[发明专利]基于单目视觉的机器人打钉位置补偿方法及机器人打钉系统

说明书

本发明提供了一种基于单目视觉的机器人打钉位置补偿方法及机器人打钉系统，涉及图像数据处理领域。本发明通过高精度提取椭圆圆心图像坐标，从而得到图像平面与机器人任务空间平面的映射关系，进而有效矫正机器人示教打钉位置与实际钉孔位置的偏差，成功应用于卫星装配机器人自动打钉场合，满足卫星框架与舱板装配拧钉精度要求。本发明不需要对机器人进行标定，也不需要进行手眼标定，仅需高精度解算钉孔图像平面与机器人任务空间平面关系，即可完成打钉位置补偿。补偿方法求解速度快，使用简单，补偿精度高。

技术领域

本发明涉及图像数据处理领域，尤其涉及一种基于单目视觉的机器人打钉位置补偿方法及机器人打钉系统。

背景技术

航空航天系统装备是一个国家技术、经济、国防实力和工业化水平的重要标志。装配是航空航天装备制造的最终阶段和关键工艺环节，其质量直接关系到装备的制造成本、生产效率和工作性能。航空航天装备结构复杂，精度要求高，目前许多装配依然采用人工手动作业，导致装配效率低，精度差。而机器人具有操作空间大、响应速度快、自动化程度高、智能柔性好、协作能力强等优点，可以做到大范围内的高效率、高精度、高柔性和自适应装配作业，有效解决航空航天装备零构件装配中任务量巨大、小批量生产，以及柔性化要求高的难题。

然而，国内航空航天机器人装配研究和应用均较晚，与国外先进技术水平存在较大差距。目前，在航天系统工业机器人卫星装配中，由于工业机器人本体定位精度差，每次装备装配误差为3~5mm，此时通过机器人示教打钉位置，当卫星再次装配时精度无法保证，机器人运动原本示教位置会导致钉枪打钉位置与实际钉孔位置偏离，从而影响卫星装配效率，增加卫星产品的损坏率。

因此，有必要研究基于视觉的机器人打钉位置补偿系统，旨在使装配定位误差量化，提升机器人本体精度，提升机器人作业效率，提高航空航天系统自动化水平。

发明内容

发明目的：提出一种基于单目视觉的机器人打钉位置补偿方法及机器人打钉系统，以解决现有技术存在的上述问题。

第一方面，提出一种基于单目视觉的机器人打钉位置补偿方法，步骤如下：

步骤一，建立基于单目视觉的工业机器人打钉系统硬件组态。将机器人、打钉枪末端和配套连接组件、单目视觉测量设备、含有钉孔的上下工件按照预定位置进行设置；

步骤二，工件初次装配打钉时，获得机器人打钉理论位置P_T（x_t,y_t）；

步骤三，运动机器人，使钉孔处于单目视觉测量设备的视野中央，拍摄钉孔图像，作为理论钉孔图像；对钉孔图像进行处理识别，高精度提取钉孔在单目视觉图像中的二维位置P_B1（x_B1,y_B1）；

步骤四，以拍摄理论钉孔图像的机器人位置为基础，让机器人在任务空间平面里，沿着机器人基座标系的+X和+Y方向运动δ距离，从而解算机器人任务空间平面P_A；

步骤五，当机器人沿着基座标系运动时，同时使用单目测量设备采集当前钉孔图像，从图像中精确提取钉孔二维位置，从而解算钉孔图像平面P_B；

步骤六，根据平行平面之间的缩放-平移-旋转运动，解算钉孔图像平面与机器人任务空间平面之间的映射关系；

步骤七，实际打钉时，使用单目测量设备拍摄钉孔图像，高精度提取钉孔图像平面位置，与理论钉孔平面位置比较，从而解算机器人任务空间平面的偏差E_PA；

步骤八，解算机器人实际打钉位置P_R（x_r,y_r），并发送至机器人控制器，完成机器人精确打钉。