CN110733040A - 一种基于3d视觉追踪的主胎安装机器人系统及方法 - Google Patents

一种基于3d视觉追踪的主胎安装机器人系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及车辆智能机器人系统技术领域，具体涉及一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统，包括：一机器人、多个拧紧枪、一3D相机、一脉冲编码器、一中央处理器以及一夹持手爪，所述机器人末端连接一支架；所述拧紧枪以正五边形排列在所述支架上，所述拧紧枪前端用以吸取螺栓；所述3D相机固定于所述支架上，所述传送带装置于一车身上，所述脉冲编码器装置于所述车身上，所述中央处理器装置于所述机器人内部，与所述3D相机以及所述脉冲编码器信号连接；所述夹持手爪固定于所述支架上，所述夹持手爪位于所述拧紧枪外侧。本发明可以在不停止传送带的情况下，准确的将主胎安装在车身上，提高主胎安装精准度，节省大量时间和精力。

Description

一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统及方法
技术领域
本发明涉及车辆智能机器人系统技术领域，尤其涉及一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统及方法。
背景技术
汽车已经成为人们必不可少的交通工具，而汽车的生产流程中涉及到主胎安装。当前的汽车厂中，机器人系统被引入到汽车的主胎安装中，通常是车身主体从上游流转至固定位置停止，机器人抓取主胎安装至轮毂刹车盘处，拧紧机构拧紧螺栓，以上为整个主胎安装流程，在此过程中，每次安装主胎时，车身都需要停止，之后机器人完成后续的一系列流程，之后车身流至下游，车身在流动-停止-流动过程中耗时较高；其次，由于前一道工序轮毂和刹车盘安装可能会有少量三维位置偏差，导致后续主胎安装出现问题。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统及方法。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：
一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统，其特征在于，包括：
一机器人，所述机器人末端连接一支架；
多个拧紧枪，所述拧紧枪以正五边形排列在所述支架上，所述拧紧枪前端用以吸取螺栓；
一脉冲编码器，装置于所述传送带上，用于输出记录所述传送带的移动距离的脉冲编码数；
一3D相机，固定于所述支架上，用于识别位于一传送带上的汽车定位轮毂刹车盘及读取所述脉冲编码数；
一中央处理器，装置于所述机器人内部，与所述3D相机以及所述脉冲编码器信号连接；
一夹持手爪，固定于所述支架上，所述夹持手爪位于所述拧紧枪外侧。
优选的，所述机器人通过关节运动控制所述夹持手爪、所述3D相机以及所述拧紧枪移动至指定的位置。
优选的，当所述机器人抓取所述主胎时，所述拧紧枪对准所述主胎上的螺栓孔位，通过接受所述机器人的信号执行拧紧，将所述主胎固定于所述车身上。
优选的，所述3D相机通过模板匹配的方法，以所述轮毂刹车盘上的5个螺栓孔的2D图像轮廓和点云对所述轮毂刹车盘上的XYZ位置、绕X轴的旋转W角度、绕Y轴的P角度以及绕Z轴的R角度进行定位。
优选的，所述2D图像轮廓用于确定XY位置R角度，所述轮毂刹车盘上的点云拟合的平面用于确定Z位置绕X轴的旋转W角度以及绕Y轴的P角度。
优选的，当所述传送带移动时，所述脉冲编码器实时更新脉冲数，每个所述脉冲数对应实际的所述传送带移动距离数。
优选的，当所述机器人夹持所述3D相机拍摄到所述轮毂刹车盘时，所述3D相机获取所述轮毂刹车盘的位置并记录此时的所述脉冲编码器数值。
一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人方法，包括：
步骤S1，所述中央处理器通过控制机器人，控制所述拧紧枪吸取螺栓并控制所述手爪夹取所述主胎运动至拍照位置；
步骤S2，所述3D相机进行实时拍照，若所述3D相机获取到所述轮毂刹车盘的位置，则执行步骤S3；若所述3D相机未获取到所述轮毂刹车盘的位置，则执行步骤S2；
步骤S3，所述3D相机记录此时所述脉冲编码器的数值，所述机器人将所述脉冲编码器的数值转换成所述轮毂刹车盘在所述传送带上的实时位置；
步骤S4，所述机器人根据所述轮毂刹车盘位置和所述轮毂刹车盘在所述传送带上的实时位置，将主胎准确安装至所述轮毂刹车盘上；
步骤S5，所述拧紧枪执行螺栓拧紧直至拧紧动作完成，所述机器人停止追踪并退至安全位置。
其有益效果在于：
本发明可以在不停止传送带的情况下，准确的将主胎安装在车身上，提高主胎安装精准度，同时节省大量时间和精力。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统结构图；
图2为本发明提供的支架及其上其他部件俯视图；
图3为夹持手爪和拧紧枪的侧视图；
图4为机器人持相机等待车身进入拍照范围的示意图；
图5为本发明提供的一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人方法步骤流程图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参照图1、图2、图3、图4，一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统，包括：一机器人1、多个拧紧枪、一3D相机5、一传送带6、一脉冲编码器7、一中央处理器以及一夹持手爪3，
机器人1末端连接一支架2；拧紧枪4以正五边形排列在支架2上，拧紧枪4前端用以吸取螺栓；3D相机5固定于支架2上，用于识别定位轮毂刹车盘；传送带6装置于一车身9上，用于将车身9传送至机器人1的拍照位置；脉冲编码器7装置于车身9上用于脉冲数值计算；中央处理器装置于机器人1内部，与3D相机5以及脉冲编码器7信号连接，中央处理器用于对脉冲编码器7信号处理和发出控制信号控制机器人，夹持手爪3固定于支架2上，夹持手爪3位于拧紧枪4外侧。
进一步地，机器人1通过关节运动控制夹持手爪3、3D相机5以及拧紧枪4移动至指定的位置。
具体的，机器人1移动夹持手爪3至主胎8抓取位置，机器人1移动3D相机5至拍照位置，机器人1移动拧紧枪4至主胎8安装位置。
进一步地，当机器人1抓取主胎8时，拧紧枪4对准主胎8上的螺栓孔位，通过接受机器人1的信号执行拧紧，将主胎8固定于所述车身9上。
进一步地，3D相机5通过模板匹配的方法，以轮毂刹车盘上的5个螺栓孔的2D图像轮廓和点云对轮毂刹车盘上的XYZ位置、绕X轴的旋转W角度、绕Y轴的P角度以及绕Z轴的R角度进行定位。
进一步地，2D图像轮廓用于确定XY位置R角度，轮毂刹车盘上的点云拟合的平面用于确定Z位置绕X轴的旋转W角度以及绕Y轴的P角度。
具体的，轮毂刹车盘上的点云3D包括：XYZ位置、绕X轴的旋转W角度、绕Y轴的P角度、绕Z轴的R角度。
进一步地，当传送带6移动时，脉冲编码器7实时更新脉冲数，每个脉冲数对应实际的传送带6移动距离数。
具体的，传送带6将车身9传送至机器人1的拍照位置，传送带6移动时，脉冲编码器7实时更新脉冲数，每个脉冲数对应实际的传送带6移动距离数，以此实时反应车身9在传送带6上的位置。
进一步地，当机器人1夹持3D相机5拍摄到轮毂刹车盘时，3D相机5获取轮毂刹车盘的位置并记录此时的脉冲编码器7数值。
具体的，根据3D相机5获取的轮毂刹车盘3D位置和其在传送带6上的实时位置，机器人1将主胎8安装到轮毂刹车盘上，拧紧枪4拧紧螺栓，此过程中机器人1持续跟踪轮毂刹车盘直至安装完成。
图5为本发明提供的一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人方法步骤流程图，包括：
步骤S1，所述中央处理器通过控制机器人，控制所述拧紧枪吸取螺栓并控制所述手爪夹取所述主胎运动至拍照位置；
步骤S2，所述3D相机进行实时拍照，若所述3D相机获取到所述轮毂刹车盘的位置，则执行步骤S3；若所述3D相机未获取到所述轮毂刹车盘的位置，则执行步骤S2；
步骤S3，所述3D相机记录此时所述脉冲编码器的数值，所述机器人将所述脉冲编码器的数值转换成所述轮毂刹车盘在所述传送带上的实时位置；
步骤S4，所述机器人根据所述轮毂刹车盘位置和所述轮毂刹车盘在所述传送带上的实时位置，将主胎准确安装至所述轮毂刹车盘上；
步骤S5，所述拧紧枪执行螺栓拧紧直至拧紧动作完成，所述机器人停止追踪并退至安全位置。
具体的，机器人1先通过拧紧枪4吸取螺栓后使用夹持手爪3夹取主胎8，之后运动至拍照位置，此时机器人1发送信号让3D相机5实时循环拍照；参照图4为机器人持相机等待车身进入拍照范围的示意图，传送带6从上游将车身9主体向下游移动，脉冲编码器7值不断更新反映当前车身9在传送带6上的实时位置，直至某一刻轮毂刹车盘出现在相机视野，此时3D相机5获取到此刻的刹车盘的位置，并在此时记录当前脉冲编码器7的数值，自此机器人1开始追踪轮毂刹车盘。
在此过程中脉冲编码器7的数值实时更新，并将数据传送至机器人1，机器人1将脉冲编码器7的数值转换成轮毂刹车盘在传送带6上的实时位置。
机器人1根据3D相机5的获取的轮毂刹车盘位置和传送带6的脉冲编码器7数值所反映的实时位置将主胎8准确安装至轮毂刹车盘上，之后拧紧枪4执行螺栓拧紧，在拧紧的这段时间内，机器人1手持主胎8随传送带6移动，但机器人1末端拧紧枪4与轮毂刹车盘的相对位置保持不变；拧紧完成后，机器人1退至安全位置，自此整个主胎8安装流程结束。
循环执行以上述过程，可以实现不停止传送带6在车身9上安装主胎8的流程。
以上所述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做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)

1.一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统，其特征在于，包括：
一机器人，所述机器人末端连接一支架；
多个拧紧枪，所述拧紧枪以正五边形排列在所述支架上，所述拧紧枪前端用以吸取螺栓；
一脉冲编码器，装置于所述传送带上，用于输出记录所述传送带的移动距离的脉冲编码数；
一3D相机，固定于所述支架上，用于识别位于一传送带上的汽车定位轮毂刹车盘及读取所述脉冲编码数；
一中央处理器，装置于所述机器人内部，与所述3D相机以及所述脉冲编码器信号连接；
一夹持手爪，固定于所述支架上，所述夹持手爪位于所述拧紧枪外侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统，其特征在于，所述机器人通过关节运动控制所述夹持手爪、所述3D相机以及所述拧紧枪移动至指定的位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统，其特征在于，当所述机器人抓取所述主胎时，所述拧紧枪对准所述主胎上的螺栓孔位，通过接受所述机器人的信号执行拧紧，将所述主胎固定于所述车身上。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统，其特征在于，所述3D相机通过模板匹配的方法，以所述轮毂刹车盘上的5个螺栓孔的2D图像轮廓和点云对所述轮毂刹车盘上的XYZ位置、绕X轴的旋转W角度、绕Y轴的P角度以及绕Z轴的R角度进行定位。
5.根据权利要求4所述的一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统，其特征在于，所述2D图像轮廓用于确定XY位置R角度，所述轮毂刹车盘上的点云拟合的平面用于确定Z位置绕X轴的旋转W角度以及绕Y轴的P角度。
6.根据权利要求1所述的一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统，其特征在于，当所述传送带移动时，所述脉冲编码器实时更新脉冲数，每个所述脉冲数对应实际的所述传送带移动距离数。
7.根据权利要求1所述的一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统，其特征在于，当所述机器人夹持所述3D相机拍摄到所述轮毂刹车盘时，所述3D相机获取所述轮毂刹车盘的位置并记录此时的所述脉冲编码器数值。
8.一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人方法，应用于权利要求1-7所述的一种基于3D视觉追踪的主胎安装机器人系统，其特征在于，包括：
步骤S1，所述中央处理器通过控制机器人，控制所述拧紧枪吸取螺栓并控制所述手爪夹取所述主胎运动至拍照位置；
步骤S2，所述3D相机进行实时拍照，若所述3D相机获取到所述轮毂刹车盘的位置，则执行步骤S3；若所述3D相机未获取到所述轮毂刹车盘的位置，则执行步骤S2；
步骤S3，所述3D相机记录此时所述脉冲编码器的数值，所述机器人将所述脉冲编码器的数值转换成所述轮毂刹车盘在所述传送带上的实时位置；
步骤S4，所述机器人根据所述轮毂刹车盘位置和所述轮毂刹车盘在所述传送带上的实时位置，将主胎准确安装至所述轮毂刹车盘上；
步骤S5，所述拧紧枪执行螺栓拧紧直至拧紧动作完成，所述机器人停止追踪并退至安全位置。
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