[发明专利]基于视觉定位的工业机器人控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于视觉定位的工业机器人控制系统，该系统包括机器人(1)和机器人控制器(2)，机器人(1)的末端设有操作工具(5)，其特征在于：该系统还包括视觉测量装置，机器人(1)通过机器人控制器(2)与视觉测量装置连接，操作工具(5)上固定有至少四个发光标记点(4)，其中第一发光标记点(4A)、第二发光标记点(4B)之间的连线与第三发光标记点(4C)、第四发光标记点(4D)之间的连线相垂直并交于一点，且第一标记点(4A)、第二标记点(4B)与交点的距离不同，其余的发光标记点沿第一发光标记点(4A)与第二发光标记点(4B)的连线、以及第三发光标记点(4C)、第四发光标记点(4D)的连线设置。

2.根据权利要求1所述的基于视觉定位的工业机器人控制系统，其特征在于：所述的视觉测量装置为双目视觉测量装置(3)，该装置由两个摄像机组成，两摄像机之间相距1-2m，且两摄像机之间的夹角为15-25°。

3.根据权利要求1所述的基于视觉定位的工业机器人控制系统，其特征在于：所述的视觉测量装置为单目视觉测量装置或三目视觉测量装置。

4.根据权利要求1所述的基于视觉定位的工业机器人控制系统，其特征在于：所述的机器人(1)为六轴机器人、七轴机器人或并联机器人。

5.根据权利要求1所述的基于视觉定位的工业机器人控制系统，其特征在于：所述操作工具(5)上固定有五个发光标记点(4)，第五个发光标记点(4E)设置在交点上。

6.一种利用权利要求1所述基于视觉定位的工业机器人控制系统的控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)对视觉测量装置进行建模与标定：

对视觉测量装置的每个摄像机建立针孔成像模型，利用同一个平面网格靶标同时对各个摄像机进行标定，求出各个模型中的位置参数，并确定由各摄像机测量空间点构成的视觉测量装置坐标系o_wx_wy_wz_w；

(2)发光标记点的识别与三维坐标的确定：

各摄像机分别拍摄发光标记点，识别发光标记点在各幅图像中的位置，并分别匹配，将各个单目视觉模型联立求解可得到每个发光标记点在视觉测量装置坐标系o_wx_wy_wz_w中的三维坐标；

(3)操作工具末端三维坐标的确定：

在发光标记点平面内建立二维坐标系O_TX_TY_T，即以过第三发光标记点(4C)、第四发光标记点(4D)的连线为X_T轴，过第一发光标记点(4A)、第二发光标记点(4B)的连线为Y_T轴，然后将操作工具的末端放在锥孔内，使操作工具末端的位置固定，操作工具绕该锥孔旋转，至少旋转到四个位置，在每个位置下根据各发光标记点的三维坐标可确定O_T的坐标，根据至少四个位置下的O_T的坐标拟合得到球心坐标O_S，该球心坐标即为操作工具末端在视觉测量装置坐标系o_wx_wy_wz_w下的三维坐标；

(4)人工示教过程：

将操作工具从机器人末端取下，用人手手持灵活运动，走出实际工作时需要的运动轨迹，在该过程中用视觉测量装置实时记录操作上每个发光标记点的运动轨迹，该运动轨迹是在视觉测量装置坐标系o_wx_wy_wz_w下的三维离散点，由发光标记点的轨迹确定操作工具末端的运动轨迹以及操作工具的姿态；

(5)机器人学习过程：

人工示教结束后，再将操作工具(5)固定在机器人(1)的末端，通过控制机器人(1)运动使操作工具(5)再次走出人工示教时走出的轨迹，该过程中，通过视觉测量装置观测发光标记点(4)的位置，并输入机器人控制器(2)中，机器人控制器(2)根据发光标记点的位置实时计算操作工具(5)末端的位置以及操作工具(5)的姿态，以操作工具(5)末端的当前位置与人工示教过程操作工具(5)末端的位置的差、以及操作工具(5)的当前姿态与人工示教过程操作工具(5)的姿态的差作为机器人控制的反馈信息，通过定位运动控制和定方向运动控制的过程交替使操作工具(5)的末端沿人工示教时机器人末端的轨迹运动，同时在每个末端位置下使操作工具(5)的姿态与人工示教过程时的姿态相同。