一种基于标准球的单目测距定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN113119129A

(43)申请公布日2021.07.16

(21)申请号CN202110464322.1

(22)申请日2021.04.28

(71)申请人吕若罡

地址214122江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道号江南大学蠡湖家园5-302

(72)发明人吕若罡

(74)专利代理机构

代理人

(51)Int.CI

B25J9/16

B25J19/00

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

一种基于标准球的单目测距定位方

法

(57)摘要

本发明公开了一种标准球的单目相

机测距定位方法，涉及计算机视觉及测距

计算领域。本发明采用于单目相机对标准

球在空间域采集成像，建立标准球成像尺

寸与标准球物距及光轴夹角的非线性数学

模型；由拍摄的标准球轮廓数据则可计算

出其对应的物距及光轴夹夹角，得到测量

球的相机坐标系坐标值，依据手眼标定获

得的矩阵可以得到测量球在机器人坐标系

的坐标值。进而已知标准球夹具坐标值，

通过最小二乘法可以计算获得机器人坐标

系和夹具坐标系的转换矩阵，实现机器人

和夹具的相互定位。本发明引入标准球作

为中间相，避免了环境变化对图像识别的

影响，简化了图像处理，提高了处理的精

度和可靠性，极大提高了单目相机测距的

精度。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

2021-07-16公开公开

2021-08-03实质审查的生效实质审查的生效

权利要求说明书

1.一种基于标准球的单目测距定位方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:将单目相机固定在机械臂上,使相机可以与机械臂同步移动,并记录相机在机

器人坐标系的相对位置;

步骤2:对相机进行标定,获得相机的内外参数;

步骤3:将机器人用户坐标系原点建在基板标准小球中心,垂直基板方向为Z方向,向

下为y方向;

步骤4:将标准球固定在镜头范围内,控制机械臂,保持镜头方向不变,水平和垂直移动

机械臂,在每次移动后拍照采集图像数据;

步骤5:通过标准球色差特征处理图像,提取标准球轮廓,计算出成像轮廓形状参数;

步骤6:使用不同距离基准位置的轮廓数据,求出相机光心轴在机器人坐标系的方向

及位置;

步骤7:计算所有位置点相对光轴的夹角以及相机小孔距离标准球球心的距离;

步骤8:建立相机距小球距离及光轴夹角与成像轮廓对应数据集,由测量时拍摄的标

准球成像轮廓,首先拟合出长轴尺寸与标准球物距及光轴夹角正切值的函数模型;

步骤9:手眼标定获取相机坐标系与机器人用户坐标系的变换矩阵;

步骤10:在工作机上安装的夹具加装定位基准板,基准板上安装3个标准球,3个球在

该夹具坐标系的位置经过三坐标测量获得;

步骤11:机器人抓取待安装的零件后,移动至有效区域,所安装的相机对工作机夹具

拍照;

步骤12:对所获得图像进行处理,提取标准球轮廓,依据标定成像尺寸与物距及光轴

夹角的数学模型,可以计算出三个标准球的相机坐标值,依据手眼标定变换矩阵,可以

得到三个标准球在机器人坐标系的坐标值;

步骤13:计算机器人坐标系和工作机夹具坐标系的变换关系,得出机器人夹具在工作

机夹具坐标系中的位置,实现了机器人对工作机夹具的测距定位,机器人将零件安装

至设计位置。

2.如权利要求1所述的单目相机定位方法,其特征在于:所述标准球为尺寸精度高,色

彩辨识度高的,成像质量好的圆球,例如乒乓球。

3.如权利要求1所述的单目相