CN110861076A - 一种机械臂的手眼标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械臂的手眼标定装置，所述装置包括：控制器、工作平台、相机、标定块、针头和机械臂；所述工作平台上设置有工作区域，所述工作区域设置于所述相机的视野内，所述控制器分别与所述相机和所述机械臂连接，所述控制器用于根据设定的运动轨迹控制所述机械臂的移动，所述机械臂用于将所述标定块依次放置于所述工作区域的不同位置，所述相机采集各位置在相机坐标系下的XY坐标，所述机械臂还用于将所述针头依次对准各所述位置，所述相机还用于采集各位置在相机坐标系的Z坐标。通过本发明的上述装置以提高手眼标定的精确度。

Description

一种机械臂的手眼标定装置

技术领域

本发明涉及机械臂标定技术领域，特别是涉及一种机械臂的手眼标定装置。

背景技术

随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展，机械臂和机器视觉在工业生产中的应用越来越广泛，视觉定位引导机械臂进行精密加工的技术取代传统的人工精密加工成为趋势，可以大大提高产品的加工效率。

在工业应用领域中，机械臂通常需要依靠手眼系统执行机械加工及安装等任务，其中手眼系统是由摄像机和机械臂构成的机械臂视觉系统，机械臂视觉系统中摄像机相当于人的眼睛，机械臂末端执行器相当于人的手。在机器视觉领域，机械臂需要根据视觉系统给出的信号进行相应的路径规划等操作，而机械臂坐标系统与视觉坐标系统又为两个独立的模块，因此，要将视觉系统的坐标和机械臂的坐标进行标定，使视觉定位的坐标转换为机械臂坐标，以完成视觉的引导，其中手眼标定作为视觉引导机械臂的关键所在，传统的手眼标定方法需要人工手动操作机械臂移动至标定板上的标定点，由于手动操作机械臂移至标定点的精度要求高，操作难度大、标定精度受人为因素影响大且标定时间长，因此传统的手眼标定存在复杂度高的问题。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种机械臂的手眼标定装置，以提高手眼标定的精确度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种机械臂的手眼标定装置，所述装置包括：

控制器、工作平台、相机、标定块、针头和机械臂；

所述工作平台上设置有工作区域，所述工作区域设置于所述相机的视野内，所述控制器分别与所述相机和所述机械臂连接，所述控制器用于根据设定的运动轨迹控制所述机械臂的移动，所述机械臂用于将所述标定块依次放置于所述工作区域的不同位置，所述相机采集各位置在相机坐标系下的XY坐标，所述机械臂还用于将所述针头依次对准各所述位置，所述相机还用于采集各位置在相机坐标系的Z坐标。

可选的，所述标定块呈长方体状，在所述长方体内设置有一圆形槽，所述圆形槽内设置有几何图案，所述几何图案的中心为所述标定块的中心，所述相机采集所述几何图案的中心作为相机坐标系下的坐标。

可选的，所述几何图案所在平面和所述XY坐标所在平面平行。

可选的，所述相机为至少一个。

可选的，所述工作区域数量和所述相机个数相等，每个所述工作区域对应一个所述相机。

可选的，每个所述工作区域不相交。

可选的，每个所述工作区域的形状均为矩形。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明涉及一种机械臂的手眼标定装置，该装置包括：控制器、工作平台、相机、标定块、针头和机械臂；工作平台上设置有工作区域，工作区域设置于相机的视野内，控制器分别与相机和机械臂连接，控制器用于根据设定的运动轨迹控制机械臂的移动，机械臂用于将标定块依次放置于工作区域的不同位置，相机采集各位置在相机坐标系下的XY坐标，机械臂还用于将针头依次对准各所述位置，相机还用于采集各位置在相机坐标系的Z坐标。与传统手眼标定需要人工干预相比，本发明的上述装置能够提高手眼标定的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种机械臂的手眼标定装置结构示意图；

图2为本发明实施例标定块结构示意图。

符号说明：

1、工作平台，2、相机，21、镜头，3、标定块，4、针头，5、机械臂，51、X轴，52、Y轴，53、Z轴，6、MARK标记。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种机械臂的手眼标定装置，以提高手眼标定的精确度

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一种机械臂的手眼标定装置结构示意图，图2为本发明实施例标定块结构示意图，如图1-图2所示，一种机械臂的手眼标定装置，所述装置包括：控制器、工作平台1、相机2、标定块3、针头4和机械臂5。

所述工作平台1上设置有工作区域，所述工作区域设置于所述相机2的视野内，所述控制器分别与所述相机2和所述机械臂5连接，所述控制器用于根据设定的运动轨迹控制所述机械臂5的移动，所述机械臂5用于将所述标定块3依次放置于所述工作区域的不同位置，所述相机2采集各位置在相机坐标系下的XY坐标，所述机械臂5还用于将所述针头4依次对准各所述位置，所述相机2还用于采集各位置在相机坐标系的Z坐标。

作为一种实施例，本发明所述标定块3呈长方体状，在所述长方体内设置有一圆形槽，所述圆形槽内设置有几何图案，所述几何图案的中心为所述标定块3的中心，所述相机2采集所述几何图案的中心作为相机坐标系下的坐标。

具体的，所述标记块3如图2所示，所述几何图案为九点蝴蝶结图案，这种图案能够方便识别出中心点，提高识别的精确度，同时缩短识别时间。

所述相机2上设置有镜头21，通过调节相机2的镜头21，将针头4对准几何图案的中心，得到各位置在相机坐标系下的Z坐标。

作为一种实施例，本发明所述几何图案所在平面和所述XY坐标所在平面平行。

具体的，以机械臂5为标准构建XYZ坐标系，以机械臂5的两臂即上臂作为X轴51，以下臂作为Y轴52，以机械臂5末端执行器为Z轴。

作为一种实施例，本发明所述相机2为至少一个。

作为一种实施例，本发明所述工作区域数量和所述相机2个数相等，每个所述工作区域对应一个所述相机2。

作为一种实施例，本发明每个所述工作区域不相交。

作为一种实施例，本发明每个所述工作区域的形状均为矩形。

具体的，所述工作平台1上设置有MARK标记6，利用MARK标记6设定工作区域。所述相机2为多个，能够使相机2在不同的工作区域内同时标定，提高工作效率。

通过Z轴上安装标定块(L型蝴蝶结标定块)，XY轴移动机器臂选取工作区域，以起始点到对角终点、自动形成矩形换算，矩形内框取值为有效工作范围，对产品加工的工作平台范围即工作区域，机械臂Z轴上标定块下降到工作平台面无缝隙，确认后Z轴自动上升减去标定块厚度数值(即Z轴与工作平台接触点为0值)，XY轴在工作区域内自动打点标定、影像自动校准定位；与原有手动影像校准定位相比，原花几个小时和多次标定不出XYZ轴达不到客户需求的精度，大工作平台情况下边缘公差比原有缩小0.1mm误差，手眼标定装置只花2分钟完成，操作更简单易学。降低了大量的时间与成本，提升了设备对产品加工的定位精度。

移动机械臂X、Y、Z轴方向，根据提示移动标定块到工作区域的起始点，点击确认起始点后再移动机械臂X、Y、Z轴方向，提示移动标定块到工作区域的起始点的对角点位置，然后将标定块与工作台面重合并无任何间隙点击确定按钮，完成工作区域的对角点位置确认。

控制器自动计算出实际工作区域尺寸与Z轴自动上升减去标定块的高度。弹出标定块确认窗口，根据窗口提示，点击鼠标右键弹出快捷工具条，用鼠标左键选择，再选择点击图像上标定块的中心点，标定块中心点被框选后，点击右键弹出快捷工具条，用鼠标左键选择标定块提取OK，设备自动复位并自动标定工作范围的工作面25个点手眼标定，直到第25个点手眼标定完成才自动复位，自动手眼标定完成。关闭手眼标定弹出操作提示是否关闭手眼标定，点击确定，再点击保存并退出。

设置对针点MARK并校正针头对针点，先在主界面选择标定的相机，选择的相机图像显示正常后，再点击手眼标定图标，进入相机标定。按以上操作方法标定。自动手眼标定完成后，返回到主界面，点击对针图标，弹出设置对针点MARK窗口选择否，弹出设置对针点MARK窗口中，点击设定对针点按钮，弹出坐标更新窗口，在键盘上操作W、S、A、D、Q、E进行XYZ移动针头对准十字圆点标贴的中心点确定。根据窗口提示，点击鼠标右键弹出快捷工具条，选择对针点确认，再点击图像上对针点MARK十字圆点标贴的中心点，绘制一个圆让圆心对准十字圆点标贴的中心点，再在空白处点击鼠标左键确认，点击鼠标右键弹出快捷工具条，选择对针点确认OK，针头MARK设置校正针头完成。即可编辑工作轨迹对产品加工。通过XYZ轴机械臂自动完成25个点手眼标定比人工更加科学精准。

本发明应用在视觉自动化设备工作范围工作平台、针头影像自动手眼标定校准定位装置，视觉自动化设备针头在工作平台面作业对产品的XYZ坐标的精准定位，解决XYZ轴在工作平台边缘上行程偏移误差精度问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种机械臂的手眼标定装置，其特征在于，所述装置包括：

控制器、工作平台、相机、标定块、针头和机械臂；

所述工作平台上设置有工作区域，所述工作区域设置于所述相机的视野内，所述控制器分别与所述相机和所述机械臂连接，所述控制器用于根据设定的运动轨迹控制所述机械臂的移动，所述机械臂用于将所述标定块依次放置于所述工作区域的不同位置，所述相机采集各位置在相机坐标系下的XY坐标，所述机械臂还用于将所述针头依次对准各所述位置，所述相机还用于采集各位置在相机坐标系的Z坐标。

2.根据权利要求1所述的机械臂的手眼标定装置，其特征在于，所述标定块呈长方体状，在所述长方体内设置有一圆形槽，所述圆形槽内设置有几何图案，所述几何图案的中心为所述标定块的中心，所述相机采集所述几何图案的中心作为相机坐标系下的坐标。

3.根据权利要求2所述的机械臂的手眼标定装置，其特征在于，所述几何图案所在平面和所述XY坐标所在平面平行。

4.根据权利要求1所述的机械臂的手眼标定装置，其特征在于，所述相机为至少一个。

5.根据权利要求4所述的机械臂的手眼标定装置，其特征在于，所述工作区域数量和所述相机个数相等，每个所述工作区域对应一个所述相机。

6.根据权利要求5所述的机械臂的手眼标定装置，其特征在于，每个所述工作区域不相交。

7.根据权利要求6所述的机械臂的手眼标定装置，其特征在于，每个所述工作区域的形状均为矩形。

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