[发明专利]一种用于机器人场景从图像提取三维坐标值的方法

说明书

本发明涉及提取坐标值技术领域，且公开了一种用于机器人场景从图像提取三维坐标值的方法，包括以下步骤：对相机距离目标面不同高度(Z)下XY平面图像进行分层建模，相机和点激光固定安装在机器人末端的适合位置上，在拍照姿态下移动机器人及附加轴，使实时的图像中心十字线落到目标点上，在相机视线基本垂直于目标面的情况下获得任意平面上某一点的三维坐标值。通过本发明用于快速准确获得目标图像上任意一个位置点的三维坐标值，有利于机器人进行作业路径规划。取点精度高可以满足机器人焊接精度需求，有利于使用图像处理技术对静态图像进行目标特征路径智能提取，连接的装置又可避免因过度顺滑而在坐标定位的过程中滑动移位。

技术领域

本发明涉及提取坐标值技术领域，具体为一种用于机器人场景从图像提取三维坐标值的方法。

背景技术

使用机器人进行焊接工作，快速获取目标焊缝的实际路径坐标是关键工作，使用示教器来交互操作远不能满足机器人的自动化连续作业，从世界坐标系生成图像坐标系下像素坐标很容易，但是从图像坐标系提取像素坐标，然后进行一系列坐标转换工作，生成世界坐标系三维坐标值，可不是很容易实现，在机器人应用场景中这种需求是很迫切的，如果能够快速提取到目标位置的路径坐标，使在非标构件的应用场景应用机器人作业成为可能，特别是一些带龙门架的倒挂作业机器人，分批分区域的进行快速路径提取和作业，使车间在安排施工作业的同步性和效率方面极为方便。

通常一个三维世界中的坐标点，可以经过机器人转换矩阵变换，在图像中找到一个对应的像素点，但是反过来通过图像中的一个点来找到它在三维中对应的点就很困难，现有技术中所使用的方法，采用传统图像获取坐标点值精度不够高，效率低，图像取点通常Z向坐标较难获得准确，快速将图像2D坐标转换为世界3D坐标不是很容易，由于相机幅面限制，有效工作范围固定，不能适应面积大，尺寸大的构件，对于一些取点精度要求高的场景不能适应使用需要，比如焊接。

通常在采用定位的摄像头在根据不同点位进行切换的过程中，外壳和内壳之间相互滑动，多次操作后会造成内壁摩擦过度，因此在定位坐标时，摄像头的侧壁容易出现松动滑脱的状况，使定位坐标出现误差，光线切换时，外壳和内壳之间的滑动，容易用力过度而出现底座晃动的状况。

发明内容

为解决上述的问题，本发明提供如下技术方案：一种用于机器人场景从图像提取三维坐标值的方法，包括以下步骤：

S1、对相机距离目标面不同高度(Z)下XY平面图像进行分层建模，采样图像Z向间隔根据使用需求适当加密，一般取十档，形成图像插值模型。插值模型数据结构主要包括相机镜头距离目标面的距离Z、原点在图像上的像素XY位置、像素与物理长度之间X向比例系数和Y向比例系数等；

S2、相机和点激光固定安装在机器人末端的适合位置上，保持点激光的方向与相机视线平行，其中相机镜头平面与点激光基准0位尽量平齐，若有安装偏差需要记录修正参数值，点激光中心线安装时与焊枪工具基本平行，减少后续计算修正，点激光与相机组合装置固定安装在夹持器；

S3、在拍照姿态下移动机器人及附加轴，使实时的图像中心十字线落到目标点上，打开点激光测距，把目标点位置距离相机的Z值发送给图像插值模型，结合当前附加轴和机器人TCP的末端位姿值，计算出当前图像平面上目标点的真实坐标值，同时记录不同坐标系下的点值，一般为世界坐标系和工件坐标系；

S4、选择一块平面区域，用记号笔在平板上画一个十字线，使十字线与机器人的X向、Y向移动方向基本一致，把十字线交叉点设为标定原点，其它轴线上各设置一个标定测量点，测量点到标定原点距离要测量记录好，确定正常的相机拍照工作Z向范围；首先确定好最近位置Z1和最远位置Zn，然后再根据需要设定几档中间位置，一般十档；

S5、调整机器人使相机处于正常的工作拍照位姿上，且使当前焊枪TCP点，且使最近位置图像测量范围正好处在相机视域正中，当相机处于Z1位置，拍照、编号保存图像，同时分别用直尺和点激光测量出相机距离图像平面的距离，记录下当前点激光距离数据和点激光距离修正偏差值到标定文件中；