視覺導向機器人使用LabVIEW坐標標定方法

使用LabVIEW和用于DENSO的ImagingLab Robotics庫，機器視覺和機器人系統可以集成在一個應用程序中。本文介紹了使用相同坐標系統在機器視覺系統和機器人系統之間進行標定的方法。

1. 背景

本文是“用于DENSO的ImagingLab Robotics庫參考指南”的一部分，并且假設您已經熟悉該庫的基本使用方法。如果需要回顧這些主題或閱讀該機器人庫的介紹，請點擊上文的參考指南的鏈接。

2. 標定

機器視覺系統和機器人之間的橋梁是共享的坐標系。機器視覺系統定位相應部位并將位置匯報給機器人，但是要指導機器人移動到該位置，系統必須將坐標轉換為機器人可以接受的單位。標定可以讓機器視覺系統可以用實際世界的單位（例如毫米）報告位置，而這正是機器人的笛卡兒坐標系所使用的單位。標定的常見方法是使用點網格。要獲得關于圖像標定的進一步的信息，請參閱“NI視覺概念手冊”。您可以使用點網格對機器視覺系統進行標定，還可以對帶有機器視覺系統的機器人進行標定。在標定機器視覺系統時，您必須選擇原點定義x-y平面。通常選擇位于角落的點作為原點，然后選擇行或列作為x軸。

為機器人創建坐標系的方法是相似的，因此您使用機器視覺系統的標定網絡的原點作為機器人的原點。方法很簡單，只要將機器人移動到該點，將該位置存儲為機器人控制器上的位置變量，在x軸和y軸中移動機器人，將這些位置作為位置變量進行存儲。您可以使用LabVIEW或DENSO的教學模式存儲這些位置變量。完成這些之后，您可以使用DENSO的教學模式根據先前所存儲的三個位置變量自動計算坐標系或工作區域。要使用DENSO的教學模式的自動計算工具，從主屏幕選擇手臂>>附加功能>>工作>>自動計算。在打開的自動計算菜單中，只需選擇之前存儲的原點、x軸和x-y平面相應的位置變量即可。在自動計算完成并且將最近創建的工作設為當前使用的工作之后，您可以直接將已標定的機器視覺系統位置直接輸入到機器人的笛卡兒移動VI中。參閱圖10的傳遞這些坐標的簡單示例。這些直接輸入到機器人移動VI的參數還包括匹配角度，它是機器視覺系統幾何模式匹配結果的輸出。其他的標定方法還可以直接輸入坐標系統參數，而不是使用教學模式內建的自動計算功能。您可以用DENSO教學模式或LabVIEW完成該標定。參閱DENSO手冊了解關于機器人標定方法的更多信息。

3. 相對運動和絕對運動

在大多數情況下，相機相對機器人而言處于固定位置，這也就意味著當您完成了機器人和機器視覺系統的標定之后，您可以使用機器視覺代碼將標定位置輸出直接輸入到機器人運動VI中，這里我們使用了絕對運動。在其他情況下，您可以將相機固定在機器人末端的工具或是其他移動設備上。因為相機的視角會不斷變化，您必須根據視角進行標定更新或是使用相對運動。如果使用相對運動，目標位置是以相對于當前位置的偏移量給出的，例如相機要求目標位于每次采集的幀中央。如果目標偏離中央，圖像發出指令讓機器人移動相應的距離直到目標處于中央位置。在固定相機提供絕對運動達到部件附近或移動到集合區域的情況下，您還可以使用混和系統。使用第二個相機得到到達目標位置的精確指導。

4. 并行處理

用于DENSO的ImagingLab Robotics庫包含順序執行API，可以按照程序編寫的順序執行，但是在許多應用中，機器人控制代碼不一定是唯一需要執行的代碼。機器視覺采集和處理、HMI與人機界面、警報管理、供給設備控制以及其他通信程序都是需要和機器人控制程序并行運行的任務。LabVIEW具有許多體系結構,可以管理多個任務，例如主—從體系結構或生產者—消費者體系結構，您可以根據特定的應用選擇一個體系結構。在視覺導向機器人的應用中，圖像采集與處理并不需要與機器人指令順次執行，所以我們可以使用并行處理體系結構讓這些功能同時運行，這樣因為機器人無需在移動前等待機器視覺代碼運行完畢，所以機器人的移動可以更加的連續和順暢。機器人移出可視區域之后，在之前部件裝配完畢或移動到目標位置的同時，您可以采集新的圖像并進行相應的幾何模式匹配和檢測。因此，當之前的部件放置完畢之后，新部件的位置已經就緒，可以發送到機器人運動VI中。下圖是實現機器視覺代碼與機器人VI并行運行的流程圖示例。