[發(fā)明專利]具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對準(zhǔn)方法

在審

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• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114654457A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉南;石世鋒;張麗艷;吳哲
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J9/16;B25J13/08;B25J19/02
• 代理公司: 南京申云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32274
• 代理人: 邱興天

本發(fā)明公開一種具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對準(zhǔn)方法，首先構(gòu)造具有遠(yuǎn)近視距的兩目視覺配置，并與機(jī)械臂構(gòu)成Eye?in?Hand視覺反饋系統(tǒng)；然后標(biāo)定兩目視覺的內(nèi)外參數(shù)和手眼關(guān)系變換矩陣；通過離線先驗局部對準(zhǔn)方式，建立各工位的任務(wù)表；提出了三階段對準(zhǔn)策略，即多工位作業(yè)起始位姿獲取、全局相機(jī)的初定位和局域相機(jī)的精對準(zhǔn)，使得機(jī)械臂能在多個工位下實現(xiàn)末端工具與目標(biāo)的精確對準(zhǔn)。本發(fā)明提升了機(jī)械臂系統(tǒng)對環(huán)境的感知能力，大大提高對準(zhǔn)的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

在航空航天領(lǐng)域，機(jī)械臂常用于自動鉆鉚系統(tǒng)中的送釘和插釘、孔軸零件的裝配和空間在軌服務(wù)等。在大多數(shù)情況下，機(jī)械臂只能按部就班地執(zhí)行事先規(guī)劃好的動作，對于任務(wù)環(huán)境中發(fā)生的變化，無法自適應(yīng)地作出調(diào)整。這種工作模式缺乏靈活性，尤其是在復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場，未知的環(huán)境變化時有發(fā)生，這會嚴(yán)重影響到機(jī)械臂的工作效率和精度。

為提高機(jī)械臂工作的穩(wěn)定性和靈活性，基于視覺的機(jī)械臂測量系統(tǒng)受到研究人員的廣泛關(guān)注，視覺傳感器因其精度高、成本低和適應(yīng)性好等特點成為輔助機(jī)械臂完成定位、裝配等工作的重要手段之一。德國Fraunhofer研究所將雙目系統(tǒng)集成到銑削機(jī)器人上，在銑刀主軸上安裝反光靶點，通過雙目系統(tǒng)測量靶點位姿來反映銑刀主軸的偏差，然后對銑刀主軸的移動量進(jìn)行反饋補(bǔ)償，提高機(jī)器人運動軌跡的精度，銑削機(jī)器人已經(jīng)成功應(yīng)用于空客A350翼面的修配工作中。現(xiàn)有技術(shù)中，針對自動鉆孔和鉚接問題，搭建了一套配備單相機(jī)和激光指示器的機(jī)械臂系統(tǒng)，將激光點作為視覺特征，以此來估計機(jī)械臂末端執(zhí)行器與孔位的位姿關(guān)系，通過設(shè)計具有自適應(yīng)控制增益的控制器來補(bǔ)償系統(tǒng)的不確定性，最終實現(xiàn)末端執(zhí)行器與孔位的對齊。此外，針對軸承、法蘭等圓形金屬零件的抓取問題，提出了一種基于錐體退化理論和單目視覺的橢圓特征位姿測量方法，在獲取零件位姿數(shù)據(jù)后由視覺伺服方法控制機(jī)械臂抓取零件。

機(jī)械臂視覺系統(tǒng)在執(zhí)行跟蹤、對接或抓取操作時，借助合作靶標(biāo)進(jìn)行定位和位姿測量是一種常見的解決方案，即事先在目標(biāo)上設(shè)計一種尺寸、形狀已知的幾何圖形，視覺系統(tǒng)通過觀測該圖形獲得目標(biāo)的位姿信息，然后把位姿反饋給機(jī)械臂驅(qū)動末端執(zhí)行器對準(zhǔn)目標(biāo)。基于單目視覺的機(jī)械臂末端對準(zhǔn)技術(shù)，通過識別和測量工件孔位附近的圓形陣列靶標(biāo)，最終達(dá)到孔軸對準(zhǔn)效果，前提條件是孔位與陣列靶標(biāo)之間的位姿關(guān)系已知。十字型合作靶標(biāo)，通過對靶標(biāo)的識別和定位實施零件抓取動作。復(fù)雜的太空桁架結(jié)構(gòu)為例，一套靶標(biāo)系統(tǒng)用于桁架編碼，提前進(jìn)行裝配信息定義，為后續(xù)開展智能裝配提供數(shù)據(jù)庫信息支持。合作靶標(biāo)應(yīng)用之廣，常用的靶標(biāo)圖案一般都是由圓點、直線和圓環(huán)組合而成，合理的圖案設(shè)計和準(zhǔn)確魯棒的識別算法為提高位姿估計精度提供保障。

目前，基于視覺的機(jī)械臂測量技術(shù)主要運用在單個工件的近距離測量工作中，當(dāng)機(jī)械臂需要在多個工位間移動、對多目標(biāo)執(zhí)行對準(zhǔn)操作時，機(jī)械臂往往需要從較遠(yuǎn)距離開始工作，這使得系統(tǒng)工作環(huán)境的橫向空間跨度變大，縱向距離變長。在機(jī)械臂由遠(yuǎn)及近的移動過程中，相機(jī)在某些距離段會出現(xiàn)失焦、離焦現(xiàn)象，導(dǎo)致位姿測量精度降低，甚至裝配任務(wù)失敗。針對此類問題，研究了變焦相機(jī)在機(jī)械臂視覺引導(dǎo)工作中的應(yīng)用，變焦相機(jī)在機(jī)械臂移動過程中能對目標(biāo)進(jìn)行清晰成像，但目前變焦相機(jī)存在標(biāo)定難度大、測量精度低、靈活性差等特點，極大限制了其在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用。針對大尺寸工件的機(jī)械臂裝配問題，基于多傳感器的自動對準(zhǔn)策略，將機(jī)械臂末端工具與目標(biāo)工件的對準(zhǔn)過程劃分為遠(yuǎn)距離粗對準(zhǔn)和近距離精對準(zhǔn)兩個階段，但由于使用了多種傳感器，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度和數(shù)據(jù)處理難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題：提供一種高精度的具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對準(zhǔn)方法，

技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種具有遠(yuǎn)近視距引導(dǎo)的機(jī)械臂多工位精確對準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：首先構(gòu)造具有遠(yuǎn)近視距的兩目視覺配置，并與機(jī)械臂構(gòu)成Eye-in-Hand視覺反饋系統(tǒng)；