本發(fā)明涉及視覺檢測，尤其涉及一種機(jī)械手自動視覺對位貼合方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、視覺對位技術(shù)是一種利用相機(jī)分別采集貼合對象、貼合目標(biāo)圖像，算法定位出相應(yīng)對象與目標(biāo)位置，從而引導(dǎo)機(jī)械手進(jìn)行自動對位貼合組裝的技術(shù)。在產(chǎn)線上，對高精度元件進(jìn)行高速貼合組裝，靠人眼精度與效率無法達(dá)到，因此常采用基于視覺引導(dǎo)的自動對位貼合技術(shù)。

2、現(xiàn)有基于視覺的機(jī)械手對位貼合方法，由于采用手眼標(biāo)定，建立模板，人工手動示教的方式，效率低，且限制了應(yīng)用條件。因?yàn)榛谑窘痰膶ξ毁N合方法，示教精度完全決定了最終對位貼合的精度。示教不準(zhǔn)確，最終系統(tǒng)精度無法達(dá)到裝配要求。而且在很多應(yīng)用場景中，貼合時有機(jī)構(gòu)遮擋或其它限制，人工無法實(shí)時觀察，手動調(diào)整示教，這種基于示教的方法應(yīng)用困難，且精度無法保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械手自動視覺對位貼合方法及系統(tǒng)，無需示教建模，即可進(jìn)行貼合對象與貼合目標(biāo)的對位貼合，提高了對位貼合精度。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種機(jī)械手自動視覺對位貼合方法，包括以下步驟：

3、標(biāo)定第一相機(jī)、第二相機(jī)，分別得到所述第一相機(jī)、所述第二相機(jī)的圖像坐標(biāo)系與機(jī)械手末端坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；

4、從所述第一相機(jī)采集的機(jī)械手夾持貼合對象的移動圖像中，提取所述貼合對象上的特征點(diǎn)位置和方向，并根據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換到所述機(jī)械手末端坐標(biāo)系下；

5、從所述第二相機(jī)采集的貼合目標(biāo)圖像中，提取所述貼合目標(biāo)上的特征點(diǎn)位置和方向，根據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換到所述機(jī)械手末端坐標(biāo)系下；

6、根據(jù)所述第一相機(jī)與所述第二相機(jī)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，以及對應(yīng)的特征點(diǎn)位置和方向，求出所述機(jī)械手的貼合姿態(tài)，根據(jù)所述貼合姿態(tài)對所述貼合對象與貼合目標(biāo)進(jìn)行對位貼合。

7、進(jìn)一步地，所述標(biāo)定第一相機(jī)、第二相機(jī)，分別得到所述第一相機(jī)、所述第二相機(jī)的圖像坐標(biāo)系與機(jī)械手末端坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系的步驟，進(jìn)一步包括：

8、在所述第一相機(jī)、第二相機(jī)的視野中，所述機(jī)械手末端夾持標(biāo)志物按照預(yù)定的運(yùn)動點(diǎn)位在水平面上平移運(yùn)動，通過所述第一相機(jī)、第二相機(jī)采集多張相應(yīng)的圖像，從圖像中提取所述標(biāo)志物上的特征點(diǎn)，并選取標(biāo)定基準(zhǔn)位，建立中間坐標(biāo)系，求得所述第一相機(jī)、第二相機(jī)圖像坐標(biāo)系到相應(yīng)中間坐標(biāo)系的仿射變換矩陣、；

9、在所述第一相機(jī)、第二相機(jī)的標(biāo)定基準(zhǔn)位上，所述機(jī)械手末端夾持標(biāo)志物按照預(yù)定的運(yùn)動點(diǎn)位在水平面上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過所述第一相機(jī)、第二相機(jī)采集多張相應(yīng)的圖像，并從圖像中提取所述標(biāo)志物上的特征點(diǎn)，求得機(jī)械手末端坐標(biāo)系原點(diǎn)在中間坐標(biāo)系下的偏移，得到中間坐標(biāo)系到機(jī)械手末端坐標(biāo)系的偏移矩陣、；

10、通過所述圖像坐標(biāo)系到中間坐標(biāo)系的仿射變換矩陣、，及所述中間坐標(biāo)系到機(jī)械手末端坐標(biāo)系的偏移矩陣、，得到所述第一相機(jī)、第二相機(jī)圖像坐標(biāo)系到機(jī)械手末端坐標(biāo)系的變換矩陣、。

11、進(jìn)一步地，所述在所述第一相機(jī)、第二相機(jī)的視野中，所述機(jī)械手末端夾持標(biāo)志物按照預(yù)定的運(yùn)動點(diǎn)位在水平面上平移運(yùn)動，通過所述第一相機(jī)、第二相機(jī)采集多張相應(yīng)的圖像，從圖像中提取所述標(biāo)志物上的特征點(diǎn)，并選取標(biāo)定基準(zhǔn)位，建立中間坐標(biāo)系，求得所述第一相機(jī)、第二相機(jī)圖像坐標(biāo)系到相應(yīng)中間坐標(biāo)系的仿射變換矩陣、的步驟，進(jìn)一步包括：

12、從采集的圖像中提取所述標(biāo)志物上的特征點(diǎn)，得到圖像坐標(biāo)系下坐標(biāo)；

13、選取標(biāo)定基準(zhǔn)位；所述標(biāo)定基準(zhǔn)位為標(biāo)志物特征點(diǎn)位于相機(jī)視野中心時的機(jī)械手坐標(biāo)；

14、在所述運(yùn)動點(diǎn)位所在平面，以標(biāo)定基準(zhǔn)位為原點(diǎn)，以機(jī)械手基坐標(biāo)系橫軸、縱軸平行方向?yàn)闄M軸、縱軸，建立中間坐標(biāo)系；

15、將所有機(jī)械手平移運(yùn)動點(diǎn)位坐標(biāo)，減去標(biāo)定基準(zhǔn)位坐標(biāo)，得到中間坐標(biāo)系下運(yùn)動點(diǎn)坐標(biāo)；

16、通過一一對應(yīng)的圖像坐標(biāo)系下點(diǎn)位坐標(biāo)與中間坐標(biāo)系下點(diǎn)位坐標(biāo)，使用最小二乘法求出所述圖像坐標(biāo)系到中間坐標(biāo)系的仿射變換矩陣。

17、進(jìn)一步地，所述在所述第一相機(jī)、第二相機(jī)的標(biāo)定基準(zhǔn)位上，所述機(jī)械手末端夾持標(biāo)志物按照預(yù)定的運(yùn)動點(diǎn)位在水平面上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過所述第一相機(jī)、第二相機(jī)采集多張相應(yīng)的圖像，并從圖像中提取所述標(biāo)志物上的特征點(diǎn)，求得機(jī)械手末端坐標(biāo)系原點(diǎn)在中間坐標(biāo)系下的偏移，即得中間坐標(biāo)系到機(jī)械手末端坐標(biāo)系的偏移矩陣、的步驟，進(jìn)一步包括：

18、從采集的圖像中提取所述標(biāo)志物上的特征點(diǎn)，得到圖像坐標(biāo)系下坐標(biāo)；

19、應(yīng)用求得的圖像坐標(biāo)系到中間坐標(biāo)系的仿射變換矩陣、，將圖像坐標(biāo)系下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到中間坐標(biāo)系下；

20、在中間坐標(biāo)系下，使用最小二乘法擬合得到圓心坐標(biāo)，即得到機(jī)械手末端坐標(biāo)系原點(diǎn)在中間坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，以及中間坐標(biāo)系到機(jī)械手末端坐標(biāo)系的偏移矩陣、。

21、進(jìn)一步地，通過建立所述中間坐標(biāo)系，分兩步完成相機(jī)圖像坐標(biāo)系到中間坐標(biāo)系的仿射變換矩陣、標(biāo)定，及中間坐標(biāo)系到機(jī)械手末端坐標(biāo)系的偏移矩陣、標(biāo)定，進(jìn)而得到所述第一相機(jī)、第二相機(jī)圖像坐標(biāo)系到機(jī)械手末端坐標(biāo)系的變換矩陣、。

22、進(jìn)一步地，所述提取所述貼合對象、所述貼合目標(biāo)上的特征點(diǎn)位置和方向的步驟，進(jìn)一步包括：使用基于直線查找、圓查找、或模板匹配的特征定位方法，從相應(yīng)的圖像中提取特征點(diǎn)位置和方向。

23、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述第一相機(jī)與所述第二相機(jī)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，以及對應(yīng)的特征點(diǎn)位置和方向，求出所述機(jī)械手的貼合姿態(tài)的步驟，進(jìn)一步包括：

24、采用如下公式求出機(jī)械手的貼合姿態(tài)：

25、，

26、其中，分別為求出的機(jī)械手貼合時末端的坐標(biāo)和角度，分別為貼合對象的特征點(diǎn)在機(jī)械手末端坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和角度，分別為貼合目標(biāo)的特征點(diǎn)在機(jī)械手末端坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和角度，分別為第一相機(jī)標(biāo)定基準(zhǔn)位的橫縱坐標(biāo)和角度，分別為第二相機(jī)標(biāo)定基準(zhǔn)位的橫縱坐標(biāo)和角度。

27、另一方面，本發(fā)明還提供一種機(jī)械手自動視覺對位貼合系統(tǒng)，采用如上所述的機(jī)械手自動視覺對位貼合方法，包括：

28、機(jī)械手，其具有移動夾持單元；

29、第一攝像單元，用于采集所述機(jī)械手末端夾持的貼合對象在移動范圍內(nèi)的圖像；

30、第二攝像單元，用于采集貼合目標(biāo)的圖像；

31、圖像提取單元，用于接收所述第一攝像單元和第二攝像單元采集的圖像，從所述圖像中提取特征點(diǎn)信息并輸出；

32、數(shù)據(jù)處理單元，用于接收所述圖像提取單元發(fā)送的特征點(diǎn)信息，分別建立所述第一攝像單元、所述第二攝像單元的圖像坐標(biāo)系與機(jī)械手末端坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；根據(jù)所述圖像坐標(biāo)系與機(jī)械手末端坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將所述特征點(diǎn)信息轉(zhuǎn)換到機(jī)械手末端坐標(biāo)系下，求出機(jī)械手貼合姿態(tài)并輸出；

33、控制單元，用于根據(jù)所述機(jī)械手貼合姿態(tài)，控制所述機(jī)械手進(jìn)行所述貼合對象與貼合目標(biāo)的對位貼合。

34、本發(fā)明提供的機(jī)械手自動視覺對位貼合方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

35、通過標(biāo)定第一相機(jī)、第二相機(jī)，分別得到所述第一相機(jī)、所述第二相機(jī)的圖像坐標(biāo)系與機(jī)械手末端坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；從所述第一相機(jī)采集的機(jī)械手夾持貼合對象的移動圖像中，提取所述貼合對象上的特征點(diǎn)位置和方向，并根據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換到所述機(jī)械手末端坐標(biāo)系下；從所述第二相機(jī)采集的貼合目標(biāo)圖像中，提取所述貼合目標(biāo)上的特征點(diǎn)位置和方向，根據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換到所述機(jī)械手末端坐標(biāo)系下；根據(jù)所述第一相機(jī)與所述第二相機(jī)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，以及對應(yīng)的特征點(diǎn)位置和方向，求出所述機(jī)械手的貼合姿態(tài)，根據(jù)所述貼合姿態(tài)對所述貼合對象與所述貼合目標(biāo)進(jìn)行對位貼合。無需人工示教建模，即可準(zhǔn)確完成對象與目標(biāo)的對位貼合，提高了機(jī)械手的對位貼合效率和精度。

36、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。