[发明专利]机器人运动视觉系统的自动手眼标定系统与方法

说明书

本发明提供一种自动确定手眼标定的运动参数，并且在最小的人为干预下执行标定过程的系统和方法。该系统和方法在预标定期间自动计算手眼标定运动参数和空间位置，使标定图案可以始终保持在视觉系统相机的整个视场内并覆盖视场，从而提供全自动手眼标定处理。该系统和方法有利于在基于机器人的手眼标定环境中工作，并能补偿标定目标和视场之间的悬臂效应。手眼标定计算从机器人坐标空间到相机坐标空间的转换。这大体避免了通过一组空间位置来手动移动机器人，相机随后在空间位置获取图像并将标定特征定位在每个位置的对象上，以建立机器人和相机之间的关系的需要。

技术领域

本发明涉及机器视觉系统，更具体地，涉及与机器人操作器配合来对系统进行标定的系统和方法。

背景技术

在机器视觉系统(在此也称为“视觉系统”)中，使用一个或多个相机在成像场景中的对象或表面上执行视觉系统处理。这些处理可以包括检查、符号解码、对准和各种其他自动化任务(例如对用于操作的机器人手臂或运动台的运动进行控制，以及对相对于一个或多个自由度和/或尺寸的对象的运动进行控制)。更具体地，视觉系统可用于检查在成像场景中操作的平坦工件。场景通常由可包括内部或外部视觉系统处理器的一个或多个视觉系统相机来进行成像，这些处理器操作相关的视觉系统处理来产出的结果(例如部件对齐)。为了保障执行视觉任务的充分的精确度和可靠性，通常需要标定一个或多个相机。可以使用标定对象来标定相机。

标定对象(通常配置为平面的“板”)可以是平面对象，其表面具有明显的图案(通常是棋盘图案)。通过精心且精确的设计，这种独特的图案可以使用户轻松地识别出通过相机获取的板上图像的每个可见特征。一些示例性图案包括但不限于点网格、线网格、十字或可以想象的蜂窝图案、三角形棋盘等。通常，每个可见特征的特点都是从板的设计中获知的(例如相对于设计中暗含的参考位置和/或坐标系的位置和/或方向)。

标定对象用于以各种方式获得关于视觉系统的所需标定参数。通过非限制性示例，可以相对于机器人的操作器(或端部执行器)安装标定对象。机器人将标定对象移动到多个离散位置，以便为机器人的坐标空间生成相对于视觉系统的坐标空间的所需标定参数。然而，由于所谓的悬臂效应，操作器的运动有时会将标定对象的全部或部分定位在视觉系统视场之外。这会限制标定过程的速度、精度和/或鲁棒性。

发明内容

本发明通过提供一种自动确定手眼标定的运动参数，并且在最小的人为干预下执行标定过程的系统和方法，来克服现有的技术问题。更具体地，该系统和方法在预标定期间自动计算手眼标定运动参数和空间位置，使标定图案可以连续(始终)保持在视觉系统相机的整个视场(field of view，FOV)内并覆盖视场，从而提供全自动手眼标定处理。该系统和方法有利于在基于机器人的手眼标定环境中工作，并能补偿标定目标和视场之间的悬臂效应。手眼标定计算从机器人坐标空间到相机坐标空间的转换。这大体避免了(由用户)通过一组空间位置来手动移动机器人，相机随后在空间位置获取图像并将标定特征定位在每个位置的对象上，以建立机器人和相机之间的关系(空间转换)的需要。