九點(diǎn)標(biāo)定法在機(jī)器人定位抓取中的應(yīng)用

池志強(qiáng) 潘云峰

摘要：隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)正得到越來越廣泛的應(yīng)用，為了使機(jī)器人具有更高的智能，完成更復(fù)雜的工作，因此基于機(jī)器視覺的定位抓取技術(shù)已經(jīng)成為智能機(jī)器人領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，而實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺進(jìn)行定位抓取技術(shù)的關(guān)鍵在于標(biāo)定，九點(diǎn)標(biāo)定法作為機(jī)器人定位抓取的重要方法，簡單實(shí)用，因此可以得到更為廣泛的應(yīng)用。本文將論述關(guān)于九點(diǎn)標(biāo)定法在機(jī)器人定位和抓取方面應(yīng)用的原理和關(guān)鍵步驟，本文的研究可以為廣大機(jī)器視覺和機(jī)器人技術(shù)研究者提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；機(jī)器人；定位抓取

隨著工業(yè)4.0技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人因?yàn)榫哂懈咝ъ`活和精準(zhǔn)穩(wěn)定的特點(diǎn)，在工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。然而目前機(jī)器人主流應(yīng)用仍然是重復(fù)性高的簡單工作，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與外界進(jìn)行交互，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的應(yīng)用，因此基于機(jī)器視覺進(jìn)行機(jī)器人的引導(dǎo)已經(jīng)成為機(jī)器人技術(shù)的重要發(fā)展方向。簡單來說，機(jī)器視覺就是用機(jī)器來代替人眼進(jìn)行測量和判斷。給機(jī)器人裝上機(jī)器視覺系統(tǒng)，就相當(dāng)于給機(jī)器人裝上眼睛，可以使機(jī)器人更趨于智能化，使機(jī)器人系統(tǒng)具有更高的柔性，能夠完成更為復(fù)雜的任務(wù)，因此基于機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位抓取將是未來機(jī)器人應(yīng)用的方式之一。而其中的關(guān)鍵技術(shù)就是標(biāo)定，本文將論述九點(diǎn)標(biāo)定法在機(jī)器人的定位和抓取的原理和步驟。

1手眼系統(tǒng)

在機(jī)器人視覺系統(tǒng)中，首先將視覺系統(tǒng)采集的圖像信息作為輸入并進(jìn)行圖像信息的分析處理，將圖像的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人的坐標(biāo)，然后將有用的坐標(biāo)信息傳遞給機(jī)器人，最后讓機(jī)器人根據(jù)這些坐標(biāo)進(jìn)行動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)外界信息和機(jī)器人之間的交互，這樣的交互可以大大提升機(jī)器人的智能，大大擴(kuò)充機(jī)器人的應(yīng)用范圍。因此在機(jī)器人視覺系統(tǒng)中最關(guān)鍵的就是要進(jìn)行機(jī)器人（手）和機(jī)器視覺（眼）的標(biāo)定，簡要言之，手眼標(biāo)定的的目的就是獲取機(jī)器人坐標(biāo)系和相機(jī)坐標(biāo)系的關(guān)系，最后將視覺識(shí)別的結(jié)果轉(zhuǎn)移到機(jī)器人坐標(biāo)系下，從而實(shí)現(xiàn)視覺對(duì)機(jī)器人的引導(dǎo)。在實(shí)際應(yīng)用中，手眼標(biāo)定可分為兩種形式，根據(jù)相機(jī)固定的地方不同，如果相機(jī)和機(jī)器人末端固定在一起，就稱之為“眼在手上”（eye in hand），如果相機(jī)固定在機(jī)器人外面的底座上，則稱之為“眼在手外"（eye to hand）。本文將以“眼在手上”（eye in hand）為例。

2 手眼標(biāo)定模型

在手眼標(biāo)定模型中，相機(jī)是像素坐標(biāo)，而機(jī)械手是空間坐標(biāo)系，所以手眼標(biāo)定目的就是要獲得像素坐標(biāo)系和機(jī)械手坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化關(guān)系。機(jī)器人在實(shí)際工作中，先通過相機(jī)獲得工件在圖像中的像素位置后，通過標(biāo)定好的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣將相機(jī)的像素坐標(biāo)變換到機(jī)械手的空間坐標(biāo)系中，然后通過機(jī)械手坐標(biāo)系計(jì)算出機(jī)器人的各個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位移，最終控制機(jī)械手到達(dá)目標(biāo)位置。。

手眼標(biāo)定模型模型如圖3所示，其中共有四個(gè)坐標(biāo)系，分別是基礎(chǔ)坐標(biāo)系base、機(jī)械手坐標(biāo)系tool、相機(jī)坐標(biāo)系cam、以及標(biāo)定物坐標(biāo)系cal。所示：其中baseHcal表示基礎(chǔ)坐標(biāo)系到標(biāo)定物坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系，包括旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量。camHtool表示相機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)械手坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系。這兩個(gè)轉(zhuǎn)化關(guān)系在機(jī)械手移動(dòng)過程中是不變的。camHcal可以通過相機(jī)標(biāo)定求出，baseHtool可以通過機(jī)器人系統(tǒng)計(jì)算得出。

4結(jié)論

本文論述了9點(diǎn)標(biāo)定系統(tǒng)在機(jī)器人定位抓取中的應(yīng)用，通過建立了手眼標(biāo)定模型，闡釋了機(jī)器人視覺中各個(gè)坐標(biāo)系之間的關(guān)系，并對(duì)9點(diǎn)標(biāo)定的原理、實(shí)質(zhì)和步驟進(jìn)行了論述。

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（作者單位：廣東理工學(xué)院 廣東省機(jī)器視覺與智能檢測工程技術(shù)中心）