本發(fā)明涉及一種蓄電池生產工業(yè)機器人應用系統(tǒng)，具體涉及一種基于機器人運動規(guī)劃的密封圈抓取和放置方法。
背景技術：
針對在蓄電池生產過程的密封圈密封的傳統(tǒng)方法，即蓄電池生產企業(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。這需要花費很大的勞動力，存在生產效率低、工作環(huán)境惡劣等問題。以工業(yè)機器人運動規(guī)劃、機器視覺技術為依托，提出了基于機器人運動規(guī)劃的密封圈抓取和放置方法，讓機器人將抓取起來的密封圈快速、準確地蓋在傳送帶上高速運動的目標上。經測試，本方法具有效率高、準確度高、工作環(huán)境適應能力強等特點，能滿足電池工廠裝配要求，可以廣泛的適用于當代流水線裝配作業(yè)。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于機器人運動規(guī)劃的密封圈抓取和放置方法，包括密封圈識別和抓取實現(xiàn)步驟，電池蓋板密封口識別實現(xiàn)步驟和機器人動態(tài)目標追蹤實現(xiàn)步驟三個部分。
步驟(1)：密封圈識別和抓取
①在豎直光照條件下，對抓取區(qū)域進行實時的圖像采集，并通過網絡接口傳給抓取端圖像處理單元；②抓取端圖像處理單元運用霍夫圓檢測算法和張正友標定法對圖像進行處理，抽取密封圈圓形特征，得出密封圈圓心坐標；③對圖像進行二值化處理，并進行密封圈正反面判斷；④識別出正面向上的密封圈，并將其圓心坐標通過串口通訊傳給機器人控制器；⑤控制機器人運動至密封圈坐標，通過內部IO開啟氣泵產生負壓，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，原始圖像經過二值化處理可以明顯看到密封圈正反面的差異，即反面黑色像素點多，正面黑色像素點少，所以我們設置黑色像素點閾值M1，因此可以通過統(tǒng)計圖像中黑色像素點個數(shù)來判定密封圈的正反面：
其中，Rxy為識別出來的圓心坐標為(x,y)的圓形區(qū)域，M(x,y)表示Rxy內的黑色像素點數(shù)。
步驟(2)：電池蓋板密封口識別
①在豎直光照條件下，對傳送帶上的蓄電池蓋板進行實時的圖像采集，并網絡接口傳給放置端圖像處理單元；②放置端圖像處理單元對其進行二值化，識別蓋板上密封口內的傳送帶的白色部分；③對白色輪廓進行擬合找圓算法處理找到圓心；④通過張正友標定法，就能得到傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口的圓心坐標；⑤當蓋上密封圈后，因不滿足擬合找圓算法的約束條件，不會再次被找到，從而來判斷是否蓋上。其中，擬合找圓算法具體為：①通過設置閾值為η2，將采集放置端圖像二值化；②我們可以識別蓋板上密封口內的傳送帶的白色部分，并通過擬合算法，對其輪廓進行擬合；③設定擬合出來的圓半徑范圍為rmin＜r＜rmax、圓的面積范圍Smin＜S＜Smax和圓內黑色像素點數(shù)范圍M＜M2的約束條件,這樣便可以找到蓋板上密封口對應的圓。
步驟(3)：機器人動態(tài)目標追蹤的實現(xiàn)
①機器人在完成密封圈識別和抓取后—設在SR點，開始向放置端圖像處理單元傳來的傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口的坐標S0運動；②在運動的同時，通過定時器計時,得到機器人從SR運動到S0的時間t；③通過時間t和傳送速度VC，通過運動學計算，得到傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口在t時間內偏移坐標S0′；④通過誤差校正，完成坐標追蹤，并進行放置動作。
豎直光照條件為自主設計的攝像頭補光光源，兩塊250×250mm的光板，懸掛在攝像頭的兩側，每塊燈板上均勻的分布著200個工作功率為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。
定時器計時具體實現(xiàn)方法為：①機器人控制器在接收到放置坐標后，向抓取端控制器通過串口發(fā)送開始計時標志Tstart，并開始從SR向S0運動；②到達S0后，向抓取端控制器發(fā)送結束計時標志Tend；③然后抓取端控制器就可以根據兩個標志，對上述運動過程計時。這樣通過實時的反饋，我們便可以得到，機器人從SR運動到S0的時間t。
運動學計算具體為：①設θ為傳送帶與機器人坐標系x軸的夾角；②我們對傳送帶速度Vc進行分解，則有Vcx＝Vc×cosθ、Vcy＝Vc×sinθ；③求蓄電池蓋板在t時間內產生的坐標偏移量Δx＝Vcx×t，Δy＝Vcy×t；④通過這一系列的推算，我們可以計算出高速移動后的蓄電池蓋板的位置坐標S0′(x0+Δx,y0+Δy)。
誤差校正具體為：由于在追蹤坐標時，還會存在追蹤過程以及放置動作的時間誤差。但由于追蹤過程較短以及精簡放置動作，所以在誤差允許范圍內，對于每一個密封口，誤差可以視為一個定值。因此可以通過實際的測試得到修正坐標量(Δx′,Δy′)。
與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明的有益效果是：采用工業(yè)機器人運動規(guī)劃和機器視覺技術，能夠有效地取代傳統(tǒng)電池生產密封圈密封方法，即人工精準地識別密封圈的正反面，并進行抓取，然后將密封圈蓋在傳送帶上高速移動的蓄電池蓋板密封口上。在當前設備條件下，一塊6孔蓄電池蓋板密封耗時為11.5s，坐標精度達到0.01mm。具有效率高、準確度高、工作環(huán)境適應能力強等特點，能滿足電池工廠裝配要求，提高工業(yè)生產自動化水平，可以廣泛的適用于當代流水線裝配作業(yè)。
附圖說明
圖1是基于機器人運動規(guī)劃的密封圈抓取和放置方法實現(xiàn)框圖。
具體實施方式
如圖1所示：一種基于機器人運動規(guī)劃的密封圈抓取和放置方法，包括密封圈識別和抓取實現(xiàn)步驟，電池蓋板密封口識別實現(xiàn)步驟和機器人動態(tài)目標追蹤實現(xiàn)步驟三個部分。
步驟(1)：密封圈識別和抓取
①在豎直光照條件下，對抓取區(qū)域進行實時的圖像采集，并通過網絡接口傳給抓取端圖像處理單元；②抓取端圖像處理單元運用霍夫圓檢測算法和張正友標定法對圖像進行處理，抽取密封圈圓形特征，得出密封圈圓心坐標；③對圖像進行二值化處理，并進行密封圈正反面判斷；④識別出正面向上的密封圈，并將其圓心坐標通過串口通訊傳給機器人控制器；⑤控制機器人運動至密封圈坐標，通過內部IO開啟氣泵產生負壓，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，原始圖像經過二值化處理可以明顯看到密封圈正反面的差異，即反面黑色像素點多，正面黑色像素點少，所以我們設置黑色像素點閾值M1，因此可以通過統(tǒng)計圖像中黑色像素點個數(shù)來判定密封圈的正反面：
其中，Rxy為識別出來的圓心坐標為(x,y)的圓形區(qū)域，M(x,y)表示Rxy內的黑色像素點數(shù)。
步驟(2)：電池蓋板密封口識別
①在豎直光照條件下，對傳送帶上的蓄電池蓋板進行實時的圖像采集，并網絡接口傳給放置端圖像處理單元；②放置端圖像處理單元對其進行二值化，識別蓋板上密封口內的傳送帶的白色部分；③對白色輪廓進行擬合找圓算法處理找到圓心；④通過張正友標定法，就能得到傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口的圓心坐標；⑤當蓋上密封圈后，因不滿足擬合找圓算法的約束條件，不會再次被找到，從而來判斷是否蓋上。其中，擬合找圓算法具體為：①通過設置閾值為η2，將采集放置端圖像二值化；②我們可以識別蓋板上密封口內的傳送帶的白色部分，并通過擬合算法，對其輪廓進行擬合；③設定擬合出來的圓半徑范圍為rmin＜r＜rmax、圓的面積范圍Smin＜S＜Smax和圓內黑色像素點數(shù)范圍M＜M2的約束條件,這樣便可以找到蓋板上密封口對應的圓。
步驟(3)：機器人動態(tài)目標追蹤的實現(xiàn)
①機器人在完成密封圈識別和抓取后—設在SR點，開始向放置端圖像處理單元傳來的傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口的坐標S0運動；②在運動的同時，通過定時器計時,得到機器人從SR運動到S0的時間t；③通過時間t和傳送速度VC，通過運動學計算，得到傳送帶上的蓄電池蓋板上密封口在t時間內偏移坐標S0′；④通過誤差校正，完成坐標追蹤，并進行放置動作。
豎直光照條件為自主設計的攝像頭補光光源，兩塊250×250mm的光板，懸掛在攝像頭的兩側，每塊燈板上均勻的分布著200個工作功率為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。
定時器計時具體實現(xiàn)方法為：①機器人控制器在接收到放置坐標后，向抓取端控制器通過串口發(fā)送開始計時標志Tstart，并開始從SR向S0運動；②到達S0后，向抓取端控制器發(fā)送結束計時標志Tend；③然后抓取端控制器就可以根據兩個標志，對上述運動過程計時。這樣通過實時的反饋，我們便可以得到，機器人從SR運動到S0的時間t。
運動學計算具體為：①設θ為傳送帶與機器人坐標系x軸的夾角；②我們對傳送帶速度Vc進行分解，則有Vcx＝Vc×cosθ、Vcy＝Vc×sinθ；③求蓄電池蓋板在t時間內產生的坐標偏移量Δx＝Vcx×t，Δy＝Vcy×t；④通過這一系列的推算，我們可以計算出高速移動后的蓄電池蓋板的位置坐標S0′(x0+Δx,y0+Δy)。
誤差校正具體為：由于在追蹤坐標時，還會存在追蹤過程以及放置動作的時間誤差。但由于追蹤過程較短以及精簡放置動作，所以在誤差允許范圍內，對于每一個密封口，誤差可以視為一個定值。因此可以通過實際的測試得到修正坐標量(Δx′,Δy′)。