專利名稱：機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
エ業(yè)用關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂(Joint-Type Robot)為仿生、模擬人類的腰肩肘腕等空間多支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的電控系統(tǒng)，目前普遍應(yīng)用的有四軸和六軸關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂。在機(jī)械手臂對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，由于機(jī)械手臂的視覺裝置系統(tǒng)的鏡心位置很難與被測(cè)物體的中心對(duì)準(zhǔn)，導(dǎo)致觀測(cè)精度降低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供ー種機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可以精確地將機(jī)械手臂前端的視覺裝置與被測(cè)物體進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)，以提高機(jī)械手臂的觀測(cè)精確。所述ー種機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括第一移動(dòng)控制模塊，用于控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得被測(cè)物體進(jìn)入該機(jī)械手臂前端的影像擷取裝置的視覺影像平面內(nèi)；對(duì)焦模塊，用于通過控制機(jī)械手臂的垂直移動(dòng)來完成影像擷取裝置的鏡頭對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行對(duì)焦；影像分析模塊，用于對(duì)被測(cè)物體的影像進(jìn)行輪廓邊緣分析，以獲取被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)；第二移動(dòng)控制模塊，還用于控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)與所述視覺影像平面的中心點(diǎn)重合；影像擷取控制模塊，用于記錄該視覺影像平面的中心點(diǎn)在空間內(nèi)的坐標(biāo)位置為點(diǎn)a，并獲取被測(cè)物體在該點(diǎn)a處的影像；第三移動(dòng)控制模塊，還用于控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得所述視覺影像平面的中心點(diǎn)由點(diǎn)a水平移動(dòng)長度L ;所述第二移動(dòng)控制模塊，還用于在所述視覺影像平面的中心點(diǎn)由點(diǎn)a水平移動(dòng)長度L后，控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)再次與該視覺影像平面的中心點(diǎn)重合；所述影像擷取控制模塊，還用于記錄水平移動(dòng)長度L后的該視覺影像平面的中心點(diǎn)在空間內(nèi)的坐標(biāo)位置為點(diǎn)b，獲取被測(cè)物體在點(diǎn)b處的影像；位置計(jì)算模塊，用于計(jì)算被測(cè)物體在視覺影像平面內(nèi)的總位移量，井根據(jù)該總位移量、點(diǎn)a、點(diǎn)b和所述水平移動(dòng)長度L分析得到被測(cè)物體與鏡頭的中心點(diǎn)間的正交垂直距離；及機(jī)械手臂校正模塊，用于根據(jù)該正交垂直距離控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得鏡頭的法向量與被測(cè)物體的法向量平行。鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制方法，可以精確地將機(jī)械手臂前端的視覺裝置與被測(cè)物體進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)，以提高機(jī)械手臂的觀測(cè)精確。所述機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制方法，包括以下步驟第一移動(dòng)控制步驟，控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得被測(cè)物體進(jìn)入該機(jī)械手臂前端的影像擷取裝置的視覺影像平面內(nèi)；對(duì)焦步驟，通過控制機(jī)械手臂的垂直移動(dòng)來完成影像擷取裝置的鏡頭對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行對(duì)焦；影像分析步驟，對(duì)被測(cè)物體的影像進(jìn)行輪廓邊緣分析，以獲取被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)；第二移動(dòng)控制步驟，控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)與所述視覺影像平面的中心點(diǎn)重合；第一影像擷取控制步驟，記錄該視覺影像平面的中心點(diǎn)在空間內(nèi)的坐標(biāo)位置為點(diǎn)a，并獲取被測(cè)物體在該點(diǎn)a處的影像；第三移動(dòng)控制步驟，控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得所述視覺影像平面的中心點(diǎn)由點(diǎn)a水平移動(dòng)長度L ;重復(fù)執(zhí)行第二移動(dòng)控制步驟，使得被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)再次與水平移動(dòng)長度L后的視覺影像平面的中心點(diǎn)重合；第二影像擷取控制步驟，，記錄水平移動(dòng)長度L后的該視覺影像平面的中心點(diǎn)在空間內(nèi)的坐標(biāo)位置為點(diǎn)b，獲取被測(cè)物體在點(diǎn)b處的影像；位置計(jì)算步驟，計(jì)算被測(cè)物體在視覺影像平面內(nèi)的總位移量，井根據(jù)該總位移量、點(diǎn)a、點(diǎn)b和所述水平移動(dòng)長度L分析得到被測(cè)物體與鏡頭的中心點(diǎn)間的正交垂直距離；及機(jī)械手臂校正步驟，根據(jù)該正交垂直距離控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得鏡頭的法向量與被測(cè)物體的法向量平行。相較于現(xiàn)有技木，所述的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，在不增加成本且不需要對(duì)影像擷取裝置進(jìn)行修改的情況下，利用外部影像處理模式，讓控制系統(tǒng)得知空間中多個(gè)物體之間的相對(duì)位置關(guān)系，該方法既可適用于所有關(guān)節(jié)型與非關(guān)節(jié)型的機(jī)械手臂，也可以搭配使用于自動(dòng)化測(cè)試流程中。


圖1是本發(fā)明機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)較佳實(shí)施例的應(yīng)用環(huán)境圖。圖2是圖1中的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)較佳實(shí)施例的功能模塊圖。圖3舉例說明附掛了ー個(gè)影像擷取裝置的機(jī)械手臂的示意圖。圖4是本發(fā)明機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制方法較佳實(shí)施例的作業(yè)流程圖。圖5和圖6是本發(fā)明影像擷取裝置的視覺影像平面與被測(cè)物體的立體空間關(guān)系示意圖。圖7是本發(fā)明視覺影像平面與被測(cè)物體的符號(hào)標(biāo)識(shí)示意圖。圖8是本發(fā)明視覺影像平面角度的符號(hào)標(biāo)識(shí)示意圖。主要元件符號(hào)說明
主控電腦j
機(jī)械手臂2
影像擷取裝置.3 _
鏡頭30
被測(cè)物體4
機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 10
存儲(chǔ)裝置_12_
處理器14
第一移動(dòng)控制模塊100
對(duì)焦模塊102
影像分析模塊104
第二移動(dòng)控制模塊106
影像擷取控制模塊108
第三移動(dòng)控制模塊HO
位置計(jì)算模塊112
機(jī)械手臂校正模塊Il 14
如下具體實(shí)施方式
將結(jié)合上述附圖進(jìn)ー步說明本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，是本發(fā)明機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)較佳實(shí)施例的應(yīng)用環(huán)境圖。該機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)10運(yùn)行于一個(gè)計(jì)算裝置如主控電腦I中，該主控電腦I還包括存儲(chǔ)裝置12和至少ー個(gè)處理器14。所述機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)10以軟件程序或指令的形式安裝在該存儲(chǔ)裝置12中，并由所述至少一個(gè)處理器14來控制該機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)10的執(zhí)行。如圖2所示，所述機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)10包括第一移動(dòng)控制模塊100、對(duì)焦模塊102、影像分析模塊104、第二移動(dòng)控制模塊106、影像擷取控制模塊108、第三移動(dòng)控制模塊110、位置計(jì)算模塊112和機(jī)械手臂校正模塊114。模塊100至114的功能將在圖4中進(jìn)行詳細(xì)描述。在本實(shí)施例中，所述主控電腦I與ー個(gè)機(jī)械手臂2相連接，用于控制該機(jī)械手臂2觀測(cè)被測(cè)物體4。為了提高觀測(cè)精度，本實(shí)施例在機(jī)械手臂2的前法蘭面復(fù)合機(jī)座的固定裝置上附掛了ー個(gè)影像擷取裝置3。如圖3所示，該影像擷取裝置3可作為ー個(gè)關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂的第六軸，附掛在該關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂的前法蘭面復(fù)合機(jī)座的固定裝置上。在該影像擷取裝置3的前端，有一個(gè)鏡頭30。本實(shí)施例中，該機(jī)械手臂2還可以為非關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂。如圖4所示，是本發(fā)明機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制方法較佳實(shí)施例的作業(yè)流程圖。步驟S400，第一移動(dòng)控制模塊100控制機(jī)械手臂2移動(dòng)，以使得被測(cè)物體4進(jìn)入該機(jī)械手臂2前端的影像擷取裝置3的視覺影像平面內(nèi)，該視覺影像平面如圖5所示，于該視覺影像平面中，成像平面的屏幕寬度為W。步驟S402，對(duì)焦模塊102通過控制機(jī)械手臂2的垂直移動(dòng)來完成影像擷取裝置3的鏡頭30對(duì)被測(cè)物體4進(jìn)行對(duì)焦。例如，控制機(jī)械手臂2垂直移動(dòng)，使得被測(cè)物體4位于鏡頭30的景深范圍內(nèi)，然后對(duì)鏡頭30所攝取到的被測(cè)物體4的影像進(jìn)行對(duì)比度直方統(tǒng)計(jì)分析，使得被測(cè)物體4的影像清晰度最佳化，以完成對(duì)焦流程。步驟S404，影像分析模塊104對(duì)被測(cè)物體4的影像進(jìn)行輪廓邊緣分析，以獲取被測(cè)物體4的影像面積中心點(diǎn)，如圖5和圖6中所示的點(diǎn)P。步驟S406，第二移動(dòng)控制模塊106控制機(jī)械手臂2移動(dòng)，使得被測(cè)物體4的影像面積中心點(diǎn)P與所述視覺影像平面的中心點(diǎn)重合，并控制機(jī)械手臂2在垂直方向上移動(dòng)，以完成鏡頭30對(duì)被測(cè)物體4進(jìn)行對(duì)焦。步驟S408，影像擷取控制模塊108記錄該視覺影像平面的中心點(diǎn)在空間內(nèi)的坐標(biāo)位置為點(diǎn)a，并獲取被測(cè)物體4在該點(diǎn)a處的影像，舉例而言，該影像可如圖5內(nèi)視覺影像平面中以點(diǎn)a為中心的圖形。步驟S410，第三移動(dòng)控制模塊110控制機(jī)械手臂2移動(dòng)，以使得所述視覺影像平面的中心點(diǎn)由點(diǎn)a水平移動(dòng)長度L，如圖6所示。步驟S412，在所述視覺影像平面的中心點(diǎn)由點(diǎn)a水平移動(dòng)長度L后，重復(fù)執(zhí)行步驟S406，使得被測(cè)物體4的影像面積中心點(diǎn)P再次與所述視覺影像平面的中心點(diǎn)重合并實(shí)現(xiàn)鏡頭30對(duì)被測(cè)物體4的對(duì)焦，而后，所述影像擷取控制模塊108將該視覺影像平面的中心點(diǎn)水平移動(dòng)后在空間內(nèi)的坐標(biāo)位置記為點(diǎn)b，并獲取被測(cè)物體4在點(diǎn)b處的影像，該影像可如圖5內(nèi)視覺影像平面中以點(diǎn)b為中心的圖形。步驟S414，位置計(jì)算模塊112計(jì)算被測(cè)物體4在視覺影像平面內(nèi)的總位移量，井根據(jù)該總位移量、點(diǎn)a、點(diǎn)b和所述水平移動(dòng)長度L分析得到被測(cè)物體與鏡頭的中心點(diǎn)間的正
交垂直距離。具體而言，被測(cè)物體4在視覺影像平面內(nèi)的總位移量等于X1+X2，如圖7所示，Xl為視覺影像平面中以點(diǎn)a為中心的圖形從點(diǎn)a到右邊緣的長度，X2為視覺影像平面中以點(diǎn)b為中心的圖形從點(diǎn)b到左邊緣的長度。由圖6中的示意圖可以得出以下公式
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制方法，應(yīng)用于計(jì)算裝置中，其特征在于，該方法包括以下步驟 第一移動(dòng)控制步驟，控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得被測(cè)物體進(jìn)入該機(jī)械手臂前端的影像擷取裝置的視覺影像平面內(nèi)； 對(duì)焦步驟，通過控制機(jī)械手臂的垂直移動(dòng)來完成影像擷取裝置的鏡頭對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行對(duì)焦； 影像分析步驟，對(duì)被測(cè)物體的影像進(jìn)行輪廓邊緣分析，以獲取被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)； 第二移動(dòng)控制步驟，控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)與所述視覺影像平面的中心點(diǎn)重合； 第一影像擷取控制步驟，記錄該視覺影像平面的中心點(diǎn)在空間內(nèi)的坐標(biāo)位置為點(diǎn)a，并獲取被測(cè)物體在該點(diǎn)a處的影像； 第三移動(dòng)控制步驟，控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得所述視覺影像平面的中心點(diǎn)由點(diǎn)a水平移動(dòng)長度L ； 重復(fù)執(zhí)行第二移動(dòng)控制步驟，使得被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)再次與水平移動(dòng)長度L后的視覺影像平面的中心點(diǎn)重合； 第二影像擷取控制步驟，記錄水平移動(dòng)長度L后的該視覺影像平面的中心點(diǎn)在空間內(nèi)的坐標(biāo)位置為點(diǎn)b，獲取被測(cè)物體在點(diǎn)b處的影像； 位置計(jì)算步驟，計(jì)算被測(cè)物體在視覺影像平面內(nèi)的總位移量，并根據(jù)該總位移量、點(diǎn)a、點(diǎn)b和所述水平移動(dòng)長度L分析得到被測(cè)物體與鏡頭的中心點(diǎn)間的正交垂直距離；及機(jī)械手臂校正步驟，根據(jù)該正交垂直距離控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得鏡頭的法向量與被測(cè)物體的法向量平行。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，所述對(duì)焦步驟包括 控制機(jī)械手臂垂直移動(dòng)，使得被測(cè)物體位于影像擷取裝置的鏡頭的景深范圍內(nèi)；及 進(jìn)行對(duì)比度直方統(tǒng)計(jì)分析，使得被測(cè)物體的影像清晰度最佳化。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，所述影像擷取裝置固定在機(jī)械手臂的前法蘭面復(fù)合機(jī)座的固定裝置上。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，該方法在第二移動(dòng)控制步驟中還包括 控制機(jī)械手臂在垂直方向上移動(dòng)，以完成影像擷取裝置的鏡頭對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行對(duì)焦。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，所述機(jī)械手臂為關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂或非關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂。
6.一種機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)行于計(jì)算裝置中，其特征在于，該系統(tǒng)包括 第一移動(dòng)控制模塊，用于控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得被測(cè)物體進(jìn)入該機(jī)械手臂前端的影像擷取裝置的視覺影像平面內(nèi)； 對(duì)焦模塊，用于通過控制機(jī)械手臂的垂直移動(dòng)來完成影像擷取裝置的鏡頭對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行對(duì)焦； 影像分析模塊，用于對(duì)被測(cè)物體的影像進(jìn)行輪廓邊緣分析，以獲取被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)；第二移動(dòng)控制模塊，還用于控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)與所述視覺影像平面的中心點(diǎn)重合； 影像擷取控制模塊，用于記錄該視覺影像平面的中心點(diǎn)在空間內(nèi)的坐標(biāo)位置為點(diǎn)a，并獲取被測(cè)物體在該點(diǎn)a處的影像； 第三移動(dòng)控制模塊，還用于控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得所述視覺影像平面的中心點(diǎn)由點(diǎn)a水平移動(dòng)長度L ； 所述第二移動(dòng)控制模塊，還用于在所述視覺影像平面的中心點(diǎn)由點(diǎn)a水平移動(dòng)長度L后，控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得被測(cè)物體的影像面積中心點(diǎn)再次與該視覺影像平面的中心點(diǎn)重合； 所述影像擷取控制模塊，還用于記錄水平移動(dòng)長度L后的該視覺影像平面的中心點(diǎn)在空間內(nèi)的坐標(biāo)位置為點(diǎn)b，獲取被測(cè)物體在點(diǎn)b處的影像； 位置計(jì)算模塊，用于計(jì)算被測(cè)物體在視覺影像平面內(nèi)的總位移量，并根據(jù)該總位移量、點(diǎn)a、點(diǎn)b和所述水平移動(dòng)長度L分析得到被測(cè)物體與鏡頭的中心點(diǎn)間的正交垂直距離 '及 機(jī)械手臂校正模塊，用于根據(jù)該正交垂直距離控制機(jī)械手臂移動(dòng)，使得鏡頭的法向量與被測(cè)物體的法向量平行。
7.如權(quán)利要求6所述的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述對(duì)焦模塊通過以下步驟完成影像擷取裝置的鏡頭對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行對(duì)焦 控制機(jī)械手臂垂直移動(dòng)，使得被測(cè)物體位于影像擷取裝置的鏡頭的景深范圍內(nèi)；及 進(jìn)行對(duì)比度直方統(tǒng)計(jì)分析，使得被測(cè)物體的影像清晰度最佳化。
8.如權(quán)利要求6所述的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述影像擷取裝置固定在機(jī)械手臂的前法蘭面復(fù)合機(jī)座的固定裝置上。
9.如權(quán)利要求6所述的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述對(duì)焦模塊還用于在影像面積中心點(diǎn)與所述視覺影像平面的中心點(diǎn)重合后，控制機(jī)械手臂在垂直方向上移動(dòng)，以完成影像擷取裝置的鏡頭對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行對(duì)焦。
10.如權(quán)利要求6所述的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)械手臂為關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂或非關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂。
全文摘要
一種機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)行于主控電腦中，通過該主控電腦來控制機(jī)械手臂的移動(dòng)，分析得出被測(cè)物體與該機(jī)械手臂前端的視覺裝置的鏡頭中心點(diǎn)間的正交垂直距離，并根據(jù)該分析得出的正交垂直距離校正機(jī)械手臂的位移，使得鏡頭更精確地垂直于被測(cè)物體。本發(fā)明還提供一種機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制方法。
文檔編號(hào)B25J13/08GK103029131SQ20111029290
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月6日
發(fā)明者李昇軍, 廖俊能, 曾文亮, 梁獻(xiàn)全, 李政憲, 許壽國 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司