CN216505125U

CN216505125U - 一种视觉引导高精度定位系统

Info

Publication number: CN216505125U
Application number: CN202122697011.8U
Authority: CN
Inventors: 陈方涵; 蒋仕龙; 郭春强; 张晓梅; 张贝贝
Original assignee: PKU-HKUST SHENZHEN-HONGKONG INSTITUTION
Current assignee: PKU-HKUST SHENZHEN-HONGKONG INSTITUTION
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2031-11-05

Abstract

本实用新型公开了一种视觉引导高精度定位系统，用于装配物料第一物料和第二物料之间的装配，包括基座平台、视觉装置、机械手结构以及控制单元，视觉装置和机械手结构均设置在基座平台上，通过控制单元电连接，实现对机械手结构的驱动控制；视觉装置包括第一视觉单元和第二视觉单元，基座平台上设置有放置第一物料的置物台，所述第一视觉单元固设于所述机械手结构上，第二视觉单元设于基座平台上，机械手结构跨装在置物台和第二视觉单元上方。本实用新型通过设置视觉装置，获取装配物料在不同位置的位置信息，进而引导机械手结构的移动，完成高效率的精准装配。

Description

一种视觉引导高精度定位系统

技术领域

本实用新型属于机械装配领域，尤其涉及一种视觉引导高精度定位系统。

背景技术

提高效率及减少人力是社会发展的需要和趋势，尤其在工业生产中，而在工业产品的加工过程中一般都需要产品的装配这个过程，所以，装配在整个产品加工过程中起着非常重要的作用。目前的一种产品装配中，工作人员需要手动协助安装件装配的整个过程，机械手按照预定的路线完成所有装配，人员的劳动强度大，工作效率低，生产成本高，并且装配精度存在问题，机械手进行装配时的中心点与物料上的装配件之间存在坐标偏差，便会进一步导致精准度不高。

因此，如何提供精准度高的装配是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种视觉引导高精度定位系统，能够通过设置的视觉装置实现高效率的精准装配。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种视觉引导高精度定位系统，用于装配物料第一物料和第二物料之间的装配；其包括基座平台、视觉装置、机械手结构以及控制单元，所述视觉装置和所述机械手结构均设置在所述基座平台上，通过所述控制单元电连接，实现对机械手结构的驱动控制；所述视觉装置包括第一视觉单元和第二视觉单元，所述基座平台上设置有放置第一物料的置物台，所述第一视觉单元固设于所述机械手结构上，所述第二视觉单元设于所述基座平台上，所述机械手结构跨装在所述置物台和所述第二视觉单元上方；

所述第一视觉单元定位识别出所述第一物料上装配件的位置，所述第二视觉单元定位识别处所述机械手结构抓取的第二物料上装配件的位置，所述控制单元根据装配件之间的相对位置引导驱动所述机械手结构移动至所述置物台上方，进行所述第一物料和所述第二物料之间的装配。

进一步地，所述视觉装置采用的是3D视觉实时目标辨识与位置检测技术。

更进一步地，所述机械手结构包括主体、转动臂以及位于所述转动臂末端的抓取头，所述抓取头转动连接于所述转动臂上。

进一步地，所述抓取头上设置有第一抓取位和第二抓取位，分别与所述第一物料和第二物料相匹配。

进一步地，所述视觉装置还包括第三视觉单元，所述基座平台上还设置有来料工装，所述第三视觉单元设于所述来料工装的上方，用于获取所述来料工装上第一物料和第二物料的初始位置，所述控制单元根据所述初始位置引导所述机械手结构抓取所述第一物料和所述第二物料。

更进一步地，所述第一视觉单元和所述第三视觉单元设置于所述机械手结构的转动臂末端。

进一步地，所述第二视觉单元贯穿设置在所述基座平台上。

进一步地，所述机械手结构还包括传感件，所述传感件与所述抓取头连接获取装配时的压力信息。

由以上本申请实施方式提供的技术方案可见，通过设置视觉装置，对装配物料的第一物料和第二物料在来料工装、置物台以及机械手结构上的位置进行精准识别，进而通过控制单元对机械手结构的移动进行精准引导，在识别出装配物料上装配件各自的位置后根据其相对位置经由控制单元控制，引导机械手结构完成在置物台上的装配，即通过视觉装置对装配物料的放置位置以及装配件的位置进行精准的控制和识别，从而实现高效率的精准装配。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例一提供的一种视觉引导高精度定位系统的立体结构图；

图2为本实用新型实施例一提供的一种视觉引导高精度定位系统的立体结构图；

图3为图2中A的局部放大图；

图4为本实用新型实施例一提供的一种视觉引导高精度定位系统中控制单元的功能模块连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

本申请的该实施例提供了一种用于装配物料第一物料和第二物料之间的装配，能够通过设置视觉装置2引导定位，实现高效率的精准的视觉引导高精度定位系统，如图1和图4所示，其包括基座平台1、视觉装置2、机械手结构3以及控制单元4，所述视觉装置2和所述机械手结构3均设置在所述基座平台1上，通过所述控制单元4电连接，实现对机械手结构3的驱动控制。所述视觉装置2 包括第一视觉单元21和第二视觉单元22，所述基座平台1上设置有放置第一物料的置物台11，所述第一视觉单元21固设于所述机械手结构3上，所述第二视觉单元22设于所述基座平台1上，所述机械手结构3跨装在所述置物台11和所述第二视觉单元22上方。

其中由于控制单元4只需要与视觉装置2和机械手结构3电连接即可，故其在图1的立体结构图中没有进行体现，置物台11只需要设置在机械手结构3的移动操作范围内即可，第一视觉单元21固设于所述机械手结构3上，用于自上而下采集置物台11上第一物料的位置信息，而第二视觉单元22设于所述基座平台1上自下而上采集机械手结构3上抓取这的第二物料的位置信息。

这样，所述第一视觉单元21定位识别出所述第一物料上装配件的位置，所述第二视觉单元22定位识别出所述机械手结构3抓取的第二物料上装配件的位置，所述控制单元4根据装配件之间的相对位置引导驱动所述机械手结构3移动至所述置物台11上方，进行所述第一物料和所述第二物料之间的装配。在本申请的另一实施例，提供有一种应用于本申请提供的系统的方法，第一视觉单元21 和第二视觉单元22定位识别装配件的位置之后，通过预先获取的机械手结构3 的基础坐标系与视觉装置2的图像坐标系之间的位姿关系，将相对位置转换后计算得到补偿差值，进而控制单元4根据补偿差值驱动机械手结构3，便不需要人工对标准位进行重复调整，从而实现效率高的精准装配。

其中机械手结构3的基础坐标系与视觉装置2的图像坐标系之间的位姿关系应用的公式为P＝RQ+P₀，其中P为图像坐标系中的坐标，Q为基础坐标系中的坐标，P₀为图像坐标系与基础坐标系之间的偏移量，R为旋转矩阵，R＝R_z*R_y*R_x，其中R_x、R_y、R_z分别为与x、y、z轴的旋转关系；旋转关系和坐标系之间的偏移量通过机械手多次标定后计算得到。

在本申请的该实施例中，如图1所示，所述视觉装置2还包括第三视觉单元 23，所述基座平台1上还设置有来料工装12，所述第三视觉单元23在所述来料工装12的上方获取所述来料工装12上第一物料和第二物料的初始位置，所述控制单元4根据所述初始位置引导所述机械手结构3抓取所述第一物料和所述第二物料。

并且本实施例的所述视觉装置2中的视觉单元均是采用的是3D视觉实时目标辨识与位置检测技术。采用该技术能够实现灵活走线以及柔性化精密装配作业。

本实施例中，装配物料的第一物料和第二物料可以是印刷电路板与FPC柔性电缆线，该视觉引导高精度定位系统应用于印刷电路板与FPC柔性电缆线之间的装配，第一视觉单元21识别定位的便是印刷电路板上作为装配件的插座，第二视觉单元22定位识别的是FPC柔性电缆线上作为装配件的插头。

另外，如图1和2所示，所述机械手结构3包括主体31、转动臂32以及位于所述转动臂32末端的抓取头33，所述抓取头33转动连接于所述转动臂32上。所述机械手结构3的主体31固定连接在基座平台1上，转动臂32连接主体31 与抓取头33，带动所述抓取头33移动。

本实施例中，如图3的局部放大图所示，所述抓取头33上设置有第一抓取位331和第二抓取位332，分别与所述第一物料和第二物料相匹配。这样在抓取装配物料时，控制单元4控制机械手结构3将抓取头33上的所述第一抓取位331 对准所述印刷电路板，控制机械手将所述第二抓取位332对准所述FPC柔性电缆线，抓取所述物料。这样抓取到的印刷电路板与FPC柔性电缆线便不会摆放状态、位置随意的处于机械手的下方，抓取后机械手只需要按照固定的移动路线便能够达到很好的精准度。

并且在本申请提供的该实施例中，如图1所示，所述第一视觉单元21和所述第三视觉单元23设置于所述机械手结构3的转动臂末端。即第一视觉单元21 和第三视觉单元23与机械手结构3同步移动，装置表现为“眼在手上”的形式，能够避免由于视觉装置位置的单独设置，例如设于可滑动的轨道导致的多次操作之后产生位置误差的问题，并且机械手结构3的动线不会受到额外的装置结构影响。当然，机械手结构3上设置两个视觉单元是为了更快更便捷的实现各个模块的功能，也可以只设置一个视觉单元用于自上而下获取物料的初始位置以及述第一物料上装配件的位置，一个视觉单元用于自下而上识别第二物料上装配件的位置，即整个系统中的视觉装置1仅设置两个视觉单元获取位置信息。

另外，如图4的模块图所示，所述机械手结构3还包括传感件34，所述传感件34与所述抓取头33连接获取装配时的压力信息；该传感件34只需要设置于能够获取压力信息的位置即可，故其没有在本申请提供的立体结构图中进行体现。由于在装配时，在允许的精度误差范围内，装配力度和装配的深度是相对应的，若插头和插座之间没有对准，那么装配力度便会远大于装配深度对应的力度，故获取装配力度和装配深度是能够反映印刷电路板和FPC柔性电缆线之间的装配精度的。

通过上述实施例，可以看出本申请提供的视觉引导高精度定位系统，其在装配物料处于所述来料工装12上之后，由上方的第三视觉单元23获取第一物料和第二物料的初始位置，初始位置不仅仅用于通过控制单元4引导机械手结构3抓取所述第一物料和所述第二物料，还用于确保装配物料在预设的位置范围内，能够减小机械手结构3的探索范围，精装快速的完成抓取以及之前的操作；机械手结构3抓取装配物料后将其中的第一物料放置至置物台11上，第二物料仍然抓取在机械手结构3上；第一视觉单元21定位识别出所述第一物料上装配件的位置，所述第二视觉单元22定位识别出所述机械手结构3抓取的第二物料上装配件的位置，所述控制单元4根据装配件之间的相对位置引导驱动所述机械手结构 3移动至所述置物台11上方，进行所述第一物料和所述第二物料之间的装配，即通过视觉装置2对装配物料的放置位置以及装配件的位置进行精准的控制和识别，从而实现高效率的精准装配，以及灵活走线与精密装配的协同操作。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种视觉引导高精度定位系统，其特征在于，用于装配物料第一物料和第二物料之间的装配；其包括基座平台、视觉装置、机械手结构以及控制单元，所述视觉装置和所述机械手结构均设置在所述基座平台上，通过所述控制单元电连接，实现对机械手结构的驱动控制；

所述视觉装置包括第一视觉单元和第二视觉单元，所述基座平台上设置有放置第一物料的置物台，所述第一视觉单元固设于所述机械手结构上，所述第二视觉单元设于所述基座平台上，所述机械手结构跨装在所述置物台和所述第二视觉单元上方；

所述第一视觉单元定位识别出所述第一物料上装配件的位置，所述第二视觉单元定位识别出所述机械手结构抓取的第二物料上装配件的位置，所述控制单元根据装配件之间的相对位置引导驱动所述机械手结构移动至所述置物台上方，进行所述第一物料和所述第二物料之间的装配。

2.根据权利要求1所述的一种视觉引导高精度定位系统，其特征在于，所述视觉装置采用的是3D视觉实时目标辨识与位置检测技术。

3.根据权利要求1或2所述的一种视觉引导高精度定位系统，其特征在于，所述机械手结构包括主体、转动臂以及位于所述转动臂末端的抓取头，所述抓取头转动连接于所述转动臂上。

4.根据权利要求3所述的一种视觉引导高精度定位系统，其特征在于，所述抓取头上设置有第一抓取位和第二抓取位，分别与所述第一物料和第二物料相匹配。

5.根据权利要求4所述的一种视觉引导高精度定位系统，其特征在于：所述视觉装置还包括第三视觉单元；

所述基座平台上还设置有来料工装，所述第三视觉单元用于在所述来料工装的上方获取所述来料工装上第一物料和第二物料的初始位置，所述控制单元根据所述初始位置引导所述机械手结构抓取所述第一物料和所述第二物料。

6.根据权利要求5所述的一种视觉引导高精度定位系统，其特征在于：所述第一视觉单元和所述第三视觉单元设置于所述机械手结构的转动臂末端。

7.根据权利要求4所述的一种视觉引导高精度定位系统，其特征在于，所述第二视觉单元贯穿设置在所述基座平台上。

8.根据权利要求4所述的一种视觉引导高精度定位系统，其特征在于，所述机械手结构还包括传感件，所述传感件与所述抓取头连接获取装配时的压力信息。