一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法
【专利摘要】一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法，所述方法包括：当目标物体开始运动后，启动所述第一拍摄装置和第二拍摄装置；判断目标物体是否进入投影区域，如果是，则启动所述投影仪；所述投影仪在目标物体上投射出带有彩色条纹编码的结构光；获取带有结构光栅的目标物体图片；将获得的带有结构光栅的目标物体图片进行处理，提取图像中的彩色条纹编码；将所述编码进行解码，并通过映射矩阵计算出目标物体的三维信息；机器人手臂根据三维信息对目标物体进行抓取。采用该方法，由基于色彩条纹的结构光的视觉来引导机器人手臂运动，可以使机械手臂操作动作更加准确，实现了机器人动作速度和准确性的优化。
【专利说明】一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种视觉伺服控制方法，尤指一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法。
【背景技术】
[0002]在工业自动化装配和分拣操作中，需要由视觉来获取目标图像，并对图像进行处理以提取目标的位置信息，由位置信息来引导机器人手臂，对其进行控制实现安装和抓取工作，这种技术被称为视觉伺服技术。机器人视觉伺服是一种利用视觉信息对机器人运动实施反馈控制的重要方法，与传统控制方法相比，能提供更高的设计灵活性、任务精度以及智能化水平。与基于标定的运动学视觉伺服方法相比，无标定动态视觉伺服方法无需对系统参数进行精确标定从而避免了精确标定的繁琐性和困难性。
[0003]现有视觉伺服技术中，有场景视觉系统和混合视觉系统。场景视觉系统中工业摄像机固定在场景中的某处；其缺点是不能灵活的获取四周的信息。混合视觉系统中在机器人手臂上安装一工业摄像机的同时，在场景中也固定安装一工业摄像机。通过两个工业摄像机获得的目标位置信息精度较差，得到的信息也不够准确。
【发明内容】
[0004]鉴于以上内容，有必要提供一种准确度高的视觉伺服控制方法。
[0005]一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法，包括一投影仪、第一拍摄装置、第二拍摄装置及一工业机器人，第一拍摄装置、第二拍摄装置及投影仪均安装在机器人的手臂上，所述方法包括如下步骤:
[0006]当目标物体开始运动后，启动所述第一拍摄装置和第二拍摄装置；
[0007]判断目标物体是否进入投影区域，如果是，则启动所述投影仪；
[0008]所述投影仪在目标物体上投射出带有彩色条纹编码的结构光；
[0009]获取带有结构光栅的目标物体图片；
[0010]将获得的带有结构光栅的目标物体图片进行处理，提取图像中的彩色条纹编码；
[0011]将所述编码进行解码，并通过映射矩阵计算出目标物体的三维信息；
[0012]机器人手臂根据三维信息对目标物体进行抓取。
[0013]进一步地，所述第一拍摄装置和第二拍摄装置为两台彩色的工业摄像机。
[0014]进一步地，在目标位置开始运动之前，要对所述第一拍摄装置和第二拍摄装置本身的参数做出标定。
[0015]进一步地，所述投影仪放置在两个拍摄装置之间。
[0016]进一步地，判断目标物体是否进入投影区域的方法为:判断从所述第一拍摄装置和第二拍摄装置获取的图像中，目标物体所占图像像素的比例；如果目标物体占图像像素的比例小于10%，则判定目标物体没有进入投影区域；如果目标物体占图像像素的比例大于10%，则判断目标物体进入投影区域。
[0017]进一步地，启动投影仪后，减小所述机器人手臂电机的控制增益。
[0018]进一步地，结构光由红色、绿色、蓝色、青色、品红色及黄色组成；其颜色编码分别为红色1、绿色2、蓝色3、青色4、品红色5及黄色6。
[0019]相较于现有技术，上述方法准确度高，可以实现机械臂相对于目标物体较高精度的定位，以实现准确的抓取或装配。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]附图是本发明方法实施流程图。
【具体实施方式】
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]请参阅图1，一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法，包括一投影仪10、第一拍摄装置20、第二拍摄装置30及一机器人40，所述第一拍摄装置10、第二拍摄装置20及所述投影仪10均安装在机器人40的手臂上，所述方法包括如下步骤:
[0023]SlO:当目标物体开始运动后，启动所述弟一拍摄装直10和弟_■拍摄装直20。
[0024]所述第一拍摄装置10和第二拍摄装置20为两台彩色的工业摄像机，通过两台工业摄像机拍摄的图像可以获得目标物体的位置信息，并将所述位置信息反馈给所述机器人40。
[0025]在此之前，首先要对两个摄像机本身参数做标定计算，得到二维图像与三维图像的映射矩阵，然后将两个摄像机标定到机器人坐标系当中。摄像机标定方法采用张正友标定方法，在此不再赘述。
[0026]S20:判断目标物体是否进入投影区域，如果是，则启动所述投影仪10。
[0027]所述投影仪10安装在两个拍摄装置的中间位置，其无需做标定，只需保证投影仪投射出的结构光能被两个摄像机拍摄到即可。
[0028]判断目标物体是否进入投影区域的方法为:判断从所述第一拍摄装置10和第二拍摄装置20获取的图像中，目标物体所占图像像素的比例。如果目标物体占图像像素的比例小于10%，则判定目标物体没有进入投影区域；如果目标物体占图像像素的比例大于10%，则判断目标物体进入投影区域。此时，启动投影仪10，减小所述机器人40手臂电机的控制增益，采用柔性控制方法，并执行步骤S30。
[0029]S30:所述投影仪10在目标物体上投射出带有彩色条纹编码的结构光。
[0030]获取所述投影仪10在目标物体上投射出的带有彩色条纹编码的结构光。本实施例中结构光的彩色栅线采用一种彩色条纹伪随机序列空域编码图案，其在对条纹位置编码时充分利用了条纹自身及其周边的色彩信息，可实现单幅图像动态测量。彩色编码图案中选用 3 原色(红(255，O, O),绿(0，255，0)，蓝(0，O, 255))及其反色(青(0，255，255)，品红(255，O, 255)，黄(255，255，O))彩色条纹构成伪随机序列，每个条纹宽度为一个栅线周期，且要求相邻色彩不同，任意连续三个周期色彩排列具有唯一性。为了编码方便，设红色为1，绿色为2，蓝色为3，青色为4，品红色为5，黄色为6。通过随机数据生成器生成总长为123的彩色条纹序列，序列中每个周期的宽度为8个像素，总长为984像素，能够覆盖足够的测量范围。在栅线图像中，每个余弦周期对应一种色彩，其亮度在该色彩对应的有效的RGB通道中变化。
[0031]S40:获取带有结构光栅的目标物体图片；
[0032]所述第一拍摄装置20和第二拍摄装置30在机器人40手臂的移动当中连续拍摄带有结构光的目标物体图片。
[0033]S50:将获得的带有结构光栅的目标物体图片进行处理，提取图像中的彩色条纹编码。
[0034]S60:将所述编码进行解码，并通过映射矩阵计算出目标物体的三维信息。
[0035]S70:机器人手臂根据三维信息对目标物体进行抓取。
[0036]在本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的发明方案和发明构思结合生产的实际需要做出相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本发明权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法，包括一投影仪、第一拍摄装置、第二拍摄装置及一工业机器人，所述第一拍摄装置、第二拍摄装置及所述投影仪均安装在机器人的手臂上，其特征在于: 当目标物体开始运动后，启动所述第一拍摄装置和第二拍摄装置； 判断目标物体是否进入投影区域，如果是，则启动所述投影仪； 所述投影仪在目标物体上投射出带有彩色条纹编码的结构光； 获取带有结构光栅的目标物体图片； 将获得的带有结构光栅的目标物体图片进行处理，提取图像中的彩色条纹编码； 将所述编码进行解码，并通过映射矩阵计算出目标物体的三维信息； 机器人手臂根据三维信息对目标物体进行抓取。
2.如权利要求1所述的一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法，其特征在于，所述第一拍摄装置和第二拍摄装置为两台彩色的工业摄像机。
3.如权利要求1所述的一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法，其特征在于，在目标位置开始运动之前，要对所述第一拍摄装置和第二拍摄装置本身的参数做出标定。
4.如权利要求1所述的一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法，其特征在于，所述投影仪放置在两个拍摄装置之间。
5.如权利要求1所述的一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法，其特征在于: 所述判断目标物体是否进入投影区域的方法为:判断从所述第一拍摄装置和第二拍摄装置获取的图像中，目标物体所占图像像素的比例；如果目标物体占图像像素的比例小于10%，则判定目标物体没有进入投影区域；如果目标物体占图像像素的比例大于10%，则判断目标物体进入投影区域。
6.如权利要求1所述的一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法，其特征在于:启动投影仪后，减小所述机器人手臂电机的控制增益。
7.如权利要求5所述的一种基于结构光的机器人视觉伺服控制方法,其特征在于:所述结构光由红色、绿色、蓝色、青色、品红色及黄色组成；其颜色编码分别为红色1、绿色2、蓝色3、青色4、品红色5及黄色6。
【文档编号】B25J13/08GK104511905SQ201310451988
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月28日 优先权日:2013年9月28日
【发明者】曲道奎, 徐方, 李邦宇, 邹风山, 李学威, 王富刚 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司