姿。


9.一种利用权利要求8所述的基于双目视觉测量的位姿检测系统的检测方法，所述方法包括步骤：
S1：对双目相机进行内外参标定；
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【专利技术属性】
技术研发人员：荆学东，程慷慨，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31