《机器视觉系统应用（初级）》课件 项目3 机器视觉系统标定

项目3机器视觉系统标定机器视觉系统应用（初级）任务1机器人坐标系标定知识图谱学习目标1任务描述2相关知识3任务实施4任务评价5思考练习6PARTONE01PART学习目标/知识目标了解机器人的坐标系。了解机器人用户坐标系标定方法。了解机器人工具坐标系标定方法。技能目标能够正确标定机器人用户坐标系。能够正确标定机器人工具坐标系。能够进行零点标定。学习目标素养目标根据工作岗位职责，完成小组成员的合理分工。团队合作中，各成员学会合理表达自己的观点。养成安全规范操作的行为习惯。PARTTWO02PART任务描述/任务描述使用DobotSCStudio软件，完成机器人的坐标系标定。DobotSCStudio软件MagicianPro机器人PARTTHREE03PART相关知识/机器人的坐标系（1）关节坐标系关节坐标系关节坐标系是以各运动关节为参照确定的坐标系。MagicianPro机器人各关节均为旋转关节。机器人的坐标系（2）基坐标系基坐标系基坐标是以机械臂底座为参照确定的坐标系。X轴方向垂直于固定底座向前为正方向。Y轴方向垂直于固定底座向左为正方向。Z轴符合右手定则，垂直向上为正方向。R轴为末端舵机中心相对于原点的姿态，逆时针为正。R轴坐标为J1轴和J4轴坐标之和。机器人的坐标系（3）工具坐标系工具坐标系工具坐标系是定义工具中心点TCP（ToolCenterPoint）的位置和工具姿态的坐标系，其原点和方向都是随着末端工件位置与角度不断变化的。当前系统支持10个工具坐标系，其中，工具坐标系0表示默认工具坐标系，位于机械臂末端，不使用工具，不可更改。机器人的坐标系（4）用户坐标系用户坐标系用户坐标系是用户自定义的工作台坐标系或工件坐标系，其原点及各轴方向可根据实际需要确定，可以方便的量测工作区间中各点的位置并安排任务。坐标系标定方法用户坐标系两点示教法（1）用户坐标系标定方法用户坐标系采用两点示教法生成：将MG400移动至任意两点P0（x0,y0,z0）和P1（x1,y1,z1），其中P0点作为原点，P0和P1两点之间的连线确定用户坐标系X轴正方向，然后根据右手定则确定Y轴和Z轴方向。坐标系标定方法工具坐标系两点示教法（2）工具坐标系标定方法工具坐标系采用两点示教法生成：MG400末端安装工具后，调整工具的位姿，使TCP（ToolCenterPoint）以两种不同的姿态对准空间中同一点（参考点），获取工具的位置偏移，生成工具坐标系。零点标定机械零点当更换机械臂电机、减速机等传动部件或者与工件发生碰撞等情况下，机械臂的零点位置发生变化，此时需对机械臂进行回零操作即零点标定。PARTFOUR04PART任务实施/用户坐标系标定标定前需要确定的事项：010302已切换至笛卡尔坐标系。机器人已上电。电脑IP地址修改为0。用户坐标系标定把标定板放于视觉检测台上，并且把标定板固定住，防止发生移动。固定标定板步骤1用户坐标系标定给机器人末端任意一个吸盘安装“标定针”。安装“标定针”步骤2用户坐标系标定打开DobotSCStudio软件，点击右上角的“”图标，选择“真实控制器”，点击确定。控制器选择步骤3单击界面右上角的“

”，设置末端负载重量为500g，然后点击“确认”按钮，此时，界面右上角的“”变为“

”

，机器人上的灯由蓝色变为绿色。

用户坐标系标定末端负载设置步骤4用户坐标系标定用户坐标系界面单击“系统设置”，双击“坐标系设置”，单击“四轴用户坐标系”。进入“用户坐标系”界面。步骤5用户坐标系标定移动到B点在“点动面板”点动机器人末端至标定板任意一点（以标定板右上角的B点为例），单击“获取第一个点”按钮获取第一个点的坐标。获取第一个点步骤6用户坐标系标定在“点动面板”点动机器人末端至标定板第二个点C点的位置，再单击“获取第二个点”按钮获取点坐标。

B、C两点即可确定用户坐标系的X轴正方向，具体X轴的正方向以实际需要为准。移动到C点获取第二个点步骤7用户坐标系标定生成用户坐标系选中任意一个0以外的用户坐标系（这里以用户坐标系3为例），单击“覆盖”和“保存”，用户坐标系3的参数自动生成。步骤8用户坐标系标定选择用户坐标系创建用户坐标系后，在“点动面板”界面选择用户坐标系3进行点动操作。首先点动“X+”按钮，机器人末端的运动方向为B→C的方向，然后点动“Y+”按钮，如果机器人末端的运动方向为垂直于B→C连线的方向，则说明用户坐标系3建立成功。步骤9工具坐标系标定工具坐标系界面单击“系统设置”，双击“坐标系设置”，单击“四轴工具坐标系”，进入工具坐标系设置界面。步骤1工具坐标系标定选择坐标系2作为待修改工具坐标系，点动机器人末端至标定板任意一个点，单击“获取第一个点”获取第一个点的坐标。点动至任意点获取第一个点步骤2工具坐标系标定点动控制机器人旋转一个角度（角度参考范围：60°~120°），再点动控制机器人移动到与步骤2相同的点位，单击“获取第二个点”获取第二个点的坐标。点动至步骤2相同点位获取第二个点步骤3工具坐标系标定选中工具坐标系2，单击“覆盖”和“保存”，工具坐标系2的参数自动生成。生成工具坐标系步骤4工具坐标系标定选择工具坐标系创建工具坐标系2后，在点动面板界面选择工具坐标系2进行点动操作，点动控制机器人移动到任意一个点位，再控制机器人旋转，如果机器人在旋转过程中的点位没有发生位置变化，说明工具坐标系2建立成功。步骤5零点标定权限管理界面点击“”图标，打开权限管理。选择“管理员”，出现登录界面，输入密码“admin”。管理员登录界面步骤1零点标定选择“系统设置”>“安全设置”>“零点标定”。机器人使能，将各轴调整到机械零点，单击右边窗口的“零点标定”。跳出回零成功提示窗口之后，单击“Yes”，完成零点标定设置。零点标定界面回零成功步骤2PARTFIVE05PART任务评价/任务评价类别考核内容分值评价分数自评互评教师理论了解机器人的坐标系10

了解机器人用户坐标系标定方法10

了解机器人工具坐标系标定方法10

技能能够正确标定机器人用户坐标系20

能够正确标定机器人工具坐标系20

能够进行零点标定20

素养遵守操作规程，养成严谨科学的工作态度2

根据工作岗位职责，完成小组成员的合理分工2

团队合作中，各成员学会合理表达自己的观点2

严格执行6S现场管理2

养成总结训练过程和结果的习惯，为下次训练总结经验2

总分100PARTSIX06PART思考练习/思考练习1、机器人有哪些坐标系。2、简述机器人用户坐标系的标定方法。3、简述机器人工具坐标系的标定方法。THANKYOU!深圳市越疆科技公司项目3机器视觉系统标定机器视觉系统应用（初级）任务2相机标定学习目标1任务描述2相关知识3任务实施4任务评价5思考练习6PARTONE01PART学习目标/知识目标了解相机标定的目的。了解标定板的类型。了解DobotVisionStudio标定板标定模块的参数。技能目标能够正确创建相机标定程序。能够正确设置标定板标定的参数。能够生成标定文件，并导出到指定的存储位置。学习目标素养目标根据工作岗位职责，完成小组成员的合理分工。团队合作中，各成员学会合理表达自己的观点。养成安全规范操作的行为习惯。PARTTWO02PART任务描述/任务描述利用棋盘格标定板完成相机标定。DobotVisionStudio软件棋盘格标定板PARTTHREE03PART相关知识/相机标定在视觉测量过程中，相机将三维空间信息映射至二维图像中。为了确定空间点与像素坐标的转换关系，需要建立相机成像模型，求取转换矩阵参数的过程称为相机标定。坐标系相机标定是为了得到空间点与像素坐标的转换关系。相机小孔成像模型相机标定相关的坐标系在相机标定中，相机模型参数的求解涉及到四个基本坐标系：世界坐标系、相机坐标系、图像物理坐标系、图像像素坐标系。标定板类型实心圆阵列标定板棋盘格标定板标定板一般有实心圆阵列图案标定板和棋盘格标定板。DobotVisionStudio标定板标定模块介绍运行参数生成标定文件：选择生成的标定文件存放路径。

原点（x）、原点（y）：该原点为物理坐标的原点,可以设置原点的坐标，即图中X轴和Y轴的原点的位置。旋转角度：标定板的旋转角度。坐标系模式：选择左手坐标系或右手坐标系。物理尺寸：棋盘格每个黑白格的边长或圆板两个相邻圆心的圆心距，单位是mm。标定板类型：分为棋盘格标定板和圆标定板。运行参数DobotVisionStudio标定板标定模块介绍运行参数自由度：分为缩放、旋转、纵横比、倾斜、平移及透射，缩放、旋转、纵横比、倾斜和平移，缩放、旋转及平移3种，3种参数设置分别对应“透视变换”、“仿射变换”和“相似性变换”。灰度对比度：棋盘格图像相邻黑白格子之间的对比度最小值，建议使用默认值。中值滤波状态：提取角点之前是否执行中值滤波，有“执行滤波”与“无滤波”两种模式，建议使用默认值。亚像素窗口：该参数表示是否自适应计算角点亚像素精度的窗口尺寸，当棋盘格每个方格占的像素较多时，可适当增加该值，建议使用默认值。

权重函数：可选最小二乘法、Huber、Tukey算法函数。运行参数PARTFOUR04PART任务实施/相机标定将标定板放到检测视野内，标定板AB一侧紧挨着相机与光源部分的固定支架，AC、BD两侧与检测平面的边缘对齐。标定板放置位置步骤1打开DobotVisionStudio软件，选择通用方案。在工具箱的“采集”子工具箱中选择“图像源”模块，拖动到流程编辑区。图像源模块相机标定步骤2步骤3相机标定

双击“0图像源1”模块，进行参数设置。选择图像源为“相机”，单击“相机管理”。图像源设置单击“相机管理”步骤4相机标定在“相机管理”界面，单击“设备列表”右侧的“+”号添加相机；设置常用参数，如选择相机、设置像素格式等。单击“触发设置”，设置触发源为“SOFTWARE”软件触发方式。添加相机常用参数设置步骤4设置触发源相机标定

完成“相机管理”中的参数设置后，重新回到“图像源”参数设置中，选择“关联相机”。单击“连续执行”，再双击进入图像源调整相机的曝光时间，根据情况调整镜头的光圈大小、对焦环位置，光源的亮度，最终采集到清晰的图像。关联相机设置步骤4相机标定将“标定”工具栏中的“标定板标定”模块拖动到流程编辑区，鼠标从“0相机图像1”下方拖动出箭头与“2标定板标定1”相连。标定板标定模块步骤5相机标定双击“2标定板标定1”进行参数设置，在“运行参数”中的“物理尺寸”，填入数字25，即标定板每个格子的边长尺寸，其它参数保持默认。标定板标定运行参数设置步骤6相机标定

单击“执行”按钮，图像显示区域出现绿色的文字，结果显示区域出现结果。标定结果步骤7相机标定

单击运行参数的“生成标定文件”按钮保存标定文件，文件名命名为“距离标定文件”，存储到电脑的指定位置。生成标定文件步骤7PARTFIVE05PART任务评价/任务评价类别考核内容分值评价分数自评互评教师理论了解相机标定的目的10

了解标定板的类型10

了解DobotVisionStudio标定板标定模块的参数10

技能能够正确创建相机标定程序20

能够正确设置标定板标定的参数20

能够生成标定文件，并导出到指定的存储位置20

素养遵守操作规程，养成严谨科学的工作态度2

根据工作岗位职责，完成小组成员的合理分工2

团队合作中，各成员学会合理表达自己的观点2

严格执行6S现场管理2

养成总结训练过程和结果的习惯，为下次训练总结经验2

总分100PARTSIX06PART思考练习/思考练习利用视觉套件采集标定板的图像，完成相机标定。标定板每一个黑白格子的边长为1cm。标定板THANKYOU!深圳市越疆科技公司项目3机器视觉系统标定机器视觉系统应用（初级）任务3手眼标定学习目标1任务描述2相关知识3任务实施4任务评价5思考练习6PARTONE01PART学习目标/知识目标了解手眼系统的类型。了解手眼标定方法。了解DobotVisionStudioN点标定模块的参数。技能目标能够正确创建手眼标定的视觉程序。能够正确设置视觉程序中各个模块的参数。能够使用DobotSCStudio的点动控制机器人来获取标定点的物理坐标。学习目标素养目标根据工作岗位职责，完成小组成员的合理分工。团队合作中，各成员学会合理表达自己的观点。养成安全规范操作的行为习惯。PARTTWO02PART任务描述/任务描述利用棋盘格标定板采用九点标定法完成手眼系统的标定。机器视觉系统棋盘格标定板PARTTHREE03PART相关知识手眼系统广义上讲，手眼系统就是一种机器人视觉系统；狭义地讲，摄像机与机器人的手部末端，构成手眼系统。由于有了可以进行触摸的机械手，可以用视觉信息引导触觉系统的运动，同时触觉系统反过来又验证视觉系统的结果。手眼系统的类型Eye-to-hand系统Eye-in-Hand系统根据相机与机器人的相对位置关系，可以将机器人视觉引导定位系统分为Eye-to-Hand系统和Eye-in-Hand系统两种基本类型。手眼标定相机+机器人组成的手眼系统，能让机器人根据相机获得的位置信息准确地完成物体的搬运分拣动作。完成机器人对不同物体的分拣工作，需要知道相机和机器人的相对位姿关系，也即相机图像中的像素坐标系到机器人所在空间坐标系的转换关系，我们把获得这种转换关系的过程称为手眼标定。手眼标定机器人坐标系机器人坐标系主要包含机器人的基坐标系、工具坐标系。基坐标系是以机器人底座为参照确定的坐标系。工具坐标系是定义工具中心点TCP（ToolCenterPoint）的位置和工具姿态的坐标系，其原点和方向都是随着末端工件位置与角度不断变化的。机器人坐标系手眼标定方法选择合适的矩形标定板。选取九个标定点，点位在标定板中间，不能太靠近边缘，能够在相机的拍摄范围中照到即可。九点标定具体实现原理就是用机器人的机器人末端依照九个标定点的标定顺序动作，得到这九个点在机器臂坐标系中的坐标，同时利用相机拍摄识别得到这九个点的像素坐标，通过已经建立好的相机模型坐标转换，经过矩阵变换得到这九个点的对应坐标。标定板DobotVisionStudioN点标定介绍N点标定是通过N点像素坐标和物理坐标，实现相机坐标系和执行机构物理坐标系之间的转换，并生成标定文件，N需要大于等于4。N点标定DobotVisionStudioN点标定介绍基本参数标定点获取：选择触发获取或手动输入，通常选择触发获取。当选择手动输入时支持“N点标定”模块单独运行。标定点输入：选择按点或按坐标输入。图像点：N点标定的标定点，通常直接链接特征匹配里面的特征点。平移次数：平移获取标定点的次数，只针对x/y方向的平移，一般设置成9点。旋转次数：旋转轴与图像中心不共轴时需设置旋转次数，一般设置成3次；且旋转是在第5个点的位置进行。更新文件：一轮标定完成后，如果开启了更新文件控件，新一轮标定会将标定结果更新到标定文件中。标定文件路径：标定文件的绝对路径，该路径下如果存在文件就直接加载，如不存在则加载失败，运行时报错。使用相对坐标：默认关闭状态，使能后可配置标定原点大小。基本参数DobotVisionStudioN点标定介绍基本参数运行参数相机模式：−相机静止上相机位：相机固定不动，且在拍摄工件上方。−相机静止下相机位：相机固定不动，且在拍摄工件下方。−相机运动：相机随机器人运动。自由度：有缩放、旋转、纵横比、倾斜、平移及透射，缩放、旋转、纵横比、倾斜和平移，缩放、旋转及平移这3种，三种参数分别对应“透视变换”、“仿射变换”和“相似性变换”。权重函数：可选最小二乘法、Huber、Tukey和Ransac算法函数。建议使用默认参数设置。权重系数：选择Tukey或Huber权重函数时的参数设置项，权重系数为对应方法的削波因子，建议使用默认值。PARTFOUR04PART任务实施/手眼标定将标定板放到检测视野内，上端紧挨着相机与光源部分的固定支架，左侧与检测平面的边缘对齐。标定板放置位置步骤1打开DobotVisionStudio软件，选择通用方案。将“采集”工具栏中的“图像源”模块拖动到流程编辑区。图像源手眼标定步骤2步骤3双击“0图像源1”模块，进行参数设置。相机采集到的图像常用参数设置触发方式设置手眼标定步骤4将“标定”工具栏中的“标定板标定”模块拖动到流程编辑区，鼠标从“0相机图像1”下方拖动出箭头与“2标定板标定1”相连。方案流程手眼标定步骤5双击“2标定板标定1”进行参数设置，在“运行参数”中的“物理尺寸”处，填入数字25，即标定板每个格子的边长尺寸，其它参数保持默认。填写物理尺寸手眼标定步骤6单击“执行”按钮，图像显示区域出现绿色的文字，结果显示区域出现结果。显示标定结果手眼标定步骤7将“N点标定”模块拖动到流程编辑区，与“2标定板标定1”连接。“3N点标定1”与“2标定板标定1”相连之后，单击“执行”，在图像显示区域，会显示9点标定的标定点及其标定顺序。N点标定手眼标定步骤8双击“3N点标定1”进行参数设置。基本参数中的平移次数，系统默认为9。单击“旋转次数”右侧的“

”图标，就