本發(fā)明涉及一種蓄電池生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)，具體涉及一種基于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的密封圈抓取和放置方法。

背景技術(shù)：

針對(duì)在蓄電池生產(chǎn)過(guò)程的密封圈密封的傳統(tǒng)方法，即蓄電池生產(chǎn)企業(yè)完全依靠人工抓取密封圈，并將密封圈蓋在蓄電池蓋板上的密封口上。這需要花費(fèi)很大的勞動(dòng)力，存在生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境惡劣等問(wèn)題。以工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)為依托，提出了基于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的密封圈抓取和放置方法，讓機(jī)器人將抓取起來(lái)的密封圈快速、準(zhǔn)確地蓋在傳送帶上高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)上。經(jīng)測(cè)試，本方法具有效率高、準(zhǔn)確度高、工作環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能滿足電池工廠裝配要求，可以廣泛的適用于當(dāng)代流水線裝配作業(yè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的密封圈抓取和放置方法，包括密封圈識(shí)別和抓取實(shí)現(xiàn)步驟，電池蓋板密封口識(shí)別實(shí)現(xiàn)步驟和機(jī)器人動(dòng)態(tài)目標(biāo)追蹤實(shí)現(xiàn)步驟三個(gè)部分。

步驟(1)：密封圈識(shí)別和抓取

①在豎直光照條件下，對(duì)抓取區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像采集，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳給抓取端圖像處理單元；②抓取端圖像處理單元運(yùn)用霍夫圓檢測(cè)算法和張正友標(biāo)定法對(duì)圖像進(jìn)行處理，抽取密封圈圓形特征，得出密封圈圓心坐標(biāo)；③對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，并進(jìn)行密封圈正反面判斷；④識(shí)別出正面向上的密封圈，并將其圓心坐標(biāo)通過(guò)串口通訊傳給機(jī)器人控制器；⑤控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至密封圈坐標(biāo)，通過(guò)內(nèi)部IO開(kāi)啟氣泵產(chǎn)生負(fù)壓，完成密封圈的抓取。其中，密封圈正反面判斷具體為：由于密封圈正反面的差異，密封圈正面較為光滑，而密封圈的反面有深色的數(shù)字和字母，所以在閾值為η₁時(shí)，原始圖像經(jīng)過(guò)二值化處理可以明顯看到密封圈正反面的差異，即反面黑色像素點(diǎn)多，正面黑色像素點(diǎn)少，所以我們?cè)O(shè)置黑色像素點(diǎn)閾值M₁，因此可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖像中黑色像素點(diǎn)個(gè)數(shù)來(lái)判定密封圈的正反面：

其中，R_xy為識(shí)別出來(lái)的圓心坐標(biāo)為(x,y)的圓形區(qū)域，M(x,y)表示R_xy內(nèi)的黑色像素點(diǎn)數(shù)。

步驟(2)：電池蓋板密封口識(shí)別

①在豎直光照條件下，對(duì)傳送帶上的蓄電池蓋板進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像采集，并網(wǎng)絡(luò)接口傳給放置端圖像處理單元；②放置端圖像處理單元對(duì)其進(jìn)行二值化，識(shí)別蓋板上密封口內(nèi)的傳送帶的白色部分；③對(duì)白色輪廓進(jìn)行擬合找圓算法處理找到圓心；④通過(guò)張正友標(biāo)定法，就能得到傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口的圓心坐標(biāo)；⑤當(dāng)蓋上密封圈后，因不滿足擬合找圓算法的約束條件，不會(huì)再次被找到，從而來(lái)判斷是否蓋上。其中，擬合找圓算法具體為：①通過(guò)設(shè)置閾值為η₂，將采集放置端圖像二值化；②我們可以識(shí)別蓋板上密封口內(nèi)的傳送帶的白色部分，并通過(guò)擬合算法，對(duì)其輪廓進(jìn)行擬合；③設(shè)定擬合出來(lái)的圓半徑范圍為r_min＜r＜r_max、圓的面積范圍S_min＜S＜S_max和圓內(nèi)黑色像素點(diǎn)數(shù)范圍M＜M₂的約束條件,這樣便可以找到蓋板上密封口對(duì)應(yīng)的圓。

步驟(3)：機(jī)器人動(dòng)態(tài)目標(biāo)追蹤的實(shí)現(xiàn)

①機(jī)器人在完成密封圈識(shí)別和抓取后—設(shè)在S_R點(diǎn)，開(kāi)始向放置端圖像處理單元傳來(lái)的傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口的坐標(biāo)S₀運(yùn)動(dòng)；②在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)定時(shí)器計(jì)時(shí),得到機(jī)器人從S_R運(yùn)動(dòng)到S₀的時(shí)間t；③通過(guò)時(shí)間t和傳送速度V_C，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，得到傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口在t時(shí)間內(nèi)偏移坐標(biāo)S₀′；④通過(guò)誤差校正，完成坐標(biāo)追蹤，并進(jìn)行放置動(dòng)作。

豎直光照條件為自主設(shè)計(jì)的攝像頭補(bǔ)光光源，兩塊250×250mm的光板，懸掛在攝像頭的兩側(cè)，每塊燈板上均勻的分布著200個(gè)工作功率為1.2mw的LED燈。

二值化處理具體為：將采集到的抓取端圖像按照閾值η₁進(jìn)行黑白二值化，從而得到二值化后的圖像：

其中，參數(shù)i表示圖像平面的第i行，參數(shù)j表示圖像平面的第j列，F(xiàn)(i,j)表示圖像平面第i行第j列位置上的像素灰度值，其中0為黑色灰度值，255為白色灰度值。

定時(shí)器計(jì)時(shí)具體實(shí)現(xiàn)方法為：①機(jī)器人控制器在接收到放置坐標(biāo)后，向抓取端控制器通過(guò)串口發(fā)送開(kāi)始計(jì)時(shí)標(biāo)志T_start，并開(kāi)始從S_R向S₀運(yùn)動(dòng)；②到達(dá)S₀后，向抓取端控制器發(fā)送結(jié)束計(jì)時(shí)標(biāo)志T_end；③然后抓取端控制器就可以根據(jù)兩個(gè)標(biāo)志，對(duì)上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程計(jì)時(shí)。這樣通過(guò)實(shí)時(shí)的反饋，我們便可以得到，機(jī)器人從S_R運(yùn)動(dòng)到S₀的時(shí)間t。

運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算具體為：①設(shè)θ為傳送帶與機(jī)器人坐標(biāo)系x軸的夾角；②我們對(duì)傳送帶速度V_c進(jìn)行分解，則有V_cx＝V_c×cosθ、V_cy＝V_c×sinθ；③求蓄電池蓋板在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的坐標(biāo)偏移量Δx＝V_cx×t，Δy＝V_cy×t；④通過(guò)這一系列的推算，我們可以計(jì)算出高速移動(dòng)后的蓄電池蓋板的位置坐標(biāo)S₀′(x₀+Δx,y₀+Δy)。

誤差校正具體為：由于在追蹤坐標(biāo)時(shí)，還會(huì)存在追蹤過(guò)程以及放置動(dòng)作的時(shí)間誤差。但由于追蹤過(guò)程較短以及精簡(jiǎn)放置動(dòng)作，所以在誤差允許范圍內(nèi)，對(duì)于每一個(gè)密封口，誤差可以視為一個(gè)定值。因此可以通過(guò)實(shí)際的測(cè)試得到修正坐標(biāo)量(Δx′,Δy′)。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：采用工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，能夠有效地取代傳統(tǒng)電池生產(chǎn)密封圈密封方法，即人工精準(zhǔn)地識(shí)別密封圈的正反面，并進(jìn)行抓取，然后將密封圈蓋在傳送帶上高速移動(dòng)的蓄電池蓋板密封口上。在當(dāng)前設(shè)備條件下，一塊6孔蓄電池蓋板密封耗時(shí)為11.5s，坐標(biāo)精度達(dá)到0.01mm。具有效率高、準(zhǔn)確度高、工作環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能滿足電池工廠裝配要求，提高工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平，可以廣泛的適用于當(dāng)代流水線裝配作業(yè)。

附圖說(shuō)明

圖1是基于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的密封圈抓取和放置方法實(shí)現(xiàn)框圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示：一種基于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的密封圈抓取和放置方法，包括密封圈識(shí)別和抓取實(shí)現(xiàn)步驟，電池蓋板密封口識(shí)別實(shí)現(xiàn)步驟和機(jī)器人動(dòng)態(tài)目標(biāo)追蹤實(shí)現(xiàn)步驟三個(gè)部分。

步驟(1)：密封圈識(shí)別和抓取

①在豎直光照條件下，對(duì)抓取區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像采集，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳給抓取端圖像處理單元；②抓取端圖像處理單元運(yùn)用霍夫圓檢測(cè)算法和張正友標(biāo)定法對(duì)圖像進(jìn)行處理，抽取密封圈圓形特征，得出密封圈圓心坐標(biāo)；③對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，并進(jìn)行密封圈正反面判斷；④識(shí)別出正面向上的密封圈，并將其圓心坐標(biāo)通過(guò)串口通訊傳給機(jī)器人控制器；⑤控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至密封圈坐標(biāo)，通過(guò)內(nèi)部IO開(kāi)啟氣泵產(chǎn)生負(fù)壓，完成密封圈的抓取。其中，密封圈正反面判斷具體為：由于密封圈正反面的差異，密封圈正面較為光滑，而密封圈的反面有深色的數(shù)字和字母，所以在閾值為η₁時(shí)，原始圖像經(jīng)過(guò)二值化處理可以明顯看到密封圈正反面的差異，即反面黑色像素點(diǎn)多，正面黑色像素點(diǎn)少，所以我們?cè)O(shè)置黑色像素點(diǎn)閾值M₁，因此可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖像中黑色像素點(diǎn)個(gè)數(shù)來(lái)判定密封圈的正反面：

其中，R_xy為識(shí)別出來(lái)的圓心坐標(biāo)為(x,y)的圓形區(qū)域，M(x,y)表示R_xy內(nèi)的黑色像素點(diǎn)數(shù)。

步驟(2)：電池蓋板密封口識(shí)別

①在豎直光照條件下，對(duì)傳送帶上的蓄電池蓋板進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像采集，并網(wǎng)絡(luò)接口傳給放置端圖像處理單元；②放置端圖像處理單元對(duì)其進(jìn)行二值化，識(shí)別蓋板上密封口內(nèi)的傳送帶的白色部分；③對(duì)白色輪廓進(jìn)行擬合找圓算法處理找到圓心；④通過(guò)張正友標(biāo)定法，就能得到傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口的圓心坐標(biāo)；⑤當(dāng)蓋上密封圈后，因不滿足擬合找圓算法的約束條件，不會(huì)再次被找到，從而來(lái)判斷是否蓋上。其中，擬合找圓算法具體為：①通過(guò)設(shè)置閾值為η₂，將采集放置端圖像二值化；②我們可以識(shí)別蓋板上密封口內(nèi)的傳送帶的白色部分，并通過(guò)擬合算法，對(duì)其輪廓進(jìn)行擬合；③設(shè)定擬合出來(lái)的圓半徑范圍為r_min＜r＜r_max、圓的面積范圍S_min＜S＜S_max和圓內(nèi)黑色像素點(diǎn)數(shù)范圍M＜M₂的約束條件,這樣便可以找到蓋板上密封口對(duì)應(yīng)的圓。

步驟(3)：機(jī)器人動(dòng)態(tài)目標(biāo)追蹤的實(shí)現(xiàn)

①機(jī)器人在完成密封圈識(shí)別和抓取后—設(shè)在S_R點(diǎn)，開(kāi)始向放置端圖像處理單元傳來(lái)的傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口的坐標(biāo)S₀運(yùn)動(dòng)；②在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)定時(shí)器計(jì)時(shí),得到機(jī)器人從S_R運(yùn)動(dòng)到S₀的時(shí)間t；③通過(guò)時(shí)間t和傳送速度V_C，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，得到傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口在t時(shí)間內(nèi)偏移坐標(biāo)S₀′；④通過(guò)誤差校正，完成坐標(biāo)追蹤，并進(jìn)行放置動(dòng)作。

豎直光照條件為自主設(shè)計(jì)的攝像頭補(bǔ)光光源，兩塊250×250mm的光板，懸掛在攝像頭的兩側(cè)，每塊燈板上均勻的分布著200個(gè)工作功率為1.2mw的LED燈。

二值化處理具體為：將采集到的抓取端圖像按照閾值η₁進(jìn)行黑白二值化，從而得到二值化后的圖像：

其中，參數(shù)i表示圖像平面的第i行，參數(shù)j表示圖像平面的第j列，F(xiàn)(i,j)表示圖像平面第i行第j列位置上的像素灰度值，其中0為黑色灰度值，255為白色灰度值。

定時(shí)器計(jì)時(shí)具體實(shí)現(xiàn)方法為：①機(jī)器人控制器在接收到放置坐標(biāo)后，向抓取端控制器通過(guò)串口發(fā)送開(kāi)始計(jì)時(shí)標(biāo)志T_start，并開(kāi)始從S_R向S₀運(yùn)動(dòng)；②到達(dá)S₀后，向抓取端控制器發(fā)送結(jié)束計(jì)時(shí)標(biāo)志T_end；③然后抓取端控制器就可以根據(jù)兩個(gè)標(biāo)志，對(duì)上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程計(jì)時(shí)。這樣通過(guò)實(shí)時(shí)的反饋，我們便可以得到，機(jī)器人從S_R運(yùn)動(dòng)到S₀的時(shí)間t。

運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算具體為：①設(shè)θ為傳送帶與機(jī)器人坐標(biāo)系x軸的夾角；②我們對(duì)傳送帶速度V_c進(jìn)行分解，則有V_cx＝V_c×cosθ、V_cy＝V_c×sinθ；③求蓄電池蓋板在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的坐標(biāo)偏移量Δx＝V_cx×t，Δy＝V_cy×t；④通過(guò)這一系列的推算，我們可以計(jì)算出高速移動(dòng)后的蓄電池蓋板的位置坐標(biāo)S₀′(x₀+Δx,y₀+Δy)。

誤差校正具體為：由于在追蹤坐標(biāo)時(shí)，還會(huì)存在追蹤過(guò)程以及放置動(dòng)作的時(shí)間誤差。但由于追蹤過(guò)程較短以及精簡(jiǎn)放置動(dòng)作，所以在誤差允許范圍內(nèi)，對(duì)于每一個(gè)密封口，誤差可以視為一個(gè)定值。因此可以通過(guò)實(shí)際的測(cè)試得到修正坐標(biāo)量(Δx′,Δy′)。