4.2.1圖像輪廓的提取和中心點的生成4.3 標定實驗普通的攝像機標定方式全部需要使用標定參照物，也就是在標定時期在攝像機前放置已知形狀和尺寸的物體。4.3.1 選取標定參照物普遍使用具有圓形特點的、棋盤與立方體標定物等[19-24]，本文主要使用標定參照物當做圓形特征的平面模板，參考圖4.2內容，最初是由JanneHeikkil?指出的全新標定方式，上述模板將圓孔中心當做標定參照點，和一般參照物對比來說，優勢是制作便利，圓孔中心坐標對圖像處理中的閾值化操作不敏銳，幾何意義清楚，不需要特征對照，精準度高等。4.3.2 選取工件坐標系在測試的時候，最先要選擇工件坐標系來敘述工件位姿數據。選擇方式為：確定標定板的兩條中心對稱線，會貫穿中心線所通過的眾多圓的圓心，此外上述中心線的重疊點就是中心圓的圓心。之后把標定板放置在工作臺上，調節攝像機的視場中，在視覺軟件中開啟視頻圖像窗口的圖像坐標系顯示線，調節標定板兩條中心線和視頻窗口內的圖像坐標系顯示線中心重疊，參考圖4.3內容。圖4.3 標定板中心線和圖像坐標系坐標軸線重疊在上述環節中，主要在機器視覺控制界面內的窗口觀察進行相關調節。兩條中心線重疊之后，確定標定板不會變化，此刻標定板的中心，換句話說就是確定的工件坐標系圓點，Z軸垂直在標定板平面方向上，X軸與Y軸通過上述兩條中心線。其正方向的選擇標準是盡可能縮小工件坐標系和機器人基坐標系兩軸正方向的夾角。如此選擇工件坐標系的優勢是圖像坐標系和工件坐標系的XOY面在圖像內的投影重疊，如此就可以省略運算環節，縮小結果誤差。4.3.3 計算攝像機的外參數dx和dy確定標定參照物和工件坐標系以后，要對攝像機籌集圖像的全部像素對照在工件坐標系下XOY面的物理尺寸dx和dy進行計算。依照標定板得知每相鄰兩圓的圓心距離是38cm，X軸、Y軸所處直線上能選擇距離最長的兩圓距離和像素值當做參考，如此就可以縮小誤差。通過計算我們就可以了解到：X軸所處直線上最遠兩圓的距離值Lx為：6×38mm；Y軸所處直線上最遠兩圓的距離值Ly為4×38mm在圖像坐標系中X軸所處直線上最遠兩圓的像素數Nx為：938；Y軸所處直線上最遠兩圓的像素數Ny為：626；了解上述所有量以后，就能得出圖像的像素對照在工件坐標系下XOY面的物理信息dx Lx 0.243mm dy Ly 0.243mm際坐標系內：最先在工件坐標系的XOY面上挑選大量特定點，本次重點選擇的特定點是通過多個軸線的11個圓之圓心。挑選X軸和Y軸的點當做特定點的優勢為，計算便利且結果精準。此后使用操作機器人明確基坐標系下的位置。由于機器人手爪中心點和特定點不能全部對齊，所以才有直徑與標定板上圓直徑相同的圓柱體當做中間者，方便查找。未來對所有確定的點進行多次定位，進而避免誤差。本文標定實驗內選擇的圓柱體高是80mm，直徑20mm。才有機器人對全部選定點反復定位五次取平均值。此處值得關注的是，定位點并非是工件坐標系XOY面的點，主要是圓柱體圓心，此外在多次開展定位時，盡可能讓兩者位于相同平面再根據實驗順序依次對應標定板上的標定圓，且進行編號排列（參考圖4.4內容），得出的信息參考圖內容：圖4.4依照實驗順序排列的標定點的編號表4.1圓柱在選定點處上表面圓在機器人基坐標系內的位置詳情表編號 X Y Z根據圖4.3與圖4.4我們就可以了解到，1號定位點對照工件坐標系XOY的原點，此刻表內表示的X值與Y值是工件坐標系原點對照于機器人基座標系原點的X軸與Y軸方向的偏移量，標注成detX=+795.705mm,detY=+12.358mm。其中Z軸為detZ=+72.314-80=-12.314mm。明確具體偏移量之后，需要統計旋轉角度。（1）Z軸偏轉角度不思考定位誤差等因素，根據數據表信息我們就能知道Z值始終沒有改變，X軸方向距離最遠點9號與11號點的真實數值是Lx=6×38mm,Z值差是：+72.054-71.873=0.181mm，Y軸方向距離最遠的點2號與3號真實距離是Ly=4×38mm，Z值差是：+71.977-71.852=0.125mm。因此目前可以直接忽略工件坐標系Z軸的偏轉，剩余僅思考其他兩軸的偏轉。（2）X軸偏轉角度根據圖4.4我們就可以知道，1、6、7、8、9、10、11全部在工件坐標系的X軸上，此刻比較最遠兩點9號與11號點Y值差是：+12.885-12.665=0.220mm。此刻Y的差明顯少于兩點距離，不思考誤差等相關因素，X軸偏轉角接近零，因此不思考此部分因素。（3）Y軸偏轉角度由于X軸與Z軸偏轉角度基本上是零，依照右手定則就可以知道Y軸偏轉角度也是如此，因此不進行研究。此外，根據數據表內信息統計X值的差值也會得出類似結果。總而言之，本文內因為工件坐標系相對于機器人基坐標系的旋轉角度全部是零，因此不進行分析，目前需要重點研究的就是平移矢量，detX=+795.705mm,detY=+12.358mm，detZ=-12.314mm。4.4目標定位根據本實驗所使用的機器人二指氣動手爪，對抓取物體形狀與尺寸有一定的限制，因此此次重點分析的目標物體的定位是以特定尺寸的圓柱體與長方體規則物體為主體，接下來中線敘述文使用的運動學對物體姿態的表示方式，之后研究論述上述兩部分的定位問題。4.4.1目標物體的定位機器人工具對照于基坐標系的位置需要由工具坐標系原點在基坐標系X、Y、Z方向的坐標代表，其主要組成虛軸坐標的前三個分量。其中具體的姿態需要使用工具坐標系內某矢量的方向余弦來代表，主要組成虛軸坐標的后三個分量（I、J、K）。本文重點對PT-300五軸工業機器人的姿態描述使用工具坐標系+X方向的單位矢量，也就是法向矢量。方向余弦是姿態表示的另外方式。根據圖4.5內單位向量P=[i,j,k]T的三個分量滿足，i2+j2+k2=1。換言之就是方向余弦本質上只存在兩個自由分量，然而代表五軸機器人姿態也足夠使用。圖4.5方向余弦為了在界面內清楚顯示，通常把虛軸坐標I、J、K分量經過方向余弦乘100的變換（I=i×100，J=j×100，K=k×100）。此外依照機器人運動學正解公式，把實軸坐標變成虛軸坐標。4.4.2 圓柱體的定位要想在空間內敘述所有圓柱體的位姿數據需要五個自由度，三個自由度是描述位置，剩下的就是描述姿態。對圓柱體開展目標定位時需要五個自由度，也就是空間坐標{X、Y、Z}與中心軸的方向矢量在機器人基坐標系內的坐標分量{I、J、K}就可以全部確定具體空間位姿。此處把工作臺法向矢量{I、J、K}（也就是中心軸方向矢量）當做重要的姿態數據。視覺定位處理之后將物體在工件坐標系內的信息變成位置信息，將其當做目標物體的位姿內容，傳送之后就能完成具體定位任務。4.4.3 長方體的定位對長方體來說，要精準確定其在空間內的姿勢要使用六個自由度，本次位姿在相機標定的時候就能清楚的知道，換言之工作臺平面與基坐標系相對高度Z，法向矢量{I、J、K}，上述姿態表示沒有旋轉自由度。目前要了解空間定位需要確定工件的一條邊與坐標系坐標軸之間的夾角（偏轉角），最終確定與Z軸有關的旋轉自由度。參考本文工件坐標系與機器人基坐標系定義的真實情況，將偏轉角定義明確成：長方體長邊延長線與工件坐標系X軸正方向雙方間的銳角是偏轉角θ，在上述銳角位于XOY面上的第一象限時數值為正，位于第四象限時數值為負。根據上述參數值，就可以結束對長方體的實際定位。目前視覺信息的姿態矢量{I、J、K}可以直接應用，而得出位置信息{X、Y、Z}和高度信息H之后，要修訂Z值，符合有關要求。本文重點采用縱向夾持方式來滿足偏轉角要求，另外夾持長方體長邊與高所構成的多個側面。但是目前需要將視覺信息提供的目標長方體的姿態{I0、J0、K0}與偏轉角?換成機器人抓取時期需要的手爪坐標系的{I、J、K}。在工件坐標系內，放長方體讓其長邊和X軸所處直線重疊，利用掌控機器人手爪，符合圖3-6的夾持位姿，記載目前的具體數據{I01、J01、K01}。且將其當做后續研究的已知內容。目前{I、J、K}與{I01、J01、K01}都能被當做處于工件坐標系XOY平面上的矢量。因此我們就可以得到下述方程式I=I01cosθJ=J01sinθ此外符合向量正交性：I0I+J0J+K0K=0利用以上表達式就能得出機器人抓取長方體時具體坐標系的{I、J、K}。如此就結束了手爪夾持位姿的籌劃。5.1編程環境程序編寫一般使用三菱GX-Works2軟件，GX-Works2三菱PLC編程軟件最現在全新且普遍使用的軟件，大部分使用電腦的人，更新效率更高，通常都使用WIN7操作系統，應用時期時需要采用全新三菱PLC編程軟件WORKS2.然而筆記本在使用的時候并不便利，例如下載程序的時候相對復雜，必須利用USB口傳送。5.2系統控制軟件設計初始位置調節通過單片機程序掃描鍵盤端口，查看多種按鍵的信號變化,結束機械手的復位任務,包括手指、手腕和手臂的復位。手臂多個部分運動結束之后,使用延時加傳感器信號測試,精準管控電機操作，保證物體取放精準度和及在搬運階段物體平穩。詳細軟件環節圖參考圖5.1內容。由于傳感器在運動的時候也會遇到外環境變化的現實影響。因此我們在具體開展程序設計的時候需要把分析的關鍵點放到具體攝像機的標定、目標定位