[发明专利]单目相机多视场视觉引导装置及引导方法

说明书

本发明涉及一种单目相机多视场视觉引导装置及引导方法，包括以下步骤：1、获取相机与机器人基坐标系之间的位姿关系；2、旋转平面镜至任意姿态时，获取相机与平面镜中虚拟相机的位姿关系；3、求解平面镜中虚拟相机与机器人基坐标系之间的位姿关系。本发明在被测产品的平行面固定单个相机，在相机正前方固定一块平面镜，平面镜通过机构(如电机)旋转，该机构能够输出旋转角度；通过旋转平面镜，使平行于产品的相机在平面镜中的虚拟相机能够拍摄到机器人两侧的产品，标定出虚拟相机与机器人之间的位姿关系，即可对平行于相机的产品操作，适用于多个被测产品分布在机器人两侧的场景。

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，特别涉及一种单目相机多视场视觉引导装置及引导方法。

背景技术

随着劳动力成本的不断提高，工业自动化程度越来越高，工业机器人和工业相机的使用也越来越多，为此，基于视觉的机器人视觉引导技术得到越来越多的研究应用。其中，视觉引导中主要应用场景是用相机拍摄被测产品，然后根据相机与机器人之间的手眼关系，把被测产品的坐标转换到机器人坐标系中，最后控制机器人运动来操作被测产品。然而，对于某些场景，比如被测产品位于机器人两侧，被测面垂直于地面时，按照常规方法就需要在被测产品中间固定两个相机来操作位于机器人两侧的产品；若现实情况不允许相机在被测产品中间固定，则无法使用。目前市面上大多采用多台相机进行视觉引导或多个平面镜进行视觉引导。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种通过在相机前放置一块平面镜，改变平面镜的姿态即可使相机拍摄到不同的视野范围的单目相机多视场视觉引导装置及引导方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种单目相机多视场视觉引导装置，包括依次排布的一个相机、一个平面镜和一台六轴机器人；该平面镜安装在该相机正前方，且该平面镜依靠驱动机构驱动进行旋转，平面镜中的虚拟相机是在以电机轴为圆心，以电机轴到相机的距离为半径的圆上，根据被定位产品的位置来布置相机和平面镜；该相机通过平面镜能够监测多个场景，并能够定位多个场景中的产品；该六轴机器人的上端安装有机器人末端执行器；该机器人末端执行器上固定安装有标定板。

一种单目相机多视场视觉引导装置的引导方法，包括以下步骤：

S1、获取并标定出相机与机器人基坐标系之间的位姿关系；

S2、由于被测产品不在或不全在相机视野范围内，为了改变相机的视野范围，在相机正前方放置一块平面镜，且该平面镜依靠驱动机构驱动进行旋转，利用平面镜的反射原理将在相机视野外的被测产品转换到相机视野内；旋转平面镜至任意姿态时，获取相机与平面镜中虚拟相机的位姿关系；

S3、求解平面镜旋转任意角度时，平面镜中虚拟相机与机器人基坐标系之间的位姿关系。

上述技术方案中步骤S1具体为：

S101、采用传统eye-to-hand手眼标定算法，移动机器人至机器人末端执行器上的标定板在相机视野范围内，通过相机拍摄机器人末端执行器上的标定板图像，然后通过机器人控制器记录此时的机器人末端执行器的位姿，并转换成机器人基坐标系与机器人末端执行器坐标系之间的位姿；

S102、对拍摄到的标定板图像进行标定，得到标定板在相机坐标系的姿态；

S103、改变机器人姿态，重复步骤S101和步骤S102，控制机器人改变三次姿态后，通过线性求解即可得到相机与机器人基坐标系之间的位姿关系。

上述技术方案中所述步骤S103中，改变机器人姿态，重复步骤（1）和步骤（2），则有以下公式：

，对公式进行整理成形式，其中，X是未知量，代表机器人基坐标系与相机之间的位姿关系；

是已知量，代表末端执行器到机器人基坐标系的位姿关系；