[发明专利]一种姿态与位置解耦的机器人视觉寻位方法

说明书

本发明属于机器人视觉领域，并具体公开了一种姿态与位置解耦的机器人视觉寻位方法，包括步骤：S1、通过靶标进行位置标定，得到靶标位置深度d₀和标定深度下移动单位像素的实际偏移量；S2、根据目标物体所在平面的法向量调整机器人姿态，使机器人末端与目标物体所在平面平行；S3、获取相机图像，识别当前深度下目标物体像素坐标和深度值d₁，得到找中补偿向量，调整机器人使目标物体位于相机图像正中；然后在深度方向移动机器人至标定高度d₀；S4、再次获取相机图像，得到寻位补偿向量，根据寻位补偿向量调整机器人，使机器人到达目标物体处。本发明标定过程操作简单、定位准确性高，提升了机器人视觉寻位的可操作性和准确性。

技术领域

本发明属于机器人视觉领域，更具体地，涉及一种姿态与位置解耦的机器人视觉寻位方法。

背景技术

随着智能制造理念的提出与发展，机器人现已广泛的应用于自动化装配，数字柔性化制造等系统。而机器人视觉寻位技术是其中十分重要的一环，视觉寻位技术的好坏直接对后续工作位置的准确定位，方案合理性造成影响。机器人视觉寻位技术有很多应用的场景，比如飞机蒙皮自动钻铆系统、工业流水线上机器人识别目标和抓取，移动机器人视觉导航建图等多种领域，具有十分广泛的应用前景。

根据相机的安装方式，机器人视觉定位方式可以分为两大类：眼在手上，即相机安装在机械臂末端，随机械臂的运动而运动；眼在手外，相机安装在机械臂之外，与机械臂的基座相对固定，不随机械臂的运动而运动。在视觉寻位之前，往往需要对视觉系统进行标定，主流的标定方法采用棋盘格作为标定工具，但棋盘格占据一定的空间，通常很难和工件同时放在相机视野内，所以标定只能在生产前进行。现有的机器人手眼标定尤其是高精度的标定往往都存在标定操作繁琐，计算原理复杂，时间成本过高的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种姿态与位置解耦的机器人视觉寻位方法，其目的在于，简化机器人视觉标定过程，提高机器人视觉定位的准确性和可靠性，解决目前标定效率不高和定位精度低的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种姿态与位置解耦的机器人视觉寻位方法，包括如下步骤：

S1、通过靶标进行位置标定，得到靶标位置深度作为标定深度d₀，以及该标定深度下移动单位像素的实际偏移量

S2、示教机器人，使机器人末端的相机面对目标物体，根据相机获取的目标物体点云信息，得到目标物体所在平面的法向量，根据该法向量调整机器人姿态，使机器人末端与目标物体所在平面平行；

S3、获取相机图像，识别当前深度下目标物体像素坐标(U,V)，以及目标物体平面到相机的深度值d₁；根据标定深度d₀及实际偏移量得到深度为d₁时移动单位像素的实际偏移量进而根据实际偏移量和目标物体像素坐标(U,V)得到找中补偿向量，根据该找中补偿向量在水平方向调整机器人，使目标物体位于相机图像正中；然后在深度方向移动机器人至标定高度d₀；

S4、再次获取相机图像，识别当前深度下目标物体像素坐标(U',V')，进而得到寻位补偿向量，根据寻位补偿向量调整机器人，使机器人到达目标物体处，完成机器人视觉寻位。

作为进一步优选的，步骤S2中，获取目标物体所在平面的法向量，具体包括如下步骤：使机器人末端的相机面对目标物体，根据相机获取的目标物体点云信息，根据点云信息划分点云凸包，并移动机器人末端使凸包包裹目标工件平面，然后由凸包分割出的点云拟合平面方程，进而得到目标物体所在平面的法向量

作为进一步优选的，步骤S2中，根据法向量调整机器人姿态，具体包括如下步骤：

先将法向量转换到机器人基座坐标系下表示为：