图像轮廓的提取和中心点的生成

4.2.1 图像轮廓的提取和中心点的生成

4.3 标定实验

普通的摄像机标定方式全部需要使用标定参照物，也就是在标定时期在摄像机前放置已知形状和尺寸的物体。

4.3.1 选取标定参照物

普遍使用具有圆形特点的、棋盘与立方体标定物等[19-24]，本文主要使用标定参照物当做圆形特征的平面模板，参考图 4.2 内容，最初是由JanneHeikkilä 指出的全新标定方式，上述模板将圆孔中心当做标定参照点，和一般参照物对比来说，优势是制作便利，圆孔中心坐标对图像处理中的阈值化操作不敏锐，几何意义清楚，不需要特征对照，精准度高等。

4.3.2 选取工件坐标系

在测试的时候，最先要选择工件坐标系来叙述工件位姿数据。选择方式为：

确定标定板的两条中心对称线，会贯穿中心线所通过的众多圆的圆心，此外上述中心线的重叠点就是中心圆的圆心。之后把标定板放置在工作台上，调节摄像机的视场中，在视觉软件中开启视频图像窗口的图像坐标系显示线，调节标定板两条中心线和视频窗口内的图像坐标系显示线中心重叠，参考图4.3 内容。

图4.3 标定板中心线和图像坐标系坐标轴线重叠

在上述环节中，主要在机器视觉控制界面内的窗口观察进行相关调节。两条中心线重叠之后，确定标定板不会变化，此刻标定板的中心，换句话说就是确定的工件坐标系圆点，Z 轴垂直在标定板平面方向上，X 轴与Y 轴通过上述两条中心线。其正方向的选择标准是尽可能缩小工件坐标系和机器人基坐标系两轴正方向的夹角。

如此选择工件坐标系的优势是图像坐标系和工件坐标系的XOY 面在图像内的投影重叠，如此就可以省略运算环节，缩小结果误差。

4.3.3 计算摄像机的外参数dx 和dy

确定标定参照物和工件坐标系以后，要对摄像机筹集图像的全部像素对照在工件坐标系下XOY 面的物理尺寸dx和dy 进行计算。依照标定板得知每相邻两圆的圆心距离是38cm，X 轴、Y 轴所处直线上能选择距离最长的两圆距离和像素值当做参考，如此就可以缩小误差。通过计算我们就可以了解到：

X轴所处直线上最远两圆的距离值Lx 为：6×38mm；

Y轴所处直线上最远两圆的距离值Ly 为4×38mm在图像坐标系中

X轴所处直线上最远两圆的像素数Nx 为：938；

Y轴所处直线上最远两圆的像素数N y 为：626；

了解上述所有量以后，就能得出图像的像素对照在工件坐标系下XOY 面的物理信息Lx 0.243mm Ly

际坐标系内：

最先在工件坐标系的XOY 面上挑选大量特定点，本次重点选择的特定点是通过多个轴线的11 个圆之圆心。挑选X 轴和Y 轴的点当做特定点的优势为，计算便利且结果精准。此后使用操作机器人明确基坐标系下的位置。由于机器人手爪中心点和特定点不能全部对齐，所以才有直径与标定板上圆直径相同的圆柱体当做中间者，方便查找。未来对所有确定的点进行多次定位，进而避免误差。本文标定实验内选择的圆柱体高是80mm，直径20mm。才有机器人对全部选定点反复定位五次取平均值。此处值得关注的是，定位点并非是工件坐标系XOY 面的点，主要是圆柱体圆心，此外在多次开展定位时，尽可能让两者位于相同平面再根据实验顺序依次对应标定板上的标定圆，且进行编号排列（参考图4.4 内容），得出的信息

参考图内容：

图4.4 依照实验顺序排列的标定点的编号

表4.1 圆柱在选定点处上表面圆在机器人基坐标系内的位置详情表

编号X Y Z

根据图4.3与图4.4 我们就可以了解到，1 号定位点对照工件坐标系XOY 的原点，此刻表内表示的X 值与Y 值是工件坐标系原点对照于机器人基座标系原点的X 轴与Y轴方向的偏移量，标注成detX = +795.705mm ,detY = +12.358mm 。其中Z 轴为

detZ =+72.314-80=-12.314mm。

明确具体偏移量之后，需要统计旋转角度。

（1）Z 轴偏转角度

不思考定位误差等因素，根据数据表信息我们就能知道Z 值始终没有改变，X 轴方向距离最远点9 号与11 号点的真实数值是Lx =6×38mm ,Z 值差是：+72.054-71.873=0.181mm ，Y 轴方向距离最远的点 2 号与 3 号真实距离是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标系Z 轴的偏转，剩余仅思考其他两轴的偏转。

（2）X 轴偏转角度

根据图4.4 我们就可以知道，1、6、7、8、9、10、11 全部在工件坐标系的X 轴上，此刻比较最远两点9 号与11 号点Y 值差是：+12.885-12.665=0.220mm。此刻Y 的差明显少于两点距离，不思考误差等相关因素，X 轴偏转角接近零，因此不思考此部分因素。

（3）Y 轴偏转角度

由于X 轴与Z 轴偏转角度基本上是零，依照右手定则就可以知道Y 轴偏转角度也是如此，因此不进行研究。此外，根据数据表内信息统计X 值的差值也会得出类似结果。

总而言之，本文内因为工件坐标系相对于机器人基坐标系的旋转角度全部是零，因此不进行分析，目前需要重点研究的就是平移矢量，

detX = +795.705mm ,detY= +12.358mm ，detZ =-12.314mm。

4.4目标定位

根据本实验所使用的机器人二指气动手爪，对抓取物体形状与尺寸有一定的限制，因此此次重点分析的目标物体的定位是以特定尺寸的圆柱体与长方体规则物体为主体，接下来中线叙述文使用的运动学对物体姿态的表示方式，之后研究论述上述两部分的定位问题。

4.4.1目标物体的定位

机器人工具对照于基坐标系的位置需要由工具坐标系原点在基坐标系X、Y、Z 方向的坐标代表，其主要组成虚轴坐标的前三个分量。其中具体的姿态需要使用工具坐标系内某矢量的方向余弦来代表，主要组成虚轴坐标的后三个分量（I、J、K）。本文重点对PT-300 五轴工业机器人的姿态描述使用工具坐标系+X 方向的单位矢量，也就是法向矢量。方向余弦是姿态表示的另外方式。根据图 4.5内单位向量P=[i,j,k]T 的三个分量满足，i2+j2+k2=1。换言之就是方向余弦本质上只存在两个自由分量，然而代表五轴机器人姿态也足够使用。

图4.5 方向余弦

为了在界面内清楚显示，通常把虚轴坐标I、J、K 分量经过方向余弦乘100 的变换（I=i×100，J =j×100，K=k×100）。此外依照机器人运动学正解公式，把实轴坐标变成虚轴坐标。

4.4.2 圆柱体的定位

要想在空间内叙述所有圆柱体的位姿数据需要五个自由度，三个自由度是描述位置，剩下的就是描述姿态。对圆柱体开展目标定位时需要五个自由度，也就是空间坐标{X、Y、Z}与中心轴的方向矢量在机器人基坐标系内的坐标分量{ I、J、K}就可以全部确定具体空间位姿。此处把工作台法向矢量{ I、J、K}（也就是中心轴方向矢量）当做重要的姿态数据。视觉定位处理之后将物体在工件坐标系内的信息变成位置信息，将其当做目标物体的位姿内容，传送之