[发明专利]一种基于机器人末端单目视觉的物体法向高度计算方法

权利要求书

1.一种基于机器人末端单目视觉的物体法向高度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：固定单目相机于机器人末端，使固定于机器人末端的单目相机光轴平行于机器人中心视轴；

步骤二：对单目相机的内部参数进行定义，具体定义的参数有单目相机焦距f、x方向像元尺寸S_x、y方向的像元尺寸S_y；

步骤三：选取物体特征所在的平面，在所选取的平面内选取圆形特征，若所选取的平面没有圆形特征则需要在测量前先添加圆形特征，对所选取或添加的圆形特征的圆半径定义为D_L；

步骤四：通过示教器或代码驱动机器人进行运动，在运动过程中能够通过单目相机进行图像清晰采集；

步骤五：通过图像处理分析软件对所采集的图像进行处理分析，处理分析的主要目的是对所选择平面内的圆形特征进行边缘拟合计算；

步骤六：通过示教器或代码驱动机器人末端进行B轴或者C轴的旋转运动，每旋转运动一个角度α_i后，通过单目相机进行一次照片采集，将旋转运动α_i角度对应的图片编号记为P_i，将采集到的每一张图像P_i通过步骤五所述图像处理分析方法进行处理并计算出图像中的圆形特征即以椭圆特征的形式表现的长轴D_i和短轴d_i，并计算长轴D_i和短轴d_i之比

步骤七：构建单目相机运动角度α与椭圆特征长短轴之比ω的模型ω＝b₀+b₁α+b₂α²+…+b_nαⁿ；

步骤八：进行手眼标定，视觉引导和物体空间定位时，需要对物体特征所在的平面到相机的法向垂直高度进行精确计算，通过固定在机器人末端的单目相机对物体特征进行图像采集，并确保步骤七所述所构建模型所选取或添加的圆形特征的圆在所采集的图像内，计算拟合出的椭圆边缘的长半轴像素个数D_λ，短半轴像素个数d_λ和椭圆边缘长短轴之比ω_λ，并且计算像平面上长轴与图像x轴正方向的夹角θ；

根据步骤七所得到的模型确定机器人绕B轴或者C轴旋转运动了角度λ，计算出椭圆长半轴方向上的像元尺寸或根据得出单目相机光轴方向到物体特征平面的直线距离z_c，利用所得的单目相机旋转角度λ，计算出单目相机到物体特征的法向垂直距离z＝z_c×cosλ。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器人末端单目视觉的物体法向高度计算方法，其特征在于：所述步骤一中使固定于机器人末端的单目相机光轴平行于机器人中心视轴的具体操作是：

将机器人位置初始化，将单目相机固定于机器人末端法兰或在法兰上装有工装的工装上，使单目相机对平行于机器人安装地面所在平面上的圆形特征进行图像采集，通过图像处理分析软件对圆形特征进行处理分析，当处理分析后的图像在任何法向垂直的两个方向上长度相等，则认为单目相机光轴平行于机器人中心视轴。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器人末端单目视觉的物体法向高度计算方法，其特征在于：所述步骤二的x方向是以图像处理分析软件的图像观察窗口中心为原点的水平方向，y方向是以图像处理分析软件的图像观察窗口中心为原点的竖直方向，x方向像元尺寸S_x的含义为采集图像在上x方向每个像素的物理尺寸，y方向像元尺寸，S_y的含义为采集图像在上y方向每个像素的物理尺寸。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器人末端单目视觉的物体法向高度计算方法，其特征在于：所述步骤三的选取物体特征所在的平面，在所选取的平面内选择圆形特征，若所选取的平面没有圆形特征则需要在测量前先添加一个颜色明显区别与平面内其他特征颜色的圆形特征，对所选取或添加的圆形特征的圆直径定义为D_L。