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CN111791226B - 通过机器人实现组装的方法、装置及机器人 - Google Patents

通过机器人实现组装的方法、装置及机器人 Download PDF

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CN111791226B
CN111791226B CN201911414360.5A CN201911414360A CN111791226B CN 111791226 B CN111791226 B CN 111791226B CN 201911414360 A CN201911414360 A CN 201911414360A CN 111791226 B CN111791226 B CN 111791226B
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CN
China
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center
tool
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殷波
王仁忠
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Shenzhen Horn Audio Co Ltd
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Shenzhen Horn Audio Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1687—Assembly, peg and hole, palletising, straight line, weaving pattern movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B25J9/16—Programme controls
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    • B25J9/1697—Vision controlled systems

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
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Abstract

本申请属于机器人零件组装的技术领域，提供了一种通过机器人实现组装方法、装置及机器人，该方法包括：获取机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制拍摄装置拍摄末端执行器抓取的组装位置的零件中心，得到工具中心与组装位置的零件中心的第一偏移量建立动态工具坐标系；控制末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制拍摄装置拍摄末端执行器抓取的取件位置的零件中心，得到工具中心与取件位置的零件中心的第二偏移量对动态工具坐标系重新示教后控制末端执行器将抓取到的零件运行至组装位置坐标进行零件组装。本申请实施例解决机器人进行零件组装耗时长和计算复杂的问题。

Description

通过机器人实现组装的方法、装置及机器人
技术领域
本发明涉及机器人零件组装的技术领域，尤其涉及一种通过机器人实现组装的方法、装置及机器人。
背景技术
随着工业自动化生产越来越向小批量、多品种的方向发展，传统的机器人应用技术，需要大量的高精度的专用治具来实现产品位置的固定，其成本高昂、更换夹治具的工作量巨大，机器人示教运行轨迹也需花费大量时间。因此，可以通过相机与机器人配合，由视觉系统获得产品的位置信息，并引导机器人去抓取及组装。在相机的几种安装方式中，固定向上(即仰视相机)的安装方式因其标定方法简单，没有人眼的对位参与，标定精度较高，以及消除了机器人的取料误差，组装精度是最高的。所以，仰视相机在精密组装中是最常用的一种方式。但是，这种安装方式会有一个问题，相机拍照获得零件的位置及角度并转换成机器人的坐标后，机器人的法兰中心通常和零件的中心不是重合的，如果直接用机器人的法兰中心坐标去旋转拍照获得的零件角度，旋转后，零件的位置也会发生改变，这就会导致零件组装不到位。通常的做法是采用两次拍照的方式，第一次拍照后，获得零件的角度，机器人坐标先旋转这个角度，使得零件与基准图像的角度相同，再拍第二次照，这时获得的零件图像角度和基准图像是相同的，只需要计算出X、Y方向的偏差，机器人去组装的时候在组装位置减去这个偏差即可完成组装。该方法因为采用两次拍照，所以比较耗时，X、Y偏差的计算量较大，且有计算误差，而且在第一次拍照旋转后，零件的拍照位置可能会超出相机的视野范围，这时就需要去校正拍照位置，计算方法较复杂，且机器人移动也需要时间，再次增加了整个组装过程的时间。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种通过机器人实现组装的方法、装置及机器人，以解决机器人进行零件组装耗时长和计算复杂的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种通过机器人实现组装的方法，包括：
获取机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；所述拍摄装置以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方；
以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量；
根据所述第一偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并获得所述组装位置在所述动态工具坐标系中的组装位置坐标；
维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量；
根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。
在一个实施示例中，所述获取机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系，包括：
维持所述位姿，控制所述末端执行器携带标定板与所述拍摄装置进行拍摄标定，得到所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量；
根据所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量校正所述机器人的坐标系建立第一工具坐标系；
维持所述位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板与所述拍摄装置标定坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。
在一个实施示例中，所述维持所述位姿，控制所述末端执行器携带标定板与所述拍摄装置进行拍摄标定，得到所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量，包括：
维持所述位姿，控制所述末端执行器携带标定板与所述拍摄装置的视野中心对准，记录对准时所述末端执行器的第一位置信息、第一角度以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的校准坐标；
维持所述位姿，将所述末端执行器从所述第一角度旋转至第二角度，并在旋转角度为所述第二角度的状态下控制所述末端执行器携带所述标定板在所述拍摄装置拍摄的图像中与所述校准坐标对准，记录对准时所述末端执行器的第二位置信息；所述第二角度为所述第一角度旋转180度后的角度；
根据所述第一位置信息和所述第一角度以及所述第二位置信息和所述第二角度计算得到所述末端执行器的偏移半径和旋转角度；
根据所述偏移半径和所述旋转角度得到所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量。
在一个实施示例中，所述维持所述位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板与所述拍摄装置标定坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系，包括：
维持所述位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板在所述拍摄装置的视野范围内移动，并按照预设规则同时对所述末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标进行N次采样；N≥4；
根据每次采样的所述坐标位置和所述像素坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。
在一个实施示例中，所述预设规则为所述标定板位于所述拍摄装置拍摄的图像的中心、四个边界中心以及四个边界夹角位置时均进行采样；其中，N为9。
在一个实施示例中，以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量，包括：
以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述机器人的末端执行器与预先组装在组装位置的零件对准，记录对准时所述末端执行器的第三位置信息；所述第三位置信息为所述组装位置；
维持所述位姿，控制所述机器人的末端执行器抓取在所述组装位置的零件并平移至所述拍摄装置的视野范围内，以对抓取的零件进行拍摄；
获得所述抓取的零件中心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素位置；
根据所述点位映射关系对所述像素位置进行换算得到所述末端执行器的目标位置；
获取当前所述末端执行器的实际坐标和第三旋转角度，根据所述当前所述末端执行器的实际坐标和第三旋转角度以及所述目标位置得到所述工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量。
在一个实施示例中，所述维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量，包括：
维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件并平移至所述拍摄装置的视野范围内，以对抓取的零件进行拍摄；
获得所述抓取的零件中心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素位置；
根据所述点位映射关系对所述像素位置进行换算得到所述末端执行器的目标位置；
获取当前所述末端执行器的实际坐标和第四旋转角度，根据所述当前所述末端执行器的实际坐标和旋转角度以及所述目标位置得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量。
在一个实施示例中，所述根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装，包括：
根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教；
根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标并旋转所述第四旋转角度进行零件组装。
本发明实施例的第二方面提供了一种通过机器人实现组装的方法，包括：
获取机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；所述拍摄装置以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方；
以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述机器人的末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述取件位置的零件中心的偏移量；
根据所述偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至组装位置进行组装，并记录在所述动态工具坐标系中所述组装位置的组装位置坐标；
根据所述动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。
本发明实施例的第三方面提供了一种通过机器人实现组装的装置，包括：
点位映射关系获取模块，用于获取机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；所述拍摄装置以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方；
第一偏移量计算模块，用于以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量；
动态工具坐标系建立模块，用于根据所述第一偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并获得所述组装位置在所述动态工具坐标系中的组装位置坐标；
第二偏移量计算模块，用于维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量；
零件组装模块，用于根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。
本发明实施例的第四方面提供了一种机器人，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面中通过机器人实现组装的方法。
本发明实施例提供的一种通过机器人实现组装的方法、装置及机器人，通过获取机器人的坐标系与以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方的拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量；根据所述第一偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并获得所述组装位置在所述动态工具坐标系中的组装位置坐标；维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量；根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。当末端执行器从取件位置抓取零件后控制拍摄装置对零件拍摄，获得当前零件的位置及角度信息和零件的中心位置，以当前零件的中心建立动态工具坐标系，机器人在该动态工具坐标系下，抓取零件运行到组装位置进行零件组装，实现精密组装。无需人眼示教并且通过一次拍照就能够完成产品位置以及角度的纠偏，使得零件组装耗时缩短，计算量减少并且提高了零件的组装精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的通过机器人实现组装的方法的流程示意图；
图2是本发明实施例一提供的机器人的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的标定板的结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的通过机器人实现组装的方法的流程示意图；
图5是本发明实施例三提供的通过机器人实现组装的方法的流程示意图；
图6是本发明实施例四提供的通过机器人实现组装的装置的结构示意图；
图7是本发明实施例五提供的机器人的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
实施例一
如图1所示的是本发明实施例一提供的通过机器人实现组装的方法的流程示意图。本实施例还提供了获得机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系的过程，从而实现机器人的手眼标定，提高组装精度。该方法具体包括：
S110、以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述末端执行器携带标定板与所述拍摄装置进行拍摄标定，得到所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量；
使用工业机器人进行零件或工件组装时，机器人的末端执行器抓取零件后零件中心和机器人的法兰中心不重合。在现有技术中，通常采用两次拍照的方式，第一次拍照后校正零件与基准图像的角度；再拍第二次照，校正零件图像角度和基准图像的水平位置偏差，机器人去组装的时候在组装位置减去这个偏差即可完成组装。但该方法因为采用两次拍照耗时较长，且偏差的计算量较大导致计算误差。为解决这一问题，本发明实施例采用具有以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方的拍摄装置的机器人实现零件组装。可选的，机器人可为六轴机器人。6轴机器人的坐标系包含X、Y、Z三个平移量以及分别绕这三个轴旋转的R(X)、R(Y)、R(Z)三个旋转量；拍摄装置可为仰视工业相机。
在控制机器人进行零件装置之前需对机器人进行手眼标定。如图2所示为机器人的结构示意图。在机器人进行手眼标定的整个过程中以机器人的法兰平面6与基座平面1平行的位姿进行。机器人的法兰面6与机器人基座平面1平行时R(X)＝180°，R(Y)＝0°，Z轴是垂直于XY平面的，也就是垂直于基座平面的，所以调整机器人X、Y坐标，R(Z)角度不会发生改变。控制此位姿下机器人的末端执行器2旋转即改变旋转轴角度，也就是改变Z轴的旋转角度R(Z)。通过拍摄装置5仰视拍摄机器人的末端执行器2标定过程，得到末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量。可选的，机器人还具有为拍摄装置提供光照的光源4。
在一个实施示例中，维持所述位姿，控制所述末端执行器携带标定板与所述拍摄装置进行拍摄标定，得到所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量的具体过程可为：
步骤11、维持所述位姿，控制所述末端执行器携带标定板与所述拍摄装置的视野中心对准，记录对准时所述末端执行器的第一位置信息、第一角度以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的校准坐标。
在一个实施示例中，机器人的末端执行器包括夹爪或吸嘴。在进行标定时将标定板3贴于机器人的末端执行器2上，例如夹爪或吸嘴，可选的，标定板3可为一个黑色的圆形标定板，如图3所示为标定板的结构示意图。以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制末端执行器携带标定板与所述拍摄装置的视野中心对准，记录此次对准时机器人的末端执行器的第一位置信息和第一角度以及标定板圆心在拍摄装置拍摄的图像的校准坐标。在对准时，需调节拍摄装置的镜头，使拍摄装置拍摄到的图像尽可能清晰，然后将调节好的镜头及光圈锁死。还需记录当前机器人高度，以使在机器人进行零件组装工作时在此高度被拍摄装置拍摄。
具体地，以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制机器人的末端执行器携带标定板移动以使标定板与拍摄装置的视野中心对准，记录此次对准时机器人的末端执行器的第一位置信息(x0,y0)、第一角度即旋转轴R(Z)角度u0以及标定板圆心在拍摄装置拍摄的图像的校准坐标(xp,yp)。
步骤12、维持所述位姿，将所述末端执行器从所述第一角度旋转至第二角度，并在旋转角度为所述第二角度的状态下控制所述末端执行器携带所述标定板在所述拍摄装置拍摄的图像中与所述校准坐标对准，记录对准时所述末端执行器的第二位置信息；所述第二角度为所述第一角度旋转180度后的角度；
保存当前机器人的位姿，将末端执行器的旋转轴R(Z)从第一角度u0旋转至第二角度即u0+180°。并在旋转角度为所述第二角度的状态下控制末端执行器携带标定板移动以使标定板在拍摄装置拍摄的图像中的坐标位置为校准坐标(xp,yp)，记录对准时末端执行器的第二位置信息(x1,y1)。
步骤13、根据所述第一位置信息和所述第一角度以及所述第二位置信息和所述第二角度计算得到所述末端执行器的偏移半径和旋转角度；
具体地，以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制机器人的末端执行器旋转预设角度并与标定板圆心进行两次对准后得到第一位置信息(x0,y0)和第一角度u0以及第二位置信息(x1,y1)和第二角度u0+180°。通过以下算式：
Rx＝(x1-x0)/2，Ry＝(y1-y0)/2；
Figure GDA0003256651310000121
当Rx>0时，
Figure GDA0003256651310000122
当Rx<0时，
Figure GDA0003256651310000123
可根据第一位置信息(x0,y0)和第一角度u0以及第二位置信息(x1,y1)和第二角度u0+180°计算得到机器人的末端执行器当前R(Z)角度下X轴方向的偏移半径Rx和Y轴方向的偏移半径Ry，从而求得末端执行器的偏移半径R，以及旋转角度θ。
步骤14、根据所述偏移半径和所述旋转角度得到所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量。
通过三角函数关系，根据偏移半径R和旋转角度θ可计算得到末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量xtool及ytool，计算公式如下：
xtool＝R*cos(θ)；
ytool＝R*sin(θ)。
当机器人的末端执行器为夹爪或吸嘴时，同样可通过执行上述步骤11-14计算得到夹爪或吸嘴的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量。
S120、根据所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量校正所述机器人的坐标系建立第一工具坐标系；
具体地，将末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量xtool及ytool输入与机器人连接的示教器校正机器人的坐标系建立第一工具坐标系(tool1)，即在机器人示教器中设置针尖工具的工具坐标系的X轴的偏移量为xtool，Y轴的偏移量为ytool，其他轴偏移量均设为0。从示教器中读取获得的末端执行器的位置坐标和旋转角度为校正工具中心与法兰中心偏移后的位置坐标和旋转角度。
S130、维持所述位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板与所述拍摄装置标定坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。
以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，在第一工具坐标系中进行机器人的末端执行器与拍摄装置标定坐标，通过多点标定的方法得到第一工具坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。从而使得机器人获取的机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系为校正工具中心与法兰中心的偏移量后的第一工具坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。
在一个实施示例中，维持所述位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板与所述拍摄装置标定坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系的具体过程可为：
步骤21、维持所述位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板在所述拍摄装置的视野范围内移动，并按照预设规则同时对所述末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标进行N次采样；N≥4；
具体地，以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制末端执行器携带标定板在拍摄装置的视野范围内移动，以实现拍摄装置对运动的标定板圆心进行拍摄，且控制末端执行器携带标定板移动时标定板始终位于拍摄装置的视野范围内。控制末端执行器携带标定板在拍摄装置的视野范围内移动以使拍摄装置对运动的标定板圆心进行拍摄时，按照预设规则同时对所述末端执行器在第一工具坐标系(tool1)的坐标位置以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标进行N次采样；N≥4。每次采样得到的末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置与标定板圆心在拍摄装置拍摄的图像的像素坐标一一对应。
在一个实施示例中，预设规则为所述标定板圆心位于所述拍摄装置拍摄的图像的中心、四个边界中心以及四个边界夹角位置时均进行采样；其中，N为9。
具体地，控制末端执行器携带标定板在拍摄装置的视野范围内移动以使拍摄装置对运动的标定板圆心进行拍摄时，当标定板圆心位于所述拍摄装置拍摄的图像的中心、四个边界中心以及四个边界夹角位置时均进行采样，每一次采样时同时对所述末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标进行记录。可选的，维持机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板在所述拍摄装置的视野范围内移动，并按照预设规则同时对所述末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标进行N次采样的具体过程可为：控制机器人的末端执行器携带标定板在拍摄装置的视野范围内移动，以使标定板在拍摄装置的视野范围内沿着视野范围走类似“田”字的轨迹。在拍摄装置拍摄移动的标定板的过程中，当标定板圆心位于所述拍摄装置拍摄的图像的中心、四个边界中心以及四个边界夹角位置时均进行采样，即标定板的圆心依次出现在相机视野的左上、中上、右上、右中、中间、左中、左下、中下、右下这9个点位时进行采样，即总共进行9点采样，以提高标定精度。
步骤22、根据每次采样的所述坐标位置和所述像素坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。
由于以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述末端执行器携带标定板在拍摄装置的视野范围内移动，以实现拍摄装置对运动的标定板圆心进行拍摄时，末端执行器的R(X)轴角度不变，只有平面坐标X、Y变化。通过在标定板圆心位于所述拍摄装置拍摄的图像的中心、四个边界中心以及四个边界夹角位置时进行9点采样标定，每次采样同时对末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置(x，y)以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标(u，v)进行记录，从而获得九组末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置和拍摄装置拍摄的图像的像素坐标的点位映射关系。根据每次采样的在第一工具坐标系的坐标位置和像素坐标，通过仿射变换得到机器人的第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。可选的，通过仿射变换得到机器人的第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系为二维齐次变换矩阵，具体公式如下：
Figure GDA0003256651310000151
其中，m11表示机器人坐标系与图像坐标系之间X方向的缩放因子，m12表示两坐标系之间Y方向的旋转角度，m13表示两坐标系X方向的平移向量，m21表示X方向的旋转角度，m22表示的是Y轴方向的缩放因子，m23表示的是Y方向的平移向量。
实施例二
如图4所示，是本发明实施例二提供的通过机器人实现组装的方法的流程示意图。在实施例一的基础上，本实施例可适用于工业机器人对零件或工件进行组装的应用场景，该方法可以由通过机器人实现组装的装置执行，该装置可为处理器、智能终端、平板或PC等；在本申请实施例中以通过机器人实现组装的装置作为执行主体进行说明，该方法具体包括如下步骤：
S210、获取机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；所述拍摄装置以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方；
使用工业机器人进行零件或工件组装时，机器人的末端执行器抓取零件后零件中心和机器人的法兰中心不重合。在现有技术中，通常采用两次拍照的方式，第一次拍照后校正零件与基准图像的角度；再拍第二次照，校正零件图像角度和基准图像的水平位置偏差，机器人去组装的时候在组装位置减去这个偏差即可完成组装。但该方法因为采用两次拍照耗时较长，且偏差的计算量较大导致计算误差。为解决这一问题，本发明实施例采用具有以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方的拍摄装置的机器人实现零件组装。可选的，机器人可为六轴机器人。6轴机器人的坐标系包含X、Y、Z三个平移量以及分别绕这三个轴旋转的R(X)、R(Y)、R(Z)三个旋转量；拍摄装置可为仰视工业相机。
机器人的法兰面与机器人基座平面平行时R(X)＝180°，R(Y)＝0°，Z轴是垂直于XY平面的，也就是垂直于基座平面的，所以调整机器人X、Y坐标，R(Z)角度不会发生改变。控制此位姿下机器人的末端执行器旋转即改变旋转轴角度，也就是改变Z轴的旋转角度R(Z)。通过拍摄装置仰视拍摄机器人的末端执行器标定过程，得到末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量。
可将末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量输入示教器校正机器人的坐标系建立第一工具坐标系(tool1)。然后，在第一工具坐标系中进行机器人的末端执行器与拍摄装置标定坐标，通过多点标定的方法得到第一工具坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。从而使得机器人获取的机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系为校正工具中心与法兰中心的偏移量后的第一工具坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。
S220、以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量；
由于拍摄装置拍摄获得抓取的组装位置的零件位置及角度并转换成机器人的坐标后，机器人的法兰中心通常和零件的中心不重合。为计算机器人抓取的组装位置的零件中心与机器人的法兰中心偏移量并以当前零件的中心建立动态的坐标系，需以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心。
具体地，当处于机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿时，能够使得机器人在移动过程以及零件抓取过程中保持相同的姿态，机器人的末端执行器在移动过程中只有水平面上的x和y坐标在变化，确保机器人的X、Y坐标与拍摄装置拍摄到的图像的像素坐标x、y有一一对应的关系。调整方法为将机器人运动模式切换成关节模式，调整第5关节角度为-90°，这时机器人的法兰平面与机器人基座平面平行。
当所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心时，可得到末端执行器抓取的组装位置的零件中心的像素坐标和末端执行器当前的位置信息和旋转角度。根据第一工具坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系对当前零件中心的像素坐标进行换算能够得到第一工具坐标系中当前零件中心的坐标。根据第一工具坐标系中当前零件中心的坐标、末端执行器当前的位置信息和旋转角度就能计算得到末端执行器的工具中心与组装位置的零件中心的第一偏移量。
在一个实施示例中，以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量的具体过程包括：
步骤31、以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述机器人的末端执行器与预先组装在组装位置的零件对准，记录对准时所述末端执行器的第三位置信息；所述第三位置信息为所述组装位置；
具体地，在控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心之前，需预先将待组装的零件安装在目标装置位置上。然后以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制机器人的末端执行器与预先组装在组装位置的零件对准，并在机器人法兰中心坐标系(tool0)下记录对准时机器人的末端执行器的第三位置信息P3。该第三位置信息为组装位置对应的坐标。可选的，机器人的末端执行器可为夹爪或吸嘴。
步骤32、维持所述位姿，控制所述机器人的末端执行器抓取在所述组装位置的零件并平移至所述拍摄装置的视野范围内，以对抓取的零件进行拍摄；
具体地，继续以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制机器人的末端执行器抓取安装在组装位置的零件。并在末端执行器抓取到零件后平移至拍摄装置的视野范围内的预设拍照位置，以使拍摄装置即仰视相机对末端执行器当前抓取的零件进行拍摄。
步骤33、获得所述抓取的零件中心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素位置；
通过拍摄装置即仰视相机对末端执行器当前抓取的零件进行拍摄，获得末端执行器抓取的零件中心在拍摄装置拍摄的图像的像素位置(u,v)。
步骤34、根据所述点位映射关系对所述像素位置进行换算得到所述末端执行器的目标位置；
根据获取到的第一工具坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系对像素位置(u,v)进行换算，得到在第一工具坐标系中末端执行器的目标位置P4(x4，y4)。
步骤35、获取当前所述末端执行器的实际坐标和第三旋转角度，根据所述当前所述末端执行器的实际坐标和第三旋转角度以及所述目标位置得到所述工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量。
具体地，在机器人法兰中心坐标系(tool0)下可通过示教器获取当前末端执行器的实际坐标P5(x5，y5)和第三旋转角度u3。通过三角函数关系，根据目标位置P4(x4，y4)、实际坐标P5(x5，y5)和第三旋转角度u3，可计算得到工具中心与组装位置的零件中心的第一偏移量xtool及ytool，计算公式具体如下：
Rx＝x4-x5，Ry＝y4-y5；
Figure GDA0003256651310000191
Figure GDA0003256651310000192
xtool＝Rtool*cos(θ)；
ytool＝Rtool*sin(θ)。
S230、根据所述第一偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并获得所述组装位置在所述动态工具坐标系中的组装位置坐标；
可将末端执行器的工具中心与组装位置的零件中心的第一偏移量xtool及ytool输入示教器校正机器人的坐标系建立动态工具坐标系(tool2)，即在机器人示教器中设置动态工具坐标系的X轴的偏移量为xtool，Y轴的偏移量为ytool，其他轴偏移量均设为0。在动态工具坐标系下对组装位置重新示教，即将机器人的末端执行器移动至第三位置信息，通过示教器中动态工具坐标系(tool2)获得组装位置在动态工具坐标系中的组装位置坐标P0。
S240、维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量；
可通过低精度的治具或者吸塑盘放置零件即取件位置，在正式控制机器人的末端执行器到达治具或者吸塑盘上方去抓取零件时，拍摄装置拍摄获得抓取的取件位置的零件位置及角度并转换成机器人的坐标后，机器人的法兰中心通常和零件的中心不重合。为计算机器人抓取的取件位置的零件中心与机器人的法兰中心偏移量并以当前零件的中心重新示教动态坐标系，需以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄机器人的末端执行器抓取的取件位置的零件中心。
当所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的取件位置的零件中心时，可得到末端执行器抓取的取件位置的零件中心的像素坐标和末端执行器当前的位置信息和旋转角度。根据第一工具坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系对当前零件中心的像素坐标进行换算能够得到第一工具坐标系中当前零件中心的坐标。根据第一工具坐标系中当前零件中心的坐标、末端执行器当前的位置信息和旋转角度就能计算得到末端执行器的工具中心与取件位置的零件中心的第二偏移量。
在一个实施示例中，维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量的具体过程可为：
步骤41、维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件并平移至所述拍摄装置的视野范围内，以对抓取的零件进行拍摄；
以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制机器人的末端执行器抓取放置在取件位置的零件。并在末端执行器抓取到零件后平移至拍摄装置的视野范围内的预设拍照位置，以使拍摄装置即仰视相机对末端执行器当前抓取的零件进行拍摄。
步骤42、获得所述抓取的零件中心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素位置；
通过拍摄装置即仰视相机对末端执行器当前抓取的零件进行拍摄，获得末端执行器抓取的零件中心在拍摄装置拍摄的图像的像素位置(u,v)。
步骤43、根据所述点位映射关系对所述像素位置进行换算得到所述末端执行器的目标位置；
根据获取到的第一工具坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系对像素位置(u,v)进行换算，得到在第一工具坐标系中末端执行器的目标位置P6(x6，y6)。
步骤44、获取当前所述末端执行器的实际坐标和第四旋转角度，根据所述当前所述末端执行器的实际坐标和旋转角度以及所述目标位置得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量。
具体地，在机器人法兰中心坐标系(tool0)下可通过示教器获取当前末端执行器的实际坐标P7(x7，y7)和第四旋转角度u4。通过三角函数关系，根据目标位置P6(x6，y6)、实际坐标P7(x7，y7)和第四旋转角度u4，可计算得到工具中心与组装位置的零件中心的第二偏移量xtool及ytool，计算公式具体如下：
Rx＝x6-x7，Ry＝y6-y7；
Figure GDA0003256651310000221
Figure GDA0003256651310000222
xtool＝Rtool*cos(θ)；
ytool＝Rtool*sin(θ)。
S250、根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。
可将末端执行器的工具中心与组装位置的零件中心的第二偏移量输入机器人运行的程序中通过修改工具坐标函数来校正机器人的坐标系，以实现重新示教动态工具坐标系(tool2)。并在重新示教后的动态工具坐标系下控制末端执行器将抓取到的零件运行至组装位置坐标P0进行零件组装。
在一个实施示例中，根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装的具体过程包括：根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教；根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标并旋转所述第四旋转角度进行零件组装。
可将工具中心与组装位置的零件中心的第二偏移量输入示教器校正机器人的坐标系重新示教动态工具坐标系(tool2)。以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，在重新示教后的动态工具坐标系下控制末端执行器将抓取到的零件运行至组装位置坐标P0并控制末端执行器的R(z)旋转轴旋转第四旋转角度u4进行零件组装。可选的，该第四旋转角度即为末端执行器抓取的当前零件的零件角度可通过拍摄装置对当前零件进行拍摄获得当前零件的零件角度。
本发明实施例提供的一种通过机器人实现组装的方法，通过获取机器人的坐标系与以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方的拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量；根据所述第一偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并获得所述组装位置在所述动态工具坐标系中的组装位置坐标；维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量；根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。当末端执行器从取件位置抓取零件后控制拍摄装置对零件拍摄，获得当前零件的位置及角度信息和零件的中心位置，以当前零件的中心建立动态工具坐标系，机器人在该动态工具坐标系下，抓取零件运行到组装位置进行零件组装，实现精密组装。无需人眼示教并且通过一次拍照就能够完成产品位置以及角度的纠偏，使得零件组装耗时缩短，计算量减少并且提高了零件的组装精度。
实施例三
如图5所示，是本发明实施例三提供的通过机器人实现组装的方法的流程示意图。在实施例一和实施例二的基础上，本实施例还提供用于工业机器人对零件或工件的组装位置进行简单示教方法，该方法可以由通过机器人实现组装的装置执行，该装置可为处理器、智能终端、平板或PC等；在本申请实施例中以通过机器人实现组装的装置作为执行主体进行说明，该方法具体包括如下步骤：
S310、获取机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；所述拍摄装置以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方；
机器人的法兰面与机器人基座平面平行时R(X)＝180°，R(Y)＝0°，Z轴是垂直于XY平面的，也就是垂直于基座平面的，所以调整机器人X、Y坐标，R(Z)角度不会发生改变。控制此位姿下机器人的末端执行器旋转即改变旋转轴角度，也就是改变Z轴的旋转角度R(Z)。通过拍摄装置仰视拍摄机器人的末端执行器标定过程，得到末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量。
可将末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量输入示教器校正机器人的坐标系建立第一工具坐标系(tool1)。然后，在第一工具坐标系中进行机器人的末端执行器与拍摄装置标定坐标，通过多点标定的方法得到第一工具坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。从而使得机器人获取的机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系为校正末端执行器的工具中心与法兰中心的偏移量后的第一工具坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。
S320、以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述机器人的末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述取件位置的零件中心的偏移量；
可通过低精度的治具或者吸塑盘放置零件即取件位置，在正式控制机器人的末端执行器到达治具或者吸塑盘上方去抓取零件时，拍摄装置拍摄获得抓取的取件位置的零件位置及角度并转换成机器人的坐标后，机器人的法兰中心通常和零件的中心不重合。为计算机器人抓取的取件位置的零件中心与机器人的法兰中心偏移量并以当前零件的中心示教动态坐标系，需以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄机器人的末端执行器抓取的取件位置的零件中心。
当所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的取件位置的零件中心时，可得到末端执行器抓取的取件位置的零件中心的像素坐标和末端执行器当前的位置信息和旋转角度。根据第一工具坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系对当前零件中心的像素坐标进行换算能够得到第一工具坐标系中当前零件中心的坐标。根据第一工具坐标系中当前零件中心的坐标、末端执行器当前的位置信息和旋转角度就能计算得到末端执行器的工具中心与取件位置的零件中心的偏移量。具体地，可通过执行实施例二中步骤41至44得到末端执行器的工具中心与取件位置的零件中心的偏移量xtool及ytool。
S330、根据所述偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至组装位置进行组装，并记录在所述动态工具坐标系中所述组装位置的组装位置坐标；
具体地，可将末端执行器的工具中心与取件位置的零件中心的偏移量xtool及ytool输入示教器校正机器人的坐标系建立动态工具坐标系(tool2)，即在机器人示教器中设置动态工具坐标系的X轴的偏移量为xtool，Y轴的偏移量为ytool，其他轴偏移量均设为0。
当建立动态坐标系后，以机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制机器人的末端执行器将从取件位置抓取到的零件运行至组装位置进行组装。可选的，可通过以微小的距离不断调整机器人，使机器人的末端执行器夹住的零件能够刚好装入待组装的位置。此时，可通过示教器中动态工具坐标系(tool2)获得组装位置在动态工具坐标系中的组装位置坐标P0。
S340、根据所述动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。
在动态工具坐标系下控制末端执行器将从取件位置抓取到的零件运行至组装位置坐标P0并控制末端执行器的R(z)旋转轴旋转零件角度进行零件组装。可选的，该零件角度即为末端执行器抓取的当前零件的零件角度可通过拍摄装置对当前零件进行拍摄获得当前零件的零件角度。
实施例四
如图6所示的是本发明实施例四提供的通过机器人实现组装的装置。在实施例一或二的基础上，本发明实施例还提供了一种通过机器人实现组装的装置6，该装置包括：
点位映射关系获取模块601，用于获取机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；所述拍摄装置以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方；
在一个实施示例中，点位映射关系获取模块601包括：
偏移量计算单元，用于维持所述位姿，控制所述末端执行器携带标定板与所述拍摄装置进行拍摄标定，得到所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量；
第一工具坐标系建立单元，用于根据所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量校正所述机器人的坐标系建立第一工具坐标系；
点位映射关系计算单元，用于维持所述位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板与所述拍摄装置标定坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。
在一个实施示例中，偏移量计算单元包括：
第一对准子单元，用于维持所述位姿，控制所述末端执行器携带标定板与所述拍摄装置的视野中心对准，记录对准时所述末端执行器的第一位置信息、第一角度以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的校准坐标；
第二对准子单元，用于维持所述位姿，将所述末端执行器从所述第一角度旋转至第二角度，并在旋转角度为所述第二角度的状态下控制所述末端执行器携带所述标定板在所述拍摄装置拍摄的图像中与所述校准坐标对准，记录对准时所述末端执行器的第二位置信息；所述第二角度为所述第一角度旋转180度后的角度；
偏移半径和旋转角度计算子单元，用于根据所述第一位置信息和所述第一角度以及所述第二位置信息和所述第二角度计算得到所述末端执行器的偏移半径和旋转角度；
偏移量计算子单元，用于根据所述偏移半径和所述旋转角度得到所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量。
在一个实施示例中，点位映射关系计算单元包括：
采样子单元，用于维持所述位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板在所述拍摄装置的视野范围内移动，并按照预设规则同时对所述末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标进行N次采样；N≥4；
点位映射关系计算子单元，用于根据每次采样的所述坐标位置和所述像素坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。
第一偏移量计算模块602，用于以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量；
在一个实施示例中，第一偏移量计算模块602包括：
对准单元，用于以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述机器人的末端执行器与预先组装在组装位置的零件对准，记录对准时所述末端执行器的第三位置信息；所述第三位置信息为所述组装位置；
零件拍摄单元，用于维持所述位姿，控制所述机器人的末端执行器抓取在所述组装位置的零件并平移至所述拍摄装置的视野范围内，以对抓取的零件进行拍摄；
像素位置获取单元，用于获得所述抓取的零件中心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素位置；
目标位置计算单元，，用于根据所述点位映射关系对所述像素位置进行换算得到所述末端执行器的目标位置；
偏移量计算单元，用于获取当前所述末端执行器的实际坐标和第三旋转角度，根据所述当前所述末端执行器的实际坐标和第三旋转角度以及所述目标位置得到所述工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量。
动态工具坐标系建立模块603，用于根据所述第一偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并获得所述组装位置在所述动态工具坐标系中的组装位置坐标；
第二偏移量计算模块604，用于维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量；
在一个实施示例中，第二偏移量计算模块604包括：
零件拍摄单元，用于维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件并平移至所述拍摄装置的视野范围内，以对抓取的零件进行拍摄；
像素位置获取单元，用于获得所述抓取的零件中心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素位置；
目标位置计算单元，用于根据所述点位映射关系对所述像素位置进行换算得到所述末端执行器的目标位置；
偏移量计算单元，用于获取当前所述末端执行器的实际坐标和第四旋转角度，根据所述当前所述末端执行器的实际坐标和旋转角度以及所述目标位置得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量。
零件组装模块605，用于根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。
在一个实施示例中，零件组装模块605包括：
示教单元，用于根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教；
零件组装单元，用于根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标并旋转所述第四旋转角度进行零件组装。
本发明实施例提供的一种通过机器人实现组装的装置，通过获取机器人的坐标系与以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方的拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量；根据所述第一偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并获得所述组装位置在所述动态工具坐标系中的组装位置坐标；维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量；根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。当末端执行器从取件位置抓取零件后控制拍摄装置对零件拍摄，获得当前零件的位置及角度信息和零件的中心位置，以当前零件的中心建立动态工具坐标系，机器人在该动态工具坐标系下，抓取零件运行到组装位置进行零件组装，实现精密组装。无需人眼示教并且通过一次拍照就能够完成产品位置以及角度的纠偏，使得零件组装耗时缩短，计算量减少并且提高了零件的组装精度。
实施例五
图7是本发明实施例五提供的机器人的结构示意图。该机器人包括：处理器71、存储器72以及存储在所述存储器72中并可在所述处理器71上运行的计算机程序73，例如用于通过机器人实现组装的方法的程序。所述处理器71执行所述计算机程序73时实现上述通过机器人实现组装的方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤S210至S250。
示例性的，所述计算机程序73可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器72中，并由所述处理器71执行，以完成本申请。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序73在所述机器人中的执行过程。例如，所述计算机程序73可以被分割成点位映射关系获取模块、第一偏移量计算模块、动态工具坐标系建立模块、第二偏移量计算模块和零件组装模块，各模块具体功能如下：
点位映射关系获取模块，用于获取机器人的坐标系与拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；所述拍摄装置以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方；
第一偏移量计算模块，用于以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述机器人的末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量；
动态工具坐标系建立模块，用于根据所述第一偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并获得所述组装位置在所述动态工具坐标系中的组装位置坐标；
第二偏移量计算模块，用于维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量；
零件组装模块，用于根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。
所述机器人可包括，但不仅限于，处理器71、存储器72以及存储在所述存储器72中的计算机程序73。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是机器人的示例，并不构成对机器人的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述机器人还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所述处理器71可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器72可以是所述机器人的内部存储单元，例如机器人的硬盘或内存。所述存储器72也可以是外部存储设备，例如机器人上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器72还可以既包括机器人的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器72用于存储所述计算机程序以及通过机器人实现组装的方法所需的其他程序和数据。所述存储器72还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种通过机器人实现组装的方法，其特征在于，包括：
控制机器人的末端执行器携带标定板在拍摄装置的视野范围内移动，得到所述末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置，以及所述标定板在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标；所述拍摄装置以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方，所述第一工具坐标系是对所述机器人的坐标系校正得到；
根据所述坐标位置和所述像素坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；
以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量；
根据所述第一偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并获得所述组装位置在所述动态工具坐标系中的组装位置坐标；
维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量；
根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。
2.如权利要求1所述的通过机器人实现组装的方法，其特征在于，所述控制机器人的末端执行器携带标定板在拍摄装置的视野范围内移动，得到所述末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置，以及所述标定板在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标之前，还包括：
以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板与所述拍摄装置进行拍摄标定，得到所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量；
根据所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量校正所述机器人的坐标系建立第一工具坐标系。
3.如权利要求2所述的通过机器人实现组装的方法，其特征在于，所述以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板与所述拍摄装置进行拍摄标定，得到所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量，包括：
以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板与所述拍摄装置的视野中心对准，记录对准时所述末端执行器的第一位置信息、第一角度以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的校准坐标；
维持所述位姿，将所述末端执行器从所述第一角度旋转至第二角度，并在旋转角度为所述第二角度的状态下控制所述末端执行器携带所述标定板在所述拍摄装置拍摄的图像中与所述校准坐标对准，记录对准时所述末端执行器的第二位置信息；所述第二角度为所述第一角度旋转180度后的角度；
根据所述第一位置信息和所述第一角度以及所述第二位置信息和所述第二角度计算得到所述末端执行器的偏移半径和旋转角度；
根据所述偏移半径和所述旋转角度得到所述末端执行器的工具中心与法兰中心在平面上的偏移量。
4.如权利要求1所述的通过机器人实现组装的方法，其特征在于，所述控制机器人的末端执行器携带标定板在拍摄装置的视野范围内移动，得到所述末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置，以及所述标定板在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标，包括：
维持所述位姿，控制所述末端执行器携带所述标定板在所述拍摄装置的视野范围内移动，并按照预设规则同时对所述末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置以及所述标定板圆心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标进行N次采样；N≥4；
所述根据所述坐标位置和所述像素坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系，包括：
根据每次采样的所述坐标位置和所述像素坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系。
5.如权利要求4所述的通过机器人实现组装的方法，其特征在于，所述预设规则为所述标定板位于所述拍摄装置拍摄的图像的中心、四个边界中心以及四个边界夹角位置时均进行采样；其中，N为9。
6.如权利要求1-5任一所述的通过机器人实现组装的方法，其特征在于，以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量，包括：
以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述末端执行器与预先组装在组装位置的零件对准，记录对准时所述末端执行器的第三位置信息；所述第三位置信息为所述组装位置；
维持所述位姿，控制所述末端执行器抓取在所述组装位置的零件并平移至所述拍摄装置的视野范围内，以对抓取的零件进行拍摄；
获得所述抓取的零件中心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素位置；
根据所述点位映射关系对所述像素位置进行换算得到所述末端执行器的目标位置；
获取当前所述末端执行器的实际坐标和第三旋转角度，根据所述当前所述末端执行器的实际坐标和第三旋转角度以及所述目标位置得到所述工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量。
7.如权利要求6所述的通过机器人实现组装的方法，其特征在于，所述维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量，包括：
维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件并平移至所述拍摄装置的视野范围内，以对抓取的零件进行拍摄；
获得所述抓取的零件中心在所述拍摄装置拍摄的图像的像素位置；
根据所述点位映射关系对所述像素位置进行换算得到所述末端执行器的目标位置；
获取当前所述末端执行器的实际坐标和第四旋转角度，根据所述当前所述末端执行器的实际坐标和旋转角度以及所述目标位置得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量。
8.如权利要求7所述的通过机器人实现组装的方法，其特征在于，所述根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装，包括：
根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教；
根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标并旋转所述第四旋转角度进行零件组装。
9.一种通过机器人实现组装的方法，其特征在于，包括：
控制机器人的末端执行器携带标定板在拍摄装置的视野范围内移动，得到所述末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置，以及所述标定板在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标；所述拍摄装置以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方，所述第一工具坐标系是对机器人的坐标系校正得到；
根据所述坐标位置和所述像素坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；
以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述取件位置的零件中心的偏移量；
根据所述偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至组装位置进行组装，并记录在所述动态工具坐标系中所述组装位置的组装位置坐标；
根据所述动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。
10.一种通过机器人实现组装的装置，其特征在于，包括：
坐标获取模块，用于控制机器人的末端执行器携带标定板在拍摄装置的视野范围内移动，得到所述末端执行器在第一工具坐标系的坐标位置，以及所述标定板在所述拍摄装置拍摄的图像的像素坐标；所述拍摄装置以仰视的方式垂直固定于所述机器人的法兰平面的正下方，所述第一工具坐标系是对机器人的坐标系校正得到；
点位映射关系获取模块，用于根据所述坐标位置和所述像素坐标，得到所述第一工具坐标系与所述拍摄装置的图像坐标系的点位映射关系；
第一偏移量计算模块，用于以所述机器人的法兰平面与基座平面平行的位姿，控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的组装位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述末端执行器的工具中心与所述组装位置的零件中心的第一偏移量；
动态工具坐标系建立模块，用于根据所述第一偏移量校正所述机器人的坐标系建立动态工具坐标系，并获得所述组装位置在所述动态工具坐标系中的组装位置坐标；
第二偏移量计算模块，用于维持所述位姿，控制所述末端执行器运行至取件位置抓取零件，并控制所述拍摄装置拍摄所述末端执行器抓取的取件位置的零件中心，根据所述点位映射关系得到所述工具中心与所述取件位置的零件中心的第二偏移量；
零件组装模块，用于根据所述第二偏移量对所述动态工具坐标系重新示教，并根据重新示教后的动态工具坐标系控制所述末端执行器将抓取到的零件运行至所述组装位置坐标进行零件组装。
11.一种机器人，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至9任一项所述通过机器人实现组装方法的步骤。
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