一种基于视觉伺服的机器人高精度装配方法组成比例

本发明专利技术提出了一种基于视觉伺服的机器人高精度装配方法，包括：进行示教和设置工作；在完成示教和设置工作后，将机械臂移动到抓取区抓取工件；移动机械臂到第一相机上方位姿，利用第一相机和机械臂进行视觉伺服运动，以使得工件在图像中的位姿为M_b，记录下机械臂相对于位姿T_b的相对位姿T_d；利用第二相机拍照并计算装配槽在图像上的位姿，并根据M_c计算出视觉标记在图像上的期望位姿M_e；移动机械臂到第二相机视野下，利用第二相机和机械臂进行视觉伺服运动，使视觉标记在图像中的位姿为M_e；将相对位姿T_d转换到此刻机械臂末端坐标系下的位姿，机械臂移动此位姿；机械臂移动相对位姿T_c，即将工件准确放置在装配槽上。即将工件准确放置在装配槽上。即将工件准确放置在装配槽上。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉伺服的机器人高精度装配方法


[0001]本专利技术涉及工业机器人
，特别涉及一种基于视觉伺服的机器人高精度装配方法。

技术介绍

[0002]随着人力成本的不断提升，装配生产线领域掀起了自动化的热潮。现代自动化生产线中，通常由工业机器人完成“抓取－放置”装配动作。为了完成装配任务，机器人必须知道工件被操作前的初始位姿和被操作后的目标位姿。
[0003]在简单的应用场景中，工件的初始位姿和目标位姿是事先规定的，机器人只是按照固定的程序进行操作。
[0004]现实大部分的应用场景中，工件的初始位姿或目标位姿并非严格固定不变的。这种情况下，视觉引导定位是一个理想的解决办法。机器人通过视觉系统感知工作环境的变化，获取工件被操作前的初始位姿和被操作后的目标位姿，从而保证任务完成。这样可使生产线具备一定的柔性，即使生产线的上一步操作有一定误差，也不会对装配造成多大影响。需要注意的是，使用视觉引导定位之前必须对相机和机器人之间的关系进行标定。
[0005]在一些要求高精度的装配场景中，简单的视觉引导定位并不能完全解决问题。首先，机器人坐标系下工件被操作前的初始位姿和被操作后的目标位姿的计算完全依赖于相机和机器人之间的标定结果，标定结果会受到机器人绝对位置误差、标定过程视觉特征点计算等影响并不准确；其次，工件在被机器人夹具抓取的瞬间可能会存在微小的移动，因此造成定位偏差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0007]为此，本专利技术的目的在于提出一种基于视觉伺服的机器人高精度装配方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供一种基于视觉伺服的机器人高精度装配方法，包括如下步骤：
[0009]步骤S1，进行示教和设置工作，包括：
[0010]步骤S11，分别标定两个相机的图像像素与机器人之间的运动关系；
[0011]步骤S12，对工件、装配槽和视觉标记定位；
[0012]步骤S13，确定抓取后工件在图像上的参考位姿；
[0013]步骤S14，确定放置时图像上视觉标记相对于装配槽的位姿和机械臂末端的相对位姿；
[0014]步骤S2，在完成示教和设置工作后，将机械臂移动到抓取区抓取工件；
[0015]步骤S3，移动机械臂到第一相机上方位姿，利用第一相机和机械臂进行视觉伺服运动，以使得工件在图像中的位姿为M_b，记录下机械臂相对于位姿T_b的相对位姿T_d；
[0016]步骤S4，利用第二相机拍照并计算装配槽在图像上的位姿，并根据M_c计算出视觉
标记在图像上的期望位姿M_e；
[0017]步骤S5，移动机械臂到第二相机视野下，利用第二相机和机械臂进行视觉伺服运动，使视觉标记在图像中的位姿为M_e；
[0018]步骤S6，将相对位姿T_d转换到此刻机械臂末端坐标系下的位姿，机械臂移动此位姿；
[0019]步骤S7，机械臂移动相对位姿T_c，即将工件准确放置在装配槽上。
[0020]进一步，在所述步骤S11中，机器人移动k个位置，记录机器人移动的距离(x_1,y_1)、(x_2,y_2)...(x_k,y_k)，和图像上视觉标记中心点在图像上的移动距离(u_1，v_1)、(u_2,v_2)...(u_k,v_k)；其中，k>＝2；
[0021]利用最小二乘计算(u,v)和(x,y)之间的变换关系，记为M_ca。
[0022]进一步，针对工件和装配槽，使用图像模板匹配算法进行训练，使系统识别图像中待工件和装配槽的位姿(x,y,θ)；
[0023]针对视觉标记，首先使用blob检测算法找到视觉标记上的圆，然后通过拟合圆中的两条线确定视觉标记的中心点位置和方向。
[0024]进一步，在所述步骤S13中，
[0025]移动机械臂到抓取区域固定位姿并抓取工件；
[0026]移动机械臂到第一相机上方；
[0027]所述第一相机拍照并计算工件在图像上的位姿M_b，同时记录此时机械臂末端位姿T_b。
[0028]进一步，在所述步骤S14中，
[0029]所述第二相机拍照并计算装配槽在图像上的位姿；
[0030]移动机械臂至装配槽上方附近，第二相机CA拍照并计算图像上视觉标记相对于装配槽的位姿M_c；
[0031]移动机械臂放置工件到装配槽，计算机械臂在工件接触装配槽瞬间与步骤S12拍照时的相对位姿T_c。
[0032]根据本专利技术实施例的基于视觉伺服的机器人高精度装配方法，整个过程不需要计算工件在图像上位姿对应于机械臂的位姿，只需计算图像上的运动对应于机械臂的运动关系，且可通过视觉伺服不断调整，避免引入相机、机械臂之间的标定误差；每次抓取后利用视觉伺服计算物体的相对位置偏差，并在装配时进行修正补偿，从而避免抓取工件时物理接触引入的误差，这在一些如泡棉等轻小物体场景下效果显著。本专利技术通过设计一个视觉标记，可利用视觉标记上的圆和中心的两条线进行精确定位。
[0033]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0034]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0035]图1为根据本专利技术实施例的基于视觉伺服的机器人高精度装配方法的流程框图；
[0036]图2为根据本专利技术实施例的基于视觉伺服的机器人高精度装配方法的示意图；
[0037]图3为根据本专利技术实施例的基于视觉伺服的机器人高精度装配方法的流程框图。
具体实施方式
[0038]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0039]本专利技术提出一种基于视觉伺服的机器人高精度装配方法，该方法应用的以下硬件设备：工作台、第二相机CA、第一相机CB、工控机、机械臂、工件和装配槽，视觉标记。如图2所示，工作台是一个平面。其中一处区域放置着待装配的工件；另一区域放置着装配槽。机械臂需要把待装配的工件准确放到装配槽中。
[0040]两个相机均固定在工作台上。第二相机CA固定于工作台上方，镜头朝下，视野对准装配区。第一相机CB固定于工作台抓取区附近，视野朝上。工控机用于图像处理、数学计算和相机、机械臂的通信等。机械臂安装于工作台旁，其末端安装有工件抓取装置，装置上贴有一个视觉标记(视觉marker)。视觉标记上有一个圆，中心有相互垂直的两条长度不同的线段。
[0041]如图1和图3所示，本专利技术实施例的基于视觉伺服的机器人高精度装配方法，包括如下步骤：
[0042]步骤S1，进行示教和设置工作，包括：
[0043]步骤S11，分别标定两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉伺服的机器人高精度装配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，进行示教和设置工作，包括：步骤S11，分别标定两个相机的图像像素与机器人之间的运动关系；步骤S12，对工件、装配槽和视觉标记定位；步骤S13，确定抓取后工件在图像上的参考位姿；步骤S14，确定放置时图像上标记相对于装配槽的位姿和机械臂末端的相对位姿；步骤S2，在完成示教和设置工作后，将机械臂移动到抓取区抓取工件；步骤S3，移动机械臂到第一相机上方位姿，利用第一相机和机械臂进行视觉伺服运动，以使得工件在图像中的位姿为M_b，记录下机械臂相对于位姿T_b的相对位姿T_d；步骤S4，利用第二相机拍照并计算装配槽在图像上的位姿，并根据M_c计算出视觉标记在图像上的期望位姿M_e；步骤S5，移动机械臂到第二相机视野下，利用第二相机和机械臂进行视觉伺服运动，使视觉标记在图像中的位姿为M_e；步骤S6，将相对位姿T_d转换到此刻机械臂末端坐标系下的位姿，机械臂移动此位姿；步骤S7，机械臂移动相对位姿T_c，即将工件准确放置在装配槽上。2.如权利要求1所述的基于视觉伺服的机器人高精度装配方法，其特征在于，在所述步骤S11中，机器人移动k个位置，记录机器人移动的距离(x_1,y_1)、(x_2,y_2)...(x...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁顺宁，张彪，韩峰涛，曹华，庹华，耿旭达，李亚楠，任赜宇，
申请(专利权)人：珞石山东智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：