[發(fā)明專利]一種基于視覺和力位圖像學(xué)習(xí)的機(jī)器人精密柔性裝配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110451138.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN113134839B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明富;羅威;趙文權(quán);鄧旭康;劉振宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J9/22
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本發(fā)明提供了一種基于視覺和力位圖像學(xué)習(xí)的機(jī)器人精密柔性裝配方法，屬于智能制造領(lǐng)域；本發(fā)明通過控制工業(yè)機(jī)器人抓取待裝工件到達(dá)裝配體的孔附近，然后控制工業(yè)機(jī)器人采集裝配過程中的力、位姿信號(hào)以生成力位關(guān)系圖并標(biāo)記標(biāo)簽，輸入圖像分類模型Ⅰ中訓(xùn)練，同時(shí)采集裝配過程中的視覺圖像并標(biāo)記標(biāo)簽，輸入圖像分類模型Ⅱ中訓(xùn)練，得到模型Ⅰ的輸出結(jié)果用于指導(dǎo)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向和大小，模型Ⅱ的輸出結(jié)果用于判斷是否裝配完成；采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過學(xué)習(xí)力位關(guān)系圖像和視覺圖像，可以控制機(jī)器人完成精密柔性裝配。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能制造領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于視覺和力位圖像學(xué)習(xí)的機(jī)器人精密柔性裝配方法。

背景技術(shù)

機(jī)器人裝配是智能制造領(lǐng)域的重要研究方向。隨著智能化生產(chǎn)的提出，越來越多制造行業(yè)開始利用機(jī)器人裝配，協(xié)作機(jī)器人由于負(fù)載能力不夠，進(jìn)行重型工件裝配時(shí)有一定局限性；傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人裝配大多基于示教，只能完成簡(jiǎn)單，低精度的裝配工作；目前的解決方案是通過給工業(yè)機(jī)器人加上多種傳感器，賦予機(jī)器人感知外界環(huán)境的能力，傳統(tǒng)的視覺方法采用特征點(diǎn)匹配和視覺伺服，容易出現(xiàn)特征點(diǎn)丟失、匹配不準(zhǔn)等問題，采用柔順控制算法進(jìn)行力覺和位姿的控制在具體應(yīng)用中精度不夠高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明旨在公開一種基于視覺和力位圖像學(xué)習(xí)的機(jī)器人精密柔性裝配方法，尤指一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)裝配過程中的力位圖像和視覺圖像進(jìn)行分類學(xué)習(xí)，通過學(xué)習(xí)結(jié)果指導(dǎo)機(jī)器人完成精密柔性裝配的解決方法；

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案主要包括以下過程：

步驟1、建立工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，得到工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解與逆解，手動(dòng)操作示教器或通過程序控制工業(yè)機(jī)器人,使得處于機(jī)器人末端的待裝工件靠近裝配體的孔，并控制末端工具將待裝工件調(diào)整為待裝配位姿，設(shè)置裝配過程中的步距，控制工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行裝配操作；

所述運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是指通過建立D-H參數(shù)表建立機(jī)器人各個(gè)連桿和末端工具的坐標(biāo)系，通過坐標(biāo)系變換矩陣推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)學(xué)正解，通過Pieper準(zhǔn)則推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解；

得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解與逆解用于確定機(jī)器人末端位姿值，便于后續(xù)采集位姿信號(hào)；

優(yōu)選的，所述待裝工件通過末端夾爪抓取，所述末端夾爪連接在六維力傳感器的末端位置，所述六維力傳感器連接在工業(yè)機(jī)器人最后一個(gè)關(guān)節(jié)的末端位置；

優(yōu)選的，所述待裝配位姿是指通過視覺方法計(jì)算得到的待裝工件相對(duì)于裝配體的孔的相對(duì)位姿；

所述步距設(shè)定為工業(yè)機(jī)器人在笛卡爾空間內(nèi)沿任意方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)一次的距離值，其值小于等于裝配精度要求；

所述執(zhí)行裝配操作的方法包括手動(dòng)示教、視覺引導(dǎo)、程序控制工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行裝配，優(yōu)選的，采用手動(dòng)示教方法；

步驟2、裝配過程中，機(jī)器人每執(zhí)行一次步距，采集一次力信號(hào)和位姿信號(hào)，根據(jù)時(shí)間戳將采集的力信號(hào)和位姿信號(hào)進(jìn)行合成，生成力位關(guān)系圖像，并為該圖像標(biāo)記步進(jìn)運(yùn)動(dòng)標(biāo)簽；

所述執(zhí)行一次步距的方法包括手動(dòng)示教、視覺引導(dǎo)、程序控制工業(yè)機(jī)器人步進(jìn)移動(dòng)或步進(jìn)旋轉(zhuǎn)一次，優(yōu)選的，采用手動(dòng)示教方法；

所述力信號(hào)通過工業(yè)機(jī)器人末端力傳感器采集，包括三維空間的三個(gè)坐標(biāo)軸x、y、z方向的接觸力信號(hào)Fx、Fy及Fz，繞裝配軸的裝配力矩信號(hào)T和時(shí)間戳；

所述位姿信號(hào)通過機(jī)器人末端位姿得到，包括末端位置坐標(biāo)值Px、Py、Pz及末端姿態(tài)值Rx、Ry、Rz和時(shí)間戳；

所述時(shí)間戳用于記錄當(dāng)前采集的信號(hào)的時(shí)間信息；