[發(fā)明專利]基于單目視覺的機器人打釘位置補償方法及機器人打釘系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310369265.8
• 申請日: 2023-04-10
• 公開（公告）號: CN116117493B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田威;葉昶君;張奇;王忠康;李鵬程
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B23P19/04
• 分類號: B23P19/04;B25J9/16;G06T7/00;G06T7/13;G06T7/70
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32360
• 代理人: 李戴昂

本發(fā)明提供了一種基于單目視覺的機器人打釘位置補償方法及機器人打釘系統(tǒng)，涉及圖像數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。本發(fā)明通過高精度提取橢圓圓心圖像坐標(biāo)，從而得到圖像平面與機器人任務(wù)空間平面的映射關(guān)系，進而有效矯正機器人示教打釘位置與實際釘孔位置的偏差，成功應(yīng)用于衛(wèi)星裝配機器人自動打釘場合，滿足衛(wèi)星框架與艙板裝配擰釘精度要求。本發(fā)明不需要對機器人進行標(biāo)定，也不需要進行手眼標(biāo)定，僅需高精度解算釘孔圖像平面與機器人任務(wù)空間平面關(guān)系，即可完成打釘位置補償。補償方法求解速度快，使用簡單，補償精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單目視覺的機器人打釘位置補償方法及機器人打釘系統(tǒng)。

背景技術(shù)

航空航天系統(tǒng)裝備是一個國家技術(shù)、經(jīng)濟、國防實力和工業(yè)化水平的重要標(biāo)志。裝配是航空航天裝備制造的最終階段和關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接關(guān)系到裝備的制造成本、生產(chǎn)效率和工作性能。航空航天裝備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，目前許多裝配依然采用人工手動作業(yè)，導(dǎo)致裝配效率低，精度差。而機器人具有操作空間大、響應(yīng)速度快、自動化程度高、智能柔性好、協(xié)作能力強等優(yōu)點，可以做到大范圍內(nèi)的高效率、高精度、高柔性和自適應(yīng)裝配作業(yè)，有效解決航空航天裝備零構(gòu)件裝配中任務(wù)量巨大、小批量生產(chǎn)，以及柔性化要求高的難題。

然而，國內(nèi)航空航天機器人裝配研究和應(yīng)用均較晚，與國外先進技術(shù)水平存在較大差距。目前，在航天系統(tǒng)工業(yè)機器人衛(wèi)星裝配中，由于工業(yè)機器人本體定位精度差，每次裝備裝配誤差為3~5mm，此時通過機器人示教打釘位置，當(dāng)衛(wèi)星再次裝配時精度無法保證，機器人運動原本示教位置會導(dǎo)致釘槍打釘位置與實際釘孔位置偏離，從而影響衛(wèi)星裝配效率，增加衛(wèi)星產(chǎn)品的損壞率。

因此，有必要研究基于視覺的機器人打釘位置補償系統(tǒng)，旨在使裝配定位誤差量化，提升機器人本體精度，提升機器人作業(yè)效率，提高航空航天系統(tǒng)自動化水平。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：提出一種基于單目視覺的機器人打釘位置補償方法及機器人打釘系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。

第一方面，提出一種基于單目視覺的機器人打釘位置補償方法，步驟如下：

步驟一，建立基于單目視覺的工業(yè)機器人打釘系統(tǒng)硬件組態(tài)。將機器人、打釘槍末端和配套連接組件、單目視覺測量設(shè)備、含有釘孔的上下工件按照預(yù)定位置進行設(shè)置；

步驟二，工件初次裝配打釘時，獲得機器人打釘理論位置P_T（x_t,y_t）；

步驟三，運動機器人，使釘孔處于單目視覺測量設(shè)備的視野中央，拍攝釘孔圖像，作為理論釘孔圖像；對釘孔圖像進行處理識別，高精度提取釘孔在單目視覺圖像中的二維位置P_B1（x_B1,y_B1）；

步驟四，以拍攝理論釘孔圖像的機器人位置為基礎(chǔ)，讓機器人在任務(wù)空間平面里，沿著機器人基座標(biāo)系的+X和+Y方向運動δ距離，從而解算機器人任務(wù)空間平面P_A；

步驟五，當(dāng)機器人沿著基座標(biāo)系運動時，同時使用單目測量設(shè)備采集當(dāng)前釘孔圖像，從圖像中精確提取釘孔二維位置，從而解算釘孔圖像平面P_B；

步驟六，根據(jù)平行平面之間的縮放-平移-旋轉(zhuǎn)運動，解算釘孔圖像平面與機器人任務(wù)空間平面之間的映射關(guān)系；

步驟七，實際打釘時，使用單目測量設(shè)備拍攝釘孔圖像，高精度提取釘孔圖像平面位置，與理論釘孔平面位置比較，從而解算機器人任務(wù)空間平面的偏差E_PA；

步驟八，解算機器人實際打釘位置P_R（x_r,y_r），并發(fā)送至機器人控制器，完成機器人精確打釘。