[發明專利]一種基于視覺的花鍵自動裝配系統及方法

有效

• 申請號: 202011408308.1
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112548516B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 王冬云;王翔翔;陳彥峰;尹佳威
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: B23P19/00
• 分類號: B23P19/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 鄭磊

1.一種基于視覺的花鍵自動裝配方法，其特征在于，包括基于視覺的花鍵自動裝配系統，所述基于視覺的花鍵自動裝配系統包括：

花鍵軸，所述花鍵軸固定在裝配臺中心；

花鍵套，所述花鍵套放置在垛料臺上；

機器人（8），用于接收并執行運動指令，并發送夾緊信號至夾爪（7）；

夾爪（7），安裝在機器人（8）末端，用于接收所述機器人（8）發送的夾緊信號并抓取花鍵套；

力傳感器（4），垂直安裝在夾爪（7）兩側，用于實時監測花鍵軸套裝配狀態；

圖像獲取模塊（5），安裝于夾爪（7）上方，用于獲取花鍵軸與花鍵套圖像信息，并將圖像信息發送至處理模塊；

運動控制柜，用于與處理模塊交互運動參數，求解運動數值并發送運動控制指令至機器人（8）；

處理模塊，用于接收和處理所述圖像獲取模塊（5）發送的圖像信息，并與所述運動控制柜交互運動參數，發送運動指令至所述機器人（8）；

所述處理模塊包括：工控機、PLC、通訊模塊，所述工控機用于圖像處理、人機交互和硬件協調；所述PLC用于實時監測夾爪（7）與機器人（8）的狀態；所述通訊模塊用于傳輸位置信息、圖像信息和運動信息至機器人（8）和運動控制柜；

所述圖像獲取模塊（5）為相機，安裝在夾爪（7）上方，用于拍攝花鍵軸和花鍵套的圖像；

所述基于視覺的花鍵自動裝配系統還包括光源（10），所述光源（10）用于為相機提供足夠的光照；

所述基于視覺的花鍵自動裝配方法包括以下步驟：

S1，通過機器人機械末端的圖像獲取模塊（5）獲取花鍵軸和花鍵套圖像；

S2，基于圖像處理模塊對花鍵套圖像進行分析，創建花鍵套輪廓模型；

S3，使用輪廓模型與花鍵軸圖像匹配，計算花鍵套與花鍵軸間平移、旋轉位置信息；

S4，通過以太網傳輸位置信息，驅動機器人機械末端夾爪（7）中心位置到達花鍵套中心抓取后進行位置補償，根據力傳感器（4）實時反饋完成花鍵的自動裝配；

所述步驟S1的子步驟包括：

S11，處理模塊發送開始信號，運動控制單元發送運動控制指令，驅動機器人到達花鍵軸拍攝預定位置，觸發相機拍攝獲取花鍵軸圖像；

S12，控制單元發出機器人到位信號至PLC，結合花鍵軸圖像變量判斷花鍵軸圖像是否獲取完成；

S13，花鍵軸圖像獲取完成觸發花鍵套圖像獲取信號并發送至運動控制單元，驅動機器人到達花鍵套拍攝預定位置，觸發相機拍攝獲取花鍵套圖像；

S14，控制單元發出機器人到位信號至PLC，結合花鍵套圖像變量判斷花鍵軸圖像是否獲取完成；

S15，圖像獲取完成，加載圖像基于圖像處理軟件處理分析圖像；

所述步驟S2的子步驟包括：

S21，基于二值化選取花鍵套灰度值在84-255的區域；

S22，采用面積的特征選擇的方法粗略提取感興趣區域；

S23，對感興趣區域進行高斯平滑處理消除噪聲；

S24，對感興趣區域進行膨脹、開運算進而求差，獲得目標區域；

S25，將目標區域轉換成二進制字節圖像；

S26，使用邊緣算法檢測目標區域邊緣質量，如達標進行S27，不達標重復S24；

S27，對檢測過關的邊緣進行sobel梯度圖像求得每點dx、dy、dxy三個值、建立-8°至8°范圍、圖像金字塔級數為5、縮放0.8至1的形狀匹配模型，sobel梯度算法表達式如下：

：每點x方向梯度Dx，：每點y方向梯度Dy，G：每點梯度dxy；

所述步驟S3的子步驟包括：

S31，加載花鍵軸圖像進行sobel梯度圖像，設定為匹配對象；

S32，基于模板匹配，在花鍵軸圖像中搜索基于花鍵套建立的輪廓，若輸出結果大于等于最小閾值匹配成功進行S33，若不成功重復S1；

S33，通過匹配區域的線像素坐標和列像素坐標平均值獲得匹配區域的中心坐標，與模板的中心坐標比較獲得位置偏移信息；通過模板的旋轉角度獲得角度偏移信息；

所述步驟S4的子步驟包括：

S41，處理模塊生成花鍵軸套間X、Y方向的位置偏移信息與角度偏差，傳輸至運動控制柜；

S42，運動控制柜元位置信息存儲至位置寄存器中，發送運動控制指令驅動機器人將機械末端夾爪中心位置到達花鍵套中心；

S43，觸發夾爪夾緊信號，抓取花鍵套后機器人運動至預設的裝配趨近點，結合位置信息與運動指令實現花鍵軸套間位置補償；

S44，完成位置補償后，驅動機械臂垂直向下運動進行裝配，運動過程中力傳感器實時傳輸力矩數據至PLC，PLC根據力矩實時判斷花鍵軸套間的接觸情況，實時發送補償指令至運動控制單元矯正機械手末端位置。