基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位方法及系統(tǒng)，定位方法首先采集產(chǎn)品特征圓的位置信息；再獲取圖像上產(chǎn)品特征圓的多個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)值并導(dǎo)入分析軟件中；再建立外圓圓心的逼近函數(shù)，并設(shè)定逼近函數(shù)的約束條件；再求解圓心的坐標(biāo)，并對(duì)求解出的圓心的坐標(biāo)進(jìn)行判定；定位系統(tǒng)包括機(jī)械臂、固定在機(jī)械臂末端的高精度工業(yè)攝像機(jī)、圖像處理系統(tǒng)、基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)高精度工業(yè)攝像機(jī)至產(chǎn)品接收口外圓；高精度工業(yè)攝像機(jī)采集對(duì)產(chǎn)品接收口外圓圖像并傳到圖像處理系統(tǒng)；所述圖像處理系統(tǒng)獲得產(chǎn)品特征圓的位置信息并將坐標(biāo)值傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)求解圓心的坐標(biāo)，并對(duì)求解結(jié)果進(jìn)行判定；本發(fā)明專利技術(shù)可提高機(jī)器人的定位精確度。

High Precision Location System and Method Based on Machine Vision

The invention discloses a high-precision positioning method and system based on machine vision. The positioning method first collects the position information of product feature circle; then obtains the coordinate values of multiple position points of product feature circle on the image and imports them into the analysis software; establishes the approximation function of the center of the outer circle and sets the constraints of the approximation function; then solves the coordinates of the center of the circle, and solves the obtained coordinates. The coordinates of the center of a circle are determined; the positioning system includes a manipulator, a high-precision industrial camera fixed at the end of the manipulator, an image processing system and a computer-based data processing system; the manipulator drives a high-precision industrial camera to the outer circle of the product receiving port; the high-precision industrial camera captures the image of the outer circle of the product receiving port and transmits it to the image processing system; and the image processing system is described. The system obtains the position information of the product characteristic circle and transmits the coordinate value to the data processing system; the data processing system solves the coordinate of the circle center and judges the solution result; the invention can improve the positioning accuracy of the robot.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位系統(tǒng)及方法
本專利技術(shù)屬于機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域，特別是一種基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
隨著智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，很多行業(yè)對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)和檢測(cè)提出了新的需求，傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)和檢測(cè)的方式已經(jīng)很難滿足生產(chǎn)生活化的需要，這制約著生產(chǎn)力的發(fā)展和提高。而隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展和完善人們開(kāi)始依靠機(jī)器人來(lái)替代人工生產(chǎn)和檢測(cè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在自動(dòng)化生產(chǎn)和檢測(cè)中越來(lái)越占據(jù)重要的地位，而在機(jī)器人領(lǐng)域，某些精準(zhǔn)的信息必須重復(fù)的利用和提取，例如目標(biāo)跟蹤、導(dǎo)航、檢測(cè)等，這些都是依靠各類傳感器來(lái)獲取信息進(jìn)行計(jì)算后來(lái)進(jìn)行判斷，在這種高要求的情況下、出現(xiàn)了機(jī)器視覺(jué)。機(jī)器視覺(jué)是一門(mén)涉及到人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、計(jì)算科學(xué)、圖像學(xué)、模式識(shí)別等的多領(lǐng)域交叉的學(xué)科，目的就是為了讓機(jī)器人擁有和人一樣的視覺(jué)感知能力，同時(shí)依靠此感知能力實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的避障、導(dǎo)航等功能，而視覺(jué)的基礎(chǔ)涉及到視覺(jué)信息的采集和大量的圖像處理、計(jì)算和分析任務(wù)。通常機(jī)器人的定位和導(dǎo)航方案有SLAM即時(shí)定位和導(dǎo)航或者事先構(gòu)建好地圖用作導(dǎo)航，對(duì)于周圍環(huán)境特征不復(fù)雜和各個(gè)區(qū)域相似度不高的情況還可以直接利用雙目視覺(jué)導(dǎo)航。但是當(dāng)機(jī)器人活動(dòng)區(qū)域的特征相似度很高的話，那么粒子多次移動(dòng)后，傳感器所采集到的特征會(huì)多次和很多粒子的位置特征相似，難以保證獲得定位的精確性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位方法及系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位精確度。實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的技術(shù)解決方案為：一種基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位方法，包括以下步驟：步驟1、采集產(chǎn)品特征圓的位置信息；步驟2、獲取圖像上產(chǎn)品特征圓的多個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，并導(dǎo)入分析軟件中；步驟3、建立求解產(chǎn)品接收口外圓圓心的逼近函數(shù)，并設(shè)定逼近函數(shù)的約束條件：步驟4、求解圓心的坐標(biāo)：提供約束條件的參數(shù)值及圓心的一個(gè)初值，利用fmincon函數(shù)求解出圓心的坐標(biāo)；步驟5、對(duì)求解出的圓心的坐標(biāo)進(jìn)行判定。一種基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位系統(tǒng)，包括機(jī)械臂、固定在機(jī)械臂末端的高精度工業(yè)攝像機(jī)、圖像處理系統(tǒng)、基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述機(jī)械臂用以驅(qū)動(dòng)高精度工業(yè)攝像機(jī)至產(chǎn)品接收口外圓；所述高精度工業(yè)攝像機(jī)用以采集對(duì)產(chǎn)品接收口外圓進(jìn)行光學(xué)成像，并將捕捉到的高清圖像傳到圖像處理系統(tǒng)；所述圖像處理系統(tǒng)用以對(duì)采集的圖像進(jìn)行運(yùn)算、分析處理，獲得產(chǎn)品特征圓的位置信息，得到圖像上產(chǎn)品特征圓的多個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，并將上述坐標(biāo)值傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過(guò)建立求解產(chǎn)品接收口外圓圓心的逼近函數(shù)、約束函數(shù)關(guān)系并利用fmincon函數(shù)求解圓心的坐標(biāo)，并對(duì)求解結(jié)果進(jìn)行判定，若判定結(jié)果為真輸出求解結(jié)果。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)本專利技術(shù)通過(guò)建立約束函數(shù)，采用大量數(shù)據(jù)點(diǎn)逼近求解外圓圓心的方法，大大提高了機(jī)器人的定位精確度，定位精度高，實(shí)時(shí)性好。(2)本專利技術(shù)的定位系統(tǒng)，機(jī)械臂采用直線驅(qū)動(dòng)形式，避免高度變化對(duì)采集精度產(chǎn)生影響，定位精度高。下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)的基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位方法的流程示意圖。圖2為本專利技術(shù)的基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位系統(tǒng)的總體架構(gòu)俯視圖。圖3為本專利技術(shù)的基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位系統(tǒng)的總體架構(gòu)主視圖。具體實(shí)施方式為了說(shuō)明本專利技術(shù)的技術(shù)方案及技術(shù)目的，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步的介紹。結(jié)合圖1，本專利技術(shù)的一種基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位方法，包括以下步驟：步驟1、采集產(chǎn)品特征圓的位置信息：驅(qū)動(dòng)輸送臂，使得末端上的高精度工業(yè)攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品接收口外圓；通過(guò)高精度工業(yè)攝像機(jī)對(duì)產(chǎn)品接收口外圓進(jìn)行光學(xué)成像，并將捕捉到的高清圖像傳到圖像處理系統(tǒng)中，通過(guò)圖像處理系統(tǒng)將工業(yè)攝像機(jī)的圖像進(jìn)行運(yùn)算、分析處理，采集產(chǎn)品特征圓的位置信息。步驟2、獲取圖像上產(chǎn)品特征圓的多個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，并導(dǎo)入分析軟件中：基于高精度工業(yè)攝像機(jī)的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)并建立直角坐標(biāo)系，得到圖像上產(chǎn)品特征圓的多個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)值(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)…(xn,yn)，將上述坐標(biāo)值導(dǎo)入計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)分析軟件MATLAB中，根據(jù)已知圓心半徑R設(shè)定所要求解圓心O的坐標(biāo)(x0,y0)。步驟3、建立求解產(chǎn)品接收口外圓圓心的逼近函數(shù)findcenter，并設(shè)定逼近函數(shù)的約束條件：步驟3.1、求解產(chǎn)品接收口外圓圓心的逼近函數(shù)：其中(xi，yi)表示第i個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值。步驟3.2、建立所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)到圓心的距離的約束函數(shù)關(guān)系：其中，f(xi，yi)max表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最大的一個(gè)距離；f(xi，yi)min表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最小的一個(gè)距離；Δ2表示表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最大的一個(gè)距離和半徑R的差值的絕對(duì)值；Δ1表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最小的一個(gè)距離和半徑R的差值的絕對(duì)值。步驟4、求解圓心的坐標(biāo)：提供Δ1和Δ2的初值，并提供圓心O(x0,y0)的一個(gè)初值，利用fmincon函數(shù)求解出圓心的坐標(biāo)。其中fmincon函數(shù)為：[Xfvalex]＝fmincon(@(x)0,[x0y0],[],[],[],[],[],[],@(X)findcenter(x,y,X))；其中，X是參數(shù)，調(diào)用時(shí)是變動(dòng)的，在findcenter函數(shù)里是數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)x0和y0；fval是圓心O的函數(shù)值；ex是函數(shù)值的判定值；[x0,y0]是提供圓心O的一個(gè)初值坐標(biāo)值；[]分別表示參數(shù)x和y均不存在不等式約束以及上下邊界約束的空矩陣。步驟5、對(duì)求解出的圓心的坐標(biāo)進(jìn)行判定：基于求解出的圓心坐標(biāo)，當(dāng)ex﹥0，表示求解的圓心坐標(biāo)結(jié)果可信；當(dāng)ex﹤0，則說(shuō)明求解的圓心O坐標(biāo)結(jié)果不合理，返回上一步重新提供圓心坐標(biāo)的初值，繼續(xù)進(jìn)行求解，直至ex﹥0。本專利技術(shù)的一種基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位系統(tǒng)，包括機(jī)械臂、固定在機(jī)械臂末端的高精度工業(yè)攝像機(jī)、圖像處理系統(tǒng)、基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述機(jī)械臂用以驅(qū)動(dòng)高精度工業(yè)攝像機(jī)至產(chǎn)品接收口外圓；所述高精度工業(yè)攝像機(jī)用以采集對(duì)產(chǎn)品接收口外圓進(jìn)行光學(xué)成像，并將捕捉到的高清圖像傳到圖像處理系統(tǒng)；所述圖像處理系統(tǒng)用以對(duì)采集的圖像進(jìn)行運(yùn)算、分析處理，獲得產(chǎn)品特征圓的位置信息，得到圖像上產(chǎn)品特征圓的多個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，并將上述坐標(biāo)值傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過(guò)建立求解產(chǎn)品接收口外圓圓心的逼近函數(shù)、約束函數(shù)關(guān)系并利用fmincon函數(shù)求解圓心的坐標(biāo)，并對(duì)求解結(jié)果進(jìn)行判定，若判定結(jié)果為真輸出求解結(jié)果。進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括基于MATLAB的第一處理單元、第二處理單元和判定單元；所述第一處理單元用以建立求解產(chǎn)品接收口外圓圓心的逼近函數(shù)findcenter，并設(shè)定逼近函數(shù)的約束條件:逼近函數(shù)findcenter：其中(xi，yi)表示第i個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值。所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)到圓心的距離的約束函數(shù)關(guān)系：其中，f(xi，yi)max表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最大的一個(gè)距離；f(xi，yi)min表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最小的一個(gè)距離；Δ2表示表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最大的一個(gè)距離和半徑R的差值的絕對(duì)值；Δ1表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最小的一個(gè)距離和半徑R的差值的絕對(duì)值。所述第二處理單元用以求解圓心的坐標(biāo)：根據(jù)提供Δ1和Δ2的初值以及圓心O(x0,y0)的一個(gè)初值，利用fmincon函數(shù)求解出圓心的坐標(biāo)。其中fminc本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、采集產(chǎn)品特征圓的位置信息；步驟2、獲取圖像上產(chǎn)品特征圓的多個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，并導(dǎo)入分析軟件中；步驟3、建立求解產(chǎn)品接收口外圓圓心的逼近函數(shù)，并設(shè)定逼近函數(shù)的約束條件：步驟4、求解圓心的坐標(biāo)：提供約束條件的參數(shù)值及圓心的一個(gè)初值，利用fmincon函數(shù)求解出圓心的坐標(biāo)；步驟5、對(duì)求解出的圓心的坐標(biāo)進(jìn)行判定。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、采集產(chǎn)品特征圓的位置信息；步驟2、獲取圖像上產(chǎn)品特征圓的多個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，并導(dǎo)入分析軟件中；步驟3、建立求解產(chǎn)品接收口外圓圓心的逼近函數(shù)，并設(shè)定逼近函數(shù)的約束條件：步驟4、求解圓心的坐標(biāo)：提供約束條件的參數(shù)值及圓心的一個(gè)初值，利用fmincon函數(shù)求解出圓心的坐標(biāo)；步驟5、對(duì)求解出的圓心的坐標(biāo)進(jìn)行判定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位方法，其特征在于，步驟3具體包括以下步驟：步驟3.1、求解產(chǎn)品接收口外圓圓心的逼近函數(shù)：其中(xi，yi)表示第i個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值；步驟3.2、建立所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)到圓心的距離的約束函數(shù)關(guān)系：其中，f(xi，yi)max表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最大的一個(gè)距離；f(xi，yi)min表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最小的一個(gè)距離；Δ2表示表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最大的一個(gè)距離和半徑R的差值的絕對(duì)值；Δ1表示所有的坐標(biāo)點(diǎn)與圓心O距離最小的一個(gè)距離和半徑R的差值的絕對(duì)值。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位方法，其特征在于，求解圓心的坐標(biāo)具體為：提供Δ1和Δ2的初值，并提供圓心O(x0,y0)的一個(gè)初值，利用fmincon函數(shù)求解出圓心的坐標(biāo)；其中fmincon函數(shù)為：[Xfvalex]＝fmincon(@(x)0,[x0y0],[],[],[],[],[],[],@(X)findcenter(x,y,X))；其中，X是參數(shù)，調(diào)用時(shí)是變動(dòng)的，在findcenter函數(shù)里是數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)x0和y0；fval是圓心O的函數(shù)值；ex是函數(shù)值的判定值；[x0,y0]是提供圓心O的一個(gè)初值坐標(biāo)值；[]分別表示參數(shù)x和y均不存在不等式約束以及上下邊界約束的空矩陣。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位方法，其特征在于，步驟5對(duì)求解出的圓心的坐標(biāo)進(jìn)行判定具體過(guò)程為：基于求解出的圓心坐標(biāo)，當(dāng)ex﹥0，表示求解的圓心坐標(biāo)結(jié)果可信；當(dāng)ex﹤0，則說(shuō)明求解的圓心O坐標(biāo)結(jié)果不合理，返回步驟4重新提供圓心坐標(biāo)的初值，繼續(xù)進(jìn)行求解，直至ex﹥0。5.一種基于機(jī)器視覺(jué)的高精度定位系統(tǒng)，其特征在于，包括機(jī)械臂、固定在機(jī)械臂末端的高精度工業(yè)攝像機(jī)、圖像處理系統(tǒng)、基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述機(jī)械臂用以驅(qū)動(dòng)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張燕軍，李文波，孫有朝，繆宏，張善文，劉思幸，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：揚(yáng)州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32