一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法，包括以下步驟：將機(jī)器視覺單元與機(jī)器人數(shù)控單元連接；通過該機(jī)器視覺單元攝取工件的成像坐標(biāo)位姿，并將該成像坐標(biāo)位姿發(fā)送至位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊；該位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊將該成像坐標(biāo)位姿轉(zhuǎn)換為世界空間坐標(biāo)位姿，并發(fā)送至數(shù)控單元。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在視覺子系統(tǒng)和數(shù)控子系統(tǒng)內(nèi)部固化了處理算法，具體將該處理算法固化在一位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊中。因此，應(yīng)用工程師在工程開發(fā)中，無需牽涉理論性強(qiáng)的計算過程，僅需關(guān)注數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)和機(jī)器人本體、機(jī)器視覺單元的參數(shù)設(shè)定，既滿足核心算法保密要求也縮短了開發(fā)周期。
【專利說明】一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于先進(jìn)制造及機(jī)器人控制領(lǐng)域，涉及一種數(shù)據(jù)變換方法，特別是一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器視覺應(yīng)用于機(jī)器人控制領(lǐng)域是目前機(jī)器人工業(yè)化應(yīng)用的重要里程碑。獨立的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用受場地、加工目標(biāo)、加工方式及開發(fā)效率的多重約束，應(yīng)用推廣面窄量少。集成了視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控裝備或工業(yè)機(jī)器人可以在更大工作空間執(zhí)行更加復(fù)雜、細(xì)膩的動作，可以在平面內(nèi)定位工件位置，將工件坐標(biāo)變換到機(jī)器人坐標(biāo)后由機(jī)器人執(zhí)行抓取動作。
[0003]機(jī)器視覺系統(tǒng)可以用于噴涂工件邊界和質(zhì)心的定位，進(jìn)而解決噴涂機(jī)器人末端實際位置與期望位置誤差過大的問題；機(jī)器視覺用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測，可通過智能數(shù)控裝備對良/次品進(jìn)行分類；雙目機(jī)器視覺可用于三維空間中立體目標(biāo)的識別和檢測，視覺智能工業(yè)機(jī)器人可以實現(xiàn)對立體目標(biāo)的抓取和跟蹤等動作。機(jī)器視覺應(yīng)用于機(jī)器人的優(yōu)勢在于獲取信息量大、處理快捷、精度及自動化程度較高且成本不高。
[0004]目前，機(jī)器視覺系統(tǒng)與機(jī)器人控制器的集成，已越來越多地應(yīng)用于工程中，但存在應(yīng)用開發(fā)難度大的問題，而且可開發(fā)性不高，開發(fā)效率低下，技術(shù)可靠性和適用性不高，發(fā)展較困難。其中，視覺智能機(jī)器人對目標(biāo)工件的標(biāo)定是視覺智能數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0005]理論上，相關(guān)高校和科研院所從理論上解決了矩陣齊次變換方程的誤差積累問題，確保了視覺系統(tǒng)的標(biāo)定精度，為機(jī)器視覺進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用掃清了障礙。相關(guān)標(biāo)定方法的理論分析及成果發(fā)布集中于機(jī)器人手眼視覺相機(jī)系統(tǒng)內(nèi)、外部參數(shù)的優(yōu)化求解。然而，這些方法在條件設(shè)定或狀態(tài)約束有要求，因此距離應(yīng)用有一定距離。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，ABB公司2004年公開了用于標(biāo)定機(jī)器人末端TCP的文獻(xiàn)，見“ProductManuals, ABB Robot Document IRB 1410 M2004, 2004”，具體的在機(jī)器人所加工目標(biāo)工件上建立的坐標(biāo)系為工件坐標(biāo)系，機(jī)器人通常工作在工件坐標(biāo)系下，工件坐標(biāo)系的建立可由“三點法”標(biāo)定得到。工件坐標(biāo)系是根據(jù)目標(biāo)工件位姿自由建立的，但建立的方法不僅限于“三點法”，甚至可把機(jī)器人基坐標(biāo)系等同為工件坐標(biāo)系，其目的是為方便機(jī)器人對工件的加工。
[0007]在現(xiàn)有技術(shù)中的這些方法的實質(zhì)都是將工件、機(jī)器人及相機(jī)成像系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)一，忽略相機(jī)成像深度信息，簡化標(biāo)定方法，減少計算量，易于現(xiàn)場實施。然而，其集成開發(fā)模式體現(xiàn)為:根據(jù)具體的機(jī)器人應(yīng)用目標(biāo)，選型機(jī)器人本體和機(jī)器視覺系統(tǒng)，需分別對機(jī)器人控制器和機(jī)器視覺系統(tǒng)開發(fā)。開發(fā)過程采用PC架構(gòu)，則因涉及不同系統(tǒng)平臺采用不同開發(fā)模式而導(dǎo)致控制器和視覺系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸、共享、交換及數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，坐標(biāo)變換及處理數(shù)據(jù)融合方面難度較大。
[0008]因此，限于基本開發(fā)工具特點，開發(fā)過程所涉及建模、求解、轉(zhuǎn)換、輸出等環(huán)節(jié)沒有標(biāo)準(zhǔn)模式，需依賴控制對象訂制開發(fā)，一旦對象構(gòu)型、參數(shù)、位姿、配置等發(fā)生改變，則需重新進(jìn)行標(biāo)定，甚至處理算法也會做出相應(yīng)調(diào)整。這種開發(fā)模式，對人員素質(zhì)要求高，開發(fā)資源耗費(fèi)大且效率不高，后續(xù)改進(jìn)、維護(hù)困難。開發(fā)方式的不同引起工程實施效率和實施質(zhì)量的差別，體現(xiàn)在工程中即產(chǎn)品良率、精確性、粗糙度、產(chǎn)量等方面的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法。
[0010]本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法，包括以下步驟:
[0011 ] 將機(jī)器視覺單元與機(jī)器人數(shù)控單元連接；
[0012]通過該機(jī)器視覺單元攝取工件的成像坐標(biāo)，并將該成像坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊；
[0013]該位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊將該成像坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為世界空間坐標(biāo)位姿，并發(fā)送至數(shù)控單
J Li ο
[0014]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過將機(jī)器視覺子系統(tǒng)與機(jī)器人數(shù)控系統(tǒng)集成，即形成了具有視覺智能的數(shù)控系統(tǒng)。通過硬件平臺統(tǒng)一的系統(tǒng)，優(yōu)勢在于方便開發(fā)，數(shù)據(jù)便于管理，系統(tǒng)本身即為處理終端，PC作為開發(fā)平臺不參與工程實施。
[0015]進(jìn)一步，在視覺子系統(tǒng)和數(shù)控子系統(tǒng)內(nèi)部固化了處理算法，具體將該處理算法固化在一位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊中。因此，應(yīng)用工程師在工程開發(fā)中，無需牽涉理論性強(qiáng)的計算過程，僅需關(guān)注數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)和機(jī)器人本體、機(jī)器視覺單元的參數(shù)設(shè)定，既滿足核心算法保密要求也縮短了開發(fā)周期。同時，該標(biāo)準(zhǔn)化模塊的開發(fā)和更新僅針對目標(biāo)硬件平臺，這種細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)流程，適合多行業(yè)視覺智能機(jī)器人導(dǎo)入應(yīng)用。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊將成像坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為世界空間坐標(biāo)位姿具體包括以下步驟:
[0017]將變換方法固化在位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊中；
[0018]輸入信息至位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊，輸入的信息包括:機(jī)器視覺單元與機(jī)器人主體的安裝方式參數(shù)、機(jī)器人主體位姿、機(jī)器人主體的關(guān)節(jié)構(gòu)成的矩陣、機(jī)器人主體的位置偏移參數(shù)、標(biāo)定次數(shù)、標(biāo)定數(shù)據(jù)，以及標(biāo)定方式參數(shù)；
[0019]根據(jù)變換方法，將輸入信息進(jìn)行變換求解；
[0020]由該位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊輸出信息，輸出的信息包括:求解狀態(tài)參數(shù)、求解結(jié)果、機(jī)器視覺單元的空間坐標(biāo)位姿數(shù)據(jù)，以及變換方法所使用的轉(zhuǎn)換矩陣。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述機(jī)器視覺單元與機(jī)器人主體的安裝方式為:將機(jī)器視覺單元安裝在機(jī)器人末端或?qū)C(jī)器視覺單元安裝在工作環(huán)境的固定點上；
[0022]若機(jī)器視覺單元安裝在機(jī)器人末端，則輸入的安裝方式參數(shù)值為1 ;所述輸入的標(biāo)定次數(shù)至少為2次；所述標(biāo)定方式三點法；所述輸出的機(jī)器視覺單元的空間位姿數(shù)據(jù)為機(jī)器人末端在不同的測量點時的空間位姿數(shù)據(jù)；
[0023]若機(jī)器視覺單元安裝在工作環(huán)境的固定點上，則輸入的安裝方式的參數(shù)值為0 ;所述標(biāo)定次數(shù)至少為1次；所述標(biāo)定方法為兩點法；所述機(jī)器視覺單元的空間坐標(biāo)位姿數(shù)據(jù)為固定值。
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述輸出的求解狀態(tài)包括有解狀態(tài)和無解狀態(tài)；所述有解狀態(tài)的參數(shù)值為1，無解狀態(tài)的參數(shù)值為0。
[0025]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明的數(shù)據(jù)變換方法應(yīng)用于機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)時，包括以下步驟:
[0026]在機(jī)器視覺單元配置處理流程；
[0027]在機(jī)器人數(shù)控單元開發(fā)應(yīng)用程序；
[0028]根據(jù)視覺處理需要，調(diào)用位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)變換運(yùn)算，將結(jié)果分別傳送機(jī)器視覺單元、機(jī)器人數(shù)控單元，用于工作對象控制。
[0029]為了更好地理解和實施，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的視覺智能控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法的流程圖。
[0031]圖2是本發(fā)明的位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊的位姿變換流程圖。
[0032]圖3是機(jī)器視覺單元安裝于機(jī)器人主體的示意圖。
[0033]圖4是機(jī)器視覺單元安裝于工作環(huán)境的固定點示意圖。
[0034]圖5是本發(fā)明的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的示意圖。
[0035]圖6是本發(fā)明的位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊的示意圖。
[0036]圖7是本發(fā)明的位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊的輸入和輸入信息示意圖。

【具體實施方式】
[0037]請參閱圖1，其為本發(fā)明的視覺智能控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法的流程圖。
[0038]一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法，所述視覺智能數(shù)控系統(tǒng)包括機(jī)器視覺單元、數(shù)控單元和位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊。所述數(shù)據(jù)變換方法包括以下步驟:
[0039]S1:將機(jī)器視覺單元與機(jī)器人數(shù)控單元連接；
[0040]S2:通過該機(jī)器視覺單元攝取工件的成像坐標(biāo)位姿，并將該成像坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊；
[0041]S3:該位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊將該成像坐標(biāo)位姿轉(zhuǎn)換為世界空間坐標(biāo)位姿，并發(fā)送至數(shù)控單元。
[0042]請參閱圖2，其為位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊的位姿變換流程圖。進(jìn)一步，所述步驟S3中，具體包括以下步驟:
[0043]S31:將變換方法固化在位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊中；
[0044]S32:輸入信息至位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊，輸入的信息包括:機(jī)器視覺單元與機(jī)器人主體的安裝方式參數(shù)、機(jī)器人主體位姿、機(jī)器人主體的關(guān)節(jié)構(gòu)成的矩陣、機(jī)器人主體的位置偏移參數(shù)、標(biāo)定次數(shù)、標(biāo)定數(shù)據(jù)，以及標(biāo)定方式參數(shù)；
[0045]S33:根據(jù)變換方法，將輸入信息進(jìn)行變換求解；
[0046]S43:由該位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊輸出信息，輸出的信息包括:求解狀態(tài)參數(shù)、求解結(jié)果、機(jī)器視覺單元的空間坐標(biāo)位姿數(shù)據(jù)，以及變換方法所使用的轉(zhuǎn)換矩陣。
[0047]進(jìn)一步，所述機(jī)器視覺單元與機(jī)器人主體的安裝方式為:將機(jī)器視覺單元安裝在機(jī)器人末端或?qū)C(jī)器視覺單元安裝在工作環(huán)境的固定點上。
[0048]請參閱圖3，其為機(jī)器視覺單元安裝于機(jī)器人主體的示意圖。
[0049]若機(jī)器視覺單元安裝在機(jī)器人末端，則輸入的信息具體為:
[0050]所述安裝方式參數(shù)值為1。
[0051]所述機(jī)器人主體位姿為6個浮點數(shù)，即所處工作環(huán)境中的機(jī)器人基座相對世界坐標(biāo)系的位姿數(shù)據(jù)(xB，yB，zB，ΘΒ, αΒ, Υβ)。
[0052]所述機(jī)器人主體的關(guān)節(jié)構(gòu)成的矩陣為機(jī)器人D-Η矩陣，表示機(jī)器人的關(guān)節(jié)構(gòu)成；
[0053]所述機(jī)器人主體的位置偏移參數(shù)輸入為6個浮點坐標(biāo)值
(ΧΒ。，Υβο) ΖΒο> 9 Βο) α Bo) Y Bo)。
[0054]所述輸入的標(biāo)定次數(shù)至少為2次，超越此標(biāo)定次數(shù)則為冗余數(shù)據(jù)，供過程處理模塊參考驗證。
[0055]所述標(biāo)定數(shù)據(jù)的格式為:末端位姿(xTi，yTi, zTi, Θ Ti, α Ti, YTi)+工件的位置坐標(biāo)(Χμ?，Υμ?^，其中:i 1、2、3...ο
[0056]所述標(biāo)定方式三點法，即同時對工件的三個點上進(jìn)行拍攝。
[0057]所述輸出信息具體為:
[0058]所述變換方法求解狀態(tài)參數(shù)，此選項有解則值為1，無解則值為0。
[0059]所述變換求解結(jié)果，為工件空間位姿，(xww，yww, zww, θ '，α y ww)。
[0060]所述機(jī)器視覺單元的空間位姿數(shù)據(jù)，為機(jī)器人主體多次變換測量點的相機(jī)對應(yīng)位姿數(shù)據(jù)。
[0061]所述轉(zhuǎn)換矩陣輸出，為分別對應(yīng)具體所采用不同變換方法。
[0062]請參閱圖4，其為機(jī)器視覺單元安裝于工作環(huán)境的固定點示意圖。
[0063]若機(jī)器視覺單元安裝在工作環(huán)境的固定點上，則輸入的信息具體為:
[0064]所述安裝方式參數(shù)值為0。
[0065]所述機(jī)器人主體位姿為6個浮點數(shù)，即所處工作環(huán)境中的機(jī)器人基座相對世界坐標(biāo)系的位姿數(shù)據(jù)(xB，yB，zB，ΘΒ, αΒ, Υβ)。
[0066]所述機(jī)器人主體的關(guān)節(jié)構(gòu)成的矩陣為機(jī)器人D-Η矩陣，表示機(jī)器人的關(guān)節(jié)構(gòu)成；
[0067]所述機(jī)器人主體的位置偏移參數(shù)輸入為6個浮點坐標(biāo)值
(ΧΒ。，Υβο) ΖΒο> 9 Βο) α Bo) Y Bo)。
[0068]所述輸入的標(biāo)定次數(shù)至少為1次，超越此標(biāo)定次數(shù)則為冗余數(shù)據(jù)，供過程處理模塊參考驗證。
[0069]所述標(biāo)定數(shù)據(jù)的格式為:固定點位姿+工件的位置坐標(biāo)。
[0070]所述標(biāo)定方式兩點法，即同時對工件的兩個點上進(jìn)行拍攝。
[0071]所述輸出信息具體為:
[0072]所述變換方法求解狀態(tài)參數(shù)，此選項有解則值為1，無解則值為0。
[0073]所述變換求解結(jié)果，為固定值(xci,yci, zci, Θ ci, α ci, y ci) i = 1、2。
[0074]所述機(jī)器視覺單元的空間位姿數(shù)據(jù)，為機(jī)器人主體多次變換測量點的相機(jī)對應(yīng)位姿數(shù)據(jù)。
[0075]所述轉(zhuǎn)換矩陣輸出，為分別對應(yīng)具體所采用不同變換方法。
[0076]以下提供一種用于實現(xiàn)上述數(shù)據(jù)變換方法的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)。
[0077]進(jìn)一步，本發(fā)明的數(shù)據(jù)變換方法應(yīng)用于機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)時，可以采用以下步驟:
[0078]在機(jī)器視覺單元配置處理流程；
[0079]在機(jī)器人數(shù)控單元開發(fā)應(yīng)用程序；
[0080]根據(jù)視覺處理需要，調(diào)用位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)變換運(yùn)算，將結(jié)果分別傳送機(jī)器視覺單元、機(jī)器人數(shù)控單元，用于工作對象控制。
[0081 ] 請參閱圖5，其為本發(fā)明的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的示意圖。本發(fā)明的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，包括機(jī)器視覺單元1、數(shù)控單元2、機(jī)器人主體3、光源4、監(jiān)視器5、交換機(jī)6、遠(yuǎn)程服務(wù)器7和位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊10。
[0082]所述機(jī)器視覺單元1，用于拍攝工件9，攝取工件9的成像坐標(biāo)位姿。作為優(yōu)選，在本實施例中，所述機(jī)器視覺單元1為一相機(jī)。
[0083]所述位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊10用于接收機(jī)器視覺單元1的成像坐標(biāo)位姿，將該成像坐標(biāo)位姿轉(zhuǎn)換為世界空間坐標(biāo)位姿，并將該世界空間坐標(biāo)位姿發(fā)送至數(shù)控單元2。
[0084]所述機(jī)器人主體3設(shè)有一電機(jī)控制模塊31和一運(yùn)動控制模塊；所述電機(jī)控制模塊用以控制機(jī)器人主體3上的關(guān)節(jié)電機(jī)，從而控制機(jī)器人主體3的動作。所述運(yùn)動模塊用以控制機(jī)器人主體3整體的移動。
[0085]所述數(shù)控單元2包括一運(yùn)動控制子單元21和邏輯控制子單元22，其中，所述運(yùn)動控制子單元用于控制機(jī)器人主體3的動作。具體的，所述運(yùn)動控制子單元21通過與電機(jī)控制模塊31連接，從而實現(xiàn)對機(jī)器人主體3的動作。該所述邏輯控制子單元22用于控制機(jī)器人的運(yùn)動和處理機(jī)器視覺單元1的攝像信息。具體的，所述邏輯控制子單元22通過與運(yùn)動模塊的運(yùn)動I/O端口 32連接，控制對機(jī)器人的運(yùn)動。所述邏輯控制子單元通過22與機(jī)器視覺單元1的I/O端口 11連接，實現(xiàn)對機(jī)器視覺單元1的攝像信息的處理。
[0086]所述光源4，用于對工件9進(jìn)行光照，以配合機(jī)器視覺單元1進(jìn)行工件9的拍攝。
[0087]所述監(jiān)視器5通過該交換機(jī)6與機(jī)器視覺單元1連接，用以顯示機(jī)器視覺單元1的視頻信息。
[0088]所述遠(yuǎn)程服務(wù)器7通過該交換機(jī)6分別與機(jī)器視覺單元1和數(shù)控單元2連接，進(jìn)行生產(chǎn)過程的監(jiān)控和運(yùn)算。
[0089]進(jìn)一步，本發(fā)明可通過PC端集成開發(fā)調(diào)試環(huán)境8實現(xiàn)對機(jī)器人的數(shù)控單元2的編程、調(diào)試。具體的，可采用本地USB或以太網(wǎng)方式，實現(xiàn)PC與數(shù)控單元2的連接。同時，該P(yáng)C也可通過交換機(jī)6對機(jī)器視覺單元1進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試。
[0090]請同時參閱圖6和圖7，其分別為本發(fā)明的位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊的示意圖和本發(fā)明的位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊的輸入和輸入信息示意圖。
[0091]進(jìn)一步，所述位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊10包括一輸入端102、變換方法子模塊101和輸出端103。
[0092]所述輸入端用以接收機(jī)器視覺單元1與機(jī)器人主體3的安裝方式參數(shù)、機(jī)器人主體3位姿、機(jī)器人主體3的關(guān)節(jié)構(gòu)成的矩陣、機(jī)器人主體3的位置偏移參數(shù)、標(biāo)定次數(shù)、標(biāo)定數(shù)據(jù)，以及標(biāo)定方式參數(shù)。
[0093]所述變換方法子模塊根據(jù)輸入端的輸入信息進(jìn)行變換求解，將結(jié)果發(fā)送至輸出端。
[0094]所述輸出端，用以接收變換方法子模塊的求解結(jié)果，并輸出變換方法子模塊的求解狀態(tài)參數(shù)、求解結(jié)果、機(jī)器視覺單元1的空間坐標(biāo)位姿數(shù)據(jù)，以及變換方法子模塊所使用的轉(zhuǎn)換矩陣。
[0095]具體的，所述機(jī)器視覺單元1與機(jī)器人主體3的安裝方式，可以分為:機(jī)器視覺單元1安裝在機(jī)器人主體3上，以及機(jī)器視覺單元1安裝在工作環(huán)境的固定點上。
[0096]以下詳細(xì)介紹本發(fā)明的機(jī)器智能數(shù)控系統(tǒng)的配置和工作過程:
[0097](1)設(shè)定公共數(shù)據(jù)區(qū)，包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)，并配置共享傳輸條目。本步驟在PC端集成開發(fā)環(huán)境中完成設(shè)置，其中:數(shù)控單元2的設(shè)置通過Mot1n和PLC編程環(huán)境的相關(guān)選項實現(xiàn)，機(jī)器視覺單元的設(shè)置通過SC (Smart Camera)編程環(huán)境的相關(guān)選項實現(xiàn)，通信模式采取廣播形式，使得各子系統(tǒng)都能獲得其他子系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)。
[0098](2)設(shè)計機(jī)器人運(yùn)動及邏輯程序，在PC端的集成開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)Mot1n、PLC編程及SC編程。本步驟在PC端集成開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)，無需編寫代碼，僅需確定工作流程做出對應(yīng)SFC順序功能圖、PLC梯形圖及SC作業(yè)流程圖，編譯/解釋后下載到各子系統(tǒng)硬件平臺。
[0099](3)根據(jù)機(jī)器視覺單元的任務(wù)分配，配置工件標(biāo)定位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊。并將其嵌入機(jī)器人運(yùn)動及邏輯程序中。將機(jī)器人和相機(jī)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，在工藝實施過程中實現(xiàn)自動變換。其中，數(shù)據(jù)變換結(jié)果，即工件位姿和相機(jī)位姿，可共享到各子系統(tǒng)。
[0100](4)機(jī)器視覺單元對水平傳輸帶上目標(biāo)工件的3個標(biāo)志點進(jìn)行2次不同位姿拍攝，每次拍攝需在視場范圍內(nèi)進(jìn)行對中，即標(biāo)志點位于視場中心，取得此時相關(guān)的相機(jī)位姿即可根據(jù)相機(jī)-機(jī)器人-目標(biāo)工件間的轉(zhuǎn)換關(guān)系由每次工件像素坐標(biāo)輸入獲得實時工件位姿數(shù)據(jù)輸出。
[0101]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過將機(jī)器視覺子系統(tǒng)與開放式數(shù)控系統(tǒng)集成，即形成了具有視覺智能的數(shù)控系統(tǒng)。通過硬件平臺統(tǒng)一的系統(tǒng)，優(yōu)勢在于方便開發(fā)，數(shù)據(jù)便于管理，系統(tǒng)本身即為處理終端，PC作為開發(fā)平臺不參與工程實施。
[0102]進(jìn)一步，在視覺子系統(tǒng)和數(shù)控子系統(tǒng)內(nèi)部固化了處理算法，具體將該處理算法固化在一位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊中。因此，應(yīng)用工程師在工程開發(fā)中，無需牽涉理論性強(qiáng)的計算過程，僅需關(guān)注應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)器人本體、機(jī)器視覺單元的參數(shù)設(shè)定，既滿足核心算法保密要求也縮短了開發(fā)周期。同時，該標(biāo)準(zhǔn)化模塊的開發(fā)和更新僅針對目標(biāo)硬件平臺，這種細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)流程，適合多行業(yè)視覺智能機(jī)器人導(dǎo)入應(yīng)用。
[0103]本發(fā)明并不局限于上述實施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形。
【權(quán)利要求】
1.一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法，其特征在于:所述視覺智能數(shù)控系統(tǒng)包括機(jī)器視覺單元、機(jī)器人數(shù)控單元和位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊；該數(shù)據(jù)變換方法包括以下步驟: 將機(jī)器視覺單元與機(jī)器人數(shù)控單元連接； 通過該機(jī)器視覺單元攝取工件的成像坐標(biāo)，并將該成像坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送至位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊； 該位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊將該成像坐標(biāo)系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為世界空間坐標(biāo)位姿，并發(fā)送至數(shù)控單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法，其特征在于:所述位姿標(biāo)準(zhǔn)模 塊將成像坐標(biāo)位姿轉(zhuǎn)換為世界空間坐標(biāo)位姿具體包括以下步驟: 將變換方法固化在位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊中； 輸入信息至位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊，輸入的信息包括:機(jī)器視覺單元與機(jī)器人末端的安裝方式參數(shù)、機(jī)器人主體位姿、機(jī)器人主體的關(guān)節(jié)構(gòu)成的矩陣、機(jī)器人主體的位置偏移參數(shù)、標(biāo)定次數(shù)、標(biāo)定數(shù)據(jù)，以及標(biāo)定方式參數(shù)； 根據(jù)變換方法，將輸入信息進(jìn)行變換求解； 由該位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊輸出信息，輸出的信息包括:求解狀態(tài)參數(shù)、求解結(jié)果、機(jī)器視覺單元的空間坐標(biāo)位姿數(shù)據(jù)，以及變換方法所獲得的轉(zhuǎn)換矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法，其特征在于:所述機(jī)器視覺單元與機(jī)器人主體的安裝方式為:將機(jī)器視覺單元安裝在機(jī)器人末端或?qū)C(jī)器視覺單元安裝在工作環(huán)境的固定點上； 若機(jī)器視覺單元安裝在機(jī)器人末端，則輸入的安裝方式參數(shù)值為I ;所述輸入的標(biāo)定次數(shù)至少為2次；所述標(biāo)定方式三點法，即同時對工件的三個點上進(jìn)行拍攝；所述輸出的機(jī)器視覺單元的空間位姿數(shù)據(jù)為在機(jī)器人末端在不同的測量點時的空間位姿數(shù)據(jù)； 若機(jī)器視覺單元安裝在工作環(huán)境的固定點上，則輸入的安裝方式的參數(shù)值為O ;所述標(biāo)定次數(shù)至少為I次；所述標(biāo)定方法為兩點法，即同時對工件上的兩個點進(jìn)行拍攝；所述機(jī)器視覺單元的空間坐標(biāo)位姿數(shù)據(jù)為固定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法，其特征在于:所述輸出的求解狀態(tài)包括有解狀態(tài)和無解狀態(tài)；所述有解狀態(tài)的參數(shù)值為1，無解狀態(tài)的參數(shù)值為O。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變換方法，其特征在于:該數(shù)據(jù)變換方法應(yīng)用于機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)時，包括以下步驟: 在機(jī)器視覺單元配置處理流程； 在機(jī)器人數(shù)控單元開發(fā)應(yīng)用程序； 根據(jù)視覺處理需要，調(diào)用位姿標(biāo)準(zhǔn)模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)變換運(yùn)算，將結(jié)果分別傳送機(jī)器視覺單元、機(jī)器人數(shù)控單元，用于工作對象控制。
【文檔編號】G05B19/18GK104298169SQ201410436235
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】王高, 柳寧, 葉文生 申請人:暨南大學(xué)韶關(guān)研究院