[发明专利]固定安装相机的自动机械手引导装置及其使用方法

权利要求书

1.一种固定安装相机的自动机械手引导装置，包括连铸平台(1)，其特征是：还包括回转台(2)、钢包(3)、相机(4)和自动机械手(5)，

回转台(2)可转动地设于连铸平台(1)上，钢包(3)设于回转台(2)上，钢包(3)的底部设有下水口(31)，连铸平台(1)的一侧设有相机(4)和自动机械手(5)，

自动机械手(5)自带足部坐标系M，足部坐标系M包括原点O、确定了正方向的x轴、确定了正方向的y轴和确定了正方向的z轴，x轴、y轴和z轴两两互相垂直且垂足为原点O，x轴、y轴和z轴这三者的正方向符合右手定则；

自动机械手(5)在标定平面内确定一个基坐标系P，基坐标系P包括原点O'、确定了正方向的x'轴、确定了正方向的y'轴和确定了正方向的z'轴，在自动机械手(5)上安装标定装置(6)，以标定装置(6)上的固定点作为自动机械手(5)的末端终点并定为原点O'，x'轴、y'轴和z'轴两两互相垂直且垂足为原点O'，x'轴、y'轴和z'轴这三者的正方向符合右手定则；

基坐标系P经足部坐标系M平移和旋转变换得到。

2.如权利要求1所述的固定安装相机的自动机械手引导装置，其特征是：若钢包(3)下水口(31)在相机(4)的直接拍摄范围内，则相机(4)拍摄钢包(3)下水口(31)位置，从而标定钢包(3)下水口(31)在基坐标系P内的坐标；若钢包(3)下水口(31)不在相机(4)的直接拍摄范围内，则在相机(4)的直接拍摄范围内固定一个定位板(7)，使定位板(7)和钢包(3)下水口(31)这两者的位置差保持固定，相机(4)拍摄定位板(7)位置，根据定位板(7)和钢包(3)下水口(31)这两者的位置差换算并标定出钢包(3)下水口(31)在基坐标系P内的坐标；

标定装置(6)包括标定球(61)和连接杆(62)，标定球(61)通过连接杆(62)固定在自动机械手(5)上，标定球(61)的球心作为标定装置(6)的固定点。

3.如权利要求1或2所述的固定安装相机的自动机械手引导装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：

① 定坐标系：自动机械手(5)自带足部坐标系M，足部坐标系M包括原点O、确定了正方向的x轴、确定了正方向的y轴和确定了正方向的z轴，x轴、y轴和z轴两两互相垂直且垂足为原点O，x轴、y轴和z轴这三者的正方向符合右手定则；

自动机械手(5)在标定平面内确定一个基坐标系P，基坐标系P包括原点O'、确定了正方向的x'轴、确定了正方向的y'轴和确定了正方向的z'轴，在自动机械手(5)上安装标定装置(6)，以标定装置(6)上的固定点作为自动机械手(5)的末端终点并定为原点O'，x'轴、y'轴和z'轴两两互相垂直且垂足为原点O'，x'轴、y'轴和z'轴这三者的正方向符合右手定则；

基坐标系P经足部坐标系M平移和旋转变换得到；

② 标定：将相机(4)固定在连铸平台(1)的钢包(3)下水口(31)的一侧，相机(4)自带相机坐标系C，人工操作自动机械手(5)至钢包(3)下水口(31)，若钢包(3)下水口(31)在相机(4)的直接拍摄范围内，则相机(4)拍摄钢包(3)下水口(31)位置，从而标定钢包(3)下水口(31)在基坐标系P内的坐标；若钢包(3)下水口(31)不在相机(4)的直接拍摄范围内，则在相机(4)的直接拍摄范围内固定一个定位板(7)，使定位板(7)和钢包(3)下水口(31)这两者的位置差保持固定，相机(4)拍摄定位板(7)位置，根据定位板(7)和钢包(3)下水口(31)这两者的位置差换算并标定出钢包(3)下水口(31)在基坐标系P内的坐标；

③ 安装：在生产过程中，相机(4)拍摄钢包(3)出水口位置的变化，根据标定的钢包(3)下水口(31)在基坐标系P内的坐标计算出钢包(3)下水口(31)在基坐标系P的偏移量，根据基坐标系P和足部坐标系M这两者的变换关系，计算出钢包(3)下水口(31)在足部坐标系M的偏移量，自动机械手(5)通过补偿偏移量实现自动将长水口(8)安装至钢包(3)下水口(31)上。

4.如权利要求3所述的固定安装相机的自动机械手引导装置的使用方法，其特征是：

步骤①时，标定装置(6)包括标定球(61)和连接杆(62)，标定球(61)通过连接杆(62)固定在自动机械手(5)上，标定球(61)的球心作为标定装置(6)的固定点；

步骤②时，采用双目视觉法，将两个相机(4)依次固定在连铸平台(1)的钢包(3)下水口(31)的一侧，通过两个相机(4)形成两个钢包(3)下水口(31)在基坐标系P内的坐标，具体流程如下：

读入相机图像→图像分割→阈值分割→形状匹配→识别圆心→确定定位板中圆心的3D坐标→与标定值对比计算出偏移量→离线冷态标定→相机标定→全自动长水口机械手标定；

具体计算方法如下：

假设已确定相机坐标系C、基坐标系P和足部坐标系M，其中，通过相机(4)标定后获得相机坐标系C；

通过相机(4)观察视场中定位板(7)的位置确定目标板坐标系P'相对与相机坐标系C的齐次变换矩阵；

通过自动机械手(5)在相机视场中的移动确定足部坐标系M相对与相机坐标系C齐次变换矩阵，同时记录自动机械手(5)需要示教的点Q在相机坐标系C的坐标Q^C，在足部坐标系M的坐标Q^M；

求出点Q在基坐标系P下的坐标Q^P=×Q^C；

当定位板(7)移动后新的目标板坐标系P'相对与相机坐标系C齐次变换矩阵；

Q'在足部坐标系M位置Q'^M=××Q^P；

把自动机械手(5)移动到足部坐标系M位置Q'^M，完成重新定位。