2D视觉定位引导系列 8 先拍后放原理及动画模拟仿真

往期回顾:

第6篇讲的先拍后抓,先拍照,引导机械手调整姿态去抓取物料
第7篇讲先抓后拍,物料抓到已经机械手上了,相机(多数是下相机)拍照,引导机械手去放料。
那么本篇我们主题是先拍(拍物料放置区域,如手机屏外框),引导机械手 去放料。整个计算逻辑和先拍后抓一样。理解先拍后抓后
理解本篇比较容易。这种模式要求物料来料位置和角度误差较小,只拍物料放置框就可保证能准确放置进去。如果来料的误差也很大,那就是我们
下篇文章要涉及内容,对位贴合,暂且不表。

仿真部件

和上篇一样,先来认识下各个部件(和上篇文章基本一致)
1.蓝色矩形框表示相机
2.绿色矩形表示示教放料框模板,例如 IC 测试治具。
3.红色矩形表示实际物料放置框来料的情况,相对与模板已经发生了角度和位置偏移。
4.粉红色的表示机械手 带一个 矩形吸盘,其中圆形表示法兰盘。这个可以看看以前几期文章
                                                             

应用场景

1.6轴 机械手,4轴scara机器人,龙门机械手。
 相机放置物料放置框上方,物料放置框随流水线来,每次有位置和角度误差。拍照后,计算出物料放到框里的坐标和角度。
这种使用场景的定位引导分三步走
1.示教 做 基准
2.实际来料 获取特征坐标和角度
3.偏差计算
和先拍再抓基本一致,连计算偏移量的方法都如出一辙。

1.示教

记住基准,以便后面来料比较计算
示教主要确定来料的基准位置,以后每次实际来料和基准比较,计算出偏差,反向补偿到放片位置上,确保能准确放置。
示教要记住几组关键数据。
第一组:模板上特征点(可能是十字Mark等特征Mark图案,也可能是线的交点)的坐标和角度,本例取蓝色矩形A点作为特征点PA 记为(Mode_X,Mode_Y),取AB线段连接的角度为特征角度记为 Mode_Phi,如下图
第二组:示教的机械坐标,放片位置的基准机械位置,即为(TeachPos_X,TeachPos_Y)
示教
*第1步:示教

*这里演示做模板的过程,正常的模板图片有个模板点,一般是十字Mark 或者 边线交点。还有模板角度,取一个边能反映模板的角度变化角度就行。
*这里步不去求边线交点了,直接拿上面的(mode_row[0],mode_col[0])作为模板点。第一点和第二点连线角度作为模板角度,计算如下

*模拟取模板点的像素坐标
Mode_X:=mode_row[0]-cam_origin_row
Mode_Y:=mode_col[0]-cam_origin_col

*模拟取模板角度
angle_lx(mode_row[0],mode_col[0],mode_row[1],mode_col[1],Mode_Phi)

*模拟取示教物理坐标
TeachPos_X:=3000
TeachPos_Y:=5000

 

一般示教流程;
现场的示教流程一般是丛后往前示教。物料先放到放料位置放好,机械手过去将料吸起来,记住此时的示教位置为(TeachPos_X,TeachPos_Y)。机械手吸着物料移移开。相机拍照,拍照后,计算模板的特征点和角度,记下来(Mode_X,Mode_Y) 角度Mode_Phi。
实际实用中经常会出现相机是安装在机械手上的情况,这种情况与上面的其实没有大的区别,多了一个拍照位置而已。坐标的计算稍微复杂一点。

2.来料拍照

这里上的料是 物料放置框,如手机外壳,IC 测试座等。

计算来料的特征点和角度 如上图红框的C点位来料特征点(Current_X,Current_Y),直线CD的角度 记为Current_Phi。如上图
特征点的选取一般选2条边的交点。
*假设来料绕左上顶点旋转5°,平移(40,50)
*定义实际来料,区域,通过上面坐标平移旋转得到,分2步,第一步饶第一点(mode_row[0], mode_col[0])旋转5°,第二步,平移(40,50)
hom_mat2d_identity(HomMat2DIdentity)
hom_mat2d_rotate(HomMat2DIdentity, rad(5), mode_row[0], mode_col[0], HomMat2DRotate)
hom_mat2d_translate(HomMat2DRotate, 40, 50, HomMat2DTranslate1)
*模拟来料旋转和平移
affine_trans_pixel(HomMat2DTranslate1,mode_row,mode_col,RowTrans, ColTrans)
gen_region_polygon(ProductRegion, RowTrans, ColTrans)
dev_set_color ('red')
dev_display(ProductRegion)

*模拟取来料的特征点坐标,这里为了简单,直接获取了,实际工作中要通过模板匹配或者模板匹配加边线交点来获取坐标
Current_X:=RowTrans[0]-cam_origin_row
Current_Y:=ColTrans[0]-cam_origin_col
angle_lx(RowTrans[0],ColTrans[0],RowTrans[1],ColTrans[1],Current_Phi)
3.计算偏移量
这种模式换个角度思考,其实和先拍后抓是一个原理,都是要保证机械手相对物料姿态一致,不同的是前者是取料,相对的是待取物料,后者用来放料,相对的是放料框。
此部分不再赘述,请参照第6篇文章先拍后取。
这里直接上关键代码了
计算代码
*第3步 纠偏计算
* 将相关特征点转化为物理坐标系
*模板特征点
affine_trans_point_2d(HomMat2D1,Mode_X,Mode_Y,Wmodex,Wmodey)
*来料实际特征点
affine_trans_point_2d(HomMat2D1,Current_X,Current_Y,Wcurx,Wcury)




*计算模板Mark 绕旋转中心旋转后的坐标
*著名的绕点旋转公式
*在平面坐标上,任意点P(x1,y1),绕一个坐标点Q(x2,y2)旋转θ角度后,新的坐标设为(x, y)的计算公式:
*x= (x1 - x2)*cos(θ) - (y1 - y2)*sin(θ) + x2 ;
*y= (x1 - x2)*sin(θ) + (y1 - y2)*cos(θ) + y2 ;
dphi:=Current_Phi-Mode_Phi
newModeX:=(Wmodex-TeachPos_X)*cos(dphi)-(Wmodey-TeachPos_Y)*sin(dphi)+TeachPos_X
newModeY:=(Wmodex-TeachPos_X)*sin(dphi)+(Wmodey-TeachPos_Y)*cos(dphi)+TeachPos_Y


*计算最终位置偏移
Dx:=Wcurx-newModeX
Dy:=Wcury-newModeY
角度DeltaPhi。在角度数据发送给机械手之前可能要做些处理,有些机械手不能接受角度数据,只能接受位置数据(如脉冲数)。dphi需要乘以系数,这个系数需要标定或    者设备提供
实际使用中可能出现最终发送的角度要取反的问题,需要现场灵活应对。
4.验证
如下图,红色是来物料放置框 实际情况。经过第三步计算的补偿数据,运行如下。物料刚好可以放到物料框中
总结:
1.先拍后放与先拍后抓的的示教流程和计算逻辑基本一致,正常示教逻辑都一致。
2.示教机械点应该记哪个位置,可以简单理解为在哪个位置做旋转纠偏,就把这个位置设定为.(TeachPos_X,TeachPos_Y)

总结:

1.先拍后取,和先取后拍的处理方式差别不是很大。区别主要是再纠偏计算。先拍后取 旋转的是基准模板(这个是想象的旋转,实际不旋转)
先取后拍 旋转的是实际来料,这个容易理解。
2.旋转的时候都是绕着固定机械点旋转的。可以认为绕那个点旋转就设定那个点为(TeachPos_X,TeachPos_Y)。务必理解这个旋转的点。

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