一种视觉机器人系统技术方案

本发明专利技术公开了一种视觉机器人系统，旨在克服现有技术中定位不准确的问题，它用以执行工件坐标系和工具坐标系建立流程、N点标定流程、模板制作流程、特征图像处理流程、姿态自适应流程和高度自动调节流程，其系统包括机器人、二维相机、工作台、工件、特征图案，机器人包括执行机构，二维相机设置在执行机构的末端，工作台用于放置和装夹工件，特征图案用于贴附在工件上，包括特征点和特征线段。包括特征点和特征线段。包括特征点和特征线段。

【技术实现步骤摘要】
一种视觉机器人系统


[0001]本专利技术属于机器视觉技术，特指一种视觉机器人系统。

技术介绍

[0002]机器人定位精度是衡量其工作性能的一个重要指标，目前，国内外厂家生成出来的视觉机器人由于制造、安装等因素，大多定位精度不高，无法满足高精度加工的需要，因此对引起机器人定位误差的各种因素进行分析，最大可能地提高机器人绝对定位精度已成为机器视觉技术的研究核心内容。
[0003]目前，国内外常用的机器人标定方法通常借助外界先进的测量设备完成，但是这就导致了成本高、测量过程复杂以及需要专业人士操作的问题，同时在涉及坐标系转换过程中，容易引入坐标系转换误差，还导致了测量误差较大的问题。
[0004]针对上述现状，本专利技术提出了一种视觉机器人系统，用以解决定位标定的问题。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的不足及存在的问题，本专利技术提供一种视觉机器人系统及其融合方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种视觉机器人系统，用于执行工件坐标系和工具坐标系建立流程、执行模板制作流程、模板制作流程、特征点位置逼近流程、特征图像处理流程、姿态自适应流程和高度自动调节流程，系统包括：
[0008]机器人，其包括执行机构；
[0009]二维相机，其设置在执行机构的末端；
[0010]工作台，其上用于定位工件；
[0011]特征图案，其包括特征点和特征线段。
[0012]作为优选，所述工件坐标系和工具坐标系建立流程包括视觉机器人系统建立工件坐标系和工具坐标系流程，其中，工具坐标系包括TCP位置。
[0013]作为优选，所述N点标定流程包括视觉机器人系统建立图像坐标系和机器人物理坐标系之间的转换矩阵，其中，N为正整数。
[0014]作为优选，所述模板制作流程包括视觉机器人系统调整二维相机对特征图案的拍摄位姿，触发二维相机拍照并获取图像，对图像进行处理得到特征图案的像素轮廓，将特征图案的像素轮廓作为定位模板，对定位模板进行计算得到定位模板物理几何参数，其中，特征图案包括特征点和特征线段。
[0015]作为优选，所述特征点位置逼近流程包括视觉机器人系统将特征图案设置在工件上，触发相机拍照并获取图像，对图像执行特征图像处理流程得到特征轮廓物理几何参数，控制相机在机器人物理坐标系X轴和Y轴上平移使得特征轮廓物理几何参数逼近定位模板物理几何参数。
[0016]作为优选，所述特征图像处理流程包括视觉机器人系统对图像进行处理得到特征图案的轮廓，判断特征图案的轮廓和定位模板是否相匹配，若是则将特征图案的轮廓作为特征轮廓并根据特征轮廓计算得到特征轮廓物理几何参数，若否则重新调整二维相机对特征图案的拍摄位姿、触发二维相机拍照并获取图像，其中，特征轮廓为特征图案的像素轮廓。
[0017]作为优选，所述姿态自适应流程包括视觉机器人系统分别控制二维相机绕机器人物理坐标系X轴、Y轴和Z轴旋转使得特征轮廓物理几何参数逼近定位模板物理几何参数。
[0018]作为优选，所述高度自动调节流程包括视觉机器人系统控制二维相机在机器人物理坐标系Z轴上平移使得特征轮廓物理几何参数逼近定位模板物理几何参数。
[0019]另一方面，本专利技术还提供了一种视觉机器人融合方法，采用上述的一种视觉机器人系统执行，包括如下步骤：
[0020]工件坐标系和工具坐标系建立流程：建立工件坐标系和工具坐标系流程，其中，工具坐标系包括TCP位置；
[0021]N点标定流程：建立图像坐标系和机器人物理坐标系之间的转换矩阵，其中，N为正整数；
[0022]模板制作流程：调整二维相机对特征图案的拍摄位姿，触发二维相机拍照并获取图像，对图像进行处理得到特征图案的像素轮廓，将特征图案的像素轮廓作为定位模板，对定位模板进行计算得到定位模板物理几何参数，其中，特征图案包括特征点和特征线段；
[0023]特征点位置逼近流程：将特征图案设置在工件上，触发相机拍照并获取图像，对图像执行特征图像处理流程得到特征轮廓物理几何参数，控制相机在机器人物理坐标系X轴和Y轴上平移使得特征轮廓物理几何参数逼近定位模板物理几何参数；
[0024]特征图像处理流程：对图像进行处理得到特征图案的轮廓，判断特征图案的轮廓和定位模板是否相匹配，若是则将特征图案的轮廓作为特征轮廓并根据特征轮廓计算得到特征轮廓物理几何参数，若否则重新调整二维相机对特征图案的拍摄位姿、触发二维相机拍照并获取图像，其中，特征轮廓为特征图案的像素轮廓；
[0025]姿态自适应流程：分别控制二维相机绕机器人物理坐标系X轴、Y轴和Z轴旋转使得特征轮廓物理几何参数逼近定位模板物理几何参数；
[0026]高度自动调节流程：控制二维相机在机器人物理坐标系Z轴上平移使得特征轮廓物理几何参数逼近定位模板物理几何参数。
[0027]作为优选，所述工件坐标系和工具坐标系建立流程，具体包括如下步骤：
[0028]步骤111：建立工具坐标系并确定TCP位置，将TCP位置设置在视觉中心点上，其中，视觉中心指的是二维相机镜头下端面中心；
[0029]步骤112：通过工件坐标系确定机器人的工作面，工件坐标系的XY平面建立在加工面上，其中，加工面为特征图案上的切面，加工面和特征图案的公共点为特征点。
[0030]作为优选，所述N点标定流程，具体包括如下流程：
[0031]步骤121：将TCP位置设置在视觉中心上；
[0032]步骤122：控制二维相机正对于加工面，控制物距达到设定值；
[0033]步骤123：在加工面上设置N个标定点，N个标定点的物理坐标分别为(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)
…
(X
N
,Y
N
,Z
N
)，控制TCP移动至N个标定点上并获取标定图像，根据标定图像确定
TCP在N标定点上的像素坐标，TCP在N标定点上的像素坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)
…
(x
N
,y
N
)；
[0034]步骤124：根据N个标定点的物理坐标和TCP在N标定点上的像素坐标代入如下公式并根据最小二乘法计算得到转换矩阵：
[0035][0036]式中，转换矩阵为a、d、b和e分别为旋转分量，c和f分别为平移分量。
[0037]作为优选，所述模板制作流程，具体包括如下步骤：
[0038]步骤131：调整二维相机对特征图案的拍摄位姿，触发二维相机拍照并获取图像，其中，特征图案包括特征点和特征线段；步骤132：获取特征图案的像素轮廓，将特征图案的像素轮廓作为定位模板；步骤133：根据定位模板计算得到定位模板像素几何参数，通过转换矩阵将定位模板像素几何参数转换为定位模板物理几何参数，其中，定位模板几何参数包括特征点的位置参数和特征线段的尺寸参数。
[0039]作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种视觉机器人系统，其特征在于，用于执行工件坐标系和工具坐标系建立流程、执行模板制作流程、模板制作流程、特征点位置逼近流程、特征图像处理流程、姿态自适应流程和高度自动调节流程，系统包括：机器人，其包括执行机构；二维相机，其设置在执行机构的末端；工作台，其上用于定位工件；特征图案，其包括特征点和特征线段。2.根据权利要求1所述的一种视觉机器人系统，其特征在于，所述工件坐标系和工具坐标系建立流程包括视觉机器人系统建立工件坐标系和工具坐标系流程，其中，工具坐标系包括TCP位置。3.根据权利要求1所述的一种视觉机器人系统，其特征在于，所述N点标定流程包括视觉机器人系统建立图像坐标系和机器人物理坐标系之间的转换矩阵，其中，N为正整数。4.根据权利要求1所述的一种视觉机器人系统，其特征在于，所述模板制作流程包括视觉机器人系统调整二维相机对特征图案的拍摄位姿，触发二维相机拍照并获取图像，对图像进行处理得到特征图案的像素轮廓，将特征图案的像素轮廓作为定位模板，对定位模板进行计算得到定位模板物理几何参数，其中，特征图案包括特征点和特征线段。5.根据权利要求1所述的一种视觉机器人系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：林建宇，陈浙泊，潘凌锋，陈一信，陈龙威，叶雪旺，余建安，张一航，陈镇元，吴荻苇，
申请(专利权)人：浙江大学台州研究院，
类型：发明
国别省市：