本發(fā)明屬于車身零部件自動(dòng)上料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種汽車智能制造自動(dòng)上料的三維視覺(jué)精確引導(dǎo)定位方法。

背景技術(shù)：

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)部門，是決定國(guó)家發(fā)展水平的最基本因素之一。智能制造是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)以及人工智能技術(shù)在制造裝備上的集成和深度融合，是實(shí)現(xiàn)高效、高品質(zhì)、節(jié)能環(huán)保和安全可靠生產(chǎn)的下一代制造技術(shù)?；谌S視覺(jué)精確引導(dǎo)定位方法實(shí)現(xiàn)了零部件自動(dòng)上料，大大節(jié)約了人力成本和寶貴的時(shí)間成本，是汽車廠實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)智能制造的重要一環(huán)。

現(xiàn)有車身零部件自動(dòng)上料利用的只是機(jī)器人的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。首先通過(guò)高精度定位機(jī)構(gòu)將裝有零部件的料箱安裝在指定位置，然后示教機(jī)器人走到該位置抓取零部件，重復(fù)該過(guò)程實(shí)現(xiàn)零部件自動(dòng)上料。該方法需要對(duì)料箱精確定位，不僅前期安裝和維護(hù)成本高，而且后期出故障的概率更高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的需要對(duì)料箱精確定位，不僅前期安裝和維護(hù)成本高，而且后期出故障的概率更高的技術(shù)問(wèn)題，提供一種汽車智能制造自動(dòng)上料的三維視覺(jué)精確引導(dǎo)定位方法，可達(dá)到通過(guò)特定算法處理拍到的零部件圖片，獲得零部件在固定坐標(biāo)系下的位置和角度偏差，再將偏差值傳送到機(jī)器人，修正機(jī)器人軌跡，指引機(jī)器人到達(dá)指定位置完成抓件的有益效果。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種汽車智能制造自動(dòng)上料的三維視覺(jué)精確引導(dǎo)定位方法，采用相機(jī)采集圖像，結(jié)合視覺(jué)檢測(cè)算法計(jì)算出零件在固定坐標(biāo)系下的位置和角度偏差，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)修正軌跡抓件上料。

所述視覺(jué)檢測(cè)算法，視覺(jué)檢測(cè)算法就是通過(guò)透視投影得到的n個(gè)像點(diǎn)求解攝像時(shí)刻物體相對(duì)于相機(jī)的位置和姿態(tài)。記攝像機(jī)坐標(biāo)系O_c-x_cy_cz_c關(guān)于物體坐標(biāo)系O-xyz的方位為[R,T]，其中R是旋轉(zhuǎn)矩陣，表示攝像機(jī)的方向；T是平移向量，表示攝像機(jī)的位置。令X＝(x,y,z)∈R³是控制點(diǎn)在物體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，它在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為X_c＝(x_c,y_c,z_c)∈R³，對(duì)應(yīng)的齊次坐標(biāo)分別記為與其圖像點(diǎn)坐標(biāo)記為U＝(u,v)^T對(duì)應(yīng)的齊次坐標(biāo)記為則有

當(dāng)已知零件上至少4個(gè)特征在零件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，攝像機(jī)在初始位置零件特征的圖像坐標(biāo)，就可以求得零件坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系直接的位姿關(guān)系，即R和T。

獲取到零件與相機(jī)之間的位姿后，通過(guò)傳感器標(biāo)定確定傳感器坐標(biāo)系與機(jī)器人Base坐標(biāo)系的先對(duì)關(guān)系，最終零件位姿統(tǒng)一到機(jī)器人Base坐標(biāo)系。

這樣每次測(cè)量系統(tǒng)都可以獲取當(dāng)前待抓取零件相對(duì)于機(jī)器人Base坐標(biāo)系的位置，傳遞給機(jī)器人修正軌跡就能完成自動(dòng)抓件。

所述機(jī)器人引導(dǎo)抓件流程如下：

1)在料箱到位后，PLC發(fā)送引導(dǎo)開始信號(hào)給引導(dǎo)控制柜，控制柜收到信號(hào)后依據(jù)零件信息初始化測(cè)量參數(shù)。初始化成功則進(jìn)入下一步，否則反饋失敗信息到界面，等待用戶確實(shí)故障信息。

2)控制柜發(fā)送運(yùn)動(dòng)開始信號(hào)給機(jī)器人，通知機(jī)器人按照預(yù)先定義的軌跡運(yùn)動(dòng)到指定初始位置。

3)當(dāng)機(jī)器人到達(dá)指定位置后反饋信號(hào)給控制柜，控制柜這時(shí)控制測(cè)距儀實(shí)時(shí)測(cè)量當(dāng)前零件與傳感器之間的距離。。若測(cè)量成功則發(fā)送繼續(xù)運(yùn)動(dòng)信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人以100％速度繼續(xù)朝零件方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入下一步。否則控制柜在主界面上顯示零件缺失，等待上料信息，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。

4)當(dāng)控制柜收到的測(cè)距儀測(cè)量值小于1米時(shí)，控制柜發(fā)送信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度減為50％，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

5)當(dāng)控制柜收到的測(cè)距儀測(cè)量值小于0.7米時(shí)，控制柜控制機(jī)器人速度減為30％，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

6)當(dāng)測(cè)距儀反饋測(cè)量值小于0.6米時(shí)，控制柜控制機(jī)器人速度減為10％，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

7)當(dāng)傳感器與零件距離小于0.5米時(shí)，控制柜發(fā)送停止運(yùn)動(dòng)信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。

8)這時(shí)控制柜控制傳感器照明模塊打開，照亮整個(gè)測(cè)量零件。同時(shí)控制攝像機(jī)以預(yù)定義的曝光參數(shù)拍照，存儲(chǔ)下拍攝圖像。

9)傳感器將圖像傳遞給控制柜，控制柜計(jì)算獲得當(dāng)前機(jī)器人機(jī)器人位置與待抓取的零件之間的位置和角度偏差，進(jìn)入下一步。若由于圖像質(zhì)量不佳無(wú)法獲得計(jì)算結(jié)果，控制柜將反饋測(cè)量失敗信息給主界面顯示，等待用戶確認(rèn)問(wèn)題。

10)控制柜將待修正的位置和角度偏差發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人按照偏差信息計(jì)算出最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡，按此軌跡運(yùn)動(dòng)到零件抓取位置。

11)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到位后發(fā)送抓取信號(hào)給零件抓手，抓手夾緊抓住零件，反饋零件抓取成功信號(hào)給機(jī)器人。

12)機(jī)器人按照預(yù)定義軌跡將零件運(yùn)送到下一步安裝位置，并通知抓手松開零件，機(jī)器人回到初始位置。

13)這樣一次完整的引導(dǎo)抓件過(guò)程完成，控制柜等待PLC發(fā)送下一次引導(dǎo)開始信號(hào)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)利用相機(jī)對(duì)零部件進(jìn)行拍照，通過(guò)圖像處理及特定算法計(jì)算后，得到零件在固定坐標(biāo)系下的位置及角度偏差，再通過(guò)給機(jī)器人傳送改位置和角度信息，修正機(jī)器人軌跡，引導(dǎo)機(jī)器人到達(dá)正確的工作位置。本發(fā)明對(duì)零部件的抓取精度高，精度可達(dá)±0.5mm，且不需要對(duì)料箱精確定位，省去精確定位料箱的成本和維護(hù)費(fèi)用；方便后期維修和調(diào)整工藝。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的實(shí)施例公開了一種汽車智能制造自動(dòng)上料的三維視覺(jué)精確引導(dǎo)定位方法，如圖所示，一種汽車智能制造自動(dòng)上料的三維視覺(jué)精確引導(dǎo)定位方法，采用相機(jī)采集圖像，結(jié)合視覺(jué)檢測(cè)算法計(jì)算出零件在固定坐標(biāo)系下的位置和角度偏差，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)修正軌跡抓件上料。

所述視覺(jué)檢測(cè)算法，視覺(jué)檢測(cè)算法就是通過(guò)透視投影得到的n個(gè)像點(diǎn)求解攝像時(shí)刻物體相對(duì)于相機(jī)的位置和姿態(tài)。記攝像機(jī)坐標(biāo)系O_c-x_cy_cz_c關(guān)于物體坐標(biāo)系O-xyz的方位為[R,T]，其中R是旋轉(zhuǎn)矩陣，表示攝像機(jī)的方向；T是平移向量，表示攝像機(jī)的位置。令X＝(x,y,z)∈R³是控制點(diǎn)在物體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，它在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為X_c＝(x_c,y_c,z_c)∈R³，對(duì)應(yīng)的齊次坐標(biāo)分別記為與其圖像點(diǎn)坐標(biāo)記為U＝(u,v)^T對(duì)應(yīng)的齊次坐標(biāo)記為則有

當(dāng)已知零件上至少4個(gè)特征在零件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，攝像機(jī)在初始位置零件特征的圖像坐標(biāo)，就可以求得零件坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系直接的位姿關(guān)系，即R和T。

獲取到零件與相機(jī)之間的位姿后，通過(guò)傳感器標(biāo)定確定傳感器坐標(biāo)系與機(jī)器人Base坐標(biāo)系的先對(duì)關(guān)系，最終零件位姿統(tǒng)一到機(jī)器人Base坐標(biāo)系。

這樣每次測(cè)量系統(tǒng)都可以獲取當(dāng)前待抓取零件相對(duì)于機(jī)器人Base坐標(biāo)系的位置，傳遞給機(jī)器人修正軌跡就能完成自動(dòng)抓件。

所述機(jī)器人引導(dǎo)抓件流程如下：

1)在料箱到位后，PLC發(fā)送引導(dǎo)開始信號(hào)給引導(dǎo)控制柜，控制柜收到信號(hào)后依據(jù)零件信息初始化測(cè)量參數(shù)。初始化成功則進(jìn)入下一步，否則反饋失敗信息到界面，等待用戶確實(shí)故障信息。

2)控制柜發(fā)送運(yùn)動(dòng)開始信號(hào)給機(jī)器人，通知機(jī)器人按照預(yù)先定義的軌跡運(yùn)動(dòng)到指定初始位置。

3)當(dāng)機(jī)器人到達(dá)指定位置后反饋信號(hào)給控制柜，控制柜這時(shí)控制測(cè)距儀實(shí)時(shí)測(cè)量當(dāng)前零件與傳感器之間的距離。。若測(cè)量成功則發(fā)送繼續(xù)運(yùn)動(dòng)信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人以100％速度繼續(xù)朝零件方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入下一步。否則控制柜在主界面上顯示零件缺失，等待上料信息，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。

4)當(dāng)控制柜收到的測(cè)距儀測(cè)量值小于1米時(shí)，控制柜發(fā)送信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度減為50％，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

5)當(dāng)控制柜收到的測(cè)距儀測(cè)量值小于0.7米時(shí)，控制柜控制機(jī)器人速度減為30％，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

6)當(dāng)測(cè)距儀反饋測(cè)量值小于0.6米時(shí)，控制柜控制機(jī)器人速度減為10％，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

7)當(dāng)傳感器與零件距離小于0.5米時(shí)，控制柜發(fā)送停止運(yùn)動(dòng)信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。

8)這時(shí)控制柜控制傳感器照明模塊打開，照亮整個(gè)測(cè)量零件。同時(shí)控制攝像機(jī)以預(yù)定義的曝光參數(shù)拍照，存儲(chǔ)下拍攝圖像。

9)傳感器將圖像傳遞給控制柜，控制柜計(jì)算獲得當(dāng)前機(jī)器人機(jī)器人位置與待抓取的零件之間的位置和角度偏差，進(jìn)入下一步。若由于圖像質(zhì)量不佳無(wú)法獲得計(jì)算結(jié)果，控制柜將反饋測(cè)量失敗信息給主界面顯示，等待用戶確認(rèn)問(wèn)題。

10)控制柜將待修正的位置和角度偏差發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人按照偏差信息計(jì)算出最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡，按此軌跡運(yùn)動(dòng)到零件抓取位置。

11)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到位后發(fā)送抓取信號(hào)給零件抓手，抓手夾緊抓住零件，反饋零件抓取成功信號(hào)給機(jī)器人。

12)機(jī)器人按照預(yù)定義軌跡將零件運(yùn)送到下一步安裝位置，并通知抓手松開零件，機(jī)器人回到初始位置。

13)這樣一次完整的引導(dǎo)抓件過(guò)程完成，控制柜等待PLC發(fā)送下一次引導(dǎo)開始信號(hào)。

以上通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。凡利用本發(fā)明所述的技術(shù)方案，或本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案的啟發(fā)下，在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)出類似的技術(shù)方案而達(dá)到上述技術(shù)效果的，或者對(duì)申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋保護(hù)范圍之內(nèi)。