本發(fā)明涉及測(cè)量裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)及裝配方法。

背景技術(shù)：

工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位、檢測(cè)的有效途徑。其中，視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù)替代人工視覺(jué)檢測(cè)可以很大程度提高裝配效率和裝配精度、減少因?yàn)槿斯ふ`差造成的重復(fù)工作。具體來(lái)說(shuō)，視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù)利用測(cè)量裝置對(duì)待裝配件或?qū)蛹奈蛔诉M(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出裝配執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如機(jī)械臂)的運(yùn)動(dòng)軌跡并將計(jì)算結(jié)果輸出給裝配執(zhí)行機(jī)構(gòu)，裝配執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照計(jì)算出來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡完成待裝配件與對(duì)接件的精密裝配。

然而，視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用仍然受到如下幾方面的制約。一方面，視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù)無(wú)法應(yīng)用于裝配空間狹小、測(cè)量困難的場(chǎng)合，這種場(chǎng)合仍依靠人工目測(cè)的方式進(jìn)行裝配，不僅耗時(shí)長(zhǎng)、操作困難，而且效率低下。另一方面，在待裝配件與對(duì)接件的位姿都需要測(cè)量的場(chǎng)合，測(cè)量裝置由于需要采集的位姿信息過(guò)多而進(jìn)行多次移動(dòng)或翻轉(zhuǎn)，使得測(cè)量步驟和計(jì)算步驟變得復(fù)雜，無(wú)法簡(jiǎn)單快捷的直接測(cè)量出最終結(jié)果。

相應(yīng)地，本領(lǐng)域需要一種新的可以同步測(cè)量位姿信息的裝配系統(tǒng)以及裝配方法來(lái)解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，即為了解決狹小空間無(wú)法利用視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量以及在需要采集多個(gè)位姿信息的情況下測(cè)量步驟繁瑣的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)，用于將待裝配件匹配安裝至對(duì)接件，該裝配系統(tǒng)包括：采集部，其用于同步采集所述待裝配件的第一位姿信息以及所述對(duì)接件的第二位姿信息；數(shù)據(jù)處理單元，其用于基于所述第一位姿信息和所述第二位姿信息，計(jì)算出所述待裝配件與所述對(duì)接件之間的結(jié)果位姿信息；執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其用于基于所述結(jié)果位姿信息，將所述待裝配件安裝至所述對(duì)接件。

在上述裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述采集部包括殼體以及設(shè)置于該殼體內(nèi)部的第一采集單元和第二采集單元，其中，所述第一采集單元能夠采集所述待裝配件的第一位姿信息或所述對(duì)接件的第二位姿信息；相應(yīng)地，所述第二采集單元能夠采集所述待裝配件的第二位姿信息或所述對(duì)接件的第一位姿信息。

在上述裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述殼體包括第一殼體和第二殼體，所述第一殼體上設(shè)置有所述第一采集單元，所述第二殼體上設(shè)置有第二采集單元，并且在安裝好的狀態(tài)下，所述第一采集單元與所述第二采集單元與所述殼體之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

在上述裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述第一采集單元為沿第一方向設(shè)置的第一雙目相機(jī)，所述第二采集單元為沿第二方向設(shè)置的第二雙目相機(jī)，并且所述第一方向與所述第二方向之間具有夾角。

在上述裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述第一殼體上開(kāi)設(shè)有與所述第二雙目相機(jī)的鏡頭對(duì)應(yīng)的第二鏡頭孔，所述第二殼體上開(kāi)設(shè)有與所述第一雙目相機(jī)的鏡頭對(duì)應(yīng)的第一鏡頭孔，并且在安裝好的狀態(tài)下，所述第一雙目相機(jī)的鏡頭與所述第二雙目相機(jī)的鏡頭能夠分別容納于所述第一鏡頭孔與所述第二鏡頭孔，該容納能夠允許所述采集部獲得所述第一位姿信息和所述第二位姿信息。

在上述裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述待裝配件上設(shè)置有若干個(gè)第一裝配特征，所述對(duì)接件上設(shè)置有與所述若干個(gè)第一裝配特征對(duì)應(yīng)的若干個(gè)第二裝配特征，并且所述第一雙目相機(jī)能夠采集所述若干個(gè)第一裝配特征中的至少一個(gè)第一裝配特征的第一位姿信息，或者所述若干個(gè)第二裝配特征中的至少一個(gè)第二裝配特征的第二位姿信息；對(duì)應(yīng)地，所述第二雙目相機(jī)能夠采集所述若干個(gè)第二裝配特征中的至少一個(gè)第二裝配特征的第二位姿信息，或者所述若干個(gè)第一裝配特征中的至少一個(gè)第一裝配特征的第一位姿信息。

在上述裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述采集部還包括輔助定位裝置，其用于確定所述采集部相對(duì)于所述待裝配件和所述對(duì)接件的方位。

本發(fā)明還提供了一種基于雙目視覺(jué)的裝配方法，用于將待裝配件匹配安裝至對(duì)接件，該裝配方法包括：

同步采集所述待裝配件的第一位姿信息以及所述對(duì)接件的第二位姿信息；

基于所述第一位姿信息和所述第二位姿信息，計(jì)算出所述待裝配件與所述對(duì)接件之間的結(jié)果位姿信息；

基于所述結(jié)果位姿信息，將所述待裝配件安裝至所述對(duì)接件。

在上述基于雙目視覺(jué)的裝配方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述的“同步采集所述待裝配件的第一位姿信息以及所述對(duì)接件的第二位姿信息”進(jìn)一步包括：

在所述第一采集單元采集所述第一位姿信息或者所述第二位姿信息的情形下，對(duì)應(yīng)地，所述第二采集單元采集所述第二位姿信息或者所述第一位姿信息。

在上述基于雙目視覺(jué)的裝配方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述的“同步采集所述待裝配件的第一位姿信息以及所述對(duì)接件的第二位姿信息”進(jìn)一步包括：

在所述采集部處于至少一個(gè)方位的情形下，采集所述第一位姿信息和所述第二位姿信息；

在所述采集部處于每個(gè)方位的情形下，采集若干組第一位姿信息和所述第二位姿信息。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，在本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)包括采集部、數(shù)據(jù)處理單元以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。采集部包括殼體以及設(shè)置于該殼體內(nèi)部的第一采集單元和第二采集單元，第一采集單元和第二采集單元能夠同步采集待裝配件的第一位姿信息和對(duì)接件的第二位姿信息。此外，本發(fā)明還提供了一種基于雙目視覺(jué)的裝配方法，該方法通過(guò)采集待裝配件的第一位姿信息和連接件的第二位姿信息，并基于第一位姿信息和第二位姿信息計(jì)算出結(jié)果位姿信息的方式，可以輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速準(zhǔn)確的將待裝配件匹配安裝至對(duì)接件。通過(guò)基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)及裝配方法，不僅可以同時(shí)測(cè)量待裝配件和對(duì)接件的位姿信息，尤其提高狹窄空間的裝配效率和裝配精度，而且采集部的結(jié)構(gòu)小巧，使用簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)的同步測(cè)量過(guò)程示意圖；

圖2是本發(fā)明的基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)的采集部的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的一種可能的實(shí)施方式中，基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)的同步裝配方法的流程圖；

圖4是本發(fā)明的基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)的采集部的標(biāo)定示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如，雖然附圖中的第一雙目相機(jī)和第二雙目相機(jī)是相同型號(hào)的相機(jī)，但是第一雙目相機(jī)和第二雙目相機(jī)的型號(hào)非一成不變，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對(duì)其作出調(diào)整，以便適應(yīng)具體的應(yīng)用場(chǎng)合。

需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方向或位置關(guān)系的術(shù)語(yǔ)是基于附圖所示的方向或位置關(guān)系，這僅僅是為了便于描述，而不是指示或暗示所述裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

此外，還需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

本發(fā)明的目的在于，解決狹小空間無(wú)法利用視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的問(wèn)題，以及在需要采集多個(gè)位姿信息的情況下采集步驟繁瑣的問(wèn)題。

如圖1和圖2所示，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)，該裝配系統(tǒng)主要包括采集部1、數(shù)據(jù)處理單元以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)2，主要用于將待裝配件3匹配安裝至對(duì)接件4。其中，采集部1主要用于同步采集待裝配件3的第一位姿信息以及對(duì)接件4的第二位姿信息；數(shù)據(jù)處理單元主要用于基于第一位姿信息和第二位姿信息，計(jì)算出待裝配件3與對(duì)接件4之間的結(jié)果位姿信息；執(zhí)行機(jī)構(gòu)2主要用于基于結(jié)果位姿信息，將待裝配件3安裝至對(duì)接件4。

如圖2所示，采集部1主要包括殼體以及設(shè)置于殼體內(nèi)部的第一采集單元和第二采集單元。其中，殼體又包括第一殼體11與第二殼體12。優(yōu)選地，第一采集單元設(shè)置于第一殼體11上，第二采集單元設(shè)置于第二殼體12上，第一采集單元可以采集待裝配件3的第一位姿信息或?qū)蛹?的第二位姿信息。相應(yīng)地，第二采集單元可以與第一采集單元同步采集對(duì)接件4的第二位姿信息或待裝配件3的第一位姿信息。并且在安裝好的狀態(tài)下，第一采集單元與第二采集單元分別相對(duì)于第一殼體11與第二殼體12無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，第一采集單元可以采集待裝配件3的第一位姿信息，第二采集單元可以采集對(duì)接件4的第二位姿信息。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的是，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系并非一成不變，可以根據(jù)具體使用環(huán)境和使用條件進(jìn)行調(diào)整，如使用第一采集單元采集對(duì)接件4的第二位姿信息，而使用第二采集單元采集待裝配件3的第一位姿信息。

繼續(xù)參照?qǐng)D2，第一采集單元可以是沿第一方向設(shè)置于第一殼體11內(nèi)部的第一雙目相機(jī)13，第二采集單元可以是沿第二方向設(shè)置于第二殼體12內(nèi)部的第二雙目相機(jī)14，并且第一方向與第二方向之間具有夾角。需要說(shuō)明的是，第一方向可以是豎直方向，第二方向可以是水平方向，他們之間的夾角可以是90°。按照?qǐng)D2所示方位，即沿豎直方向設(shè)置的第一雙目相機(jī)13與沿水平方向設(shè)置的第二雙目相機(jī)14呈垂直交叉的方式設(shè)置在殼體內(nèi)部。

進(jìn)一步參照?qǐng)D2，第一殼體11設(shè)置有與第二雙目相機(jī)14對(duì)應(yīng)的第二鏡頭孔111，第二殼體12設(shè)置有與第一雙目相機(jī)13對(duì)應(yīng)的第一鏡頭孔121，第一雙目相機(jī)13的鏡頭可以容納于對(duì)應(yīng)的第一鏡頭孔121中，第二雙目相機(jī)14的鏡頭則可以容納于對(duì)應(yīng)的第二鏡頭孔111中，并且該容納可以使采集部1獲得第一位姿信息和第二位姿信息。優(yōu)選地，第一雙目相機(jī)13和第二雙目相機(jī)14可以選用同樣型號(hào)的雙目相機(jī)，并且第一雙目相機(jī)13和第二雙目相機(jī)14可以采用背對(duì)背的設(shè)置形式，即第一雙目相機(jī)13與第二雙目相機(jī)14的安裝方向恰好相反。這樣的設(shè)置方式優(yōu)勢(shì)在于，采集部1可以同步測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向上的位姿信息，并且最大限度的壓縮第一雙目相機(jī)13與第二雙目相機(jī)14的安裝空間，使采集部1的結(jié)構(gòu)小巧緊湊，以便適用于狹窄空間的測(cè)量與裝配。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的是，第一雙目相機(jī)13與第二雙目相機(jī)14也可以根據(jù)裝配件的不同而選擇不同型號(hào)的相機(jī)或鏡頭，如根據(jù)距離的不同，在距離過(guò)近時(shí)選擇含有短焦、低畸變的鏡頭等。

需要說(shuō)明的是，在本優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一位姿信息可以是第一雙目相機(jī)3所拍攝的圖像，第二位姿信息可以是第二雙目相機(jī)14所拍攝的圖像。結(jié)果位姿信息可以是基于對(duì)上述第一位姿信息和第二位姿信息進(jìn)行分析處理后得到的相對(duì)位姿關(guān)系，如齊次變換矩陣等。

進(jìn)一步參照?qǐng)D1，待裝配件3上還設(shè)置有若干個(gè)第一裝配特征31(如兩個(gè)輪廓大致為矩形的凸起)，對(duì)接件4上設(shè)置有可以與若干個(gè)第一裝配特征31對(duì)應(yīng)的若干個(gè)第二裝配特征41(如與前述凸起對(duì)應(yīng)的凹槽)，通過(guò)第一裝配特征31與第二裝配特征41配合連接(如凸起與凹槽的插合連接)，可以完成待裝配件3與對(duì)接件4的裝配。按照?qǐng)D1所示方位，第一雙目相機(jī)13可以用于采集至少一個(gè)第一裝配特征31的第一位姿信息，第二雙目相機(jī)14可以用于采集至少一個(gè)第二裝配特征41的第二位姿信息。此時(shí)，第一位姿信息可以是第一雙目相機(jī)13獲取的含有第一裝配特征31的特征點(diǎn)的圖像，第二位姿信息可以是第二雙目相機(jī)14獲取的含有第二裝配特征41的特征點(diǎn)的圖像。需要說(shuō)明的是，特征點(diǎn)是雙目相機(jī)從獲取的圖像中提取出來(lái)的若干個(gè)特殊點(diǎn)，如特征點(diǎn)可以是裝配特征的外緣交點(diǎn)，舉例而言，特征點(diǎn)可以是第一裝配特征31的矩形凸起的各邊所形成的交點(diǎn)，也可以是第二裝配特征41的矩形凹槽的槽底各邊所形成的交點(diǎn)等。優(yōu)選地，在本實(shí)施方式中，特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)為四個(gè)，即矩形凹槽的槽底各邊所形成的四個(gè)交點(diǎn)。當(dāng)然，特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)可以隨裝配特征的形狀的改變而變化，如當(dāng)?shù)谝谎b配特征31為截面為三角形的凸起時(shí)，特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)可以為三個(gè)。

如圖2所示，本發(fā)明的采集部1還可以包括輔助定位裝置15，該裝置可以用于確定采集部1相對(duì)于待裝配件3和對(duì)接件4的方位。進(jìn)一步地，輔助定位裝置15包括陀螺儀和加速度計(jì)。其中，陀螺儀用于校正雙目相機(jī)在獲取圖像時(shí)因?yàn)榉轿徊煌斐傻难b配特征在圖像中的坐標(biāo)軸變化，如通過(guò)對(duì)陀螺儀采集的角速度進(jìn)行積分得出的角度變化量，定義圖像中裝配特征的坐標(biāo)系，計(jì)算采集部1的旋轉(zhuǎn)角度并判斷采集部1是否翻轉(zhuǎn)，并且在翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)的情況下保證定義的坐標(biāo)系不變。加速度計(jì)用于在待裝配件3上含有若干個(gè)時(shí)第一裝配特征31以及對(duì)接件4上含有若干個(gè)第二裝配特征41時(shí)，判斷雙目相機(jī)獲取的圖像中的裝配特征與若干裝配特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如通過(guò)對(duì)加速度計(jì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次積分計(jì)算出采集部1位移變化，判斷圖像中的裝配特征所在位置，從而調(diào)用不同的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序計(jì)算當(dāng)前裝配特征的位姿關(guān)系。優(yōu)選地，輔助定位裝置15可以設(shè)置在第二殼體12上，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的是，輔助定位裝置15的設(shè)置位置并非固定不變，也可以設(shè)置在第一殼體11上。

如前所述，基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)主要包括第一殼體11和第二殼體12，第一殼體11上設(shè)置有第一雙目相機(jī)13，第二殼體12上設(shè)置有第二雙目相機(jī)14，并且第一雙目相機(jī)13與第二雙目相機(jī)14采用背對(duì)背的方式垂直交叉設(shè)置，該設(shè)置方式可以使得采集部1同步采集位于采集部1兩側(cè)的第一裝配特征31的第一位姿信息和第二裝配特征41的第二位姿信息。采集部1上還設(shè)置有可以輔助采集部1進(jìn)行定位的陀螺儀和加速度計(jì)。并且，由于第一雙目相機(jī)13與第二雙目相機(jī)14采用背對(duì)背的、十字交叉的方式設(shè)置，這樣的設(shè)置方式能夠最大限度的壓縮雙目相機(jī)的安裝空間，使得裝置小巧緊湊，更適用于狹窄空間的位姿信息測(cè)量。

如圖3所示，本發(fā)明的還提供了一種基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)的裝配方法，該裝配方法主要包括如下步驟：

S100、將采集部1置于初始位置，并對(duì)采集部1進(jìn)行初始化。如初始位置可以是執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的零點(diǎn)位置，初始化可以是在執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的零點(diǎn)位置對(duì)第一雙目相機(jī)13和第二雙目相機(jī)14進(jìn)行數(shù)據(jù)的清零等操作。

S200、移動(dòng)采集部1至待裝配件3與對(duì)接件4之間，同步采集待裝配件3的第一位姿信息以及對(duì)接件4的第二位姿信息。如人工移動(dòng)采集部1至待裝配件3與對(duì)接件4之間，第一雙目相機(jī)13采集待裝配件3的第一位姿信息，同時(shí)第二雙目相機(jī)14采集對(duì)接件4的第二位姿信息。

S300、數(shù)據(jù)運(yùn)算單元基于第一位姿信息和第二位姿信息，計(jì)算出待裝配件3與對(duì)接件4之間的結(jié)果位姿信息。如在同一基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，計(jì)算出待裝配件3與對(duì)接件4之間的位姿關(guān)系。

S400、基于該結(jié)果位姿信息，執(zhí)行機(jī)構(gòu)2將待裝配件3安裝至對(duì)接件4。也就是說(shuō)，在待裝配件3與對(duì)接件4之間的位置關(guān)系可以確定的情形下，數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)2發(fā)送相應(yīng)的指令，進(jìn)而使待裝配件3的第一裝配特征31可靠地匹配至對(duì)接件4的第二裝配特征41。

需要說(shuō)明的是，在本優(yōu)選的實(shí)施方式中，為方便說(shuō)明，可以定義如下坐標(biāo)系：基于陀螺儀的坐標(biāo)系為慣性坐標(biāo)系?；陔p目相機(jī)的坐標(biāo)系為相機(jī)坐標(biāo)系，以及基于執(zhí)行機(jī)構(gòu)2零點(diǎn)的坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系。

為了獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，在步驟S100之前，需要對(duì)第一雙目相機(jī)13和第二雙目相機(jī)14進(jìn)行標(biāo)定，獲取第一雙目相機(jī)13和第二雙目相機(jī)14之間的相對(duì)位姿關(guān)系。獲得相對(duì)位姿關(guān)系可以采用如下方法：

如圖4所示，選用兩塊相同的標(biāo)定板5并以水平對(duì)稱(chēng)的方式排布，并且垂直于兩塊標(biāo)定板5的中心點(diǎn)的軸線共線，采集部1放置于兩標(biāo)定板5之間的軸線的中點(diǎn)處進(jìn)行標(biāo)定。雙目相機(jī)通過(guò)多次轉(zhuǎn)換姿態(tài)拍攝標(biāo)定板5，以便得到精確的內(nèi)、外參數(shù)。以圖4中左邊的標(biāo)定板為基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系(O,X,Y,Z)，坐標(biāo)系原點(diǎn)O與左標(biāo)定板的中心點(diǎn)重合，則兩塊標(biāo)定板5之間的相對(duì)坐標(biāo)關(guān)系為：[0,0,T_Z,180,0,0]，其中前三個(gè)參數(shù)值0,0,T_Z分別為X軸、Y軸、Z軸的位移量，T_Z為兩塊標(biāo)定板中心的距離，后三個(gè)參數(shù)值180,0,0為X軸、Y軸、Z軸的旋轉(zhuǎn)角度。引入齊次坐標(biāo)后表示為：

通過(guò)標(biāo)定可分別得出第一雙目相機(jī)13和第二雙目相機(jī)14的內(nèi)、外參數(shù)。如內(nèi)參數(shù)可以獲取相機(jī)的焦距f、尺度因子S_X，S_Y，圖像中心坐標(biāo)(u,v)，以及畸變參數(shù)K。通過(guò)同時(shí)拍攝的標(biāo)定板圖像可以分別計(jì)算出左標(biāo)定板相對(duì)于對(duì)應(yīng)的第一雙目相機(jī)13的齊次變換矩陣C_{caltab1-cams1}、右標(biāo)定板相對(duì)于對(duì)應(yīng)的第二雙目相機(jī)14的齊次變換矩陣C_{caltab2-cams2}，最終求出第一雙目相機(jī)13與第二雙目相機(jī)14的相機(jī)坐標(biāo)系之間的相對(duì)位姿關(guān)系(齊次變換矩陣)，即公式(1)

公式(1)中，R、T分別為第一雙目相機(jī)13相對(duì)于第二雙目相機(jī)14的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣?？梢钥闯觯渲蠷為3×3的旋轉(zhuǎn)矩陣，T為3×1的平移矩陣。

如圖1和圖3所示，在獲取相對(duì)位姿關(guān)系后，步驟S100中，將采集部1放置于初始位置，并進(jìn)行初始化操作。初始位置可以是執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的零點(diǎn)位置。參照?qǐng)D1，可以將采集部1放置于執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的零點(diǎn)上，初始化第一雙目相機(jī)13、第二雙目相機(jī)14、陀螺儀以及加速度計(jì)，并將執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的零點(diǎn)設(shè)置為陀螺儀和加速度計(jì)的零點(diǎn)。初始化結(jié)束后，陀螺儀、加速度計(jì)開(kāi)始實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。

在初始化結(jié)束后，步驟S200中，將采集部1移動(dòng)到采集位置，即待裝配件3與對(duì)接件4之間的位置，并將第一雙目相機(jī)13和第二雙目相機(jī)14的鏡頭分別對(duì)準(zhǔn)第一裝配特征31和與該第一裝配特征31對(duì)應(yīng)的第二裝配特征41進(jìn)行位姿信息和參數(shù)的采集。其中，移動(dòng)方式可以是人工移動(dòng)，當(dāng)然也可以是其他可以將采集部1移動(dòng)到待裝配件3與對(duì)接件4之間的任何方式。

進(jìn)一步參照?qǐng)D1，以第一裝配特征31(截面大致為矩形的凸起)和對(duì)應(yīng)的第二裝配特征41(截面大致為矩形的凹槽)各有兩個(gè)為例，步驟S200的采集過(guò)程可以是：測(cè)試人員手動(dòng)將采集部1從初始位置快速拿起并移動(dòng)至待裝配件3和對(duì)接件4之間，將第一雙目相機(jī)13和第二雙目相機(jī)14的鏡頭分別對(duì)準(zhǔn)一個(gè)第一裝配特征31和對(duì)應(yīng)的第二裝配特征41并發(fā)送同步數(shù)據(jù)采集信號(hào)，如發(fā)送同步數(shù)據(jù)采集信號(hào)可以是從初始位置拿起采集部1三秒后進(jìn)行同步采集，或者在殼體上設(shè)置有啟動(dòng)按鈕，按下啟動(dòng)按鈕后開(kāi)始同步采集等。第一雙目相機(jī)13和第二雙目相機(jī)14分別對(duì)第一裝配特征31和第二裝配特征41進(jìn)行同步圖像采集，同時(shí)陀螺儀和加速度計(jì)進(jìn)行參數(shù)的采集，也就是說(shuō)采集部1采集的每組圖像(至少包括第一雙目相機(jī)13采集的圖像和第二雙目相機(jī)14采集的圖像)均對(duì)應(yīng)著一組陀螺儀和加速度計(jì)的數(shù)據(jù)：

采集完一組圖像和數(shù)據(jù)之后，測(cè)試人員可以不斷變換采集部1的方位(如旋轉(zhuǎn)一定角度)，每變換一種方位采集部1采集該方位下的一組或多組的圖像和數(shù)據(jù)。直至數(shù)據(jù)處理單元對(duì)采集的數(shù)據(jù)處理結(jié)束后發(fā)出測(cè)量成功的信號(hào)，停止采集。

在采集的過(guò)程中，測(cè)試人員可以從任意角度拍攝，設(shè)置于采集部1內(nèi)部的輔助定位裝15置可以輔助采確定采集部1相對(duì)于待裝配件3和對(duì)接件4的方位。輔助定位裝置包括陀螺儀加速度計(jì)，通過(guò)對(duì)陀螺儀采集的角速度進(jìn)行積分得出的角度變化量，定義圖像中裝配特征的坐標(biāo)系，計(jì)算采集部1的旋轉(zhuǎn)角度并判斷采集部1是否翻轉(zhuǎn)，并且保證在翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)的情況下定義的坐標(biāo)系與未翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)的情況下定義的坐標(biāo)系相對(duì)應(yīng)。通過(guò)對(duì)加速度計(jì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次積分計(jì)算出慣性坐標(biāo)系相對(duì)于世界坐標(biāo)系的位移變化，判斷圖像中的裝配特征所在位置，從而調(diào)用不同的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序計(jì)算當(dāng)前裝配特征的位姿關(guān)系。需要說(shuō)明的是，通過(guò)陀螺儀為圖像中的裝配特征定義坐標(biāo)系后，在有若干個(gè)裝配特征的情況下，不同的裝配特征相對(duì)于世界坐標(biāo)系的位移量是不同的，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序也是不同的，需要根據(jù)加速度計(jì)判斷出的裝配特征來(lái)選擇不同的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序。如具體變換方法可以如下：

a)采集部1左右翻轉(zhuǎn)時(shí)(大致為調(diào)轉(zhuǎn)，即兩組雙目相機(jī)的拍攝方向?qū)φ{(diào))，根據(jù)陀螺儀數(shù)據(jù)計(jì)算其累積姿態(tài)，當(dāng)計(jì)算結(jié)果檢測(cè)出慣性坐標(biāo)系z(mì)軸方向翻轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)調(diào)換兩組雙目相機(jī)檢測(cè)程序。

b)采集部1旋轉(zhuǎn)(大致為自轉(zhuǎn)，即兩組雙目相機(jī)采集的裝配特征保持不變，雙目相機(jī)所處的角度有所改變)時(shí)，裝配特征在圖像中坐標(biāo)系方向無(wú)法確定，這時(shí)通過(guò)比較陀螺儀當(dāng)前姿態(tài)和期望姿態(tài)，如果陀螺儀x軸、y軸繞z軸旋轉(zhuǎn)了一定的角度，則裝配特征在圖像中的定義坐標(biāo)系的方向需要跟隨著改變。

c)采集部1拍攝的第一裝配特征31和第二裝配特征41不對(duì)應(yīng)時(shí)(大致為平移，即在既不自轉(zhuǎn)也不調(diào)轉(zhuǎn)的情形下，在平行于待裝配件3和對(duì)接件之間的平面上移動(dòng))，因?yàn)閮蓚€(gè)不對(duì)應(yīng)的裝配特征均是關(guān)于表面中心點(diǎn)(如待裝配件3的兩個(gè)第一裝配特征31連線的中點(diǎn))的平移，通過(guò)加速度計(jì)相對(duì)于初始位置的位移變化判斷拍攝的位置，將第一裝配特征31與第二裝配特征41對(duì)應(yīng)起來(lái)。

在步驟S300中，采集部1輸出采集到的一組圖像和參數(shù)至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元實(shí)時(shí)處理接收到的圖像和參數(shù)，并計(jì)算出結(jié)果位姿信息。在本發(fā)明的可能實(shí)施方式中，結(jié)果位姿信息可以是第一裝配特征31的中心點(diǎn)與第二裝配特征41的中心點(diǎn)的位姿轉(zhuǎn)換矩陣。

例如，按照?qǐng)D1所示方位，第一裝配特征31的中心點(diǎn)可以是第一裝配特征31(輪廓大致為矩形的凸起)的右側(cè)面的特征點(diǎn)的對(duì)角線交點(diǎn)，第二裝配特征41的中心點(diǎn)可以是第二裝配特征41(輪廓大致為矩形的凹槽)與矩形凸起的右側(cè)面的安裝對(duì)應(yīng)面的對(duì)角線交點(diǎn)。

對(duì)任一組接收到的圖像和參數(shù)，數(shù)據(jù)處理單元的實(shí)時(shí)處理過(guò)程可以為：

數(shù)據(jù)處理單元首先對(duì)兩幅圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后采用NCC模板匹配確定相機(jī)拍攝的裝配特征在圖像中的大致位置，劃定感興趣區(qū)域；檢測(cè)特征點(diǎn)，進(jìn)行特征點(diǎn)匹配。通過(guò)四個(gè)特征點(diǎn)確定一個(gè)平面，綜合雙目相機(jī)的內(nèi)、外參數(shù)求算出第一裝配特征31的中心點(diǎn)相對(duì)于對(duì)應(yīng)的第一雙目相機(jī)13的齊次變換矩陣C_obj-cams1，即：

同理，可以計(jì)算出第二裝配特征41的中心點(diǎn)相對(duì)于對(duì)應(yīng)的第二雙目相機(jī)14齊次變換矩陣C_dst-cams2，即：

最后，綜合第一雙目相機(jī)13與第二雙目相機(jī)14的齊次變換矩陣，按照公式(2)計(jì)算出第一裝配特征31的中心點(diǎn)到第二裝配特征41的中心點(diǎn)的齊次變換矩陣，也就是待裝配件3和對(duì)接件4的結(jié)果位姿信息，即

在計(jì)算出待裝配件3與對(duì)接件4的相對(duì)位姿關(guān)系之后，在步驟S400中，進(jìn)一步地，為了獲得更精準(zhǔn)的結(jié)果位姿信息，還可以重復(fù)采集若干次位姿信息，并對(duì)每次采集的位姿信息進(jìn)行結(jié)果位姿信息的計(jì)算，并選取計(jì)算出的所有結(jié)果位姿信息中的最優(yōu)值輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)2。優(yōu)選地，可以重復(fù)采集五次位姿信息，并計(jì)算最優(yōu)值。當(dāng)然，采集位姿信息的次數(shù)并非一成不變，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

以采集五次位姿信息為例，將最終的齊次變換矩陣C_obj-dst轉(zhuǎn)化為3個(gè)位移參數(shù)[x,y,z]和3個(gè)角度參數(shù)[α,β,γ]。計(jì)算6個(gè)參數(shù)各自的平均值μ，根據(jù)平均值μ計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差σ，并按照公式(3)求取五次綜合的標(biāo)準(zhǔn)差集σ_m，即：

公式(3)中，m＝1,2...5，N＝x_m,y_m,z_m,α_m,β_m,γ_m。

選取最小標(biāo)準(zhǔn)差σ_m所對(duì)應(yīng)的結(jié)果位姿信息作為最終輸出的結(jié)果，發(fā)送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)2，執(zhí)行機(jī)構(gòu)2(如執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的控制單元)基于結(jié)果位姿信息計(jì)算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的安裝運(yùn)動(dòng)軌跡，并最終將待裝配件3安裝至對(duì)接件4。

上述優(yōu)選的實(shí)施方式，基于雙目視覺(jué)的裝配系統(tǒng)主要包括采集部1、數(shù)據(jù)處理單元以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)2。采集部1主要包括殼體以及設(shè)置于殼體內(nèi)的第一雙目相機(jī)13和第二雙目相機(jī)14，第一雙目相機(jī)13與第二雙目相機(jī)14采用背對(duì)背的方式設(shè)置，該設(shè)置方式可以使得采集部1同時(shí)測(cè)量第一裝配特征31與第二裝配特征41的位姿信息。本發(fā)明還提供了一種利用此采集部1的裝配方法，通過(guò)采集第一裝配特征31的中心點(diǎn)與第二裝配特征41的中心點(diǎn)的位姿信息，可以計(jì)算出第一裝配特征31的中心點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的第一雙目相機(jī)13的相對(duì)位姿關(guān)系，同理，還可計(jì)算出第二裝配特征41的中心點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的第二雙目相機(jī)14的相對(duì)位姿關(guān)系，進(jìn)一步綜合第一雙目相機(jī)13與第二雙目相機(jī)14的相對(duì)位姿關(guān)系，最終可計(jì)算出第一裝配特征31與第二裝配特征41的相對(duì)位姿關(guān)系，即待裝配件3與對(duì)接件4的結(jié)果位姿信息，基于結(jié)果位姿信息，執(zhí)行機(jī)構(gòu)2可以將待裝配件3安裝至對(duì)接件4。由于第一雙目相機(jī)13與第二雙目相機(jī)14采用背對(duì)背的、十字交叉的方式設(shè)置，這樣的設(shè)置方式能夠最大限度的壓縮雙目相機(jī)的安裝空間，使得裝置結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，適用于狹窄空間的位姿信息的測(cè)量，尤其適用于多個(gè)不同方向位姿的同時(shí)測(cè)量。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。