[发明专利]一种基于多镜头的智能机械手及定位装配方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子装配领域，具体涉及一种基于多镜头的智能机械手及定位装配方法。

背景技术

目前，在机械电子装配行业中，把异形元器件安装到PCB上往往依靠流水线上的工人进行手动装配。人力装配主要是依靠人眼和经验，在长时间的工作后无法保证生产效率，而且手动装配带有一定的主观性，也不能维持每件产品的同等质量，因此把自动化技术引入到电子装配业迫在眉睫。将自动化技术取代人力装配能有效地提高生产效率，节省人力资源，保证装配的质量。

相关企业已经利用机械手代替人手在装配流水线进行工作，但由于机械手没有人的双眼来进行定位，也不像工人可以依靠手部的触感经验来提示装配，因此机械手的装配准确率反而不如人力装配，生产效率无法得到提高。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于多镜头的智能机械手及定位匹配方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于多镜头的智能机械手，包括多关节多功能机械手、用于采集待装配PCB板图像的CCD摄像机、生物触点装置及计算机，所述CCD摄像机安装在多关节多功能机械手上，生物触点装置安装在多关节多功能机械手的手指尖，所述CCD摄像机、生物触点装置及多关节多功能机械手与计算机连接。

所述CCD摄像机具体为两个，分别安装在多关节多功能机械手前臂的左侧及右侧。

所述生物触点装置包括用敏感材料制成的贴片及用于测量贴片形变并输出电信号的信号测量电路，所述贴片覆盖在机械手的手指尖上，所述贴片与信号测量电路连接，信号测量电路与计算机连接，所述信号测量电路内置在多关节多功能机械手内部。

所述贴片的形状为指套式。

所述敏感材料具体为导电橡胶。

所述两个CCD摄像机的型号及参数完全相同，两个CCD摄像机的坐标系共面，且各坐标轴平行放置。

一种智能机械手的定位装配方法，包括如下步骤：

S1待装配PCB板移动至机械手前方，打开两个CCD摄像机获取两张待装配PCB板的图像，分别为左、右图像；

S2计算机将获得的两张PCB板图像与计算机内预先输入的PCB模板进行匹配，确定在两张图像中异形件待装配的目标区域；

S3利用双目定位算法测量得到待装配的目标区域与机械手指尖的距离，计算机控制机械手进行移动至待装配的目标区域，完成初步定位；

S4利用机械手指尖的生物触点装置与S3中初步定位后的目标区域进行接触，将贴片产生的形变电信号通过信号测量电路输出到计算机，计算机进行位置的微调，实现精确定位，完成装配。

所述S2具体为：对两个CCD摄像机获取的待装配PCB板的图像进行滤波去噪，再利用边缘检测算子提取PCB板的边缘部分，去除背景部分，然后采用分段线性变换对图像增强，提高图像的对比度，最后采用基于灰度值的模板匹配方法确定待装配的目标区域。

所述S3利用双目定位算法测量得到待装配的目标区域与机械手指尖的距离，计算机控制机械手进行移动至待装配的目标区域，完成初步定位，具体为：

S3.1采用张正友标定算法求解CCD摄像机的内部参数矩阵及外部参数矩阵，再进行双目立体定标，确定两个摄像机之间的相对位置关系，所述相对位置关系包括旋转矩阵R及平移向量T；

S3.2采用基于模板匹配的灰度互相关匹配方法完成两张图像的像素点匹配；

S3.3利用双目定位算法即双目测距系统成像原理测得待装配的目标区域与机械手指尖的距离l；

其中，左右两摄像机的投影中心的距离为基线距B，目标点A经过由两光轴平行的左右摄像机组成的双目测距系统时，分别成像于左CCD像面上的A1点及右CCD像面上的A2点，其在左右像面上的位置分别为x_left和x_right，两摄像机的焦距为f，x为目标点A通过双目摄像机分别成像在左右CCD像面上成像点的位置差。

所述S4具体为：机械手指尖的生物触点装置在完成初步定位后，与待装配PCB板接触，敏感材料会发生形变导致受到压力的改变，输出的电信号改变，计算机根据输出的信号以及压力与位置的数学模型对机械手的位置进行调整，从而达到精确定位装配异形件的目的。

本发明的有益效果：

(1)本发明可以在无人工干预的状态下完成对PCB板待装配区域的自动精确定位，完成异形件的装配工作；