[发明专利]具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准方法

权利要求书

1.一种具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：首先构造具有远近视距的两目视觉配置，并与机械臂构成Eye-in-Hand视觉反馈系统；

步骤2：然后标定两目视觉的内外参数和手眼关系变换矩阵；

步骤3：通过离线先验局部对准方式，建立各工位的任务表；

步骤4：采用三阶段对准策略，使得机械臂能在多个工位下实现末端工具与目标的精确对准。

2.根据权利要求1所述的具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准方法，其特征在于：步骤1中，采用两台视距不同的工业相机构成两目视觉系统，全局相机用于全局观察定位，局域相机用于近距离精确对准，两台相机分别工作在不同阶段，且又相互配合，保证末端工具与目标顺利对准；利用阵列式编码元作为合作靶标对不同工位的对准目标进行区分。

3.根据权利要求1所述的具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准方法，其特征在于：步骤2中，首先进行离线标定，标定主要包括两目视觉系统的内外参标定和手眼标定；全局相机和局域相机在多个视角下同时采集各自的标定板图像，由多视图几何技术获得两台相机的内参数，然后构建方程式(1)获取确定外参数

式中，i(i＝1，2，...，n)表示第i个拍摄视角；

代表全局相机坐标系相对于局域相机坐标系的位姿关系，为待求解的两目视觉系统的外参数；代表大尺寸标定板坐标系相对于小尺寸标定板坐标系的位姿关系；指的是在第i个拍摄视角下局域相机坐标系相对于小尺寸标定板坐标系的位姿关系；指的是在第i个拍摄视角下全局相机坐标系相对于大尺寸标定板坐标系的位姿关系；

然后，进行手眼标定，获取机械臂末端法兰相对于局域相机的位姿关系。

4.根据权利要求1所述的具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准方法，其特征在于：步骤3中，建立各工位的任务表的步骤如下：

步骤3.1：首先，将各个对准目标放置于末端工具上，进行预对准，此时的对准目标是独立个体，并未处于相应的工位上；

步骤3.2在预对准的情况下，局域相机采集编码元图像，从图像中解算出编码值和位姿数据编码值用于标识不同对准目标，记为期望位姿；

步骤3.3：对每个对准目标都建立各个对准目标与编码值、期望位姿之间的映射关系，将末端工具与目标的对准过程转化为两目视觉系统对编码元的识别与位姿计算的过程；最终形成一张完整的任务表。

5.根据权利要求1所述的具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准方法，其特征在于：机械臂视觉测量系统要根据任务表执行对准操作，三阶段分别是多工位作业的起始位姿获取阶段、全局相机远距离初定位阶段和近距离局域相机精确对准阶段。

6.根据权利要求5所述的具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准方法，其特征在于：机械臂起始位姿的获取过程为，首先控制机械臂处于一个合适的初始位姿，使得全局相机至少能观察到一个编码元，然后以该编码元为中心，沿编码元所在平面进行多方向移动搜索，机械臂移动过程中，全局相机对场景进行观察，若检测到与任务表相关的编码元，记录下此时的机械臂位姿，作为此项任务的起始位姿；当检测不到任何编码元时，机械臂停止运动，全局相机完成搜索，最终得到所有任务的起始位姿

7.根据权利要求6所述的具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准方法，其特征在于：进行全局相机的初定位阶段的过程为：确定完所有任务的起始位姿后，机械臂移动到第一项任务所对应的起始位姿处，全局相机观察视场，由对偶椭圆法获得编码元上的8个椭圆中心像素坐标，经解码后得出编码号，并将8个中心坐标有序排列，此时机械臂处于起始位姿处，全局相机观测到视场中存在3个编码元，搜索任务表确定当前任务所对应的编号，将编号和解码结果进行匹配，得到属于该编码元的二维像素坐标和三维坐标，最后根据PnP计算编码元坐标系{M}相对于全局相机坐标系{G}的初始位姿关系