CN109702135A - 一种自动定位特征区域的装置及其调整垂直的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动定位特征区域的装置及其调整垂直的方法，属于自动化设备技术领域。一种自动定位特征区域的装置包括支架、3D视觉相机以及测距传感器；本发明通过将3D视觉相机和测距传感器设置于支架上并连接于机器人上，且测距传感器呈直角三角形分布，通过3D视觉相机自动定位特征区域在工件上的位置，通过多个测距传感器之间的测距差值计算出补偿角并输入机器人来调整垂直，使其能与工件的表面维持垂直状态，从而保证了作业工具能维持与工件的表面的垂直状态，自动化程度高，且无需具备经验便可操作，适应性更好；并且提供了一种能调整垂直定位的方法，能快速且准确的调整至与特征区域所在的平面垂直的状态，更加实用，利于推广和普及。

Description

一种自动定位特征区域的装置及其调整垂直的方法

技术领域

本发明涉及自动化设备的技术领域，具体是涉及一种自动定位特征区域的装置及其调整垂直的方法。

背景技术

随着科技的进步和运用，在工业制造过程中，自动化设备的运用越来越多。

对于一些较规则的工件而言，比如飞机蒙皮、高铁车体蒙皮等，在这些工件上一般都设置有很多大小相同的孔位，这些孔位中一般进行着打铆钉、拧螺丝的作业，而在实现自动化作业时，需要铆钉枪或拧螺丝枪必须对准这些孔位，而且与所述孔位所在的位置的平面垂直设置，才能保证最佳的安装效果。

目前用于上述孔位定位以及找垂直平面的设备为人工试教机器人，通过人工试教机器人实现让铆钉枪、拧螺丝枪等设备能对上孔位，且保证与孔位所在平面呈垂直设置。但是，人工试教机器工作繁琐，且对作业者的依赖性较大，需要作业者具备丰富的试教经验才能操作，导致使用限制较大。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现旨在提供一种自动定位特征区域的装置及其调整垂直的方法，以在六轴机器人的手臂上设置3D视觉相机和多个测距传感器，通过3D视觉相机自动定位特征区域的位置，并通过测距传感器的对比调整，调整至与特征区域的位置所在平面垂直的状态，从而实现了对特征区域的自动定位以及垂直状态的调整，无需作业者调节，自动化程度更高，定位和调整的精度更高，使用效果更好，消除了需要经验才能操作的限制，适应性更高；并且提供了一种能调整垂直定位的方法，能快速且准确的调整至与特征区域所在的平面垂直的状态。

具体技术方案如下：

一种自动定位特征区域的装置，具有这样的特征，包括：支架、3D视觉相机以及测距传感器，其中，

支架呈矩形块设置，支架的一侧可拆卸的连接于机器人的手臂上，支架的另一侧设置有3D视觉相机和若干测距传感器；

若干测距传感器呈“L”字形分布于支架的三个顶角所在的区域内，同时，3D视觉相机设置于支架剩余的一个顶角所在的区域内。

上述的一种自动定位特征区域的装置，其中，测距传感器设置有三个，为第一测距传感器、第二测距传感器以及第三测距传感器，且位于支架的同一条侧边上的两测距传感器处于同一直线上，且三个测距传感器呈直角三角形分布。

上述的一种自动定位特征区域的装置，其中，测距传感器均为激光测距传感器。

一种调整垂直的方法，具有这样的特征，包括以下几个步骤：

步骤一，确定孔位；

启动机器人，让工件上的孔位处于3D视觉相机的视野范围内，确定孔位准确的3D位置；

步骤二，对位；

移动机器人，让孔位处于三个测距传感器的中间区域；

步骤三，第一次测距并调整；

先分别采集第一测距传感器和第二测距传感器到工件表面的距离，并计算两者的差值，计算得到第一补偿角，然后控制机器人动作，调整至第一测距传感器和第二测距传感器到工件表面的方向和高度均一致；

步骤四，第二次测距并调整；

在完成步骤三后，在步骤三的基础上再次分别采集第一测距传感器和第三测距传感器到工件表面的距离，并计算两者的差值，计算得到第二补偿角，然后控制机器人动作，调整至第一测距传感器和第三测距传感器到工件表面的方向和高度均一致。

上述的一种调整垂直的方法，其中，第一补偿角的计算公式为：

α＝arctan(ΔH_1-2/L₂)；

ΔH_1-2＝H₁-H₂；

公式中，α为第一补偿角；ΔH_1-2为第一测距传感器和第二测距传感器到工件表面的距离的差值；L₂为第一测距传感器的发射点和第二测距传感器的发射点之间的距离；H₁为第一测距传感器到工件表面的距离；H₂为第二测距传感器到工件表面的距离。

上述的一种调整垂直的方法，其中，第二补偿角的计算公式为：

β＝arctan(ΔH_3-4/L₁)；

ΔH_3-4＝H₃-H₄；

公式中，β为第二补偿角；ΔH_3-4为第一测距传感器和第三测距传感器到工件表面的距离的差值；L₁为第一测距传感器的发射点和第三测距传感器的发射点之间的距离；H₃为第一测距传感器到工件表面的距离；H₄为第三测距传感器到工件表面的距离。

上述的一种调整垂直的方法，其中，第一补偿角对应机器人工具坐标系中的X-Z平面内的偏转角度，第二补偿角对应机器人工具坐标系中的Y-Z平面内的偏转角度。

上述的一种调整垂直的方法，其中，机器人工具坐标系的原点为连接法兰的中心，机器人工具坐标系的X、Y轴构成的平面平行于支架设置有测距传感器的面，且X轴的正方向为沿第二测距传感器至第一测距传感器的方向，Y轴的正方向为沿第一测距传感器至第三测距传感器的方向，机器人工具坐标系的Z轴沿垂直于支架设置有测距传感器的面设置，且Z轴的正方向为沿支架至连接法兰的方向。

上述技术方案的积极效果是：

上述的自动定位特征区域的装置，在机器人的手臂上设置带有3D视觉相机和呈“L”字形布置的若干测距传感器的支架，通过3D视觉相机自动定位工件上特征区域的位置，同时，通过若干测距传感器对比后得到机器人补偿角，从而逐步调整至于工件的表面垂直的方向，实现了对特征区域的自动定位以及垂直状态的调整，自动化程度高，定位和调整更准确，使用效果更好，同时也可在无操作经验的情况下实现控制，消除了需要经验才能操作的限制，适应性更高；并且提供了一种能调整垂直定位的方法，能快速且准确的调整至与特征区域所在的平面垂直的状态，更加实用，更利于推广和普及。

附图说明

图1为本发明的一种自动定位特征区域的装置的实施例的结构图；

图2为本发明一较佳实施例的一视角的结构图；

图3为本发明一较佳实施例的第一次激光测距并调整的示意图；

图4为本发明一较佳实施例的第二次激光测距并调整的示意图。

附图中：1、支架；2、3D视觉相机；3、测距传感器；31、第一测距传感器；32、第二测距传感器；33、第三测距传感器；4、机器人；5、工件。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1至附图4对本发明提供的技术方案作具体阐述，但以下内容不作为本发明的限定。

图1为本发明的一种自动定位特征区域的装置的实施例的结构图；图2为本发明一较佳实施例的一视角的结构图。如图1和图2所示，本实施例提供的自动定位特征区域的装置包括：支架1、3D视觉相机2以及测距传感器3，支架1呈矩形块设置，支架1的一侧可拆卸的连接于机器人4的手臂上，支架1的另一侧设置有3D视觉相机2和测距传感器3，通过支架1将3D视觉相机2和测距传感器3安装在机器人4手臂上，通过机器人4的动作实现3D视觉相机2和测距传感器3的移动，从而实现特征区域的自动定位以及垂直调节，结构简单，安装方便。

具体的，测距传感器3呈“L”字形分布于支架1的三个顶角所在的区域内，同时，3D视觉相机2设置于支架1剩余的一个顶角所在的区域内，通过3D视觉相机2实现特征区域的自动定位，并通过测距传感器3实现垂直调整。更加具体的，测距传感器3设置有三个，三个测距传感器3分别为第一测距传感器31、第二测距传感器32以及第三测距传感器33，且位于支架1的同一条侧边上的两测距传感器3处于同一直线上，且三个测距传感器3呈直角三角形分布，保证了第一测距传感器31和第二测距传感器32位于同一方向的同一高度或同一垂向上，从而便于自动定位出特征区域的位置以及实现与工件5的表面的垂直状态的调节，自动化程度更高，且消除了无经验无法操作的限制，适应性更高。

作为优选的实施方式，测距传感器3均为激光测距传感器，易于获取，同时也易于控制，能更好的满足测距的需求。

另外，本实施例还提供了一种调整垂直的方法，是运用了上述的自动定位特征区域的装置实现调整垂直的方法。包括以下几个步骤：

步骤一，确定孔位；

启动机器人4，让工件5上的孔位处于3D视觉相机2的视野范围内，确定孔位准确的3D位置；

步骤二，对位；

移动机器人4，让孔位处于三个测距传感器3的中间区域，实现对位操作。

步骤三，第一次激光测距并调整；

图3为本发明一较佳实施例的第一次激光测距并调整的示意图。如图3所示，在步骤二中的对位操作完成后，先分别采集第一测距传感器31和第二测距传感器32到工件5表面的距离，并计算两者的差值，计算得到第一补偿角，然后控制机器人4动作，调整至第一测距传感器31和第二测距传感器32到工件5表面的方向和高度均一致；其中，

第一补偿角的计算公式为：

α＝arctan(ΔH_1-2/L₂)；

ΔH_1-2＝H₁-H₂；

公式中，α为第一补偿角；ΔH_1-2为第一测距传感器31和第二测距传感器32到工件5表面的距离的差值；L₂为第一测距传感器31的发射点和第二测距传感器32的发射点之间的距离；H₁为第一测距传感器31到工件5表面的距离；H₂为第二测距传感器32到工件5表面的距离。在第一次激光测距并调整过程中，通过对机器人4输入第一补偿角，实现对一个方向上的垂直调节。

步骤四，第二次激光测距并调整；

图4为本发明一较佳实施例的第二次激光测距并调整的示意图。如图4所示，在步骤三完成后，在步骤三的基础上再次分别采集第一测距传感器31和第三测距传感器33到工件5表面的距离，并计算两者的差值，计算得到第二补偿角，然后控制机器人4动作，调整至第一测距传感器31和第三测距传感器33到工件5表面的方向和高度均一致；其中，

第二补偿角的计算公式为：

β＝arctan(ΔH_3-4/L₁)；

ΔH_3-4＝H₃-H₄；

公式中，β为第二补偿角；ΔH_3-4为第一测距传感器31和第三测距传感器33到工件5表面的距离的差值；L₁为第一测距传感器31的发射点和第三测距传感器33的发射点之间的距离；H₃为第一测距传感器31到工件5表面的距离；H₄为第三测距传感器33到工件5表面的距离。在第二次激光测距并调整过程中，通过对机器人4输入第二补偿角，实现对另一个方向上的垂直调节，结合步骤三中的垂直调节结果，实现了平面与工件5的表面的垂直调节，从而保证了作业工具能垂直于工件5的表面工作，效果更好。

具体的，第一补偿角对应机器人工具坐标系中的X-Z平面内的偏转角度，第二补偿角对应机器人工具坐标系中的Y-Z平面内的偏转角度，并且机器人工具坐标系的原点为连接法兰的中心，机器人工具坐标系的X、Y轴构成的平面平行于支架1设置有测距传感器3的面，且X轴的正方向为沿第二测距传感器至第一测距传感器的方向，Y轴的正方向为沿第一测距传感器至第三测距传感器的方向，机器人工具坐标系的Z轴沿垂直于支架设置有测距传感器的面设置，且Z轴的正方向为沿支架至连接法兰的方向，使得第一补偿角和第二补偿角在输入机器人4后能实现X-Y平面的垂直调节，从而满足作业工具与工件5表面的垂直调节。

本实施例提供的自动定位特征区域的装置，包括支架1、3D视觉相机2以及测距传感器3；通过将3D视觉相机2和测距传感器3设置于支架1上后在连接于机器人4上，且将测距传感器3呈“L”字形的直角三角形分布，实现了通过3D视觉相机2自动定位特征区域在工件5上的位置，再通过多个测距传感器3之间的测距差值计算出补偿角并输入机器人4，通过机器人4调整垂直，使其能保证与工件5的表面维持垂直状态，从而保证了作业工具能维持与工件5的表面的垂直状态，自动化程度高，且无需具备经验便可操作，适应性更好；并且提供了一种能调整垂直定位的方法，能快速且准确的调整至与特征区域所在的平面垂直的状态，更加实用，利于推广和普及。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自动定位特征区域的装置，其特征在于，包括：支架、3D视觉相机以及测距传感器，其中，

所述支架呈矩形块设置，所述支架的一侧可拆卸的连接于机器人的手臂上，所述支架的另一侧设置有所述3D视觉相机和若干所述测距传感器；

若干所述测距传感器呈“L”字形分布于所述支架的三个顶角所在的区域内，同时，所述3D视觉相机设置于所述支架剩余的一个顶角所在的区域内。

2.根据权利要求1所述的自动定位特征区域的装置，其特征在于，所述测距传感器设置有三个，为第一测距传感器、第二测距传感器以及第三测距传感器，且位于所述支架的同一条侧边上的两所述测距传感器处于同一直线上，且三个所述测距传感器呈直角三角形分布。

3.根据权利要求1所述的自动定位特征区域的装置，其特征在于，所述测距传感器均为激光测距传感器。

4.一种调整垂直的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一，确定孔位；

启动机器人，让工件上的孔位处于所述3D视觉相机的视野范围内，确定孔位准确的3D位置；

步骤二，对位；

移动所述机器人，让孔位处于三个所述测距传感器的中间区域；

步骤三，第一次测距并调整；

先分别采集所述第一测距传感器和所述第二测距传感器到所述工件表面的距离，并计算两者的差值，计算得到第一补偿角，然后控制所述机器人动作，调整至所述第一测距传感器和所述第二测距传感器到所述工件表面的方向和高度均一致；

步骤四，第二次测距并调整；

在完成步骤三后，在步骤三的基础上再次分别采集所述第一测距传感器和所述第三测距传感器到所述工件表面的距离，并计算两者的差值，计算得到所述第二补偿角，然后控制所述机器人动作，调整至所述第一测距传感器和所述第三测距传感器到所述工件表面的方向和高度均一致。

5.根据权利要求4所述的调整垂直的方法，其特征在于，所述第一补偿角的计算公式为：

α＝arctan(ΔH_1-2/L₂)；

ΔH_1-2＝H₁-H₂；

公式中，α为所述第一补偿角；ΔH_1-2为所述第一测距传感器和所述第二测距传感器到所述工件表面的距离的差值；L₂为所述第一测距传感器的发射点和所述第二测距传感器的发射点之间的距离；H₁为所述第一测距传感器到所述工件表面的距离；H₂为所述第二测距传感器到所述工件表面的距离。

6.根据权利要求5所述的调整垂直的方法，其特征在于，所述第二补偿角的计算公式为：

β＝arctan(ΔH_3-4/L₁)；

ΔH_3-4＝H₃-H₄；

公式中，β为所述第二补偿角；ΔH_3-4为所述第一测距传感器和所述第三测距传感器到所述工件表面的距离的差值；L₁为所述第一测距传感器的发射点和所述第三测距传感器的发射点之间的距离；H₃为所述第一测距传感器到所述工件表面的距离；H₄为所述第三测距传感器到所述工件表面的距离。

7.根据权利要求6所述的调整垂直的方法，其特征在于，所述第一补偿角对应所述机器人工具坐标系中的X-Z平面内的偏转角度，所述第二补偿角对应所述机器人工具坐标系中的Y-Z平面内的偏转角度。

8.根据权利要求7所述的调整垂直的方法，其特征在于，所述机器人工具坐标系的原点为连接法兰的中心，所述机器人工具坐标系的X、Y轴构成的平面平行于所述支架设置有所述测距传感器的面，且X轴的正方向为沿所述第二测距传感器至所述第一测距传感器的方向，Y轴的正方向为沿所述第一测距传感器至所述第三测距传感器的方向，所述机器人工具坐标系的Z轴沿垂直于支架设置有所述测距传感器的面设置，且Z轴的正方向为沿所述支架至所述连接法兰的方向。