[发明专利]基于显微视觉的对准和抓取柱状微零件的方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于机器人微操作技术领域中的显微视觉测量和控制，尤其是一种基于显微视觉的夹持器对准和抓取柱状微零件的方法与装置。

背景技术

目前比较常用的微操作方法是在显微视觉的引导下进行的。利用显微视觉测量目标在平面内的位置和姿态，控制操作手按照目标的位姿调整自身的位姿，以便趋近和抓取目标。由于显微视觉景深小、视场小，所以为了观测不同的目标经常需要使得目标多次进出摄像机的视野，导致操作工艺复杂(参见文献：Zemin Jiang，De Xu，Min Tan，Hui Xie.MEMS Assembly with the Simplex Focus Measure，2005IEEE International Conference on Mechatronics and Automation，pp.1118-1122，Ontario，Canada，July 29-August 1，2005)。此外，为了保证不同目标的图像清晰，摄像机需要多次聚焦(参见文献：陈国良，黄心汉，周祖德，微装配机器人系统，机械工程学报，第45卷第5期，第288～293页，2009)，占用时间较长，导致工作效率较低。

发明内容

为了解决现有技术中夹持器和柱状微零件目标需要多次进出摄像机的视野导致操作工艺复杂的问题以及多次聚焦导致效率低的问题，本发明的目的在于提供一种不需要多次聚焦的显微视觉引导下的夹持器对准和抓取柱状微零件的方法与装置。

为实现上述目的，根据本发明一方面，提供一种基于显微视觉的夹持器对准和抓取柱状微零件的装置，该装置包括：第一六自由度运动平台1、第一路显微视觉系统、柱状微零件4、第二路显微视觉系统、第二六自由度运动平台7、第三六自由度运动平台8、夹持器12、真空发生器13、三自由度平移运动平台15、隔振平台16，其中：

第一六自由度运动平台1、第二六自由度运动平台7、第三六自由度运动平台8和三自由度平移运动平台15均安装在隔振平台16上；

所述第一路显微摄视觉系统安装于所述第一六自由度运动平台1的末端，用于辅助调整柱状微零件4的位置，以及测量夹持器12前端边缘和柱状微零件4上与夹持器12前端边缘相对一侧边缘间的偏差；所述第一路显微摄视觉系统沿着垂直向下的方向依次包括第一CCD摄像机2和第一显微镜头3；

所述第二路显微摄视觉系统安装于所述第三六自由度运动平台8的末端，用于辅助调整柱状微零件4绕水平面横向、纵向的姿态；所述第二路显微摄视觉系统沿着水平面横向向左的方向依次包括第二CCD摄像机6和第二显微镜头5，所述第二CCD摄像机6和第二显微镜头5指向所述柱状微零件4；

所述柱状微零件4置于第二六自由度运动平台7末端的上方；

所述夹持器12沿着水平面横向向右的方向安装于三自由度运动平台15末端的上方，并指向柱状微零件4；

所述夹持器12通过气路连接到真空发生器13，以便产生负压进行真空吸附。

根据本发明另一方面，提供一种利用所述装置基于显微视觉的夹持器对准和抓取柱状微零件方法，该方法包括：

步骤S1：三自由度平移运动平台15沿着水平面横向运动，使得安装于三自由度运动平台15末端上方的夹持器12进入第一路显微视觉系统的第一CCD摄像机2的视野；

步骤S2：调整第一六自由度运动平台1的位移和姿态以改变第一CCD摄像机2的位姿，使得夹持器12上端面的图像清晰且处于图像中心区域，并且在夹持器12沿水平面横向运动时只有图像横坐标发生变化，在夹持器12沿水平面纵向运动时只有图像纵坐标发生变化；

步骤S3：调整第三六自由度运动平台8的位移和姿态以改变第二路显微视觉系统的第二CCD摄像机6的位姿，使得夹持器12前端平面的图像清晰且处于图像中心区域，并且在夹持器12沿水平面纵向运动时只有图像横坐标发生变化，在夹持器12沿垂直方向运动时只有图像纵坐标发生变化；同时记录夹持器12前端平面图像的边缘直线方向；

步骤S4：三自由度平移运动平台15沿着水平面横向运动，使得夹持器12退出第一路和第二路显微视觉系统的视野；