一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)及其視覺計(jì)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)及其視覺計(jì)測(cè)方法，所述系統(tǒng)包括數(shù)控子系統(tǒng)和視覺子系統(tǒng)，所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間以通信線路連接；所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間通過配置傳輸參數(shù)和變量地址，實(shí)現(xiàn)一次原始數(shù)據(jù)的交換；所述視覺子系統(tǒng)安裝于機(jī)器人移動(dòng)部件上或工作環(huán)境的固定位置，通過標(biāo)定、配置具體的參數(shù)及引用一次原始數(shù)據(jù)，將視覺子系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)變換并傳送到數(shù)控子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變換；所述數(shù)控子系統(tǒng)對(duì)多個(gè)智能相機(jī)回傳的同一對(duì)象數(shù)據(jù)自動(dòng)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合。本發(fā)明系統(tǒng)配置在工業(yè)機(jī)器人上可以構(gòu)成視覺智能機(jī)器人，機(jī)器人的應(yīng)用控制程序可以直接使用底層原始的一次狀態(tài)數(shù)據(jù)與二次變換或融合數(shù)據(jù)，減少系統(tǒng)集成所需開發(fā)工作量。
【專利說明】一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)及其視覺計(jì)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)控系統(tǒng)，尤其是一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)及其視覺計(jì)測(cè)方法，屬于裝備制造及先進(jìn)機(jī)器人控制領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)機(jī)器人主要還是以壓力傳感器、位置傳感器等傳統(tǒng)工業(yè)傳感器作為自己的“眼睛”，機(jī)器人只能在嚴(yán)格定義的結(jié)構(gòu)化環(huán)境中執(zhí)行預(yù)定指令動(dòng)作，缺乏對(duì)環(huán)境的感知與應(yīng)變能力，這極大地限制了機(jī)器人的應(yīng)用。智能機(jī)器人通過機(jī)器的感知、判斷、學(xué)習(xí)、決策等自治能力來模仿人的行為，事實(shí)上，學(xué)術(shù)意義上的智能機(jī)器人進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用還有很大的距離，這種智能機(jī)器人還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，其高昂的成本也不可能進(jìn)入制造生產(chǎn)線。
[0003]將嵌入式CPU與圖像傳感器集成，再配置智能檢測(cè)與識(shí)別軟件，就形成了智能視覺識(shí)別與檢測(cè)系統(tǒng)。將該系統(tǒng)集成到工業(yè)機(jī)器人中，利用機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)有效的動(dòng)作控制，不需要預(yù)先對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行示教或離線編程，這就形成了視覺智能機(jī)器人。
[0004]機(jī)器視覺子系統(tǒng)與數(shù)控子系統(tǒng)有大量的數(shù)據(jù)交互，將底層數(shù)據(jù)交互部分分離成標(biāo)準(zhǔn)單元，由系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用配置自動(dòng)處理，這樣就可以降低集成開發(fā)成本。機(jī)器視覺系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互要解決三個(gè)層次的問題，第一，兩個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互相透明，各個(gè)子系統(tǒng)可以無障礙地使用對(duì)方的數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)交換問題；第二、機(jī)器視覺系統(tǒng)，特別是嵌入式機(jī)器視覺系統(tǒng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)是相機(jī)坐標(biāo)系中的二維坐標(biāo)，當(dāng)相機(jī)固定在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地將相機(jī)檢測(cè)數(shù)據(jù)換算到機(jī)器人三維坐標(biāo)空間中去，以指示機(jī)器人的作業(yè)目標(biāo)與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，即數(shù)據(jù)變換問題。第三，當(dāng)多個(gè)相機(jī)檢測(cè)同一對(duì)象時(shí)，如何使多相機(jī)的檢測(cè)數(shù)據(jù)互相校準(zhǔn)并抽取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)融合問題。解決好上述三個(gè)問題，機(jī)器人的應(yīng)用開發(fā)工程師就可以只關(guān)注上層應(yīng)用開發(fā)，而不關(guān)心底層的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)變換與數(shù)據(jù)融合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種適用于帶視覺功能的工業(yè)機(jī)器人控制的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的視覺計(jì)測(cè)方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0008]一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，所述系統(tǒng)采用嵌入式多CPU架構(gòu)，包括數(shù)控子系統(tǒng)和視覺子系統(tǒng)，所述數(shù)控子系統(tǒng)包括相連接的運(yùn)動(dòng)控制模塊和邏輯控制模塊，所述視覺子系統(tǒng)為一臺(tái)或多臺(tái)智能相機(jī)，所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間以通信線路連接；其中:
[0009]所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間通過配置傳輸參數(shù)和變量地址，實(shí)現(xiàn)一次原始數(shù)據(jù)的交換；
[0010]所述視覺子系統(tǒng)安裝于機(jī)器人移動(dòng)部件上或工作環(huán)境的固定位置，通過標(biāo)定、配準(zhǔn)具體的參數(shù)及引用一次原始數(shù)據(jù)，將視覺子系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)變換并傳送到數(shù)控子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變換；
[0011]所述數(shù)控子系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)融合算法對(duì)多個(gè)智能相機(jī)回傳的同一對(duì)象數(shù)據(jù)自動(dòng)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合。
[0012]作為一種實(shí)施方案，所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間通過交換機(jī)以通信線路連接，數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間的底層數(shù)據(jù)交互部分通過配置傳輸參數(shù)和變量地址設(shè)置為公共數(shù)據(jù)區(qū)，所述公共數(shù)據(jù)區(qū)按ModBus+TCP/IP通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)同步及刷新，采用廣播形式對(duì)全部子系統(tǒng)或目標(biāo)子系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)一次原始數(shù)據(jù)的交換。
[0013]作為一種實(shí)施方案，所述公共數(shù)據(jù)區(qū)劃分為狀態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)和用戶數(shù)據(jù)區(qū)，通過集成開發(fā)環(huán)境IDE的配置軟件設(shè)定數(shù)據(jù)范圍、刷新機(jī)制以及刷新內(nèi)容。
[0014]作為一種實(shí)施方案，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊與邏輯控制模塊之間通過雙端口 RAM連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交互，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊與機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接、所述邏輯控制模塊與機(jī)器人邏輯動(dòng)作I/o點(diǎn)連接以組成機(jī)器人控制器，所述邏輯控制模塊與視覺I/O點(diǎn)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺子系統(tǒng)的控制。
[0015]作為一種實(shí)施方案，所述數(shù)控子系統(tǒng)和視覺子系統(tǒng)通過交換機(jī)分別與服務(wù)器連接，所述服務(wù)器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成、分析和視覺運(yùn)算支持。
[0016]作為一種實(shí)施方案，所述視覺子系統(tǒng)與監(jiān)視器連接，所述監(jiān)視器作為視覺子系統(tǒng)的視頻端子輸出顯示器，用于實(shí)時(shí)觀察智能相機(jī)的工作視頻。
[0017]作為一種實(shí)施方案，所述視覺子系統(tǒng)安裝于機(jī)器人移動(dòng)部件上時(shí)，智能相機(jī)對(duì)固定的目標(biāo)工件進(jìn)行先后多次不同位姿拍攝；所述視覺子系統(tǒng)安裝于工作環(huán)境的固定位置時(shí)，多臺(tái)智能相機(jī)以不同的位姿同時(shí)對(duì)目標(biāo)工件進(jìn)行拍攝。
[0018]具體的，所述數(shù)控子系統(tǒng)的軟件部分包括基于嵌入式CPU的片上系統(tǒng)和基于PC的二次開發(fā)工具，所述片上系統(tǒng)包括各種數(shù)控和運(yùn)動(dòng)控制算法以及文本解析算法。
[0019]具體的，所述視覺子系統(tǒng)的軟件部分包括基于嵌入式系統(tǒng)的圖像處理算法和視覺處理流程解析算法，以及基于PC的參數(shù)、流程配置軟件。
[0020]本發(fā)明的另一目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0021]一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的視覺計(jì)測(cè)方法，所述方法包括:
[0022]當(dāng)視覺子系統(tǒng)安裝于機(jī)器人移動(dòng)部件上，智能相機(jī)對(duì)固定的目標(biāo)工件進(jìn)行先后多次不同位姿拍攝，并將拍攝到的二維圖像坐標(biāo)信息傳送到數(shù)控子系統(tǒng)或者服務(wù)器，數(shù)控子系統(tǒng)或者服務(wù)器根據(jù)相機(jī)空間位姿信息和所獲得的二維圖像坐標(biāo)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，統(tǒng)一到世界坐標(biāo)系，獲得該坐標(biāo)系下所拍攝工件的空間位姿；
[0023]當(dāng)視覺子系統(tǒng)安裝于工作環(huán)境的固定位置，多臺(tái)智能相機(jī)以不同的位姿同時(shí)對(duì)目標(biāo)工件進(jìn)行拍攝，將多次或多臺(tái)相機(jī)拍攝到的二維圖像坐標(biāo)信息傳送到數(shù)控子系統(tǒng)或服務(wù)器，數(shù)控子系統(tǒng)或者服務(wù)器將相機(jī)空間位姿信息和所獲得的二維圖像坐標(biāo)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得世界坐標(biāo)系下所拍攝工件的空間位姿。
[0024]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果:
[0025]1、本發(fā)明的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間通過配置傳輸參數(shù)和變量地址，可以交換其狀態(tài)數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)等一次原始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換；視覺子系統(tǒng)可以安裝于機(jī)器人移動(dòng)部件上或工作環(huán)境的固定位置，相機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)器人坐標(biāo)系的變換矩陣是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理過程，通過標(biāo)定配置具體的參數(shù)及引用一次原始數(shù)據(jù)，可以將視覺子系統(tǒng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)變換并傳送到數(shù)控子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變換；在數(shù)控子系統(tǒng)上利用數(shù)據(jù)融合算法，可以對(duì)多個(gè)相機(jī)回傳的同一對(duì)象數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，最終達(dá)到視覺子系統(tǒng)與數(shù)控子系統(tǒng)的無縫連接。
[0026]2、本發(fā)明的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)在處理過程中對(duì)相機(jī)的精確安裝、目標(biāo)工件的環(huán)境數(shù)據(jù)沒有過高要求，與現(xiàn)有基于PC的數(shù)控+機(jī)器視覺系統(tǒng)不同，由于各子系統(tǒng)采用嵌入式架構(gòu)，分離出底層標(biāo)準(zhǔn)的公共數(shù)據(jù)區(qū)用以數(shù)據(jù)交換，解決系統(tǒng)集成的成本問題，并做到兩個(gè)子系統(tǒng)的無縫集成；數(shù)據(jù)變換及數(shù)據(jù)融合由機(jī)器視覺子系統(tǒng)交數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)處理，無需進(jìn)行基于VC/C++/C#等工具的底層開發(fā)，并開放給系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工程師，這樣就可以降低集成開發(fā)成本。
[0027]3、本發(fā)明的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)適用于帶視覺功能的工業(yè)機(jī)器人控制，配置在工業(yè)機(jī)器人上可以構(gòu)成視覺智能機(jī)器人，機(jī)器人的應(yīng)用控制程序可以直接使用底層原始的一次狀態(tài)數(shù)據(jù)與二次變換或融合數(shù)據(jù)，減少系統(tǒng)集成所需開發(fā)工作量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的視覺子系統(tǒng)安裝于機(jī)器人末端的示意圖。
[0030]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的視覺子系統(tǒng)安裝于工作環(huán)境某位置的示意圖。
[0031]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的視覺計(jì)測(cè)原理圖。
[0032]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的視覺智能控制原理圖。
[0033]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的工作流程圖。
[0034]其中，101-數(shù)控子系統(tǒng)，102-視覺子系統(tǒng)(智能相機(jī))，103-機(jī)器人，104-運(yùn)動(dòng)控制模塊，105-邏輯控制模塊，106-光源，107-機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，108-機(jī)器人邏輯動(dòng)作I/O點(diǎn)，109-視覺I/O點(diǎn)，110-交換機(jī)，111-服務(wù)器，112-監(jiān)視器，113-工件，114-傳送帶/工作臺(tái)。

【具體實(shí)施方式】
[0035]實(shí)施例1:
[0036]下面結(jié)合附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0037]在機(jī)器人上配置本發(fā)明的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，構(gòu)成視覺智能機(jī)器人，用于電子制造領(lǐng)域的定位、分揀，實(shí)施形式采用手-眼安裝及固定相機(jī)位安裝兩種，以下分別對(duì)此兩種實(shí)施形式進(jìn)行描述。
[0038]應(yīng)用于電子制造行業(yè)的視覺智能機(jī)器人，采用視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，其具有開放式數(shù)控子系統(tǒng)和機(jī)器視覺子系統(tǒng)，可以完成對(duì)機(jī)器人的控制和目標(biāo)工件測(cè)量、mark點(diǎn)定位以及坐標(biāo)系計(jì)算定位。
[0039]如圖1所示，本實(shí)施例的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)包括數(shù)控子系統(tǒng)101，該子系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)控制模塊104 (mot1n)和邏輯控制模塊105 (PLC)，含有電柜等；視覺子系統(tǒng)102，該子系統(tǒng)為一臺(tái)或多臺(tái)智能相機(jī)102，因此智能相機(jī)102的安裝也就相當(dāng)于視覺子系統(tǒng)102的安裝，還含有專用光源106、鏡頭部件等；所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間通過交換機(jī)以通信線路連接，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊104與邏輯控制模塊105之間通過雙端口 RAM連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交互，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊104與機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器107?個(gè))連接、所述邏輯控制模塊105與機(jī)器人邏輯動(dòng)作I/O點(diǎn)108連接以組成機(jī)器人控制器，所述邏輯控制模塊與視覺I/O點(diǎn)109連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺子系統(tǒng)102的控制，即實(shí)現(xiàn)對(duì)智能相機(jī)102的啟/停、拍照、完成、故障等信息；所述數(shù)控子系統(tǒng)101和視覺子系統(tǒng)102通過交換機(jī)110分別與服務(wù)器111連接，所述服務(wù)器111用于實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成、分析和視覺運(yùn)算支持；所述視覺子系統(tǒng)102與監(jiān)視器112連接，所述監(jiān)視器112作為視覺子系統(tǒng)102的視頻端子輸出顯示器，用于實(shí)時(shí)觀察智能相機(jī)102的工作視頻。配置本實(shí)施例的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的視覺智能機(jī)器人的安裝結(jié)構(gòu)，包括外圍設(shè)備:各類型機(jī)器人103，垂直關(guān)節(jié)型、并聯(lián)結(jié)構(gòu)、直角坐標(biāo)或根據(jù)專機(jī)需求設(shè)計(jì)的專用機(jī)器人；各氣源動(dòng)力件；目標(biāo)工件113的傳送帶/工作臺(tái)114 ;安全保護(hù)設(shè)施；忽略用于專門環(huán)境的末端激光、等離子、火焰等專用加工裝置。
[0040]上述數(shù)控子系統(tǒng)的軟件部分包括基于嵌入式CPU的片上系統(tǒng)和基于PC的二次開發(fā)工具，所述片上系統(tǒng)包括各種數(shù)控和運(yùn)動(dòng)控制算法以及文本解析算法，其中包括:插補(bǔ)、軌跡控制、前瞻、間隙補(bǔ)償、位置閉環(huán)控制、速度/加速度前饋控制等，文本解析算法是專門針對(duì)加工文本或加工指令格式進(jìn)行解析的算法，基于PC的二次開發(fā)工具需要將數(shù)控子系統(tǒng)與PC端連接，由PC端提供，二次開發(fā)工具是PC端開發(fā)的IDE，包括SFC (順序功能圖)、PLC (邏輯控制)及智能相機(jī)流程開發(fā)程序三種。視覺子系統(tǒng)的軟件部分包括基于嵌入式系統(tǒng)的圖像處理算法和視覺處理流程解析算法，以及基于PC的參數(shù)、流程配置軟件，其中圖像處理算法包括邊緣檢測(cè)、閾值處理、粒子分析等，基于PC的參數(shù)、流程配置軟件同樣需要將視覺子系統(tǒng)與PC端連接，由PC端提供。
[0041]所述視覺子系統(tǒng)(智能相機(jī))的安裝方式如下:
[0042]I)相機(jī)安裝于機(jī)器人末端執(zhí)行器(robot mounted camera/eye in hand)
[0043]此工作方式檢測(cè)靈活，視覺區(qū)域可隨機(jī)器人變化，整體檢測(cè)范圍增加；可使用大焦距鏡頭，根據(jù)機(jī)器人定位精度可提升相機(jī)檢測(cè)精度；易拓展再檢測(cè)功能，安裝方式如圖2所
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[0044]采用這種固定方式的相機(jī)需依靠機(jī)器人本體坐標(biāo)系進(jìn)行定位，由相機(jī)拍攝圖像坐標(biāo)系到機(jī)器人工作坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換需要根據(jù)機(jī)器人本體構(gòu)型確定，這涉及末端執(zhí)行器到關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的反解；由于這種方式安裝于機(jī)器人末端，相機(jī)工作時(shí)間必須是機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)時(shí)間；光源設(shè)置易于被機(jī)器人或其他外圍設(shè)備干涉；相機(jī)傳輸電纜的布線、信號(hào)穩(wěn)定性、外皮磨損等是實(shí)施過程中的重點(diǎn)問題。
[0045]2)相機(jī)安裝于工作環(huán)境某位置(fixed camera/eye to hand/stand alone)
[0046]此工作方式可將相機(jī)安裝于機(jī)器人工作區(qū)域的云臺(tái)上，通過通信線纜與數(shù)控系統(tǒng)相連接。云臺(tái)是簡(jiǎn)易的姿態(tài)擺拍裝置，由電機(jī)控制；相機(jī)連接電纜鋪設(shè)簡(jiǎn)易，安裝方式如圖3所示。
[0047]采用這種固定方式的相機(jī)具有清晰的世界坐標(biāo)作為基坐標(biāo)，可直接完成由相機(jī)拍攝圖像坐標(biāo)系到機(jī)器人工作坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換；但這種方式檢測(cè)區(qū)域固定，無法多點(diǎn)拍攝，如因外界因素導(dǎo)致相機(jī)和拍攝目標(biāo)間相對(duì)位置改變，則必須對(duì)相機(jī)姿態(tài)重新調(diào)整，并修改參數(shù)設(shè)置。
[0048]由上述I)和2)的情況，視覺智能機(jī)器人的視覺子系統(tǒng)的配置形式需根據(jù)應(yīng)用環(huán)境及工作區(qū)域設(shè)定。
[0049]所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)交互部分通過配置傳輸參數(shù)和變量地址設(shè)置為公共數(shù)據(jù)區(qū)，所述公共數(shù)據(jù)區(qū)劃分為狀態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)和用戶數(shù)據(jù)區(qū)，通過集成開發(fā)環(huán)境IDE的配置軟件設(shè)定數(shù)據(jù)范圍、刷新機(jī)制以及刷新內(nèi)容，公共數(shù)據(jù)區(qū)按ModBus+TCP/IP通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)同步及刷新，采用廣播形式對(duì)全部子系統(tǒng)或目標(biāo)子系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)一次原始數(shù)據(jù)(狀態(tài)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù))的交換，視覺計(jì)測(cè)原理如圖4所示，具體如下:
[0050]若智能相機(jī)采用安裝方式I)，相機(jī)所處空間位姿可由機(jī)器人末端中心點(diǎn)TCP偏置獲得(X。。，y。。，Zc0, Θ c0, a c0, γ。。)，通過 TCP 不同位姿的兩次擺拍,獲得(xei, yci, zci, Θ ci,aci, Yj，其中i = 1，2。相機(jī)兩次拍攝獲得的二維圖像處理的特征數(shù)據(jù)y^)，其中i = 1，2相機(jī)編號(hào)；j = 1，2特征點(diǎn)編號(hào)；在數(shù)字子系統(tǒng)中，相機(jī)空間位姿信息與所獲得二維圖像坐標(biāo)信息通過數(shù)據(jù)變換，統(tǒng)一到世界坐標(biāo)系，并獲得該坐標(biāo)系下工件空間位姿(xwi，Ywi，zwi，9 wi，a wi，Y wi)，其中 ? — I，2。
[0051]若智能相機(jī)采用安裝方式2)，兩臺(tái)相機(jī)安裝于工作環(huán)境的云臺(tái)，兩臺(tái)的相機(jī)的空間位置已知(Xei，yci7 ZcJ ,姿態(tài)依云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)而定(pei, rei),獲得相機(jī)空間位姿(xei, yci, zci,Qci, aci, yci);相機(jī)在固定位置拍攝傳送帶上工件二維坐標(biāo)(Xpij，ypij)，其中i = 1，2相機(jī)編號(hào)= 1，2特征點(diǎn)編號(hào)；在數(shù)字子系統(tǒng)中，通過數(shù)據(jù)融合算法(如三角法、投影法)將相機(jī)空間位姿信息與所拍攝工件二維坐標(biāo)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得世界坐標(biāo)系下工件的空間位姿(Xwi，ywi，Zwi, Θ wi, a wi, Ywi),其中 i = 1,2。
[0052]本實(shí)施例的視覺智能機(jī)器人的工作流程如下:
[0053]無論方式1)、2)的相機(jī)計(jì)測(cè)，都是獲得前后兩幀目標(biāo)工件上的兩特征點(diǎn)圖片，從而計(jì)算得目標(biāo)工件位姿，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)依靠數(shù)控子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解；以垂直關(guān)節(jié)機(jī)器人為例，在已獲取目標(biāo)工件位姿(xwi，ywi，zwi，Θ wi, a wi, Ywi)后，與機(jī)器人當(dāng)前末端TCP位姿(xri, yri, zri, Θ ri, a ri, yri)比較后獲得(Δχ，Ay，Δζ, Δ θ，Δ a，Δ Y),進(jìn)行直線插值，并將插值點(diǎn)反解到關(guān)節(jié)空間(SH，Lri, Uri, Rri, Bri, Tri)。在控制周期內(nèi)，以位置控制方式將脈沖發(fā)送關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制原理如圖5所示。
[0054]這種視覺智能控制方式，還可以應(yīng)用到并聯(lián)機(jī)器人、直角坐標(biāo)機(jī)器人或其他專用多軸機(jī)器人上；其處理區(qū)別在于:將目標(biāo)工件位姿與末端TCP位姿比較后，進(jìn)行直線插值，插值點(diǎn)反解的形式并非均為R旋轉(zhuǎn)型，根據(jù)實(shí)際情況可為R(旋轉(zhuǎn))或P(滑動(dòng))約束的復(fù)合形式?？刂浦芷趦?nèi)的位置脈沖當(dāng)量視不同運(yùn)動(dòng)約束進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出到各軸電機(jī)。
[0055]若進(jìn)行多點(diǎn)拍攝，則數(shù)據(jù)變換和數(shù)據(jù)融合的計(jì)算量較大，根據(jù)情況可通過交換機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器運(yùn)算，再將目標(biāo)工件空間位姿處理結(jié)果傳送數(shù)控子系統(tǒng)，工作流程如圖6所示。
[0056]綜上所述，本發(fā)明的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)在處理過程中對(duì)相機(jī)的精確安裝、目標(biāo)工件的環(huán)境數(shù)據(jù)沒有過高要求，與現(xiàn)有基于PC的數(shù)控+機(jī)器視覺系統(tǒng)不同，由于數(shù)控子系統(tǒng)和視覺子系統(tǒng)均采用嵌入式架構(gòu)，分離出底層標(biāo)準(zhǔn)的公共數(shù)據(jù)區(qū)用以數(shù)據(jù)交換，解決系統(tǒng)集成的成本問題，并做到兩個(gè)子系統(tǒng)的無縫集成，數(shù)據(jù)變換及數(shù)據(jù)融合由視覺子系統(tǒng)交數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)處理，無需進(jìn)行基于VC/C++/C#等工具的底層開發(fā)，并開放給系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工程師，這樣就可以降低集成開發(fā)成本。
[0057]以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實(shí)施例，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，如安裝于機(jī)器人末端的相機(jī)，通過TCP不同位姿擺拍次數(shù)可以為三次或以上，如安裝于工作環(huán)境的云臺(tái)上的相機(jī)可以有三臺(tái)或以上等，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)采用嵌入式多CPU架構(gòu)，包括數(shù)控子系統(tǒng)和視覺子系統(tǒng)，所述數(shù)控子系統(tǒng)包括相連接的運(yùn)動(dòng)控制模塊和邏輯控制模塊，所述視覺子系統(tǒng)為一臺(tái)或多臺(tái)智能相機(jī)，所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間以通信線路連接；其中: 所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間通過配置傳輸參數(shù)和變量地址，實(shí)現(xiàn)一次原始數(shù)據(jù)的交換； 所述視覺子系統(tǒng)安裝于機(jī)器人移動(dòng)部件上或工作環(huán)境的固定位置，通過標(biāo)定、配準(zhǔn)具體的參數(shù)及引用一次原始數(shù)據(jù)，將視覺子系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)變換并傳送到數(shù)控子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變換； 所述數(shù)控子系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)融合算法對(duì)多個(gè)智能相機(jī)回傳的同一對(duì)象數(shù)據(jù)自動(dòng)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間通過交換機(jī)以通信線路連接，數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)交互部分通過配置傳輸參數(shù)和變量地址設(shè)置為公共數(shù)據(jù)區(qū)，所述公共數(shù)據(jù)區(qū)按ModBus+TCP/IP通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)同步及刷新，采用廣播形式對(duì)全部子系統(tǒng)或目標(biāo)子系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)一次原始數(shù)據(jù)的交換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述公共數(shù)據(jù)區(qū)劃分為狀態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)和用戶數(shù)據(jù)區(qū)，通過集成開發(fā)環(huán)境IDE的配置軟件設(shè)定數(shù)據(jù)范圍、刷新機(jī)制以及刷新內(nèi)容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述運(yùn)動(dòng)控制模塊與邏輯控制模塊之間通過雙端口 RAM連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交互，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊與機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接、所述邏輯控制模塊與機(jī)器人邏輯動(dòng)作I/O點(diǎn)連接以組成機(jī)器人控制器，所述邏輯控制模塊與視覺I/O點(diǎn)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺子系統(tǒng)的控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)控子系統(tǒng)和視覺子系統(tǒng)通過交換機(jī)分別與服務(wù)器連接，所述服務(wù)器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成、分析和視覺運(yùn)算支持。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述視覺子系統(tǒng)與監(jiān)視器連接，所述監(jiān)視器作為視覺子系統(tǒng)的視頻端子輸出顯示器，用于實(shí)時(shí)觀察智能相機(jī)的工作視頻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述視覺子系統(tǒng)安裝于機(jī)器人移動(dòng)部件上時(shí)，智能相機(jī)對(duì)固定的目標(biāo)工件進(jìn)行先后多次不同位姿拍攝；所述視覺子系統(tǒng)安裝于工作環(huán)境的固定位置時(shí)，多臺(tái)智能相機(jī)以不同的位姿同時(shí)對(duì)目標(biāo)工件進(jìn)行拍攝。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)控子系統(tǒng)的軟件部分包括基于嵌入式CPU的片上系統(tǒng)和基于PC的二次開發(fā)工具，所述片上系統(tǒng)包括各種數(shù)控和運(yùn)動(dòng)控制算法以及文本解析算法。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述視覺子系統(tǒng)的軟件部分包括基于嵌入式系統(tǒng)的圖像處理算法和視覺處理流程解析算法，以及基于PC的參數(shù)、流程配置軟件。
10.一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的視覺計(jì)測(cè)方法，其特征在于所述方法包括: 當(dāng)視覺子系統(tǒng)安裝于機(jī)器人移動(dòng)部件上，智能相機(jī)對(duì)固定的目標(biāo)工件進(jìn)行先后多次不同位姿拍攝，并將拍攝到的二維圖像坐標(biāo)信息傳送到數(shù)控子系統(tǒng)或者服務(wù)器，數(shù)控子系統(tǒng)或者服務(wù)器根據(jù)相機(jī)空間位姿信息和所獲得的二維圖像坐標(biāo)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，統(tǒng)一到世界坐標(biāo)系，獲得該坐標(biāo)系下所拍攝工件的空間位姿； 當(dāng)視覺子系統(tǒng)安裝于工作環(huán)境的固定位置，多臺(tái)智能相機(jī)以不同的位姿同時(shí)對(duì)目標(biāo)工件進(jìn)行拍攝，將多次或多臺(tái)相機(jī)拍攝到的二維圖像坐標(biāo)信息傳送到數(shù)控子系統(tǒng)或服務(wù)器，數(shù)控子系統(tǒng)或者服務(wù)器將相機(jī)空間位姿信息和所獲得的二維圖像坐標(biāo)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得世界坐標(biāo)系下所拍攝工件的空間位姿。
【文檔編號(hào)】B25J13/08GK104385282SQ201410436325
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】王高, 柳寧, 葉文生 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)