[发明专利]3D相机与机械手臂坐标系统的校正装置及方法

说明书

本发明公开一种3D相机与机械手臂坐标系统的校正装置及方法，利用3D相机摄取三平板校正装置的点云图，根据相邻点云的相同Z值差度与向量夹角，划分及排除点云群，形成三个平面点云群，以最小平方法建构三个平面方程式，并计算三个平面方程式的交点，作为外部参数校正的定位点。

技术领域

本发明涉及一种机器手臂，尤其是涉及利用校正装置，校正机器手臂与3D相机相对坐标系统的方法。

背景技术

随着人工智能的快速发展，工厂利用设置3D(3-Dimensional)相机，使机器手臂自动化进行加工组装制造作业，以提高工厂生产效率。而3D相机的坐标系统与机器手臂的坐标系统正确的相对关系，影响工厂生产的精密性。

如图7所示，为现有技术机器手臂与3D相机的校正。机器手臂1在基座2形成手臂坐标系统R，并在机器手臂1的工作环境中安装3D相机3，形成相机坐标系统C，以进行人工智能的自动化组装制造。相机坐标系统C与手臂坐标系统R进行校正时，需要一个校正装置4让3D相机3进行识别定位。安装3D相机3时，先将校正装置4设置在机器手臂1的工作环境，且让校正装置4出现在3D相机3的视野内。

3D相机3又称为深度(Depth)相机，根据原理不同，可能会同时带有RGB彩色信息或单色灰度信息等2D信息供识别定位校正装置4。假如3D相机3不带有彩色信息，或2D信息不足以进行精准识别定位时，则会以校正装置4形状的3D信息进行校正。校正装置4的形状3D信息为深度图(Depth Map)或点云图(Point Cloud)两种位置信息，深度图与点云图可以通过相机的内部参数进行换算，实质上属于相同的3D信息。3D相机3摄取校正装置4的3D信息，形成校正装置4在相机坐标系统C的空间位置信息。分析校正装置4的形状特征，利用外形上容易识别的边缘角点，作为机器手臂1与3D相机2校正的定位点K1-K5。当已知定位点K1-K5在相机坐标系统C的坐标下，只要将机器手臂1上的工具中心点5接触定位点K1-K5，即可经由机器手臂1移动工具中心点5在手臂坐标系统R的坐标，校正手臂坐标系统R与相机坐标系统C。

然而，前述现有技术进行坐标系统校正时，因为3D相机3的3D信息，通常在中间部位较为精确，并无法得到精准的校正装置4边缘位置信息，且当校正装置4的表面斜率变化较大时，边缘位置信息的精度也会跟着下降，致使位于边缘角点的定位点K1-K5的精度较差，若仅使用3D信息进行校正，并无法获得良好的机器手臂与3D相机间的坐标转换关系。因此，3D相机与机械手臂坐标在校正的方法上，仍有问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的提供一种3D相机与机械手臂坐标的校正装置，在校正装置上设置相对位置固定及相互分离不平行的三平板，且三平板延伸的三个平面相交于一点，作为校正定位点，以提升校正的精准度。

本发明的另一目的提供一种3D相机与机械手臂坐标的校正方法，利用3D相机的点云3D信息，根据相邻点云的Z值差度与向量夹角，划分点云群形成三个平面，以避免边缘误差。

本发明的另一目的提供一种3D相机与机械手臂坐标的校正方法，由三个点云群平面，利用最小平方法建构三个平面方程式，计算三个平面方程式的交点，作为校正定位点，以提高定位点的正确性。

为了达到前述发明的目的，本发明的3D相机与机械手臂坐标系统的校正装置，在座架上设置相对位置固定及相互分离不平行的三平板，且让三平板延伸的三个空间平面相交于一点，作为外部参数校正的定位点。

本发明的3D相机与机械手臂坐标系统的校正方法，将三平板的校正装置放置在机器手臂工作环境及3D相机的视野，通过3D相机摄取校正装置的3D信息，利用3D信息点云图或深度图，计算各相邻点云的Z值差距及向量夹角，根据相同Z值差距及向量夹角将点云分群，排除较少量的点云群，形成三个平面点云群，以最小平方法建立三个平面方程式，利用三平面交点公式计算三个平面方程式的交点，将交点作为外部参数校正的定位点。