CN114918637A - 一种轴孔装配机器人的视觉定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴孔装配机器人的视觉定位方法，设置抓手矫正相机、插装定位相机、锁紧定位相机，对机器人初始示教，记录机器人抓取轴零件、插装轴零件、锁紧螺钉的位置坐标，生成不同的匹配模板，机器人作业时，根据匹配模板实施动作，根据初始示教的坐标调整位置，用多个坐标系矫正位移和转角差值，实现机器人自动装配轴孔的视觉定位引导，自适应曝光调节，提高作业效率和成功率，全称跟踪记录数据，质检可追溯。

Description

一种轴孔装配机器人的视觉定位方法
技术领域
本发明属于智能制造技术领域，具体涉及一种自动化视觉应用技术。
背景技术
在机械设备装配中，存在着大量的轴孔装配作业。在阵面式小型化轴孔装配作业中，往往采用人工作业的方式。
人工装配存在固定螺钉锁紧力矩控制不好、无法记录追溯数据等问题，由于装配过程存在大量的重复操作，容易发生疲惫，降低了装配质量。装配不好导致后续问题，质量问题无法追踪。
机器人自动化装配可提高生产效率、降低人工成本、精确控制锁紧力矩、记录追溯数据，具有明显优势。如果采用机器人装配轴孔，解决了定位问题，就可以提高轴孔装配的生产效率和装配精度。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种轴孔装配机器人的视觉定位方法，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
设置抓手矫正相机、插装定位相机、锁紧定位相机，对机器人初始示教，记录机器人抓取轴零件、插装轴零件、锁紧螺钉的位置坐标，生成不同的匹配模板，机器人作业时，根据匹配模板实施动作，根据初始示教的坐标调整位置。
初始示教时，机器人抓取轴零件，抓手矫正相机拍摄轴零件的照片，作为匹配模板1，机器人移动至拍照位置，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000011
记录轴零件底部大圆的圆心在抓手矫正相机坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000012
机器人抓取轴零件对准插装孔，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000013
插装定位相机拍摄插装孔和螺纹孔的照片，作为匹配模板2，记录插装孔的圆心在插装定位相机坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000014
机器人移动至拍照位置，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000015
计算机器人在插装位置和拍照位置的偏移为
Figure BDA0003668278520000016
轴零件插入插装孔，机器人锁紧一颗螺钉，锁紧定位相机拍摄轴零件的锁紧孔，作为匹配模板3，机器人移动至拍照位置，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000017
记录锁紧孔的圆心在锁紧定位相机坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000018
机器人锁紧另一个螺钉，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000021
计算机器人在锁紧位置和拍摄位置的偏移为
Figure BDA0003668278520000022
机器人作业时，抓取轴零件，移动至
Figure BDA0003668278520000023
根据匹配模板1定位轴零件，抓手矫正相机拍摄轴零件，记录轴零件底部大圆的圆心在抓手矫正相机坐标系下的坐标
Figure BDA0003668278520000024
计算轴零件在作业时和示教时的偏移为
Figure BDA0003668278520000025
记录轴零件在作业时和示教时的转角偏差为θ抓。
根据匹配模板2定位插装孔，插装定位相机拍摄插装孔，记录插装孔的圆心在插装定位相机坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000026
机器人运动至插装定位相机，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000027
计算插装孔的圆心在作业时和示教时的偏移为
Figure BDA0003668278520000028
记录插装孔的圆心在作业时和示教时的转角偏差为θ插，计算机器人插装轴零件时在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000029
计算插装轴零件的转角为θ目＝θ插-θ抓。
根据匹配模板3定位锁紧孔，锁紧定位相机拍摄锁紧孔，记录锁紧孔的圆心在锁紧相机坐标系下的坐标为
Figure BDA00036682785200000210
机器人运动至锁紧定位相机，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA00036682785200000211
计算锁紧孔的圆心在作业时和示教时的偏移为
Figure BDA00036682785200000212
计算机器人锁紧螺钉时在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA00036682785200000213
相机拍摄定位使用九点法标定，相机坐标系与工件坐标系的坐标轴方向标校一致，同一部相机拍摄高度固定。
用暗室人工光源拍摄，设置多梯度的曝光值，调节照片亮度，若预设的曝光值获取的照片视觉特征识别失败，则自动切换至其他曝光值，直至识别成功。
本发明的有益效果：本发明用多个坐标系矫正位移和转角差值，实现机器人自动装配轴孔的视觉定位引导，自适应曝光调节，提高作业效率和成功率，全称跟踪记录数据，质检可追溯。
附图说明
图1是轴零件，图2是待装件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。
初始示教时，机器人抓取轴零件，抓手矫正相机拍摄轴零件的照片，如图1所示，作为匹配模板1，机器人移动至拍照位置，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000031
记录轴零件底部大圆的圆心在抓手矫正相机坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000032
机器人抓取轴零件对准插装孔，如图2所示，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000033
插装定位相机拍摄插装孔和螺纹孔的照片，作为匹配模板2，记录插装孔的圆心在插装定位相机坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000034
机器人移动至拍照位置，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000035
计算机器人在插装位置和拍照位置的偏移为
Figure BDA0003668278520000036
轴零件插入插装孔，机器人锁紧一颗螺钉，锁紧定位相机拍摄轴零件的锁紧孔，作为匹配模板3，机器人移动至拍照位置，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000037
记录锁紧孔的圆心在锁紧定位相机坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000038
机器人锁紧另一个螺钉，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000039
计算机器人在锁紧位置和拍摄位置的偏移为
Figure BDA00036682785200000310
机器人作业时，抓取轴零件，移动至
Figure BDA00036682785200000311
根据匹配模板1定位轴零件，抓手矫正相机拍摄轴零件，记录轴零件底部大圆的圆心在抓手矫正相机坐标系下的坐标
Figure BDA00036682785200000312
计算轴零件在作业时和示教时的偏移为
Figure BDA00036682785200000313
记录轴零件在作业时和示教时的转角偏差为θ抓。
根据匹配模板2定位插装孔，插装定位相机拍摄插装孔，记录插装孔的圆心在插装定位相机坐标系下的坐标为
Figure BDA00036682785200000314
机器人运动至插装定位相机，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA00036682785200000315
计算插装孔的圆心在作业时和示教时的偏移为
Figure BDA00036682785200000316
记录插装孔的圆心在作业时和示教时的转角偏差为θ插，计算机器人插装轴零件时在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA00036682785200000317
计算插装轴零件的转角为θ目＝θ插-θ抓。
根据匹配模板3定位锁紧孔，锁紧定位相机拍摄锁紧孔，记录锁紧孔的圆心在锁紧相机坐标系下的坐标为
Figure BDA00036682785200000318
机器人运动至锁紧定位相机，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA00036682785200000319
计算锁紧孔的圆心在作业时和示教时的偏移为
Figure BDA00036682785200000320
计算机器人锁紧螺钉时在工件坐标系下的坐标为
Figure BDA0003668278520000041
上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种轴孔装配机器人的视觉定位方法，其特征在于，包括：设置抓手矫正相机、插装定位相机、锁紧定位相机，对机器人初始示教，记录机器人抓取轴零件、插装轴零件、锁紧螺钉的位置坐标，生成不同的匹配模板，机器人作业时，根据匹配模板实施动作，根据初始示教的坐标调整位置。
2.根据权利要求1所述的轴孔装配机器人的视觉定位方法，其特征在于，所述初始示教，包括：机器人抓取轴零件，抓手矫正相机拍摄轴零件的照片，作为匹配模板1，机器人移动至拍照位置，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure FDA0003668278510000011
记录轴零件底部大圆的圆心在抓手矫正相机坐标系下的坐标为
Figure FDA0003668278510000012
机器人抓取轴零件对准插装孔，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure FDA0003668278510000013
插装定位相机拍摄插装孔和螺纹孔的照片，作为匹配模板2，记录插装孔的圆心在插装定位相机坐标系下的坐标为
Figure FDA0003668278510000014
机器人移动至拍照位置，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure FDA0003668278510000015
计算机器人在插装位置和拍照位置的偏移为
Figure FDA0003668278510000016
轴零件插入插装孔，机器人锁紧一颗螺钉，锁紧定位相机拍摄轴零件的锁紧孔，作为匹配模板3，机器人移动至拍照位置，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure FDA0003668278510000017
记录锁紧孔的圆心在锁紧定位相机坐标系下的坐标为
Figure FDA0003668278510000018
机器人锁紧另一个螺钉，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure FDA0003668278510000019
计算机器人在锁紧位置和拍摄位置的偏移为
Figure FDA00036682785100000110
3.根据权利要求2所述的轴孔装配机器人的视觉定位方法，其特征在于，所述根据初始示教的坐标调整位置，包括：机器人抓取轴零件，移动至
Figure FDA00036682785100000111
根据匹配模板1定位轴零件，抓手矫正相机拍摄轴零件，记录轴零件底部大圆的圆心在抓手矫正相机坐标系下的坐标
Figure FDA00036682785100000112
计算轴零件在作业时和示教时的偏移为
Figure FDA00036682785100000113
记录轴零件在作业时和示教时的转角偏差为θ抓；根据匹配模板2定位插装孔，插装定位相机拍摄插装孔，记录插装孔的圆心在插装定位相机坐标系下的坐标为
Figure FDA00036682785100000114
机器人运动至插装定位相机，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure FDA00036682785100000115
计算插装孔的圆心在作业时和示教时的偏移为
Figure FDA00036682785100000116
记录插装孔的圆心在作业时和示教时的转角偏差为θ插，计算机器人插装轴零件时在工件坐标系下的坐标为
Figure FDA00036682785100000117
计算插装轴零件的转角为θ目＝θ插-θ抓；根据匹配模板3定位锁紧孔，锁紧定位相机拍摄锁紧孔，记录锁紧孔的圆心在锁紧相机坐标系下的坐标为
Figure FDA0003668278510000021
机器人运动至锁紧定位相机，记录机器人在工件坐标系下的坐标为
Figure FDA0003668278510000022
计算锁紧孔的圆心在作业时和示教时的偏移为
Figure FDA0003668278510000023
计算机器人锁紧螺钉时在工件坐标系下的坐标为
Figure FDA0003668278510000024
4.根据权利要求2或3任一所述的轴孔装配机器人的视觉定位方法，其特征在于，所述相机坐标系与工件坐标系的坐标轴方向标校一致，同一部相机拍摄高度固定。
5.根据权利要求4所述的轴孔装配机器人的视觉定位方法，其特征在于，所述相机拍摄定位使用九点法标定。
6.根据权利要求4所述的轴孔装配机器人的视觉定位方法，其特征在于，所述相机拍摄，包括：用暗室人工光源拍摄，设置多梯度的曝光值，调节照片亮度，若预设的曝光值获取的照片视觉特征识别失败，则自动切换至其他曝光值，直至识别成功。
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