一种基于视觉识别技术的一字螺钉自动认帽方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于视觉识别技术的一字螺钉自动认帽方法及系统，采用机械臂以及两套视觉识别系统，自动识别计算批头、一字螺帽的角度和位置坐标，通过坐标转换，进行一字螺钉的自动认帽。本发明专利技术克服一字螺钉的一字槽偏心误差、认帽易滑脱问题，实现一字螺钉的自动认帽及自动拧紧装配。帽及自动拧紧装配。帽及自动拧紧装配。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉识别技术的一字螺钉自动认帽方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种基于视觉识别技术的一字螺钉自动认帽方法及系统，属于自动化装配领域。

技术介绍

[0002]螺钉自动拧紧技术是实现自动化装配的基础，已成为提高整个机械制造系统的生产率、降低成本、稳定产品质量的关键环节，能够有效从提高装配精度的一致性，摆脱简单和繁重的手工装配劳动，避免恶劣或危险的装配环境等多种优势。为了实现螺钉自动拧紧装配，首先需要进行螺钉认帽，现有的认帽技术主要针对十字、内六角等类型的螺钉，一字螺钉由于对准误差大、易滑脱等问题，容易划伤螺钉或零件，尚缺乏稳定可靠的认帽方法，从而影响了一字螺钉的自动化装配的研制和应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题在于：克服螺钉一字槽偏心误差、认帽易滑脱的问题，提供一种基于视觉识别技术的一字螺钉认帽方法及系统，实现一字螺钉的自动认帽及自动拧紧装配。
[0004]本专利技术的技术方案为：
[0005]一种基于视觉识别技术的一字螺钉自动认帽方法，包括：
[0006](1)搭建自动认帽装置硬件环境，包括机械臂及装配产品的工作台面；所述机械臂上固定有螺钉视觉识别系统、自动拧紧工具，所述自动拧紧工具的末端有放置批头的连接口，所述螺钉视觉识别系统、所述自动拧紧工具两者之间相对位置保持固定不变，随所述机械臂同步运动；在所述装配产品的工作台面上固定有批头视觉识别系统，批头视觉识别系统的镜头垂直向上；
[0007](2)在所述自动拧紧工具末端的连接口上放置任一规格的批头，控制机械臂移动，使批头在所述批头视觉识别系统的视场内；对所述批头进行拍照和识别，获取不同角度下此批头的矩形轮廓模板；对一字螺钉进行拍照和识别，获取不同角度下此一字螺钉的最小外接矩形轮廓模板；
[0008](3)建立批头视觉识别系统和螺钉视觉识别系统的角度转换关系，得到批头视觉识别系统与螺钉视觉识别系统角度差值Δα'；建立螺钉视觉识别系统与机械臂之间的坐标转换关系；
[0009](4)更换待认帽的批头，所述批头的规格与待认帽的一字螺钉规格相同，计算此批头在批头视觉识别系统的角度值α1；
[0010](5)计算待认帽的一字螺钉在螺钉视觉识别系统的角度值α2、位置坐标(x，y)；
[0011](6)计算批头与一字螺钉的初始角度差值，根据步骤(3)得到的角度差值计算角度补偿值；根据步骤(3)得到的坐标转换关系，计算一字螺钉在机械臂坐标系下的位置坐标(X，Y)；控制批头旋转补偿角度差值，控制机械臂移动至机械臂坐标系下的坐标位置(X，Y)，
将批头插入一字螺钉，实现首个一字螺钉的自动认帽；
[0012](7)对与当前已认帽螺钉规格相同的其他一字螺钉，通过重复步骤(5)、(6)，实现自动认帽；对与当前已认帽螺钉规格不同的一字螺钉，需要更换对应的批头，再重复步骤(4)(5)(6)，实现自动认帽。
[0013]优选的，所述步骤(2)包括：
[0014](21)拍摄机械臂上的批头，截取所拍摄图片中包含批头的区域；对截取的区域进行旋转，从0度旋转至180度，每次旋转相同的度数且度数不大于1度，每次旋转后识别批头的矩形轮廓；存储所有的矩形轮廓作为批头模板，并记录每一模板相对于0度的旋转角度；
[0015](22)拍摄一字螺钉，截取拍摄图片中包含螺钉一字槽的区域；对截取的区域进行旋转，从
‑
180度旋转至180度，每次旋转的度数与(21)中批头截取区域旋转的度数相同，每次旋转后识别螺钉一字槽轮廓，找出轮廓的最小外接矩形；存储所有的最小外接矩形作为一字螺钉模板，并记录每一模板相对于0度的旋转角度。
[0016]优选的，所述步骤(3)包括：
[0017](31)在不旋转批头角度的情况下，手动调整一字螺钉角度，控制机械臂将批头插入一字螺钉中；保持批头与一字螺钉的角度不变，再次控制机械臂将一字螺钉处于螺钉识别系统的视场内；
[0018](32)螺钉识别系统对一字螺钉拍照，截取拍摄图片中包含螺钉一字槽的区域，识别螺钉一字槽轮廓的最小外接矩形；
[0019](33)对此最小外接矩形进行图像金字塔操作，将操作完成后的图像与所有的一字螺钉模板分别进行模型匹配，得到多个相应的匹配结果，找出匹配结果中的最大值；
[0020](34)此最大值对应的旋转角度即为螺钉在螺钉识别系统下的角度值，记为α'2；
[0021](35)根据(32)识别得到的最小外接矩形，计算最小外接矩形的中心点坐标，即为螺钉在螺钉识别系统下的位置坐标，记为(x1，y1)；
[0022](36)计算批头视觉识别系统与螺钉视觉识别系统的坐标系角度差值，Δα'＝0
‑
α'2，Δα'即为上述两个识别系统坐标系角度差值；
[0023](37)控制机械臂，沿机械臂坐标系的X轴运动ΔX'的距离，进行步骤(32)，计算最小外接矩形的中心点坐标，即为螺钉在螺钉识别系统下的位置坐标，记为(x2，y2)，横坐标差值Δx＝x2
‑
x1，纵坐标差值Δy＝y2
‑
y1；
[0024](38)按照如下公式计算得到机械臂坐标系的偏移角α和标定值k：
[0025]偏移角：
[0026][0027]标定值：
[0028][0029](39)得到机械臂坐标系的坐标(X，Y)与螺钉视觉识别系统坐标(x，y)的转换关系，如下所示：
[0030]X＝k*(y*sinα+x*cosα)
[0031]Y＝k*(y*cosα
‑
x*sinα)。
[0032]优选的，所述步骤(4)包括：
[0033](41)控制机械臂，将批头运动至批头视觉识别系统的视场内，批头视觉识别系统对此批头拍照，截取所拍摄图片中包含批头的区域，识别批头的矩形轮廓；
[0034](42)对矩形轮廓进行图像金字塔操作，将完成操作后的图像，与所有的批头模板进行模型匹配计算，得到匹配结果；
[0035](43)找出匹配结果中的最大值，此最大值对应的旋转角度即为批头在批头视觉识别系统坐标系下的角度值，记为α1。
[0036]优选的，所述步骤(5)包括：
[0037]重复步骤(32)(33)，最大值对应的旋转角度为一字螺钉在螺钉视觉识别系统坐标系下的角度值，记为α2，并计算最小外接矩形的中心点坐标，即为螺钉在螺钉识别系统下的位置坐标，记为(x，y)。
[0038]优选的，所述步骤(6)包括：
[0039](61)计算批头与一字螺钉的初始角度差值：Δα＝α1
‑
α2；
[0040](62)根据在螺钉识别系统下的位置坐标(x，y)，通过步骤(3)中(39)所推导的公式计算，得出螺钉在机械臂坐标系中的位置坐标(X，Y)；
[0041](63)控制批头旋转Δα
‑
Δα'的角度补偿值，进行补偿；
[0042](64本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉识别技术的一字螺钉自动认帽方法，其特征在于，所述方法包括：(1)搭建自动认帽装置硬件环境，包括机械臂及装配产品的工作台面；所述机械臂上固定有螺钉视觉识别系统、自动拧紧工具，所述自动拧紧工具的末端有放置批头的连接口，所述螺钉视觉识别系统、所述自动拧紧工具两者之间相对位置保持固定不变，随所述机械臂同步运动；在所述装配产品的工作台面上固定有批头视觉识别系统，批头视觉识别系统的镜头垂直向上；(2)在所述自动拧紧工具末端的连接口上放置任一规格的批头，控制机械臂移动，使批头在所述批头视觉识别系统的视场内；对所述批头进行拍照和识别，获取批头模板；对一字螺钉进行拍照和识别，获取一字螺钉模板；(3)建立批头视觉识别系统和螺钉视觉识别系统的角度转换关系，得到批头视觉识别系统与螺钉视觉识别系统角度差值Δα'；建立螺钉视觉识别系统与机械臂之间的坐标转换关系；(4)更换待认帽的批头，所述批头的规格与待认帽的一字螺钉规格相同，计算此批头在批头视觉识别系统的角度值α1；(5)计算待认帽的一字螺钉在螺钉视觉识别系统的角度值α2、位置坐标(x，y)；(6)计算批头与一字螺钉的初始角度差值，根据步骤(3)得到的角度差值计算角度补偿值；根据步骤(3)得到的坐标转换关系，计算一字螺钉在机械臂坐标系下的位置坐标(X，Y)；控制批头旋转补偿角度差值，控制机械臂移动至机械臂坐标系下的坐标位置(X，Y)，将批头插入一字螺钉，实现首个一字螺钉的自动认帽，按照需要的力矩完成螺钉拧紧；(7)对与当前已认帽螺钉规格相同的其他一字螺钉，通过重复步骤(5)、(6)，实现自动认帽；对与当前已认帽螺钉规格不同的一字螺钉，需要更换对应的批头，再重复步骤(4)(5)(6)，实现自动认帽。2.根据权利要求1所述的一字螺钉自动认帽方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：(21)拍摄机械臂上的批头，截取所拍摄图片中包含批头的区域；对截取的区域进行旋转，从0度旋转至180度，每次旋转相同的度数且度数不大于1度，每次旋转后识别批头的矩形轮廓；存储所有的矩形轮廓作为批头模板，并记录每一模板相对于0度的旋转角度；(22)拍摄一字螺钉，截取拍摄图片中包含螺钉一字槽的区域；对截取的区域进行旋转，从
‑
180度旋转至180度，每次旋转的度数与(21)中批头截取区域旋转的度数相同，每次旋转后识别一字螺钉一字槽轮廓，找出轮廓的最小外接矩形；存储所有的最小外接矩形作为一字螺钉模板，并记录每一模板相对于0度的旋转角度。3.根据权利要求2所述的一字螺钉自动认帽方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：(31)在不旋转批头角度的情况下，手动调整一字螺钉角度，控制机械臂将批头插入一字螺钉中；保持批头与一字螺钉的角度不变，再次控制机械臂将一字螺钉处于螺钉识别系统的视场内；(32)螺钉识别系统对一字螺钉拍照，截取拍摄图片中包含一字螺钉一字槽的区域，识别螺钉一字槽轮廓的最小外接矩形；(33)对此最小外接矩形进行图像金字塔操作，将操作完成后的图像与所有的一字螺钉模板分别进行模型匹配，得到多个相应的匹配结果，找出匹配结果中的最大值；(34)此最大值对应的旋转角度即为一字螺钉在螺钉识别系统下的角度值，记为α'2；
(35)根据(32)识别得到的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：董蓉桦，董清宇，王乐，李子豪，关瑶，崔璨，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：