【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微装配，尤其涉及一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统与方法。
技术介绍
1、作为高端微机电产品生产制造中的重要一环，微装配是保障产品整体质量与性能的关键所在。与传统显微镜辅助下的人工装配方法相比，采用微视觉引导定位与操作机器人进行的自动微装配具备一致性好、可靠性高等众多优势。目前，自动微装配技术中最主要的一环为如何实现对微装配中关键目标空间三维信息的有效感知，只有实现精准的三维微视觉感知，才能保证所引导的定位与操作机器人在完成微装配任务时精准无误。
2、需要指出的是，当前大多数微视觉引导机器人微装配研究集中在平面内或线性三维空间中。对于包含姿态调整的复杂形状微目标空间装配，当前主要解决方案是通过人工干预将装配过程进行拆解，使复杂装配定位任务转变为单个机器人串行执行的多步骤任务(agnus j,chaillet n,clévy c,et al.robotic microassembly and micromanipulationat femto-st.journal of micro-bio robotics,2013,8(2):91-106)。这种解决方案不但需要有经验的人员参与，且会降低效率，甚至影响最终装配效果。显然，如何利用微视觉三维空间感知引导定位与操作机器人协作完成空间的通用型微装配任务是当前微装配技术发展中面临的一个挑战。
3、由于相同放大倍率下相较于传统光学显微镜具有更大的景深，基于平行光路设计的远心镜头近年在微视觉三维感知领域的应用逐渐增多。远心镜头在微小尺度下成像时，来
4、在视觉空间三维感知领域，根据感知过程中是否需要特殊的编码光源，视觉感知可分为主动视觉和被动视觉两类，其中包含编码光源的称为主动视觉，否则称为被动视觉。对于前者,最常见的方法有为以dlp(digital light processing)技术为基础的结构光法，其基本原理是通过主动地将带有编码信息的图案投射到场景上，并用相机观察投影图案如何与目标物体的表面相互作用来感知深度，具有对物体纹理不敏感、高精度等优点。同时，特殊的编码光源可以代替远心镜头所需的额外的人工可见光源，降低系统硬件的成本与复杂度。然而，受限于投影与成像光路的布置和微装配目标和任务复杂程度，容易出现遮挡等问题。
5、对于后者，最经典的方法为双目/多目立体视觉法，其基本原理是通过多视角中匹配特征点的立体视差和标定好的对极几何约束关系求解相应点的空间三维坐标，通过进一步处理立体视觉测量得到的三维特征点坐标信息，实现相应目标的空间位姿估计或三维形貌感知。其多个视角的视觉感知可以有效克服遮挡等问题，但由于目标物体表面细节特征不足，特征点的匹配容易受到干扰，这将严重影响三维感知效果，且视角越多也会进一步提升系统的机械复杂度。
6、随着微装配任务复杂度的提升，以上这些单一模式的视觉三维感知方法都存在的相应的局限性。因此，现亟需一种结合主动视觉与被动视觉的复合微视觉引导机器人微装配系统与方法来克服传统微装配研究中视觉成像模式单一及其所导致的视觉感知算法适应性差、图像特征冗余度不足、目标易遮挡、系统机械复杂度高等问题，实现对不同装配阶段/不同对象的多模式成像。
技术实现思路
1、针对以上这些现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统与方法，其用于微装配任务中通过视觉引导机器人的定位与操作，将主动视觉与被动视觉的优势互补，结合结构光主动微视觉对目标纹理特征不敏感与多目被动微视觉多视角感知的优点，设计合理的多光路远心微视觉感知模块来效解决微装配场景下空间三维视觉感知中目标易遮挡与特征信息冗余度不足等问题，同时增强微视觉感知在应对跨尺度、跨形状复杂微装配任务时的灵巧性和适用性，实现高精度的三维视觉感知，保证所引导的定位机器人与操作机器人准确完成微装配任务。
2、本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。
3、一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，包括dlp投影仪、高分辨率工业相机、普通工业相机、双倍率远心镜头、普通远心镜头、精密定位机器人、工作平台、操作机器人、末端执行器、普通定位滑台、成像系统支撑装置；
4、所述成像系统支撑装置与普通定位滑台连接，成像系统支撑装置设置在工作平台上方，双倍率远心镜头设置在成像系统支撑装置上且位于成像系统支撑装置的中间，普通工业相机设置在成像系统支撑装置上且位于双倍率远心镜头左右两侧，dlp投影仪、高分辨率工业相机分别与双倍率远心镜头的第一接口、第二接口连接，普通远心镜头与普通工业相机连接，工作平台设置在精密定位机器人上且位于双倍率远心镜头与普通远心镜头下方，操作机器人设置于精密定位机器人一侧，末端执行器设置在操作机器人末端且位于工作平台上的工作空间内。
5、进一步地，所述双倍率远心镜头为垂直光轴固定在成像系统支撑装置上，通过普通定位滑台实现上下和前后的往复平移运动；
6、所述普通工业相机为交叉光轴固定在成像系统支撑装置上，通过普通定位滑台实现上下和前后的往复平移运动。
7、进一步地，所述普通远心镜头与普通工业相机连接，位于双倍率远心镜头左右两侧，且普通远心镜头的光轴和双倍率远心镜头的光轴位于同一平面。
8、进一步地，所述双倍率远心镜头包含远心物镜组、分光棱镜、准直透镜，入射光进入双倍率远心镜头后先经过远心物镜组，然后被分光棱镜分为两束，其中一束直接穿透分光棱镜再经过准直透镜射向双倍率远心镜头竖直方向上的第一接口，另一束通过分光棱镜反射再经过准直透镜射向双倍率远心镜头水平方向上的第二接口。
9、进一步地，所述dlp投影仪与双倍率远心镜头竖直方向上的第一接口连接，用于投影带有编码信息的图案；
10、所述高分辨率工业相机与双倍率远心镜头水平方向上的第二接口连接，用于拍摄工作平台处的图像；
11、dlp投影仪与高分辨率工业相机通过双倍率远心镜头共用一个远心物镜组。
12、进一步地，普通远心镜头与双倍率远心镜头光学结构均为物方远心或双侧远心。
13、进一步地，所述精密定位机器人为多轴组成，每个轴的运动方式均为旋转或平移，且彼此之间相互独立。
14、进一步地，所述操作机器人有多个自由度，根据不同的需求进行自由选择。
15、进一步地，所述末端执行器为可拆卸式，根据不同的需求进行更换。
16、实现所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统的方法，包括以下步骤：
17、s1、搭建并标定主被动复合微视觉引导机器人微装配系统；
18、s2、调节普通定位滑台使dlp投影仪、高分辨率工业相机与普通工业相机在工作范围内对工作平台处的目标投影与成像清晰；
19、s3、用高分辨率工业相机拍摄工作平台的图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：包括DLP投影仪(1)、高分辨率工业相机(2)、普通工业相机(3)、双倍率远心镜头(4)、普通远心镜头(5)、精密定位机器人(6)、工作平台(7)、操作机器人(8)、末端执行器(9)、普通定位滑台(10)、成像系统支撑装置(11)；
2.根据权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：所述双倍率远心镜头(4)为垂直光轴固定在成像系统支撑装置(11)上，通过普通定位滑台(10)实现上下和前后的往复平移运动；
3.根据权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：所述普通远心镜头(5)与普通工业相机(3)连接，位于双倍率远心镜头(4)左右两侧，且普通远心镜头(5)的光轴和双倍率远心镜头(4)的光轴位于同一平面。
4.根据权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：所述双倍率远心镜头(4)包含远心物镜组(401)、分光棱镜(402)、准直透镜(403)，入射光进入双倍率远心镜头(4)后先经过远心物镜组(401)，然后被
5.根据权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：所述DLP投影仪(1)与双倍率远心镜头(4)竖直方向上的第一接口连接，用于投影带有编码信息的图案；
6.根据权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：普通远心镜头(3)与双倍率远心镜头光学(4)结构均为物方远心或双侧远心。
7.根据权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：所述精密定位机器人(6)为多轴组成，每个轴的运动方式均为旋转或平移，且彼此之间相互独立。
8.根据权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：所述操作机器人(8)有多个自由度，根据不同的需求进行自由选择。
9.根据权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：所述末端执行器(9)为可拆卸式，根据不同的需求进行更换。
10.实现权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：包括dlp投影仪(1)、高分辨率工业相机(2)、普通工业相机(3)、双倍率远心镜头(4)、普通远心镜头(5)、精密定位机器人(6)、工作平台(7)、操作机器人(8)、末端执行器(9)、普通定位滑台(10)、成像系统支撑装置(11)；
2.根据权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：所述双倍率远心镜头(4)为垂直光轴固定在成像系统支撑装置(11)上，通过普通定位滑台(10)实现上下和前后的往复平移运动；
3.根据权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：所述普通远心镜头(5)与普通工业相机(3)连接，位于双倍率远心镜头(4)左右两侧，且普通远心镜头(5)的光轴和双倍率远心镜头(4)的光轴位于同一平面。
4.根据权利要求1所述的一种主被动复合微视觉引导机器人微装配系统，其特征在于：所述双倍率远心镜头(4)包含远心物镜组(401)、分光棱镜(402)、准直透镜(403)，入射光进入双倍率远心镜头(4)后先经过远心物镜组(401)，然后被分光棱镜(402)分为两束，其中一束直接穿透分光棱镜(402)再经过准直透镜(403)射向双倍率...
【专利技术属性】
技术研发人员：李海，廖祝，钟宇涛，曾霆俊，张力，蔡伟斌，张宪民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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