基于机器视觉的喷涂机器人与变位机位姿关系标定方法技术

基于机器视觉的喷涂机器人与变位机位姿关系标定方法，属于机器人与变位机位姿关系标定技术领域，为了解决现有技术中标定过程自动化水平低的问题，该方法包括以下步骤，步骤1：采集标定数据；首先，将棋盘格标定板安装于两轴变位机末端，相机固定在机器人末端；其次，控制两轴变位机的转轴运动，带动标定板运动，相机拍摄标定板得到像素坐标系{H}上的标定板图像，步骤2：计算A

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉的喷涂机器人与变位机位姿关系标定方法


[0001]本专利技术涉及机器人与变位机位姿关系标定
，具体涉及一种基于机器视觉的喷涂机器人与变位机位姿关系标定方法。

技术介绍

[0002]机器人与变位机位姿关系标定是机器人领域中一个关键的问题。对于尺寸较大或形貌复杂的目标工件，往往会因为喷涂机器人受到运动学约束的限制，而无法实现机器人有效工作空间以外的喷涂，因此需要采取一定的措施解决机器人有效工作空间不足的问题。通过变位机对目标工件进行变位，使工件达到合适的位姿，降低了对机器人有效工作空间的要求，从而解决了上述问题。在喷涂机器人执行喷涂作业时，需要变位机和机器人配合完成，因此需要进行机器人与变位机位姿关系标定。
[0003]中国专利公开号为“CN 103063213 A”，名称为“一种焊接机器人与变位机位姿关系的标定方法”，该方法由操作者通过人眼观察并手动示教完成锥形工具尖端的重合来采集标定数据，过程需要人工参与，自动化水平低。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有技术中标定过程自动化水平低的问题，提供一种基于机器视觉的喷涂机器人与变位机位姿关系标定方法。
[0005]一种基于机器视觉的喷涂机器人与变位机位姿关系标定方法，其包括如下步骤：
[0006]步骤1：采集标定数据；
[0007]设机器人基坐标系为{B}；机器人末端坐标系为{E}；相机坐标系为{C}；标定板坐标系为{W}；{TB}表示由旋转轴和倾斜轴构成的两轴变位机基坐标系；像素坐标系{H}，以图像的左上角某点作为{H}的原点
H
O；
[0008]首先，将棋盘格标定板安装于两轴变位机末端，相机固定在机器人末端；
[0009]其次，控制两轴变位机的转轴运动，带动标定板运动，相机拍摄标定板得到像素坐标系{H}上的标定板图像，见公式(1)，同时记录机器人末端位姿矩阵
[0010][0011]其中：a
j
(u，v)为第j次拍摄的标定板图像像素值，j＝1，2，......，n；u和v为A
j
(u，v)的像素位置变量；M和N为A
j
(u，v)的行数和列数；
[0012]步骤2：计算A
j
(u，v)在相机坐标系{C}下的标定板角点坐
C
P
j
(
C
x，
C
y，
C
z)，j＝1，2，......，n；
[0013]利用Opencv3中Harris角点检测算法，把A
j
(u，v)代入公式(2)得到在相机坐标系
{C}下的第j次拍摄的所有角点的坐标
C
P
j
(
C
x，
C
y，
C
z)；
[0014][0015]步骤3：计算标定板的角点坐标
C
P
j
(
C
x，
C
y，
C
z)在机器人基坐标系{B}下的坐标
B
P
j
(
B
x，
B
y，
B
z)；
[0016]将第j次拍摄的标定板的角点坐标
C
P
j
(
C
x，
C
y，
C
z)代入公式(3)求出
B
P
j
(
B
x，
B
y，
B
z)，
[0017][0018]其中：为{B}相对于{E}的转换矩阵；为{E}相对于{C}的转换矩阵；
[0019]步骤4：变位机轴方向向量的计算；
[0020]从第1次到第n次拍摄的标定板角点
B
Q
j
(
B
x
j
，
B
y
j
，
B
z
j
)，j＝1，2，......，n在平面a1x+a2y+a3＝z上，将
B
Q
j
(
B
x
j
，
B
y
j
，
B
z
j
)代入公式(4)，求出a1，a2，a3的值，
[0021][0022]假设变位机旋转轴的方向向量为其中：分别为机器人基坐标系{B}中
B
x，
B
y，
B
z的单位向量；由公式(5)计算可得n
1x
，n
1y
，n
1z
，
[0023][0024]同理，也可求出变位机倾斜轴的方向向量为
[0025]步骤5：变位机位置计算；
[0026]从第1次到第n次拍摄的标定板角点坐标
B
Q
j
(
B
x
j
，
B
y
j
，
B
z
j
)，j＝1，2，......，n在空间圆弧b1x+b2y+b3z+b4＝
‑
x2‑
y2‑
z2上，将点
B
Q
j
(
B
x
j
，
B
y
j
，
B
z
j
)代入公式(6)，求出b1，b2，b3，b4的值，
[0027][0028]假设圆弧圆心的坐标
B
O1(O
1x
，O
1y
，O
1z
)为变位机旋转轴上的点，由公式(7)可得O
1x
，O
1y
，O
1z
，
[0029][0030]同理，也可求出变位机倾斜轴上点的坐标
B
O2(O
2x
，O
2y
，O
2z
)；
[0031]步骤6：变位机的空间位姿计算；
[0032]利用方向向量和求出变位机基坐标系{TB}相对于机器人基坐标系{B}的姿态矩阵为
[0033]变位机基坐标系{TB}相对于机器人基坐标系{B}位置向量为可由公式(8)计算可得
[0034]其中：
[0035]得到变位机基坐标系{TB}相对于机器人基坐标系{B}的转换矩阵从而实现基于机器视觉的喷涂机器人与变位机构位姿关系标定。
[0036]本专利技术的有益效果：
[0037]该方法通过相机采集标定数据实现变位机的空间位姿标定，代替机器人工具中心点与变位机上尖点重合人工判断操作，实现了非接触式采集标定数据，无需人工进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的喷涂机器人与变位机位姿关系标定方法，其特征是，该方法包括以下步骤：步骤1：采集标定数据；设机器人基坐标系为{B}；机器人末端坐标系为{E}；相机坐标系为{C}；标定板坐标系为{W}；{TB}表示由旋转轴和倾斜轴构成的两轴变位机基坐标系；像素坐标系{H}，以图像的左上角某点作为{H}的原点
H
O；首先，将棋盘格标定板安装于两轴变位机末端，相机固定在机器人末端；其次，控制两轴变位机的转轴运动，带动标定板运动，相机拍摄标定板得到像素坐标系{H}上的标定板图像，见公式(1)，同时记录机器人末端位姿矩阵{H}上的标定板图像，见公式(1)，同时记录机器人末端位姿矩阵其中：a
j
(u，v)为第j次拍摄的标定板图像像素值，j＝1，2，......，n；u和v为A
j
(u，v)的像素位置变量；M和N为A
j
(u，v)的行数和列数；步骤2：计算A
j
(u，v)在相机坐标系{C}下的标定板角点坐标
C
P
j
(
C
x，
C
y，
C
z)，j＝1，2，......，n；利用Opencv3中Harris角点检测算法，把A
j
(u，v)代入公式(2)得到在相机坐标系{C}下的第j次拍摄的所有角点的坐标
C
P
j
(
C
x，
C
y，
C
z)；步骤3：计算标定板的角点坐标
C
P
j
(
C
x，
C
y，
C
z)在机器人基坐标系{B}下的坐标
B
P
j
(
B
x，
B
y，
B
z)；将第j次拍摄的标定板的角点坐标
C
P
j
(
C
x，
C
y，
C
z)代入公式(3)求出
B
P
j
(
B
x，
B
y，
B
z)，其中：为{B}相对于{E}的转换矩阵；为{E}相对于{C}的转换矩阵；步骤4：变位机轴方向向量的计算；从第1次到第n次拍摄的标定板角点
B
Q
j
(
B
x

【专利技术属性】
技术研发人员：苏成志，王俊毅，王恩国，冯薪，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：