[发明专利]一种机械手与相机手眼标定装置和方法

说明书

本发明提供了一种机械手与相机手眼标定装置和方法，其操作方便，省时省力，可确定机器人的手眼位置关系，且具有较高的标定精度；其包括底座、相机，所述底座上装有机械手，所述机械手末端旋转轴连接有吸盘标定治具，所述吸盘标定治具下方设有工作台，所述吸盘标定治具包括基座及装于所述基座底面的吸盘，所述基座上还装有辅助标定治具，所述辅助标定治具底面设有标记件。

技术领域

本发明涉及机器人标定技术领域，具体为一种机械手与相机手眼标定装置和方法。

背景技术

工业机器人作为智能制造技术的关键设备，已经广泛应用于汽车、机械、电子、家电、石化、物流等各个行业进行工件搬运、上下料、分拣等操作。传统示教型机器人完成这些操作必须要经过精确的逐点示教，且只能针对固定摆放的单种工件，有很强的局限性。随着社会的发展和需求的多样化，工业领域对自动化产线的柔性化、智能化提出了更高的要求。近年来，机器视觉技术取得飞速发展，机器人中也开始采用视觉信息引导工业机器人自动抓取目标。工业机器人视觉引导技术可以实现制造与装配的全自动化，大幅提高生产效率，已成为当前的一个研究热点。在工业自动化生产中，如3C，IC贴装，太阳能光伏生产制造等需要精度很高的定位，人工操作很难满足其要求，所以需要将机器人和机器视觉技术结合，需采用工业相机模仿人的眼睛来对产品零部件进行识别定位。而机器人和相机有各自的坐标系统，也就是说需要获取两者之间的对应关系才能将机器人和机器视觉技术完美结合，因此机器人和相机之间坐标的标定技术非常关键，直接决定了机器人视觉设备能够满足应用的需求。一般机器人和视觉系统的相机存在两种位置关系，其一是Eye-in-hand，即相机固定在机器人的一个手臂上；其二是Eye-to-hand，即将相机安装在机器人工作范围之内的固定位置。

针对Eye-to-hand方式，目前主要采用(1)机器人末端触碰靶标方法：将靶标固定在相机可看到的地方，用机械手末端触碰靶标获取靶标的机械手坐标系位置，然后用相机获取靶标的图像位置，从而建立机械手坐标系与相机坐标系之间的映射关系；但这种方法高度依赖人眼观察机械手末端位置，带有很大的主观性影响，无法保证精度；且高精度的靶标标定板制作价格也很昂贵；而且该过程操作繁琐，获取较多点的对应关系需要大量的人工操作。(2)机械手末端固定细针扎孔方法：机械手末端固定细针在实际操作台面已经贴好的纸上扎孔，待扎完一定数量的孔洞并记录各个孔洞对应机械手坐标后再控制相机拍照获取各孔洞的图像像素坐标，从而建立机械手坐标系与相机坐标系之间的转换关系；但是这种方法需要保证细针尖与机械手轴心同心，对于机械安装的精度要求较高；且因为要扎孔必须要求实际操作台面必须要有对应的孔洞方可，若是台面或者传送带不允许扎孔则该种标定方法实际应用场景很受限；且该种方法扎出的点形状任意不规则，图像算法找质心也是不准确的；以及该种方法每次标定时需要拆装吸盘治具且需要重新调平校准吸盘，实际标定的精度不高且很耗时。(3)简单的机器人平移旋转方法：一般通过人工操作将机械手上的靶标移动到相机视野内，通过简单的在局部范围内的平移多次并记录图像识别结果和对应的机械手位置，并最后旋转一圈记录开始旋转时靶标与轴心的像素差最终参与换算来建立机械手坐标系和相机坐标系之间的转换关系；但该方法中，机械手平移和旋转操作大多依赖人工，当需要较多点来提高精度时，操作非常繁琐；且该方法中为了方便旋转靶标要高于工作台面，这会造成标定时相机的工作距离与实际工作时的工作距离不同必会带来相机视场的改变，会引入误差，且该距离需要通过人眼去观察设置，非常耗时且很难精确；且该方法为了避免移动靶标时机械手遮挡相机拍照，靶标需伸出机械手末端较远距离方可，这样由于机械安装误差以及承载靶标本身机构件的重力以及平整度原因会造成靶标面与工作台面不平行，容易引入不可控的标定误差；以及该方法也在换算转换矩阵的过程中引入了2次算法误差，包括抓靶算法误差以及拟合圆算法误差。

因此，目前常用的几种标定方法均无法获得较高的标定精度，且目前的标定方法操作繁琐耗时，无法做到生产现场所需的“一键标定”。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种机械手与相机手眼标定装置和方法，其操作方便，省时省力，可确定机器人的手眼位置关系，且具有较高的标定精度。