本發(fā)明涉及機(jī)器視覺的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種基于雙目視覺的工件抓取方法。

背景技術(shù)：

隨著生產(chǎn)制造業(yè)不斷發(fā)展，人們對自動化要求不斷提高，傳統(tǒng)的制造方法(人工操作或者簡單的機(jī)械生產(chǎn))不斷受到挑戰(zhàn)。工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器，可以接受人類指揮，因而在工業(yè)領(lǐng)域受到了越來越廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人一般都需要按照預(yù)先編排的程序運行，需要前期復(fù)雜的調(diào)試，不滿足更加靈活地柔性生產(chǎn)。

近年來，機(jī)器視覺在一些不適于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或者人工視覺難以滿足要求的場合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺。同時，在大批量重復(fù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)的效率和自動化程度。因而，在制造生產(chǎn)中，利用機(jī)器視覺引導(dǎo)機(jī)器人作業(yè)逐漸成為一種主流趨勢。

在工業(yè)生產(chǎn)中，工件自動上下料，工件自動分選或者自動裝備等工序都需要對工件進(jìn)行準(zhǔn)確地抓取。而工件能否準(zhǔn)確地被識別和定位，是工件能否被準(zhǔn)確抓取地最關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)之一。現(xiàn)有方法采用單目攝像機(jī)采集工件圖像，對工件進(jìn)行識別和定位，再把工件的位姿信息傳送給工業(yè)機(jī)器人，讓機(jī)器人后續(xù)處理，但單目視覺得不到工件的三維信息，所以這只適合于對厚度較小并且一致好的工件進(jìn)行抓取，通用性不強(qiáng)。采用視覺采集圖像，工件出現(xiàn)在工業(yè)攝像機(jī)的視野中有可能是不一樣的，因此圖像識別算法要解決圖像中的工件縮放、旋轉(zhuǎn)或者亮度不一致的難題，現(xiàn)有的識別算法方法還是不能很好地解決這些問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實時性和適用性強(qiáng)、抓取準(zhǔn)確、工作效率高的基于雙目視覺的工件抓取方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：其包括以下步驟：

(1)對雙目視覺系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定；

(2)左右攝像機(jī)同時采集圖像并對圖像進(jìn)行校正；

(3)采用模板匹配算法識別定位左右圖像的工件；

(4)根據(jù)左右攝像機(jī)圖像工件的識別定位信息計算工件的三維位姿；

(5)工業(yè)機(jī)器人根據(jù)工件的三維位姿信息對工件自動抓取。

進(jìn)一步地，步驟(1)標(biāo)定雙目視覺系統(tǒng)具體步驟如下：

1)單攝像機(jī)標(biāo)定：利用標(biāo)定板對每個攝像機(jī)作單攝像機(jī)標(biāo)定，確定其攝像機(jī)畸變系數(shù)和攝像機(jī)內(nèi)參矩陣，以矯正圖像，輸出無畸變圖像；

2)攝像機(jī)校正：調(diào)整左右攝像機(jī)間的角度和距離，保證輸出的圖像行對齊；

3)立體標(biāo)定：利用標(biāo)定板標(biāo)定，識別攝像機(jī)焦距f，左右攝像頭中心距t，以及左右主光線與圖像平面相交的主點(cx，cy)和(c′x，c′y)等參數(shù)；知道這些參數(shù)后，如圖2所示，令z為三維空間里點p的深度坐標(biāo)，ol和or為左右攝像機(jī)的坐標(biāo)系，(x，y)和(x′，y′)為點p在左右攝像機(jī)的成像坐標(biāo)，即視差d＝x-x′，由三角幾何關(guān)系，可得以下等式：

可以求出從而可以得出空間的p的三維坐標(biāo)。

4)立體校正：通過bouguet算法校正雙目視覺系統(tǒng)，使得兩個攝像頭在數(shù)學(xué)上完全平行放置，并且左右攝像頭的cx，cy和f相同；

5)重投影矩陣:根據(jù)上述得到的參數(shù)，按照圖2的三角幾何關(guān)系，求出4x4的重投影矩陣q：

以左攝像機(jī)坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系，給定一個左成像坐標(biāo)點p(x,y)和其關(guān)聯(lián)的視差d＝x-x′，x′為p點在右成像坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)，通過

得到p點的三維坐標(biāo)(x/w，y/w，z/w)。

進(jìn)一步地，步驟(3)中，采用視覺軟件包halcon的可變形模板匹配算子識別定位左右圖像中的工件，具體步驟如下：

(1離線采集包含工件的圖像并截取工件部分的圖像；

(2利用halcon工具把截取的工件部分制作成模板文件；

(3利用創(chuàng)建好的模板文件在線識別定位圖像的工件，并輸出工件在左右圖像中的輪廓和中心。

進(jìn)一步地，步驟(4)求取工件三維位姿的具體步驟如下：

1))求取工件的中心位置：由左右圖像的工件模板匹配中心，通過步驟(1)中的重投影矩陣q求出工件中心位置在左攝像機(jī)坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)；

2))求取工件的法向方向：由左右圖像的工件輪廓各種匹配點，通過步驟(1)中的重投影矩陣q擬合工件輪廓的空間平面，求取該平面的法向量。

進(jìn)一步地，步驟(5)具體步驟如下：

((1手眼標(biāo)定：利用標(biāo)定板采用tsai的手眼標(biāo)定算法離線求取左攝像機(jī)坐標(biāo)系相對機(jī)器人基座標(biāo)的位姿關(guān)系x；

((2利用位姿關(guān)系x，把工件的三維世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為工業(yè)機(jī)器人的基坐標(biāo)；

((3工業(yè)機(jī)器人在線根據(jù)工件在基坐標(biāo)下的位姿進(jìn)行軌跡規(guī)劃，自動抓取工件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案原理和優(yōu)點如下：

對工件識別和定位，得出工件在工業(yè)機(jī)器人的基座標(biāo)的三維位姿信息，工業(yè)機(jī)器人根據(jù)工件的三維位姿信息進(jìn)行軌跡規(guī)劃自動抓取工件，通用性好；圖像識別定位算法采用可變形的模板匹配算法，工件在圖像中縮放、旋轉(zhuǎn)或者亮度不一致等情況下，還能夠?qū)ぜ?zhǔn)確地識別定位；并且雙目系統(tǒng)，可測量出工件的準(zhǔn)確三維位姿信息，因而在測量過程中，對工件的擺放沒有任何約束，具有強(qiáng)魯棒性，并且速度快，滿足工業(yè)實時性要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中一種基于雙目視覺的工件抓取方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例中攝像機(jī)標(biāo)定的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

參見附圖1所示，本實施例所述的一種基于雙目視覺的工件抓取方法，包括以下步驟：

(1)對雙目視覺系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，具體步驟如下：

1)單攝像機(jī)標(biāo)定：利用標(biāo)定板對每個攝像機(jī)作單攝像機(jī)標(biāo)定，確定其攝像機(jī)畸變系數(shù)和攝像機(jī)內(nèi)參矩陣，以矯正圖像，輸出無畸變圖像；

2)攝像機(jī)校正：調(diào)整左右攝像機(jī)間的角度和距離，保證輸出的圖像行對齊；

3)立體標(biāo)定：利用標(biāo)定板標(biāo)定，識別攝像機(jī)焦距f，左右攝像頭中心距t以及左右主光線與圖像平面相交的主點(cx，cy)和(c′x，c′y)；

4)立體校正：通過bouguet算法校正雙目視覺系統(tǒng)，使得兩個攝像頭在數(shù)學(xué)上完全平行放置，并且左右攝像頭的cx，cy和f相同；

5)重投影矩陣:根據(jù)得到的參數(shù)，求出4x4的重投影矩陣q：

以左攝像機(jī)坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系，給定一個左成像坐標(biāo)點p(x,y)和其關(guān)聯(lián)的視差d＝x-x′，x′為p點在右成像坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)，通過

得到p點的三維坐標(biāo)(x/w，y/w，z/w)。

(2)左右攝像機(jī)同時采集圖像并對圖像進(jìn)行校正；

(3)采用模板匹配算法識別定位左右圖像的工件：

采用視覺軟件包halcon的可變形模板匹配算子識別定位左右圖像中的工件，具體步驟如下：

(1離線采集包含工件的圖像并截取工件部分的圖像；

(2利用halcon工具把截取的工件部分制作成模板文件；

(3利用創(chuàng)建好的模板文件在線識別定位圖像的工件，并輸出工件在左右圖像中的輪廓和中心。

(4)根據(jù)左右攝像機(jī)圖像工件的識別定位信息計算工件的三維位姿，具體步驟如下：

1))求取工件的中心位置：由左右圖像的工件模板匹配中心，求出工件中心位置在左攝像機(jī)坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)；

2))求取工件的法向方向：由左右圖像的工件輪廓各種匹配點，擬合工件輪廓的空間平面，求取該平面的法向量。

(5)工業(yè)機(jī)器人根據(jù)工件的三維位姿信息對工件自動抓取，具體步驟如下：

((1手眼標(biāo)定：利用標(biāo)定板采用tsai的手眼標(biāo)定算法離線求取左攝像機(jī)坐標(biāo)系相對機(jī)器人基座標(biāo)的位姿關(guān)系x；

((2利用位姿關(guān)系x，把工件的三維世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為工業(yè)機(jī)器人的基坐標(biāo)；

((3工業(yè)機(jī)器人在線根據(jù)工件在基坐標(biāo)下的位姿進(jìn)行軌跡規(guī)劃，自動抓取工件。

本實施例對工件識別和定位，得出工件在工業(yè)機(jī)器人的基座標(biāo)的三維位姿信息，工業(yè)機(jī)器人根據(jù)工件的三維位姿信息進(jìn)行軌跡規(guī)劃自動抓取工件，通用性好；圖像識別定位算法采用可變形的模板匹配算法，工件在圖像中縮放、旋轉(zhuǎn)或者亮度不一致等情況下，還能夠?qū)ぜ?zhǔn)確地識別定位；并且雙目系統(tǒng)，可測量出工件的準(zhǔn)確三維位姿信息，因而在測量過程中，對工件的擺放沒有任何約束，具有強(qiáng)魯棒性，并且速度快，滿足工業(yè)實時性要求。

以上所述之實施例子只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。