CN110524301B - 电机定子加工定位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机定子加工定位的方法。该方法包括通过手眼标定确定图像坐标系和机器人坐标系之间的变换关系;通过旋转中心标定确定围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后之间的偏移量之间的关系;在机器人向工位上料工件之前,确定当前实际的工件中心位置与模板图像中工件中心位置的偏差,并确定当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角;根据所确定的旋转角度与工件中心旋转前后的偏移量之间的关系、所确定的工件中心位置偏差、以及所确定的连线的夹角,得到机器人上料工件的旋转角度和移动距离。这种方法只需拍照一次,辅助机器人实现工件快速准确的定位。

Description

电机定子加工定位的方法
技术领域
本发明涉及机器人上下料工件的定位标定技术,尤其涉及一种电机定子加工定位的方法。
背景技术
打槽工位,机器人从流水线上将工件(电机定子)抓取然后放到打槽机上打槽纸,打完槽纸把工件抓到流水线工装板并流至装骨架工位,后面绕线工位,机器人把工件抓到绕线机定位工装并加工,然后机器人把工件取出并放在流水线上,再继续进行后续装配工作。打槽机和绕线机都需要用机器人上下料工件,因此需要用视觉定位工件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电机定子加工定位的方法,只需拍照一次,辅助机器人实现工件快速准确的定位。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一方面,本发明提出一种电机定子加工定位的方法。所述电机定子加工定位的方法包括:通过手眼标定确定图像坐标系和机器人坐标系之间的变换关系;通过旋转中心标定确定围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后的偏移量之间的关系;在机器人向工位上料工件之前,确定当前实际的工件中心位置与模板图像中工件中心位置的偏差,并确定当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角,其中,模板图像中的工件是不用平移和旋转直接能放到打槽机上的;根据所确定的围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后之间的偏移量之间的关系、所确定的当前实际的工件中心位置与模板图像中工件中心位置的偏差、以及所确定的当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角,得到机器人上料工件的旋转角度和移动距离。
可选地,对于所述电机定子加工定位的方法,所述工位为打槽工位。
可选地,对于所述电机定子加工定位的方法,确定当前实际的工件中心位置与模板图像中工件中心位置的偏差,并确定当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角,包括:系统启动后,机器人抓取工件移动到拍照位置,获取工件的图像;通过图像处理,将图像中整个工件提取出来,并检测提取出来的整个工件的外周边界,求出中心坐标;将求出的图像坐标系中的工件中心坐标转换为机器人坐标系中的工件中心坐标;计算得到机器人坐标系中的工件中心坐标与模板图像中工件中心坐标的偏移量;在提取出来的整个工件内搜索目标点,连接目标点和工件中心,进而得到当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角。
可选地,对于所述电机定子加工定位的方法,所述工位为绕线工位。
可选地,对于所述电机定子加工定位的方法,确定当前实际的工件中心位置与模板图像中工件中心位置的偏差,并确定当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角,包括:系统启动后,机器人抓取工件移动到拍照位置,获取工件的图像;通过图像处理,将图像中整个工件提取出来,并检测提取出来的整个工件的内周边界,求出中心坐标;将求出的图像坐标系中的工件中心坐标转换为机器人坐标系中的工件中心坐标;计算得到机器人坐标系中的工件中心坐标与模板图像中工件中心坐标的偏移量;在提取出来的整个工件内搜索目标点,连接目标点和工件中心,进而得到当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角。
可选地,对于所述电机定子加工定位的方法,所述工件的形状为圆环;在提取出来的整个工件内搜索目标点包括:以工件中心为圆心画出圆环区域,在圆环区域内搜索目标点,其中,圆环区域的外圆直径大于工件圆环的外圆直径而且圆环区域的内圆直径小于工件圆环的外圆直径并大于工件圆环的内圆直径。
可选地,对于所述电机定子加工定位的方法,如果在提取出来的整个工件内搜索目标点失败,则弃料。
可选地,对于所述电机定子加工定位的方法,通过旋转中心标定确定围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后之间的偏移量之间的关系包括:确定机器人旋转中心坐标;确定围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后之间的偏移量之间的关系。
可选地,对于所述电机定子加工定位的方法,确定机器人旋转中心坐标包括:机器人抓取工件移到拍照位置,启动相机拍照,获取第一图像,经过图像处理得到工件中心坐标;机器人抓取工件在与相机镜头轴线垂直的平面上顺时针旋转90度,启动相机拍照,获取第二图像,经过图像处理得到工件中心坐标;再顺时针旋转90度,启动相机拍照,获取第三图像,经过图像处理得到工件中心坐标;再顺时针旋转90度,启动相机拍照,获取第四图像,经过图像处理得到工件中心坐标;根据由这四个图像得到的工件中心坐标,确定机器人旋转中心坐标。
可选地,对于所述电机定子加工定位的方法,通过手眼标定确定图像坐标系和机器人坐标系之间的变换关系包括:机器人抓取工件,移动到拍照位,启动相机拍摄工件,获取到第一图像,经过对第一图像处理,获取工件中心在图像坐标系中的坐标,并时记下此时机器人的坐标;机器人带着工件在与相机镜头轴线垂直的平面内移动预设的距离,记下机器人坐标,启动相机拍照,获取第二图像,经过对第二图处理,获取工件中心在图像坐标系中的坐标;以此类推,再移动至少1个点,记下机器人坐标,并获取工件中心在图像坐标系中的坐标;根据图像坐标系中的至少3个点和机器人坐标系中的至少3个点,求出图像坐标系和机器人坐标系的变换矩阵。
与现有技术相比,本发明技术方案主要的优点如下:
本发明实施例的电机定子加工定位的方法只需拍照一次,辅助机器人实现工件快速准确的定位,以及快速准确的废料排除。另外,本发明实施例的电机定子加工定位方法利用工件进行手眼标定,实现机器人坐标系和图像坐标系之间的转换。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1为本发明一个实施例提供的电机定子加工定位的方法的流程图;
图2为一个示例提供的图像坐标系;
图3为图1中步骤S130在打槽工位定位的情况下的流程图;
图4为图1中步骤S130在绕线工位定位的情况下的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1为本发明一个实施例提供的电机定子加工定位的方法的流程图。如图1所示,该实施例提供的电机定子加工定位的方法包括如下步骤:
步骤S110,通过手眼标定确定图像坐标系和机器人坐标系之间的变换关系。
手眼标定是对机器人和相机的位置关系进行标定,这样根据识别得到的像素位置去引导机器人去抓取。一般进行手眼标定时需要借助标定板和专用的标定工具,专用的标定工具用于吸取或者抓取标定板,而适用于本方案的大视野标定板制作繁琐,而且需要另外设计专用标定工具,增加设计难度设计成本。本发明利用被测工件本身进行标定,降低设计成本和设计难度,简化标定过程。
该实施例的电机定子加工定位方法包括手眼标定过程,具体过程可以如下:相机是安装在固定位置。首先,机器人抓取工件,移动到拍照位,启动相机拍摄工件,获取到第一图像,经过对第一图像处理,获取工件中心(圆心)在图像坐标系中的坐标(x1,y1),同时记下此时机器人的坐标(u1,v1)。然后,机器人带着工件在与相机镜头轴线垂直的平面内移动预设的距离,记下机器人坐标(u2,v2),启动相机拍照,获取到第二图像,经过对第二图像处理,获取工件中心在图像坐标系中的坐标(x2,y2)。以此类推,再移动至少1个点,在使工件不要移出相机视野的前提下,尽量使工件中心点均匀分布在相机整个视野中,记下机器人坐标,并获取工件中心在图像坐标系中的坐标。然后根据图像坐标系中的至少3个点和机器人坐标系中的至少3个点,求出图像坐标系和机器人坐标系的变换矩阵。作为一种可选实施方式,可以在图像坐标系中取9个点和相应地在机器人坐标系中取9个点,这样得到的坐标系变换矩阵结果比取3个点的结果准确。
步骤S120,通过旋转中心标定确定围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后的偏移量之间的关系。
由于工装夹具存在加工和安装等的误差,机器人抓取目标后旋转时的旋转中心和工件的中心不重合,而定位精度要求较高,因此现有技术一般系统正常运行之后需要拍照两次达到定位目的,第一次拍照经过图像处理获取旋转角度a,旋转完之后再次拍照,经过图像处理获取定位坐标偏移量(x,y)。这样定位的效率就无法满足生产节拍的要求。而该实施例的电机定子加工定位的方法在系统正常运行之后不需要二次拍照就能够实现定位需求。
上述手眼标定完成之后,完成坐标系转换,借助相机标定旋转中心可以包括确定机器人旋转中心坐标;确定围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后之间的偏移量之间的关系。
其中,确定机器人旋转中心坐标的具体流程可以如下:
机器人抓取工件移到拍照位置,启动相机拍照,获取第一图像,经过图像处理得到工件中心坐标(x1,y1);机器人抓取工件在与相机镜头轴线垂直的平面上顺时针旋转90度,启动相机拍照,获取第二图像,经过图像处理得到工件中心坐标(x2,y2);再顺时针旋转90度,启动相机拍照,获取第三图像,经过图像处理得到工件中心坐标(x3,y3);再顺时针旋转90度,启动相机拍照,获取第四图像,经过图像处理得到工件中心坐标(x4,y4)。根据由这四个图像得到的工件中心坐标,计算出机器人旋转中心(x0,y0)和工件中心的距离差其中,x0=(x2+x4)/2,y0=(y1+y3)/2。
其中图像坐标系如图2所示,横轴为X,纵轴为Y。假设模板图像中工件中心坐标为(x1,y1),真实旋转中心(机器人旋转中心)坐标为(x0,y0),则旋转中心和工件中心连线与X轴夹角为α,若工件以(x0,y0)为中心逆时针旋转角β,则旋转后的工件中心坐标为(x2,y2),其中,
因此旋转前后工件中心的坐标差异为(Δx,Δy),Δx=x1-x2,Δy=y1-y2。其中,模板图像中的工件是不用平移和旋转直接能放到打槽机上的。
步骤S130,在机器人向工位上料工件之前,确定当前实际的工件中心位置与模板图像中工件中心位置的偏差,并确定当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角。
因为电机定子加工在此包括电机定子打槽和电机定子绕线,具有打槽工位和绕线工位两个分系统,所以电机定子加工定位方法包括打槽工位定位流程和绕线工位定位流程。
打槽工位定位包括机器人和相机、镜头光源以及视觉处理主机等,处理流程如图3所示。在S310,系统启动后,由机器人抓取工件移动到拍照位置,同时发送信号触发相机拍照,获取到工件的图像;在S320,通过图像处理,将图像中整个工件提取出来,在该实施例中工件在图像中的形状为圆环,然后检测圆环工件的外圆边界,拟合成圆形,求出中心坐标(x1,y1);在S330,将求出的图像坐标系中的工件中心坐标转换为机器人坐标系中的工件中心坐标;在S340,计算得到机器人坐标系中的工件中心与模板图像中工件中心坐标的偏移量(x,y);在S350,在此圆环内搜索目标点,连接目标点和工件中心,得到第一直线,计算得到第一直线与第二直线的夹角β,其中,第二直线是模板图像中目标点和工件中心的连线。
绕线工位定位包括机器人和相机、镜头光源以及视觉处理主机等,处理流程如图4所示。在S410,系统启动后,由机器人抓取工件移动到拍照位置,同时发送信号触发相机拍照,获取到工件的图像;在S420,通过图像处理,将图像中整个工件提取出来,在该实施例中工件在图像中的形状为圆环,然后检测圆环工件的内圆边界,拟合成圆形,求出中心坐标(x1,y1);在S430,将求出的图像坐标系中的工件中心坐标转换为机器人坐标系中的工件中心坐标;在S440,计算得到机器人坐标系中的工件中心与模板图像中工件中心坐标的偏移量(x,y),然后在此圆环内搜索目标点,作为一种可选实施方式,可以以中心(x1,y1)为圆心画出圆环区域;在S450,在圆环区域内搜索目标点,其中,圆环区域的外圆直径大于工件圆环的外圆直径而且圆环区域的内圆直径小于工件圆环的外圆直径并大于工件圆环的内圆直径,连接目标点和工件圆心,得到第一直线,计算得到第一直线与第二直线的夹角β,其中,第二直线是模板图像中目标点和工件中心的连线。
如果在绕线工位定位查找目标点失败,则说明骨架有瑕疵,需要弃料。
步骤S140,根据所确定的围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后之间的偏移量之间的关系、所确定的当前实际的工件中心位置与模板图像中工件中心位置的偏差、以及所确定的当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角,得到机器人上料工件的旋转角度和移动距离。根据偏移量(x,y)和夹角β,得出最终的偏移量(x+Δx,y+Δy)。将此偏移量和夹角β输出给机器人。
标定属于准备工作,标定完成之后会生成标定参数,用于系统后面计算用。标定时候的拍照与系统正常运行时无关。本发明系统正常运行时,只需一次拍照,运用标定时计算得出的旋转前后工件中心的坐标差异,可以一次计算出旋转角度和平移量。可免去第二次拍照。
本发明实施例的电机定子加工定位的方法只需拍照一次,辅助机器人实现工件快速准确的定位,以及快速准确的废料排除。另外,本发明实施例的电机定子加工定位方法利用工件进行手眼标定,实现机器人坐标系和图像坐标系之间的转换。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的权利要求保护范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电机定子加工定位的方法,其特征在于,包括:
通过手眼标定确定图像坐标系和机器人坐标系之间的变换关系;
通过旋转中心标定确定围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后的偏移量之间的关系;
在机器人向工位上料工件之前,确定当前实际的工件中心位置与模板图像中工件中心位置的偏差,并确定当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角,其中,模板图像中的工件是不用平移和旋转直接能放到打槽机上的;
根据所确定的围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后之间的偏移量之间的关系、所确定的当前实际的工件中心位置与模板图像中工件中心位置的偏差、以及所确定的当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角,得到机器人上料工件的旋转角度和移动距离。
2.如权利要求1所述的电机定子加工定位的方法,其特征在于,所述工位为打槽工位。
3.如权利要求2所述的电机定子加工定位的方法,其特征在于,确定当前实际的工件中心位置与模板图像中工件中心位置的偏差,并确定当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角,包括:
系统启动后,机器人抓取工件移动到拍照位置,获取工件的图像;
通过图像处理,将图像中整个工件提取出来,并检测提取出来的整个工件的外周边界,求出中心坐标;
将求出的图像坐标系中的工件中心坐标转换为机器人坐标系中的工件中心坐标;
计算得到机器人坐标系中的工件中心坐标与模板图像中工件中心坐标的偏移量;
在提取出来的整个工件内搜索目标点,连接目标点和工件中心,进而得到当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角。
4.如权利要求1所述的电机定子加工定位的方法,其特征在于,所述工位为绕线工位。
5.如权利要求4所述的电机定子加工定位的方法,其特征在于,确定当前实际的工件中心位置与模板图像中工件中心位置的偏差,并确定当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角,包括:
系统启动后,机器人抓取工件移动到拍照位置,获取工件的图像;
通过图像处理,将图像中整个工件提取出来,并检测提取出来的整个工件的内周边界,求出中心坐标;
将求出的图像坐标系中的工件中心坐标转换为机器人坐标系中的工件中心坐标;
计算得到机器人坐标系中的工件中心坐标与模板图像中工件中心坐标的偏移量;
在提取出来的整个工件内搜索目标点,连接目标点和工件中心,进而得到当前实际的工件目标点与工件中心的连线与模板图像中工件目标点与工件中心的连线的夹角。
6.如权利要求5所述的电机定子加工定位的方法,其特征在于,
所述工件的形状为圆环;
在提取出来的整个工件内搜索目标点包括:以工件中心为圆心画出圆环区域,在圆环区域内搜索目标点,其中,圆环区域的外圆直径大于工件圆环的外圆直径而且圆环区域的内圆直径小于工件圆环的外圆直径并大于工件圆环的内圆直径。
7.如权利要求5所述的电机定子加工定位的方法,其特征在于,如果在提取出来的整个工件内搜索目标点失败,则弃料。
8.如权利要求1所述的电机定子加工定位的方法,其特征在于,通过旋转中心标定确定围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后之间的偏移量之间的关系包括:
确定机器人旋转中心坐标;
确定围绕机器人旋转中心旋转角度与工件中心旋转前后之间的偏移量之间的关系。
9.如权利要求8所述的电机定子加工定位的方法,其特征在于,确定机器人旋转中心坐标包括:
机器人抓取工件移到拍照位置,启动相机拍照,获取第一图像,经过图像处理得到工件中心坐标;
机器人抓取工件在与相机镜头轴线垂直的平面上顺时针旋转90度,启动相机拍照,获取第二图像,经过图像处理得到工件中心坐标;
再顺时针旋转90度,启动相机拍照,获取第三图像,经过图像处理得到工件中心坐标;
再顺时针旋转90度,启动相机拍照,获取第四图像,经过图像处理得到工件中心坐标;
根据由这四个图像得到的工件中心坐标,确定机器人旋转中心坐标。
10.如权利要求1所述的电机定子加工定位的方法,其特征在于,通过手眼标定确定图像坐标系和机器人坐标系之间的变换关系包括:
机器人抓取工件,移动到拍照位,启动相机拍摄工件,获取到第一图像,经过对第一图像处理,获取工件中心在图像坐标系中的坐标,并记下此时机器人的坐标;
机器人带着工件在与相机镜头轴线垂直的平面内移动预设的距离,记下机器人坐标,启动相机拍照,获取第二图像,经过对第二图处理,获取工件中心在图像坐标系中的坐标;
以此类推,再移动至少1个点,记下机器人坐标,并获取工件中心在图像坐标系中的坐标;
根据图像坐标系中的至少3个点和机器人坐标系中的至少3个点,求出图像坐标系和机器人坐标系的变换矩阵。
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