專利名稱：機(jī)器人系統(tǒng)中再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括三維視覺(jué)傳感器的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，尤其涉及再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的方法和執(zhí)行再校準(zhǔn)方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在利用機(jī)器人系統(tǒng)的各種應(yīng)用中廣泛使用三維視覺(jué)傳感器。三維視覺(jué)傳感器的使用可大致分類為下述兩情況(i)和(ii)。
(i)將三維視覺(jué)傳感器的傳感頭安裝在機(jī)器人臂上而使用三維視覺(jué)傳感器。該傳感頭表示具有光學(xué)系統(tǒng)(包括光學(xué)探測(cè)器)的傳感器部分，該光學(xué)系統(tǒng)用于測(cè)量對(duì)象，并且傳感頭的控制和探測(cè)信號(hào)的處理是由視覺(jué)傳感控制器執(zhí)行的。在本說(shuō)明書中，依照相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)踐，表達(dá)“在機(jī)器人臂上安裝三維視覺(jué)傳感器”有時(shí)所用的意思為“在機(jī)器人臂上安裝三維視覺(jué)傳感器的傳感頭”。
(ii)將三維視覺(jué)傳感器的傳感頭設(shè)置在機(jī)器人外部的固定位置而使用三維視覺(jué)傳感器。
在任一情況中，公知的是為了通過(guò)使用三維視覺(jué)傳感器、以合適的精確性執(zhí)行測(cè)量，則需要“校準(zhǔn)”。用于三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)方法在例如JP2690603B，JP2686351B，JP08-5351A，JP08-233516A和JP08-272414A中具體描述。
因而，用于三維視覺(jué)傳感器的各種校準(zhǔn)方法是公知的，但是經(jīng)常是這種情況通過(guò)校準(zhǔn)一旦獲得合適的測(cè)量精確性之后，測(cè)量精確性下降，使得精確的測(cè)量變得不可能。上述的情形(i)中，當(dāng)安裝在機(jī)器人臂上的視覺(jué)傳感器(傳感頭)的安裝位置(包括如下述描述中的方位)從執(zhí)行校準(zhǔn)的位置移位時(shí)，所述情況會(huì)增加。在情形(ii)中，當(dāng)視覺(jué)傳感器(傳感頭)的設(shè)置位置從執(zhí)行校準(zhǔn)的固定位置移位時(shí)，相同的情況會(huì)出現(xiàn)。
例如，當(dāng)安裝在機(jī)器人臂上的視覺(jué)傳感器碰撞到傳感器周圍的對(duì)象(包括如下述情況的人)的時(shí)候，當(dāng)撞擊施加在視覺(jué)傳感器上而導(dǎo)致機(jī)器人臂與機(jī)器人臂周圍的對(duì)象的碰撞時(shí)，或者當(dāng)設(shè)置在固定位置的傳感器撞擊對(duì)象時(shí)，會(huì)引起傳感器的移位。同樣，即使傳感器的表面上的位置沒(méi)有移位，內(nèi)部光學(xué)系統(tǒng)的排列可能會(huì)因?yàn)樽矒舻扔尚?zhǔn)時(shí)刻的排列而發(fā)生改變，引起測(cè)量精確性的降低。
常規(guī)的，當(dāng)這樣的情況發(fā)生時(shí)或者假定已經(jīng)發(fā)生時(shí)，要再次執(zhí)行相同的校準(zhǔn)工作。然而，為了再次執(zhí)行相同的校準(zhǔn)工作，有必要的是，測(cè)量目標(biāo)和視覺(jué)傳感器之間的相對(duì)位置關(guān)系應(yīng)該通過(guò)再次使用校準(zhǔn)夾板(jig)、需要沉重的工作負(fù)荷和不可避免的延長(zhǎng)系統(tǒng)的停工時(shí)間，而精確的重新生成。本說(shuō)明書中參考的“測(cè)量目標(biāo)”表示通過(guò)用于校準(zhǔn)目的的視覺(jué)傳感器識(shí)別的目標(biāo)，并且例如在校準(zhǔn)夾板上繪制的一組點(diǎn)被使用作測(cè)量目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明，使用當(dāng)三維視覺(jué)傳感器可以常規(guī)測(cè)量時(shí)獲取的數(shù)據(jù)，從而不需全部重復(fù)校準(zhǔn)工作簡(jiǎn)單執(zhí)行再校準(zhǔn)，憑此減輕用于再校準(zhǔn)的工作負(fù)荷。
依照本發(fā)明，當(dāng)三維視覺(jué)傳感器是在可以常規(guī)測(cè)量的狀態(tài)(第一狀態(tài))時(shí)，以至少一可選的相對(duì)位置關(guān)系安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，且然后通過(guò)三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，從而獲取預(yù)定的“參考數(shù)據(jù)”。該“參考數(shù)據(jù)”可以是下述(I)和(II)的任一中。
(I)利用與校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)獲取，且之后由三維視覺(jué)傳感器保存的位置/方位數(shù)據(jù)(表示測(cè)量目標(biāo)的至少一個(gè)位置和方位的數(shù)據(jù))。
(II)測(cè)量目標(biāo)上的特征量數(shù)據(jù)。
“可選的相對(duì)位置關(guān)系”可以在數(shù)目上是2個(gè)或更多，且在這種情況下，相應(yīng)于每一相對(duì)位置關(guān)系獲取且存儲(chǔ)位置數(shù)據(jù)。
如果在上述預(yù)處理之后，例如由于機(jī)器人的干擾，需要三維視覺(jué)傳感器再校準(zhǔn)(第二狀態(tài))，至少近似地再生三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)之間的相對(duì)位置關(guān)系，從而與以獲取的預(yù)定數(shù)據(jù)的位置關(guān)系大致相同。然后，再次測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，從而探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量數(shù)據(jù)。利用通過(guò)再測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)和已經(jīng)獲取的參考數(shù)據(jù)，執(zhí)行再校準(zhǔn)。
本發(fā)明提供用于機(jī)器人系統(tǒng)的三維視覺(jué)傳感器的再校準(zhǔn)方法，該三維視覺(jué)傳感器保存有與校準(zhǔn)相關(guān)的多個(gè)參數(shù)。
依照本發(fā)明的一方面，再校準(zhǔn)方法包括步驟(a)當(dāng)三維視覺(jué)傳感器是在可常規(guī)測(cè)量的狀態(tài)中時(shí)，以至少一可選的相對(duì)位置關(guān)系安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，使用與校準(zhǔn)相關(guān)的并保存在三維視覺(jué)傳感器中的參數(shù)，由該三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，以獲取表示測(cè)量目標(biāo)的至少一個(gè)位置和方位的位置/方位數(shù)據(jù)；(b)安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，從而在三維視覺(jué)傳感器在所述狀態(tài)之后進(jìn)行再校準(zhǔn)的時(shí)候，至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，且然后通過(guò)三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，從而獲取測(cè)量目標(biāo)上的特征量數(shù)據(jù)；以及(c)基于特征量數(shù)據(jù)和位置/方位數(shù)據(jù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)，其中，步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，和步驟(b)中安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)從而至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，所述步驟(a)和步驟(b)都是通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人而執(zhí)行的，該機(jī)器人支撐三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)的至少一個(gè)，以及在步驟(b)，為了在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，移動(dòng)機(jī)器人從而再生于步驟(a)中建立了該至少一相對(duì)位置關(guān)系的機(jī)器人位置。
依照本發(fā)明的另一方面，再校準(zhǔn)方法包括步驟(a)當(dāng)三維視覺(jué)傳感器是在可常規(guī)測(cè)量的狀態(tài)中時(shí)，以至少一可選的相對(duì)位置關(guān)系安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，然后通過(guò)三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，從而獲取測(cè)量目標(biāo)上的特征量數(shù)據(jù)，以及保存特征量數(shù)據(jù)；(b)安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，從而在三維視覺(jué)傳感器在所述狀態(tài)之后進(jìn)行再校準(zhǔn)的時(shí)候，至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，且然后通過(guò)三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，從而獲取測(cè)量目標(biāo)上的特征量數(shù)據(jù)；以及(c)基于在步驟(a)保存的與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)、所述步驟(a)中獲取的特征量數(shù)據(jù)以及所述步驟(b)中獲取的特征量數(shù)據(jù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)，其中，步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，和步驟(b)中安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)從而至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，所述步驟(a)和步驟(b)都是通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人而執(zhí)行的，該機(jī)器人支撐三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)的至少一個(gè)，以及在步驟(b)，為了在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，移動(dòng)機(jī)器人從而再生于步驟(a)中建立了該至少一相對(duì)位置關(guān)系的機(jī)器人位置。
三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)之一安裝在機(jī)器人的臂上，而三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)的另外一個(gè)放置在該機(jī)器人臂之外的預(yù)定位置，從而在步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行安置，并且在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系。
同樣，三維視覺(jué)傳感器安裝在機(jī)器人的臂上，而測(cè)量目標(biāo)放置在與該機(jī)器人臂不同的位置，從而在步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行安置，并且在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系。
此外，三維視覺(jué)傳感器安裝在機(jī)器人的臂上，而測(cè)量目標(biāo)放置在另一機(jī)器人的臂上，從而在步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行安置，并且在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種以安裝在機(jī)器人上的測(cè)量目標(biāo)再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的設(shè)備。
依照本發(fā)明一方面，再校準(zhǔn)設(shè)備包括用于保存與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的多個(gè)參數(shù)的裝置；用于移動(dòng)機(jī)器人到至少一機(jī)器人位置的裝置，在該位置三維視覺(jué)傳感器臨近于測(cè)量目標(biāo)；目標(biāo)位置信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的位置信息；目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息；響應(yīng)于參考數(shù)據(jù)獲取指令，使得目標(biāo)位置信息探測(cè)裝置使用所保存的與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)探測(cè)和測(cè)量目標(biāo)有關(guān)的位置信息，并將所探測(cè)的位置信息作為表示該測(cè)量目標(biāo)的至少一個(gè)位置和方位的位置/方位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的裝置；響應(yīng)于再校準(zhǔn)指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且獲取作為特征量數(shù)據(jù)的探測(cè)的特征量信息的裝置；以及參數(shù)更新裝置，其用于基于特征量數(shù)據(jù)和位置/方位數(shù)據(jù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)。
依照本發(fā)明的另一方面，再校準(zhǔn)設(shè)備包括用于保存與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的多個(gè)參數(shù)的裝置；用于移動(dòng)機(jī)器人到至少一機(jī)器人位置的裝置，在該位置三維視覺(jué)傳感器臨近于測(cè)量目標(biāo)；目標(biāo)位置信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的位置信息；目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息；響應(yīng)于參考數(shù)據(jù)獲取指令，使得目標(biāo)位置信息探測(cè)裝置使用所保存的與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)探測(cè)和測(cè)量目標(biāo)有關(guān)的位置信息，并將所探測(cè)的位置信息作為表示該測(cè)量目標(biāo)的至少一個(gè)位置和方位的位置/方位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的裝置；響應(yīng)于再校準(zhǔn)指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且獲取作為特征量數(shù)據(jù)的探測(cè)的特征量信息的裝置；以及參數(shù)更新裝置，其用于基于特征量數(shù)據(jù)和位置/方位數(shù)據(jù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)。
依照本發(fā)明的另一方面，再校準(zhǔn)設(shè)備包括用于保存與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的多個(gè)參數(shù)的裝置；用于移動(dòng)機(jī)器人到至少一機(jī)器人位置的裝置，在該位置三維視覺(jué)傳感器臨近于測(cè)量目標(biāo)；目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息；
響應(yīng)于參考數(shù)據(jù)獲取指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且將探測(cè)的特征量信息存儲(chǔ)作為參考特征量數(shù)據(jù)的裝置；響應(yīng)于再校準(zhǔn)指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且獲取作為特征量數(shù)據(jù)的探測(cè)的特征量信息的裝置；以及參數(shù)更新裝置，其用于基于特征量數(shù)據(jù)，參考特征量數(shù)據(jù)，和在參考數(shù)據(jù)獲取指令接收時(shí)保存的、與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)。
依照本發(fā)明的另一方面，再校準(zhǔn)設(shè)備包括用于保存與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的多個(gè)參數(shù)的裝置；用于移動(dòng)機(jī)器人到至少一機(jī)器人位置的裝置，在該位置三維視覺(jué)傳感器臨近于測(cè)量目標(biāo)；目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息；響應(yīng)于參考數(shù)據(jù)獲取指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且將探測(cè)的特征量信息存儲(chǔ)作為參考特征量數(shù)據(jù)的裝置；響應(yīng)于再校準(zhǔn)指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且獲取作為特征量數(shù)據(jù)的探測(cè)的特征量信息的裝置；以及參數(shù)更新裝置，其用于基于特征量數(shù)據(jù)，參考特征量數(shù)據(jù)，和在參考數(shù)據(jù)獲取指令接收時(shí)保存的、與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)。
依照本發(fā)明，三維視覺(jué)傳感器可以簡(jiǎn)單地再校準(zhǔn)。特別的，在再校準(zhǔn)的時(shí)候，不必要使用用于在三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)之間再生相對(duì)位置關(guān)系的校準(zhǔn)夾板，利用在相同機(jī)器人位置獲取的測(cè)量目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)(在常規(guī)測(cè)量過(guò)程中獲取)和特征量(在再校準(zhǔn)過(guò)程中獲取)實(shí)現(xiàn)再校準(zhǔn)。相應(yīng)的，與傳統(tǒng)技術(shù)不同，再校準(zhǔn)不需用于貼附和分離校準(zhǔn)夾板的勞力和視覺(jué)，并且三維視覺(jué)傳感器可以在非常短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到常規(guī)狀態(tài)。


圖1顯示了本發(fā)明的實(shí)施例中使用的三維視覺(jué)傳感器的主要部分的配置；
圖2顯示了通過(guò)使用校準(zhǔn)夾板校準(zhǔn)三維傳感器的方法；圖3顯示了校準(zhǔn)的細(xì)節(jié)；圖4顯示了依照實(shí)施例的排列1；圖5顯示了依照實(shí)施例的排列2；圖6顯示了實(shí)施例的位置數(shù)據(jù)獲取步驟；圖7顯示了實(shí)施例的再校準(zhǔn)步驟；圖8通過(guò)示例的方式顯示了由N個(gè)點(diǎn)(N＝12)的矩陣構(gòu)成的點(diǎn)圖形，其中第1個(gè)和最后一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)分別是(Xa1，Ya1，Za1)和(XaN，YaN，ZaN)；圖9是說(shuō)明點(diǎn)圖形的單個(gè)點(diǎn)的位置可以由點(diǎn)圖形排列的信息和測(cè)量目標(biāo)的位置/方位的信息的組合而計(jì)算的示圖；圖10是總結(jié)參照實(shí)施例說(shuō)明處理的關(guān)系的示圖；圖11是說(shuō)明圖10中顯示的關(guān)系修改例的示圖；圖12是總結(jié)處理的關(guān)系的示圖，該處理的關(guān)系是參照本發(fā)明的實(shí)施例說(shuō)明的處理的修改例。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了本發(fā)明的實(shí)施例中使用的三維視覺(jué)傳感器(全文中只參照作“視覺(jué)傳感器”)的主要部分的配置。顯示的視覺(jué)傳感器本身是本領(lǐng)域中公知的典型代表，其包括傳感頭30和三維視覺(jué)傳感控制器10，該傳感頭30包括用于測(cè)量對(duì)象的光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)探測(cè)裝置，該三維視覺(jué)傳感控制器10用于控制傳感頭30和處理與三維測(cè)量相關(guān)的信息。傳感頭30中安置有激光束發(fā)射器34、用于驅(qū)動(dòng)發(fā)射器的激光驅(qū)動(dòng)部32、用于以激光束掃描對(duì)象的鏡35、以及用于驅(qū)動(dòng)鏡的鏡掃描部33。傳感頭也同樣裝配有用于獲取對(duì)象40的二維圖像的攝像機(jī)31和接收照射到對(duì)象40的激光束的反射。
另一方面，三維視覺(jué)傳感控制器10包括CPU11，例如ROM12、RAM13、非易失性存儲(chǔ)器14、和幀存儲(chǔ)器17的一組存儲(chǔ)器，用于與機(jī)器人控制器等交換數(shù)據(jù)的通信I/F(接口)15，用于與例如監(jiān)視器等外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)的輸入/輸出設(shè)備I/F(接口)16，用于驅(qū)動(dòng)攝像機(jī)31從而從其獲取圖像的攝像機(jī)I/F(接口)18，以及用于與激光驅(qū)動(dòng)部32和鏡掃描部33交換數(shù)據(jù)的激光控制I/F(接口)19。
在三維測(cè)量時(shí)，由CPU11運(yùn)行存儲(chǔ)在ROM12等中的程序，于是激光束經(jīng)由以預(yù)定角度θ設(shè)置的鏡35(通常，在多個(gè)角度連續(xù)地設(shè)置鏡)照射到對(duì)象40上，并且，對(duì)應(yīng)于每一設(shè)置角度θ，經(jīng)由攝像機(jī)31獲取激光束的圖像且存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器17中。然后，通過(guò)圖像處理從獲取的圖像提取特征量，并且使用特征量和預(yù)先存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器14中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或類似數(shù)據(jù)(之后存儲(chǔ)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù))，計(jì)算對(duì)象40的例如位置和方位的信息。在攝像機(jī)31對(duì)對(duì)象40的常規(guī)成像的情況中，二維圖像存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器17中，且經(jīng)受獲取圖像處理從而從圖像中提取特征量。同樣，使用所需的預(yù)先存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器14中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等，計(jì)算特征量數(shù)據(jù)等。
本發(fā)明應(yīng)用于三維視覺(jué)傳感器的再校準(zhǔn)，且因而自然假定在再校準(zhǔn)之前執(zhí)行合適的校準(zhǔn)，從而獲取代表校準(zhǔn)內(nèi)容的多個(gè)參數(shù)(全文中只參照為“校準(zhǔn)參數(shù)”)。再校準(zhǔn)之前由校準(zhǔn)獲取的校準(zhǔn)參數(shù)對(duì)于后面描述的“位置數(shù)據(jù)的獲取”(點(diǎn)圖形位置數(shù)據(jù)，在本實(shí)施例中)也同樣是必須的。
同樣參考圖2，將說(shuō)明“再校準(zhǔn)之前的校準(zhǔn)”。在本發(fā)明的下面的描述中，術(shù)語(yǔ)“每一”也用于代表實(shí)際中數(shù)量是單個(gè)的元素。為執(zhí)行校準(zhǔn)，首先，如圖2所示，具有用于校準(zhǔn)的測(cè)量目標(biāo)51的校準(zhǔn)夾板50貼附于傳感頭30，且在預(yù)定位置設(shè)置測(cè)量目標(biāo)51?；谑褂玫男?zhǔn)方法，在單個(gè)位置，或者在多個(gè)位置順序設(shè)置測(cè)量目標(biāo)。在圖示的例子中，測(cè)量目標(biāo)順序設(shè)置在兩個(gè)位置上，在每一設(shè)置的位置，依照采用的校準(zhǔn)方法，通過(guò)使用傳感頭30和視覺(jué)傳感控制器10執(zhí)行預(yù)定的測(cè)量，從而獲取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。下面，將說(shuō)明典型的校準(zhǔn)方法。
測(cè)量目標(biāo)51具有印記在其上的點(diǎn)圖形，且校準(zhǔn)夾板50配置為當(dāng)測(cè)量目標(biāo)51設(shè)置在每一預(yù)定位置時(shí)，點(diǎn)圖形52的每一點(diǎn)位于與傳感頭30相對(duì)的一定已知位置。將參考圖3說(shuō)明校準(zhǔn)細(xì)節(jié)。
在圖3中，參考標(biāo)記60A和60B表示位于各個(gè)設(shè)置位置的測(cè)量目標(biāo)(圖2中的51)。
下面，標(biāo)記60A和60B不僅表示測(cè)量目標(biāo)還表示各個(gè)設(shè)置位置。也就是，60A和60B代表設(shè)置在圖3中顯示的各個(gè)位置中的測(cè)量目標(biāo)(盡管數(shù)量上是單個(gè))。相似的，參考標(biāo)記61和62用于代表當(dāng)測(cè)量目標(biāo)設(shè)置在圖3所示的各個(gè)位置時(shí)，點(diǎn)圖形(圖2中的52)假定的位置。
如上述一樣，當(dāng)通過(guò)校準(zhǔn)夾板50將測(cè)量目標(biāo)放置在每一設(shè)置位置時(shí)，印記在其上的點(diǎn)圖形61和62的每一點(diǎn)都位于已知的位置。例如，如圖所示定義一坐標(biāo)系統(tǒng)80，相應(yīng)于作為傳感測(cè)量參考坐標(biāo)系統(tǒng)(全文中參照為傳感坐標(biāo)系統(tǒng))的測(cè)量目標(biāo)60A，點(diǎn)圖形61和62的位置可表示如下點(diǎn)圖形61的位置＝(Xa1，Ya1，Za1)點(diǎn)圖形62的位置＝(Xb1，Yb1，Zb1)其中，在圖示的例子中，Za1＝0。
如果測(cè)量目標(biāo)上的點(diǎn)圖形的點(diǎn)數(shù)目是N，且點(diǎn)分別標(biāo)號(hào)為1到N，則單個(gè)點(diǎn)的位置可通常表示如下點(diǎn)圖形61的第i個(gè)點(diǎn)的位置＝(Xai，Yai，Zai)點(diǎn)圖形62的第i個(gè)點(diǎn)的位置＝(Xbi，Ybi，Zbi)其中，i＝1，2，...，N，且圖示的例子中，Za1＝Za2＝...＝ZaN＝0。
然后，依照利用攝像機(jī)31的常規(guī)成像，對(duì)在相應(yīng)位置設(shè)置的測(cè)量目標(biāo)60A，60B成像，于是在視線71，72的延長(zhǎng)線上的成像平面上形成測(cè)量目標(biāo)的圖像。圖像上單個(gè)點(diǎn)圖形61和62的圖像坐標(biāo)(其縱軸和水平軸可分別參照作Vt和Hz)可以表示如下(Vai，Hai)(Vbi，Hbi)(其中i＝1，2，...，N)(Vai，Hai)可看作是相應(yīng)于點(diǎn)圖形61探測(cè)的一類特征量，且(Vbi，Hbi)可看作是相應(yīng)于點(diǎn)圖形62探測(cè)的一類特征量。
由于傳感坐標(biāo)系統(tǒng)80上的每一點(diǎn)的位置如上所述是已知的，則本領(lǐng)域公知的校準(zhǔn)計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于該特征量的組合，從而，對(duì)于給定的圖形特征量(V，H)，可以計(jì)算由圖形特征量確定的視線與測(cè)量目標(biāo)60A相交的交點(diǎn)(Xa，Ya，Za)，和由視線與測(cè)量目標(biāo)60B相交的交點(diǎn)(Xb，Yb，Zb)。
用于計(jì)算在測(cè)量目標(biāo)60A和60B上的交點(diǎn)的公式可由下述表達(dá)式組(1)表示(V，H)→(Xa，Ya，Za)(V，H)→(Xb，Yb，Zb) ...(1)
一旦獲取兩交點(diǎn)(Xa，Ya，Za)和(Xb，Yb，Zb)，經(jīng)過(guò)這兩個(gè)點(diǎn)的直線的方程式可由簡(jiǎn)單計(jì)算推導(dǎo)。代表直線的方程式是“視線方程式”，其由下述表達(dá)式(2)簡(jiǎn)單表示(Xa，Ya，Za)，(Xb，Yb，Zb)→“視線方程式”...(2)之后，利用鏡35以想要的角度θ導(dǎo)向而照射的激光束的亮點(diǎn)63，64由攝像機(jī)31成像，于是亮點(diǎn)的圖像在視線73，74的延長(zhǎng)線上的成像平面上形成。通過(guò)利用上述表示式(1)的關(guān)系，獲取亮點(diǎn)63和64作為坐標(biāo)系統(tǒng)80上的三維位置。
在激光束是窄縫束的情況下，取代亮點(diǎn)63和64，兩條亮直線形成在各個(gè)測(cè)量目標(biāo)上。然后，相應(yīng)于測(cè)量目標(biāo)上的每一亮線(直線)，計(jì)算多個(gè)亮點(diǎn)的三維位置，從而可以唯一確定一平面(全文參照為激光窄縫束平面)，該平面包括形成兩亮線的激光窄縫束。
相似的，鏡35的角度θ改變到不同角度，在每一角度獲取激光窄縫束平面，從而可以計(jì)算相應(yīng)于想要的角度θ的激光窄縫束平面。用于計(jì)算激光窄縫束平面的方程式由下述表達(dá)式(3)表示θ→“激光窄縫束平面的方程式”...(3)因而，得到方程式(1)到(3)，于是完成校準(zhǔn)。特別的，單個(gè)方程式(1)到(3)的計(jì)算內(nèi)容(例如多項(xiàng)式)和多個(gè)特定的參數(shù)(例如，多項(xiàng)式的單項(xiàng)的系數(shù)和常量)都存儲(chǔ)在視覺(jué)傳感器的存儲(chǔ)器中。
以設(shè)置兩個(gè)位置測(cè)量目標(biāo)執(zhí)行前述校準(zhǔn)方法。可以選擇的以設(shè)置在單個(gè)位置的測(cè)量目標(biāo)執(zhí)行校準(zhǔn)。下面將簡(jiǎn)要說(shuō)明這樣校準(zhǔn)的示例。下面，假定圖3中顯示的測(cè)量目標(biāo)60A為“設(shè)置在單個(gè)位置的測(cè)量目標(biāo)”，且定義在測(cè)量目標(biāo)60A上的坐標(biāo)系統(tǒng)80參考作“測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng)”。
如果攝像機(jī)31的象素大小和攝像機(jī)31中使用的鏡頭的焦距是已知的，則成像平面可以假定位于與攝像機(jī)鏡頭的中心位置距離焦距的位置。當(dāng)給定可選圖像特征量(V，H)時(shí)，相應(yīng)于攝像機(jī)的成像平面定義坐標(biāo)系統(tǒng)(XY平面與成像平面相重合的三維坐標(biāo)系統(tǒng)；全文參考作為成像平面坐標(biāo)系統(tǒng))，從而可以確定對(duì)象圖像的位置(Xc，Yc，Zc)。也就是，相應(yīng)于測(cè)量目標(biāo)上的N個(gè)點(diǎn)的圖形，獲取下述組合
圖像特征量(Vai，Hai)成像平面坐標(biāo)系統(tǒng)上的對(duì)象圖像位置(Xci，Yci，Zci)測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng)上的對(duì)象位置(Xai，Yai，Zai)(其中i＝1，2，...，N)。然后在該組合上執(zhí)行校準(zhǔn)計(jì)算，從而獲取攝像機(jī)成像平面坐標(biāo)系統(tǒng)和測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng)之間的相對(duì)位置關(guān)系。因此，當(dāng)給定可選圖像特征量(V，H)，可以計(jì)算成像平面坐標(biāo)系統(tǒng)上的對(duì)象圖像位置(Xc，Yc，Zc)，和視線與測(cè)量目標(biāo)60A相交的交點(diǎn)(Xa，Ya，Za)。
計(jì)算這些值的方程式由下述表達(dá)式組(1’)簡(jiǎn)單表示(V，H)→(Xc，Yc，Zc)(V，H)→(Xa，Ya，Za) ...(1’)一旦獲取兩點(diǎn)(Xc，Yc，Zc)和(Xa，Ya，Za)，可由簡(jiǎn)單計(jì)算獲取視線方程式。
計(jì)算的方程式可由下述表達(dá)式(2’)簡(jiǎn)單表示(Xc，Yc，Zc)，(Xa，Ya，Za)→“視線方程式”...(2’)之后，如上述“兩個(gè)位置設(shè)置”的情況，利用鏡35以想要的角度θ導(dǎo)向而照射的激光束的亮點(diǎn)63由攝像機(jī)31成像，從而，在視線73的延長(zhǎng)線上的成像平面上形成亮點(diǎn)的圖像。通過(guò)利用上述表達(dá)式(1’)的關(guān)系，獲取亮點(diǎn)63作為測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng)80上的三維位置。
在激光束是窄縫束的情況下，在測(cè)量面板60A上形成了取代亮點(diǎn)63的亮的直線。激光束發(fā)射器34是點(diǎn)光源，由亮點(diǎn)63代表的點(diǎn)光源和直線(亮線)形成一個(gè)平面。因而，將鏡35的角度θ以每次δθ(小角度)的幅度連續(xù)改變到不同的角度，且在每一角度得到的平面與以δθ變換的相應(yīng)的相對(duì)角度相關(guān)，從而可以獲取點(diǎn)光源的位置。因此，對(duì)于給定的可選角度θ，可以計(jì)算該角度的激光窄縫束平面。
由下述表達(dá)式(3’)簡(jiǎn)單表示計(jì)算方程式θ→“激光窄縫束平面” ...(3’)因而，得到方程式(1’)和(3’)，于是完成按照“單個(gè)位置設(shè)置”方法的校準(zhǔn)。特別的，單個(gè)方程式(1’)到(3’)的計(jì)算內(nèi)容(例如，多項(xiàng)式)和多個(gè)特定參數(shù)(例如，多項(xiàng)式的單項(xiàng)的系數(shù)和常熟)如“兩位置設(shè)置”的情況一樣存儲(chǔ)在視覺(jué)傳感器的存儲(chǔ)器中。
利用如上述的“單位置設(shè)置”或“兩位置設(shè)置”校準(zhǔn)的三維視覺(jué)傳感器，以下述方式測(cè)量對(duì)象。首先，基于測(cè)量過(guò)程中鏡的角度θ，依照方程式(3)或(3’)獲取用于該角度的激光窄縫束，且然后基于表示激光束的亮點(diǎn)的圖像特征量(V，H)，依照方程式(1)和(2)或方程式(1’)和(2’)得到從攝像機(jī)31到亮點(diǎn)的視線。之后，同時(shí)解激光窄縫束平面的方程式和視線方程式，從而獲取亮點(diǎn)的三維位置。
基于應(yīng)用，可常規(guī)測(cè)量的三維時(shí)間傳感器從夾板50分離，且然后安置在機(jī)器人臂上或機(jī)器人外部的固定位置。下面描述了“布置1”和“布置2”的典型情況，其中，為了方便，參考數(shù)字103用于表示結(jié)合校準(zhǔn)說(shuō)明的測(cè)量目標(biāo)(51，60A，60B)。
布置1如圖4所示，當(dāng)測(cè)量目標(biāo)103固定在合適的位置(臨近機(jī)器人101但沒(méi)有干擾)時(shí)，傳感頭102(與圖1中顯示的相同，與具有其它元件的情況一樣)安裝在機(jī)器人101的一個(gè)臂上。在圖示的例子中，由固定部件將測(cè)量目標(biāo)103固定在機(jī)器人的機(jī)座上。
機(jī)器人101連接于機(jī)器人控制器100，和三維視覺(jué)傳感控制器104連接于傳感頭102。機(jī)器人控制器100和三維視覺(jué)傳感控制器104通過(guò)例如通信線路105互相連接。
布置2如圖5中所示，傳感頭102安置在機(jī)器人101外部的固定位置(在圖示的例子中，在支柱106上的固定位置)。測(cè)量目標(biāo)103貼附于機(jī)器人101的臂。
如布置1一樣，機(jī)器人101連接于機(jī)器人控制器100，且三維視覺(jué)傳感控制器104連接于傳感頭103。同樣，機(jī)器人控制器100和三維視覺(jué)傳感控制器104通過(guò)例如通信線路105互相連接。
無(wú)論采用哪種布置，當(dāng)視覺(jué)傳感器102可以常規(guī)測(cè)量時(shí)，為進(jìn)一步的再校準(zhǔn)執(zhí)行一系列操作，該操作包括將機(jī)器人臂移動(dòng)到相對(duì)于機(jī)器人101預(yù)先設(shè)置的可選位置P1和P2、測(cè)量測(cè)量目標(biāo)103以及存儲(chǔ)在點(diǎn)圖形上的數(shù)據(jù)。下面，將說(shuō)明單個(gè)步驟。
步驟S1將機(jī)器人移動(dòng)到位置P1，從而以“第一相對(duì)位置關(guān)系”安置視覺(jué)傳感器102和測(cè)量目標(biāo)103。
步驟S2通過(guò)機(jī)器人控制器100的鍵盤手動(dòng)操作，編程的指示等，將一指令輸出到三維視覺(jué)傳感控制器104，該指令(包括位置數(shù)據(jù)獲取指令)用于使得視覺(jué)傳感器102測(cè)量測(cè)量目標(biāo)103。
步驟S3計(jì)算傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)(或測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng))80中的點(diǎn)圖形位置。在這種情況中，使用在前述校準(zhǔn)時(shí)保存的校準(zhǔn)參數(shù)。應(yīng)注意的是，不像圖3所示的情況，傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)(或測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng))80并不必須一定要在一測(cè)量目標(biāo)上建立。
步驟S4將步驟S3中獲取的數(shù)據(jù)作為“點(diǎn)圖形位置A”存儲(chǔ)在視覺(jué)傳感器的非易失性存儲(chǔ)器14。
步驟S5將機(jī)器人移動(dòng)到位置P2，從而以“第二相對(duì)位置關(guān)系”安置視覺(jué)傳感器102和測(cè)量目標(biāo)103。
步驟S6通過(guò)機(jī)器人控制器100的鍵盤手動(dòng)操作，編程的指示等，將一指令輸出到三維視覺(jué)傳感控制器104，該指令(包括位置數(shù)據(jù)獲取指令)用于使得視覺(jué)傳感器102測(cè)量測(cè)量目標(biāo)103。
步驟S7再次計(jì)算傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)(或測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng))80中的點(diǎn)圖形位置。在這種情況中，使用在前述校準(zhǔn)時(shí)保存的校準(zhǔn)參數(shù)。應(yīng)注意的是，不像圖3所示的情況，傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)(或測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng))80并不必須一定要在一測(cè)量目標(biāo)上建立。
步驟S8將步驟S7中獲取的數(shù)據(jù)作為“點(diǎn)圖形位置B”存儲(chǔ)在視覺(jué)傳感器的非易失性存儲(chǔ)器14。
上面完成了用于再校準(zhǔn)的預(yù)處理(位置數(shù)據(jù)獲取步驟)。如果由于背景技術(shù)中描述的各種原因而之后需要視覺(jué)傳感器102的再校準(zhǔn)，則執(zhí)行再校準(zhǔn)步驟。圖7是總結(jié)再校準(zhǔn)的流程圖，且下面將說(shuō)明單個(gè)步驟。
步驟S11將機(jī)器人移動(dòng)到位置P1。因此，至少近似地再生視覺(jué)傳感器102和測(cè)量目標(biāo)103之間的“第一相對(duì)位置關(guān)系”。(通常，可以假定視覺(jué)傳感器的位置/方位已經(jīng)改變，且因而再生的關(guān)系包括有相應(yīng)的非準(zhǔn)確性。)步驟S12通過(guò)機(jī)器人控制器100的鍵盤手動(dòng)操作，編程的指示等，將一指令輸出到三維視覺(jué)傳感控制器104，該指令(包括再校準(zhǔn)指令)用于使得視覺(jué)傳感器102測(cè)量測(cè)量目標(biāo)103。
步驟S13提取測(cè)量目標(biāo)103上的點(diǎn)圖形的圖像坐標(biāo)。
步驟S14將步驟S13中提取的圖像坐標(biāo)作為圖像坐標(biāo)A短暫存儲(chǔ)在視覺(jué)傳感器的非易失性存儲(chǔ)器14中。
步驟S15將機(jī)器人移動(dòng)到位置P2，因此，至少近似地再生視覺(jué)傳感器102和測(cè)量目標(biāo)103之間的“第二相對(duì)位置關(guān)系”。(同樣在這種情況下，通常，可以假定視覺(jué)傳感器的位置/方位已經(jīng)改變，且因而再生的關(guān)系包括有相應(yīng)的非準(zhǔn)確性。)步驟S16通過(guò)機(jī)器人控制器100的鍵盤手動(dòng)操作，編程的指示等，將一指令輸出到三維視覺(jué)傳感控制器104，該指令(包括再校準(zhǔn)指令)用于使得視覺(jué)傳感器102測(cè)量測(cè)量目標(biāo)103。
步驟S17提取測(cè)量目標(biāo)103上的點(diǎn)圖形的圖像坐標(biāo)。
步驟S18將步驟S17中提取的圖像坐標(biāo)作為圖像坐標(biāo)B短暫存儲(chǔ)在視覺(jué)傳感器的非易失性存儲(chǔ)器14中。
步驟S19利用數(shù)據(jù)“點(diǎn)圖形位置A”，“點(diǎn)圖形位置B”，“圖像坐標(biāo)A”和“圖像坐標(biāo)B”，執(zhí)行用于再校準(zhǔn)的校準(zhǔn)計(jì)算。也就是，通過(guò)利用這些數(shù)據(jù)項(xiàng)，可以更新(再次計(jì)算并存儲(chǔ))前述方程式(1)和(2)或方程式(1’)和(2’)。同樣，通過(guò)執(zhí)行前述激光束校準(zhǔn)，可能更新(再次計(jì)算并存儲(chǔ))方程式(3)或(3’)。這完成了再校準(zhǔn)。
步驟S20在步驟S19中獲取的校準(zhǔn)參數(shù)存儲(chǔ)在視覺(jué)傳感器的存儲(chǔ)器中，取代了先前的校準(zhǔn)參數(shù)，于是處理結(jié)束。
在實(shí)施例的上面描述中，利用機(jī)器人將三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)帶入相對(duì)位置關(guān)系。然而，在實(shí)施在單個(gè)位置上設(shè)置測(cè)量目標(biāo)的前述校準(zhǔn)方法時(shí)，僅需要確定一個(gè)相對(duì)位置關(guān)系。
同樣，作為布置1或2的修改，測(cè)量目標(biāo)103可以安置在不同機(jī)器人的臂上，從而建立每一相對(duì)位置關(guān)系，且至少近似地再生關(guān)系。例如，測(cè)量目標(biāo)可以貼附在“不同機(jī)器人”的臂上，且位置P3可以用作是前述“固定位置”的替代。
進(jìn)一步，在實(shí)施例的上面描述中，在獲取參考數(shù)據(jù)的時(shí)候和再校準(zhǔn)的時(shí)候，由三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，從而獲取測(cè)量目標(biāo)的“位置”數(shù)據(jù)。更特別的，在圖6的流程的步驟S3和S4中，探測(cè)參考傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)的測(cè)量目標(biāo)的點(diǎn)圖形位置，且存儲(chǔ)作為點(diǎn)圖形位置A，而且在步驟S7和S8中，探測(cè)參考傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)的測(cè)量目標(biāo)的點(diǎn)圖形位置，且存儲(chǔ)作為點(diǎn)圖形位置B(參考數(shù)據(jù)獲取)。然后，在圖7的流程的步驟S13，S14，S17和S18中，以相似的方式(用于再校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)獲取)執(zhí)行測(cè)量目標(biāo)上的點(diǎn)圖形的圖像坐標(biāo)的提取，和提取的圖像坐標(biāo)A和B的暫存。
通過(guò)獲取測(cè)量目標(biāo)的“方位”數(shù)據(jù)，取代測(cè)量目標(biāo)的“位置”數(shù)據(jù)，可同等地執(zhí)行本發(fā)明。下面將簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。下述解釋只考慮點(diǎn)圖像位置A，因?yàn)楸M管分開(kāi)地描述，但是如之前描述的以與三維視覺(jué)傳感器相對(duì)的不同位置設(shè)置相同的測(cè)量目標(biāo)獲取上述實(shí)施例的點(diǎn)圖形位置A和B。
依照前述實(shí)施例的存儲(chǔ)點(diǎn)圖形位置A的方式，示例了測(cè)量測(cè)量目標(biāo)且存儲(chǔ)與之相關(guān)的位置信息的方法。依照說(shuō)明書中使用的表達(dá)式，存儲(chǔ)位置數(shù)據(jù)(Xai，Yai，Zai)(其中i＝1，2，...，N)。所提供的傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)是由∑s表達(dá)，(Xai，Yai，Zai)代表∑s中的坐標(biāo)。圖8顯示了N個(gè)點(diǎn)(N＝12)的矩陣構(gòu)成的點(diǎn)圖形的示例，且顯示了其第一點(diǎn)和最后一點(diǎn)的坐標(biāo)分別是(Xa1，Ya1，Za1)和(XaN，YaN，ZaN)。
作為測(cè)量測(cè)量目標(biāo)且存儲(chǔ)與之相關(guān)的位置信息的另一方法，測(cè)量目標(biāo)的“方位”可由下述方法存儲(chǔ)。如果測(cè)量目標(biāo)上的點(diǎn)圖形的布置是已知的，與通過(guò)測(cè)量點(diǎn)圖形的單個(gè)點(diǎn)的位置所獲取的信息相等同的信息，可以通過(guò)測(cè)量測(cè)量目標(biāo)的位置/方位而得到。也就是，如果預(yù)先準(zhǔn)備點(diǎn)圖形的布置的信息，通過(guò)利用布置信息并結(jié)合關(guān)于測(cè)量目標(biāo)的位置/方位的信息，可以馬上計(jì)算點(diǎn)圖形的單個(gè)點(diǎn)的位置。這將參照?qǐng)D9進(jìn)行描述。
下面，固定建立在測(cè)量目標(biāo)上的坐標(biāo)系統(tǒng)參照作∑t。假定測(cè)量目標(biāo)上的點(diǎn)圖形的布置是已知的，單個(gè)點(diǎn)的布置可表達(dá)為Di(其中i＝1，2，...，N)其中Di表示坐標(biāo)系統(tǒng)∑t中的坐標(biāo)。更特別的，單個(gè)點(diǎn)的布置表達(dá)為Di＝(xi，yi，zi)(其中i＝1，2，...，N)。
然后測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，且與之相關(guān)的位置信息存儲(chǔ)作為從傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)∑s看的∑t位置/方位(全文表達(dá)為T)。作為本領(lǐng)域中公知的，T是齊次變換矩陣。因而，如果Di是預(yù)先知道的，通過(guò)利用下面的方程式(4)，傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)∑s上的位置(坐標(biāo))可以轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)系統(tǒng)∑t上的位置(坐標(biāo))，反之亦然。因此測(cè)量目標(biāo)的位置/方位T的存儲(chǔ)等同于存儲(chǔ)(Xai，Yai，Zai)。
上面參考實(shí)施例解釋的處理可以總結(jié)為圖10所示的關(guān)系圖。在該圖中，“測(cè)量對(duì)象”可使用為用于實(shí)施例的上述描述中參考的“測(cè)量目標(biāo)”的更一般的術(shù)語(yǔ)。依照本發(fā)明，同樣可能改變圖示的關(guān)系。在圖10的關(guān)系示圖中，由測(cè)量對(duì)象(測(cè)量目標(biāo))上的特征量信息和已由相同的傳感器保存的與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)(在更新之前的數(shù)據(jù))，計(jì)算測(cè)量對(duì)象(測(cè)量目標(biāo))上的位置信息。因此，圖10中顯示的關(guān)系可改寫為圖11中所顯示的。
這里考慮獲取位置信息的定時(shí)。在上面的實(shí)施例中(圖10)，在獲取參考數(shù)據(jù)的時(shí)候獲取位置信息(位置/方位數(shù)據(jù))，但是將理解實(shí)質(zhì)上只有在該定時(shí)獲取測(cè)量對(duì)象(測(cè)量目標(biāo))上的特征量信息。
對(duì)此，可以取代圖10中顯示的關(guān)系采用圖12中顯示的處理的關(guān)系。也就是，為獲取參考數(shù)據(jù)，當(dāng)三維視覺(jué)傳感器是在可常規(guī)測(cè)量的狀態(tài)時(shí)，以至少一可選的相對(duì)位置關(guān)系安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)(測(cè)量對(duì)象)，且然后由三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)(測(cè)量對(duì)象)，從而獲取測(cè)量目標(biāo)(測(cè)量對(duì)象)上的特征量數(shù)據(jù)，該特征量數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)。
然后，在三維視覺(jué)傳感器是在可常規(guī)測(cè)量的狀態(tài)之后再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的時(shí)候，安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)(測(cè)量對(duì)象)，從而可至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，且然后通過(guò)三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)(測(cè)量對(duì)象)從而獲取測(cè)量目標(biāo)(測(cè)量對(duì)象)上的特征量。
之后，基于三維視覺(jué)傳感器在可常規(guī)測(cè)量的狀態(tài)時(shí)獲取的與校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)，更新在參考數(shù)據(jù)獲取的時(shí)候獲取的特征量數(shù)據(jù)、在再校準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取時(shí)獲取的特征量數(shù)據(jù)、和與三維傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)。
與前述實(shí)施例相同，在參考數(shù)據(jù)獲取的時(shí)候，以該至少一相對(duì)位置關(guān)系安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量對(duì)象，且安置相同的元件，從而在再校準(zhǔn)的時(shí)候至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，該兩安置都是通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人而執(zhí)行，該機(jī)器人支撐三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量對(duì)象中的至少一個(gè)。同樣，為了在再校準(zhǔn)的時(shí)候至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，移動(dòng)機(jī)器人從而再生機(jī)器人位置，在該位置，該至少一相對(duì)位置關(guān)系在參考數(shù)據(jù)獲取的時(shí)候建立了。
進(jìn)一步，取代通過(guò)機(jī)器人裝置規(guī)定三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量對(duì)象之間的兩相對(duì)位置關(guān)系，以設(shè)置在單個(gè)位置的測(cè)量對(duì)象執(zhí)行校準(zhǔn)的方法可以如上述一樣被采用，該情況中，可以只規(guī)定一相對(duì)位置關(guān)系。而且，可以采用該方法，其中在不同機(jī)器人臂上安置測(cè)量目標(biāo)103，從而建立至少一相對(duì)位置關(guān)系，且至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的方法，該三維視覺(jué)傳感器保存與機(jī)器人系統(tǒng)中的校準(zhǔn)相關(guān)的多個(gè)參數(shù)，所述方法包括步驟(a)當(dāng)三維視覺(jué)傳感器是在可常規(guī)測(cè)量的狀態(tài)中時(shí)，以至少一可選的相對(duì)位置關(guān)系安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，使用與校準(zhǔn)相關(guān)的并保存在三維視覺(jué)傳感器中的參數(shù)，由該三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，以獲取表示測(cè)量目標(biāo)的至少一個(gè)位置和方位的位置/方位數(shù)據(jù)；(b)安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，從而在三維視覺(jué)傳感器在所述狀態(tài)之后進(jìn)行再校準(zhǔn)的時(shí)候，至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，且然后通過(guò)三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，從而獲取測(cè)量目標(biāo)上的特征量數(shù)據(jù)；以及(c)基于特征量數(shù)據(jù)和位置/方位數(shù)據(jù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)，其中，步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，和步驟(b)中安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)從而至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，所述步驟(a)和步驟(b)都是通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人而執(zhí)行的，該機(jī)器人支撐三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)的至少一個(gè)，以及在步驟(b)，為了在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，移動(dòng)機(jī)器人從而再生于步驟(a)中建立了該至少一相對(duì)位置關(guān)系的機(jī)器人位置。
2.如權(quán)利要求1所述的再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的方法，其中三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)之一安裝在機(jī)器人的臂上，而三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)的另外一個(gè)放置在該機(jī)器人臂之外的預(yù)定位置，從而在步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行安置，并且在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系。
3.如權(quán)利要求1所述的再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的方法，其中三維視覺(jué)傳感器安裝在機(jī)器人的臂上，而測(cè)量目標(biāo)放置在與該機(jī)器人臂不同的位置，從而在步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行安置，并且在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系。
4.如權(quán)利要求1所述的再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的方法，其中三維視覺(jué)傳感器安裝在機(jī)器人的臂上，而測(cè)量目標(biāo)放置在另一機(jī)器人的臂上，從而在步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行安置，并且在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系。
5.一種再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的方法，該三維視覺(jué)傳感器保存與機(jī)器人系統(tǒng)中的校準(zhǔn)相關(guān)的多個(gè)參數(shù)，所述方法包括步驟(a)當(dāng)三維視覺(jué)傳感器是在可常規(guī)測(cè)量的狀態(tài)中時(shí)，以至少一可選的相對(duì)位置關(guān)系安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，然后通過(guò)三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，從而獲取測(cè)量目標(biāo)上的特征量數(shù)據(jù)，以及保存特征量數(shù)據(jù)；(b)安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，從而在三維視覺(jué)傳感器在所述狀態(tài)之后進(jìn)行再校準(zhǔn)的時(shí)候，至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，且然后通過(guò)三維視覺(jué)傳感器測(cè)量測(cè)量目標(biāo)，從而獲取測(cè)量目標(biāo)上的特征量數(shù)據(jù)；以及(c)基于在步驟(a)保存的與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)、所述步驟(a)中獲取的特征量數(shù)據(jù)以及所述步驟(b)中獲取的特征量數(shù)據(jù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)，其中，步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，和步驟(b)中安置三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)從而至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，所述步驟(a)和步驟(b)都是通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人而執(zhí)行的，該機(jī)器人支撐三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)的至少一個(gè)，以及在步驟(b)，為了在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系，移動(dòng)機(jī)器人從而再生于步驟(a)中建立了該至少一相對(duì)位置關(guān)系的機(jī)器人位置。
6.如權(quán)利要求5所述的再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的方法，其中三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)之一安裝在機(jī)器人的臂上，而三維視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)的另外一個(gè)放置在該機(jī)器人臂之外的預(yù)定位置，從而在步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行安置，并且在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系。
7.如權(quán)利要求5所述的再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的方法，其中三維視覺(jué)傳感器安裝在機(jī)器人的臂上，而測(cè)量目標(biāo)放置在與該機(jī)器人臂不同的位置，從而在步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行安置，并且在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系。
8.如權(quán)利要求5所述的再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的方法，其中三維視覺(jué)傳感器安裝在機(jī)器人的臂上，而測(cè)量目標(biāo)放置在另一機(jī)器人的臂上，從而在步驟(a)中以該至少一相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行安置，并且在步驟(b)中至少近似地再生該至少一相對(duì)位置關(guān)系。
9.一種用于再校準(zhǔn)安裝在機(jī)器人臂上的三維視覺(jué)傳感器的設(shè)備，包括用于保存與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的多個(gè)參數(shù)的裝置；用于移動(dòng)機(jī)器人到至少一機(jī)器人位置的裝置，在該位置三維視覺(jué)傳感器臨近于測(cè)量目標(biāo)；目標(biāo)位置信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的位置信息；目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息；響應(yīng)于參考數(shù)據(jù)獲取指令，使得目標(biāo)位置信息探測(cè)裝置使用所保存的與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)探測(cè)和測(cè)量目標(biāo)有關(guān)的位置信息，并將所探測(cè)的位置信息作為表示該測(cè)量目標(biāo)的至少一個(gè)位置和方位的位置/方位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的裝置；響應(yīng)于再校準(zhǔn)指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且獲取作為特征量數(shù)據(jù)的探測(cè)的特征量信息的裝置；以及參數(shù)更新裝置，其用于基于特征量數(shù)據(jù)和位置/方位數(shù)據(jù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)。
10.一種利用安裝在機(jī)器人上的測(cè)量目標(biāo)再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的設(shè)備，包括用于保存與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的多個(gè)參數(shù)的裝置；用于移動(dòng)機(jī)器人到至少一機(jī)器人位置的裝置，在該位置三維視覺(jué)傳感器臨近于測(cè)量目標(biāo)；目標(biāo)位置信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的位置信息；目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息；響應(yīng)于參考數(shù)據(jù)獲取指令，使得目標(biāo)位置信息探測(cè)裝置使用所保存的與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)探測(cè)和測(cè)量目標(biāo)有關(guān)的位置信息，并將所探測(cè)的位置信息作為表示該測(cè)量目標(biāo)的至少一個(gè)位置和方位的位置/方位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的裝置；響應(yīng)于再校準(zhǔn)指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且獲取作為特征量數(shù)據(jù)的探測(cè)的特征量信息的裝置；以及參數(shù)更新裝置，其用于基于特征量數(shù)據(jù)和位置/方位數(shù)據(jù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)。
11.一種用于再校準(zhǔn)安裝在機(jī)器人臂上的三維視覺(jué)傳感器的設(shè)備，包括用于保存與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的多個(gè)參數(shù)的裝置；用于移動(dòng)機(jī)器人到至少一機(jī)器人位置的裝置，在該位置三維視覺(jué)傳感器臨近于測(cè)量目標(biāo)；目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息；響應(yīng)于參考數(shù)據(jù)獲取指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且將探測(cè)的特征量信息存儲(chǔ)作為參考特征量數(shù)據(jù)的裝置；響應(yīng)于再校準(zhǔn)指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且獲取作為特征量數(shù)據(jù)的探測(cè)的特征量信息的裝置；以及參數(shù)更新裝置，其用于基于特征量數(shù)據(jù)，參考特征量數(shù)據(jù)，和在參考數(shù)據(jù)獲取指令接收時(shí)保存的、與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)。
12.一種利用安裝在機(jī)器人上的測(cè)量目標(biāo)再校準(zhǔn)三維視覺(jué)傳感器的設(shè)備，包括用于保存與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的多個(gè)參數(shù)的裝置；用于移動(dòng)機(jī)器人到至少一機(jī)器人位置的裝置，在該位置三維視覺(jué)傳感器臨近于測(cè)量目標(biāo)；目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置，其用于通過(guò)三維視覺(jué)傳感器的測(cè)量，探測(cè)在該至少一機(jī)器人位置的測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息；響應(yīng)于參考數(shù)據(jù)獲取指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且將探測(cè)的特征量信息存儲(chǔ)作為參考特征量數(shù)據(jù)的裝置；響應(yīng)于再校準(zhǔn)指令，使得目標(biāo)特征量信息探測(cè)裝置探測(cè)測(cè)量目標(biāo)上的特征量信息，并且獲取作為特征量數(shù)據(jù)的探測(cè)的特征量信息的裝置；以及參數(shù)更新裝置，其用于基于特征量數(shù)據(jù)，參考特征量數(shù)據(jù)，和在參考數(shù)據(jù)獲取指令接收時(shí)保存的、與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)，更新與三維視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)。
全文摘要
用于機(jī)器人系統(tǒng)的三維視覺(jué)傳感器的再校準(zhǔn)方法和設(shè)備，從而減輕用于再校準(zhǔn)所需的工作負(fù)荷。當(dāng)視覺(jué)傳感器是常規(guī)時(shí)，通過(guò)機(jī)器人以一個(gè)或更多的相對(duì)位置關(guān)系安置視覺(jué)傳感器和測(cè)量目標(biāo)，并且利用之后保存的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，測(cè)量目標(biāo)從而獲取點(diǎn)圖形的位置/方位信息等。在再校準(zhǔn)過(guò)程中，近似地再生每一相對(duì)位置關(guān)系，并且再次測(cè)量目標(biāo)，從而獲取圖像上特征量信息或點(diǎn)圖形的位置/方位等。基于特征量數(shù)據(jù)和位置信息，更新與視覺(jué)傳感器的校準(zhǔn)相關(guān)的參數(shù)。在機(jī)器人臂上安裝帶有相對(duì)位置關(guān)系的視覺(jué)傳感器和目標(biāo)。在再校準(zhǔn)過(guò)程中，利用保存的校準(zhǔn)參數(shù)、同樣還有視覺(jué)傳感器的常規(guī)操作期間和再校準(zhǔn)過(guò)程中獲取的特征量信息，可以計(jì)算位置信息，并且基于計(jì)算結(jié)果可以更新校準(zhǔn)參數(shù)。
文檔編號(hào)G01B11/26GK1727839SQ20051008736
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者伴一訓(xùn), 管野一郎 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社