CN115724199B - 基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法 - Google Patents

Abstract

一种基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法，涉及机械控制技术领域，该方法先根据标定针的长度，在抓包机械臂坐标系中设置一个虚拟的A点，A点的位置是标定针安装在抓包机械臂上时的针尖点所处位置点，并以A点为原点定义一个三维的标定工具坐标系；并在抓包吸盘表面设置一标签点P，根据P点、A点之间的间距，及A点在抓包机械臂坐标系中的列向量，计算出P点在抓包机械臂坐标系中的列向量，进而计算出目标包裹上的标定点在抓包机械臂坐标系中的列向量，实现对目标包裹的坐标标定。

Description

基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法

技术领域

本发明涉及机械控制技术，特别是涉及一种基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法的技术。

背景技术

物流快递分拣中心每天要处理大量的快递包裹，这些快递包裹到达分拣中心后都会堆放在指定的包裹堆放区内，通过包裹自动分拣系统中的相机拍摄包裹影像，并根据包裹影像控制机械臂上的吸盘对堆叠好的包裹进行逐一抓取，并放置到全自动输送分拣线上进行输送分拣完成作业。

但是包裹堆放区内通常会有一些无序堆放的包裹，传统机械臂对无序包裹的抓取标定方式是在抓取包裹之前，先把机械臂上的吸盘拆下，再在机械臂上安装标定针(标定针长度约为20-30cm左右)，再在一个目标包裹表面取20个点，并一一记录这些点在相机坐标系下的坐标，然后通过机械臂调节使标定针针尖逐一的对准目标包裹的20个点，并在标定针每次对准目标包裹上的一个点时，记录下标定针的针尖点在机械臂坐标系下的坐标，从而获得目标包裹的20个点在机械臂坐标系下的20个对应点的坐标，并根据目标包裹的20个点在相机坐标系下的坐标与机械臂坐标系下的20个对应点的坐标，使相机坐标系与机械臂坐标系建立对应关系，通过所建立的两坐标系之间的对应关系，使机械臂坐标系能对包裹堆放区内的无序包裹实现位置标定，然后再把标定针从机械臂上拆下，重新把吸盘再安装到机械臂上，即可实施无序包裹的抓取。

现有的这种通过标定针使相机坐标系与机械臂坐标系建立对应关系的方式需要在机械臂上拆装标定针，操作过程复杂，费时费力。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单，省时省力的基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法，包括包裹分拣系统，所述包裹分拣系统中包含有抓包机械臂，及用于拍摄包裹堆放区3D俯视图的抓包相机，抓包机械臂的未端设有用于抓取包裹的抓包吸盘，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

1)根据抓包机械臂所配套的标定针的长度，在抓包机械臂坐标系中设置一个A点；A点的位置是将标定针安装在抓包机械臂上时，其针尖点所处的位置点；

在抓包吸盘表面设置一标签点，并将该标签点定义为P点，得到A点、P点之间的线性函数关系式为：

Vx(t)＝Vy(t)×Vz(t)

式中，为P点在抓包机械臂坐标系中的列向量，/>为A点在抓包机械臂坐标系中的列向量，dx为P点与A点在抓包机械臂坐标系的X轴上的间距，dy为P点与A点在抓包机械臂坐标系的Y轴上的间距，dz为P点与A点在抓包机械臂坐标系的Z轴上的间距，Vy(t)为dy在t时刻的单位向量，Vz为dz在t时刻的单位向量；

2)以A点为原点定义一个三维的标定工具坐标系；

使P点绕标定工具坐标系中的Z轴旋转60°，使得P点在标定工具坐标系中从原先坐标点C10移动到另一坐标点C11，得到：dx²+dy²＝r1²，其中的r1为坐标点C11与原先坐标点C10之间的间距；

使P点绕标定工具坐标系中的X轴旋转60°，使得P点在标定工具坐标系中从原先坐标点C20移动到另一坐标点C21，得到：dz²+dy²＝r2²，其中的r2为坐标点C21与原先坐标点C20之间的间距；

使P点绕标定工具坐标系中的Y轴旋转60°，使得P点在标定工具坐标系中从原先坐标点C30移动到另一坐标点C31，得到：dz²+dx²＝r3²，其中的r3为坐标点C31与原先坐标点C30之间的间距；

3)得到：dx²+dy²+dz²＝(r1²+r2²+r3²)/2＝R

求得：dz²＝R-r1²，dx²＝R-r2²，dy²＝R-r3²

4)在目标包裹上定义一个标定点M，将目标包裹上的标定点M在抓包机械臂坐标系中的列向量定义为

5)将dx、dy、dz代入到步骤1)的A点、P点之间的线性函数关系式，求出P点在抓包机械臂坐标系中的列向量

6)将P点在抓包机械臂坐标系中的列向量转换为齐次向量，得到目标包裹上的标定点M的矩阵线性函数关系式为：

式中，为P点在抓包机械臂坐标系中的齐次向量，/>为P点在抓包相机坐标系中的列向量的齐次向量；

7)利用抓包相机拍摄目标包裹的3D俯视图，并根据所拍摄的图像获得P点在抓包相机坐标系中的列向量，再利用步骤6)的矩阵线性函数关系式求出目标包裹上的标定点M在抓包机械臂坐标系中的列向量实现对目标包裹在抓包机械臂坐标系中的坐标标定。

本发明提供的基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法，根据标定针的长度，在抓包机械臂坐标系中设置一个虚拟的A点，并在抓包吸盘表面设置一标签点P，根据P点、A点之间的间距，及A点在抓包机械臂坐标系中的列向量，计算出P点在抓包机械臂坐标系中的列向量，进而计算出目标包裹上的标定点在抓包机械臂坐标系中的列向量，实现对目标包裹的坐标标定，整个标定过程中不需要在机械臂上拆装标定针，具有操作简单，省时省力的特点。

附图说明

图1是本发明实施例的基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法中，使P点绕标定工具坐标系中的Z轴旋转60°的示意图；

图2是本发明实施例的基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法中，使P点绕标定工具坐标系中的X轴旋转60°的示意图；

图3是本发明实施例的基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法中，使P点绕标定工具坐标系中的Y轴旋转60°的示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系。

本发明实施例所提供的一种基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法，包括包裹分拣系统，所述包裹分拣系统中包含有抓包机械臂，及用于拍摄包裹堆放区3D俯视图的抓包相机，抓包机械臂的未端设有用于抓取包裹的抓包吸盘，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

1)根据抓包机械臂所配套的标定针的长度，在未安装标定针的状态下，在抓包机械臂坐标系中设置一个A点；A点的位置是将标定针安装在抓包机械臂上时，其针尖点所处的位置点(本步骤不需要在抓包机械臂上安装标定针)；

在抓包吸盘表面设置一标签点，并将该标签点定义为P点，得到A点、P点之间的线性函数关系式为：

Vx(t)＝Vy(t)×Vz(t)

式中，为P点在抓包机械臂坐标系中的列向量，/>为A点在抓包机械臂坐标系中的列向量，dx为P点与A点在抓包机械臂坐标系的X轴上的间距，dy为P点与A点在抓包机械臂坐标系的Y轴上的间距，dz为P点与A点在抓包机械臂坐标系的Z轴上的间距，Vy(t)为dy在t时刻的单位向量，Vz为dz在t时刻的单位向量；

2)以A点为原点定义一个三维的标定工具坐标系；

如图1所示，使P点绕标定工具坐标系中的Z轴旋转60°，使得P点在标定工具坐标系中从原先坐标点C10移动到另一坐标点C11，得到：dx²+dy²＝r1²，其中的r1为坐标点C11与原先坐标点C10之间的间距；

如图2所示，使P点绕标定工具坐标系中的X轴旋转60°，使得P点在标定工具坐标系中从原先坐标点C20移动到另一坐标点C21，得到：dz²+dy²＝r2²，其中的r2为坐标点C21与原先坐标点C20之间的间距；

如图3所示，使P点绕标定工具坐标系中的Y轴旋转60°，使得P点在标定工具坐标系中从原先坐标点C30移动到另一坐标点C31，得到：dz²+dx²＝r3²，其中的r3为坐标点C31与原先坐标点C30之间的间距；

3)得到：dx²+dy²+dz²＝(r1²+r2²+r3²)/2＝R

求得：dz²＝R-r1²，dx²＝R-r2²，dy²＝R-r3²

4)在目标包裹上定义一个标定点M，将目标包裹上的标定点M在抓包机械臂坐标系中的列向量定义为

5)将dx、dy、dz代入到步骤1)的A点、P点之间的线性函数关系式，求出P点在抓包机械臂坐标系中的列向量

6)将P点在抓包机械臂坐标系中的列向量转换为齐次向量(转换方法为现有技术)，得到目标包裹上的标定点M的矩阵线性函数关系式为：

式中，为P点在抓包机械臂坐标系中的齐次向量，/>为P点在抓包相机坐标系中的列向量的齐次向量；

7)利用抓包相机拍摄目标包裹的3D俯视图，并根据所拍摄的图像获得P点在抓包相机坐标系中的列向量，再利用步骤6)的矩阵线性函数关系式求出目标包裹上的标定点M在抓包机械臂坐标系中的列向量实现对目标包裹在抓包机械臂坐标系中的坐标标定。

Claims (1)

1.一种基于相机视觉的无序包裹坐标标定方法，包括包裹分拣系统，所述包裹分拣系统中包含有抓包机械臂，及用于拍摄包裹堆放区3D俯视图的抓包相机，抓包机械臂的未端设有用于抓取包裹的抓包吸盘，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

1)根据抓包机械臂所配套的标定针的长度，在抓包机械臂坐标系中设置一个A点；A点的位置是将标定针安装在抓包机械臂上时，其针尖点所处的位置点；

在抓包吸盘表面设置一标签点，并将该标签点定义为P点，得到A点、P点之间的线性函数关系式为：

Vx(t)＝Vy(t)×Vz(t)

式中，为P点在抓包机械臂坐标系中的列向量，/>为A点在抓包机械臂坐标系中的列向量，dx为P点与A点在抓包机械臂坐标系的X轴上的间距，dy为P点与A点在抓包机械臂坐标系的Y轴上的间距，dz为P点与A点在抓包机械臂坐标系的Z轴上的间距，Vy(t)为dy在t时刻的单位向量，Vz(t)为dz在t时刻的单位向量；

2)以A点为原点定义一个三维的标定工具坐标系；

使P点绕标定工具坐标系中的Z轴旋转60°，使得P点在标定工具坐标系中从原先坐标点C10移动到另一坐标点C11，得到：dx ²+dy ²＝r1²，其中的r1为坐标点C11与原先坐标点C10之间的间距；

使P点绕标定工具坐标系中的X轴旋转60°，使得P点在标定工具坐标系中从原先坐标点C20移动到另一坐标点C21，得到：dz ²+dy ²＝r2²，其中的r2为坐标点C21与原先坐标点C20之间的间距；

使P点绕标定工具坐标系中的Y轴旋转60°，使得P点在标定工具坐标系中从原先坐标点C30移动到另一坐标点C31，得到：dz ²+dx ²＝r3²，其中的r3为坐标点C31与原先坐标点C30之间的间距；

3)得到：dx²+dy²+dz²＝(r1²+r2²+r3²)/2＝R

求得：dz²＝R-r1²，dx²＝R-r2²，dy²＝R-r3²

4)在目标包裹上定义一个标定点M，将目标包裹上的标定点M在抓包机械臂坐标系中的列向量定义为

5)将dx、dy、dz代入到步骤1)的A点、P点之间的线性函数关系式，求出P点在抓包机械臂坐标系中的列向量

6)将P点在抓包机械臂坐标系中的列向量转换为齐次向量，得到目标包裹上的标定点M的矩阵线性函数关系式为：

式中，为P点在抓包机械臂坐标系中的齐次向量，/>为P点在抓包相机坐标系中的列向量的齐次向量；

7)利用抓包相机拍摄目标包裹的3D俯视图，并根据所拍摄的图像获得P点在抓包相机坐标系中的列向量，再利用步骤6)的矩阵线性函数关系式求出目标包裹上的标定点M在抓包机械臂坐标系中的列向量实现对目标包裹在抓包机械臂坐标系中的坐标标定。