机械设备、位姿检测系统和位姿检测方法与流程

本发明涉及机械控制，具体涉及一种机械设备、位姿检测系统和位姿检测方法。

背景技术：

1、在工业生产和加工制造技术中，存在大量机械手相对于平面作业的情况，例如，平板焊接、平板切割以及机械手平面抓取、机械手平面搬运等。此时，需要获得机械手相对于平面的位姿，以便实现对机械手的自动控制。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的实施例提出一种位姿检测系统，以实现对机械手位姿的自动检测。

3、本发明实施例的位姿检测系统包括激光发射器、工业相机和图像处理系统，所述激光发射器能够向工件平面发射出十字圆环形光斑，所述十字圆环形光斑包括中心相重合的圆形光斑和十字线形光斑，所述十字圆环形光斑包括中心相重合的十字线形光斑和n个圆形光斑，其中，n为大于等于2的整数；所述工业相机用于获取所述十字圆环形光斑照射在工件平面上的光斑图像；所述图像处理系统与所述工业相机信号连接，以根据所述光斑图像得到所述激光发射器的位姿；其中，所述激光发射器能够相对所述工业相机移动。

4、在一些实施例中，所述工业相机包括镜头，所述镜头的物侧设有滤光片，所述滤光片供与所述激光发射器发射的波长相等的光线通过。

5、在一些实施例中，所述工业相机的光轴垂直于所述工件平面。

6、在一些实施例中，所述工业相机包括壳体和相机本体，所述壳体具有安装腔，所述相机本体设在所述安装腔内。

7、本发明的实施例还提出一种具有上述位姿检测系统的机械设备。

8、本发明实施例的机械设备包括机座和上述任一实施例所述的位姿检测系统，所述机座上设有机械手；所述激光发射器设在所述机械手上，所述工业相机设在所述机座上，所述机械手能够相对所述工件平面移动。

9、本发明的实施例还提供一种位姿检测方法。

10、本发明实施例的位姿检测方法采用上述任一实施例所述的位姿检测系统实施，包括：

11、利用所述激光发射器向所述工件平面发射十字圆环形光斑；

12、利用所述工业相机获取所述工件平面上的光斑图像；

13、利用所述图像处理系统对所述光斑图像进行处理，得到所述激光发射器的位姿；

14、其中，所述激光发射器的位姿包括所述激光发射器与所述工件平面之间的距离、所述激光发射器与所述工件平面之间的夹角。

15、在一些实施例中，得到所述激光发射器的位姿的步骤，包括：

16、预先对所述激光发射器进行标定，并将标定数据存储在数据库中，其中，对所述激光发射器进行标定包括：所述激光发射器发射出的十字圆环形光斑照射在标定平面上，使得所述标定平面上呈现标定光斑，获取包括标定光斑的图像信息、所述激光发射器和标定平面之间的距离、所述激光发射器的激光发射方向与所述标定平面之间的夹角的所述标定数据；

17、对所述光斑图像进行处理，获取所述光斑图像的图像信息；

18、将获取的所述光斑图像的图像信息与所述数据库中的标定数据进行比对，得到所述激光发射器的位姿；

19、其中，当所述标定光斑包括由n个所述圆形光斑形成的n个圆形光圈时，所述标定光斑的图像信息包括所述标定光斑中位于最外侧的圆形光圈的直径和/或面积；当所述标定光斑包括由n个所述圆形光斑形成的n个椭圆形光圈时，所述标定光斑的图像信息包括所述标定光斑中位于最外侧的椭圆形光圈的长轴长度和短轴长度；

20、当所述光斑图像包括由n个所述圆形光斑形成的n个圆形光环时，所述光斑图像的图像信息包括所述光斑图像中位于最外侧的圆形光环的直径和/或面积；当所述光斑图像包括由n个所述圆形光斑形成的n个椭圆形光环时，所述光斑图像的图像信息包括所述光斑图像中位于最外侧的椭圆形光环的长轴长度和短轴长度。

21、在一些实施例中，所述获取所述光斑图像的图像信息的步骤，包括：

22、所述十字线形光斑包括相互垂直的两个一字形光条，以所述光斑图像中与所述十字线形光斑的中心对应的点为原点o1、以所述光斑图像中与所述两个一字形光条中的其中一个所述一字形光条对应的线为x1轴、以所述光斑图像中与所述两个一字形光条中的另一个所述一字形光条对应的线为y1轴建立二维的第一直角坐标系；

23、所述工业相机具有视场，以所述视场的中心为原点o2、以所述视场的与所述x1轴平行的对称轴为x2轴、以所述视场的与所述y1轴平行的对称轴为y2轴建立二维的第二直角坐标系；

24、当所述第一直角坐标系的原点o1与所述第二直角坐标系的原点o2重合时，所述光斑图像包括由n个所述圆形光斑形成的n个圆形光环，获取位于最外侧的所述圆形光环的直径作为所述光斑图像的图像信息；

25、当所述第一直角坐标系的x1轴和所述第二直角坐标系的x2轴重合，且所述第一直角坐标系的y1轴和所述第二直角坐标系的沿y2轴错开，或者当所述第一直角坐标系的x1轴和所述第二直角坐标系的x2轴错开，且所述第一直角坐标系的y1轴和所述第二直角坐标系的沿y2轴重合时，所述光斑图像包括由n个所述圆形光斑形成的n个椭圆形光环，获取位于最外侧的所述椭圆形光环的长轴长度和短轴长度作为所述光斑图像的图像信息。

26、在一些实施例中，当所述光斑图像包括n个所述圆形光环时，所述第一直角坐标系的x1轴与n个所述圆形光环形成2n个第一交点，所述2n个第一交点依次为(x1，0)，(x2，0)，(x3，0)，、、、，(x2n，0)，所述第一直角坐标系的y1轴与n个所述圆形光环形成2n个第二交点，所述2n个第二交点依次为(0，y1)，(0，y2)，(0，y3)，、、、，(0，y2n)，所述x2n与所述x1的差值的绝对值，以及所述y2n与所述y1的差值的绝对值为位于最外侧的所述圆形光环的直径；

27、当所述光斑图像包括n个所述椭圆形光环时，所述第一直角坐标系的x1轴与n个所述椭圆形光环形成2n个第一交点，所述2n个第一交点依次为(x1，0)，(x2，0)，(x3，0)，、、、，(x2n，0)，所述第一直角坐标系的y1轴与n个所述椭圆形光环形成2n个第二交点，所述2n个第二交点依次为(0，y1)，(0，y2)，(0，y3)，、、、，(0，y2n)，所述x2n与所述x1的差值的绝对值以及所述y2n与所述y1的差值的绝对值中较大的一个，为位于最外侧的所述椭圆形光环的长轴长度，所述x2n与所述x1的差值的绝对值以及所述y2n与所述y1的差值的绝对值中较小的一个，为位于最外侧的所述椭圆形光环的短轴长度。

28、在一些实施例中，当所述第一直角坐标系的x1轴和所述第二直角坐标系的x2轴错开，且所述第一直角坐标系的y1轴和所述第二直角坐标系的沿y2轴错开时，先移动所述激光发射器使得所述第一直角坐标系的x1轴和所述第二直角坐标系的x2轴重合，和/或所述第一直角坐标系的y1轴和所述第二直角坐标系的y2轴重合，然后利用所述工业相机获取所述工件平面上的光斑图像。

29、本发明实施例的位姿检测系统在使用时，激光发射器固定在机械设备的机械手上，工业相机固定在机械设备的机座上，可以利用激光发射器向工件平面发射十字圆环形光斑、利用工业相机获取工件平面上的光斑图像；利用图像处理系统对获取的光斑图像进行处理，得到激光发射器的位姿。由于激光发射器固定在机械设备的机械手上，激光发射器与机械手相对静止，因此，通过获得激光发射器的位姿可以得到机械手的位姿，从而实现机械手位姿的自动检测。