[发明专利]一种基于平面类工件定位算法的自动化装配方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于平面类工件定位算法的自动化装配方法及系统，属于机器人视觉领域。本发明采用平面检测以及离群点去除算法提取若干平面，然后通过最小包围盒确定平面点云位姿，最后利用平面的长宽约束找出所需平面，并指导工业机器人运动到正确的装配位置。相较于基于图像的定位算法，本发明在高动态，高反射的场景下拥有更高的识别精度；相较于常规的基于点云的定位算法，本发明避免了复杂的模板匹配过程，计算效率高，鲁棒性强，且能够适用于任意形状的平面类工件。本发明通过三维视觉和工业机器人结合的模式，为可能出现工件偏移的场景提供了鲁棒性的解决方案。

技术领域

本发明属于机器人视觉领域，更具体地，涉及一种基于平面类工件定位算法的自动化装配方法及系统。

背景技术

装配是产品生产的后置工序，在制造业中占有重要地位。在传统的装配生产线上，工业机器人的所有动作都是预先设定好的，当工件的位置发生偏移时，机器人便无法顺利完成装配工作。随着机器视觉技术的发展，将机器视觉定位算法与工业机器人相结合的模式逐渐成为主流，机器人工作的柔性以及自动化水平得到了显著的提高。

目前的机器视觉定位算法主要分为两大类：基于二维图像和基于三维点云。在基于二维图像的视觉定位算法中，二维图像算法会受到光照、旋转以及尺度等因素影响，故在精度和鲁棒性上有所欠缺；而基于三维点云配准的方法会由于匹配等过程需要大量计算而性能不佳。

由于在实际装配中，大量存在包含一个或数个平面作为装配面的零件，而在三维点云中提取平面的计算开销较小，故针对此类场景进行设计，可以使得定位算法兼顾鲁棒性、精确性和高效性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种平面类工件的自动化装配方法及系统，其目标在于实现平面类零件的机器人自动化装配，并兼顾鲁棒性、精确性与高效性。

为实现上述目的，本发明提供了一种平面类工件的机器人自动化装配方法，包括以下步骤：

S1.提取被装配零件中的平面点云；

S2.根据S1中得到的平面点云，创建包围盒，并计算被装配零件的装配位相对于相机坐标系的位姿；

S3.根据所述被装配零件的装配位相对于相机坐标系的位姿计算被装配平面零件的装配位相对于机器人基坐标系的位姿；

S4.控制机器人，根据S3中得到的位姿，完成装配。

优选地，所述S1具体包括：

S11.获取待处理的三维点云；

S12.从所述三维点云中随机选取三个点，计算出这三点所组成的平面；

S13.遍历三维点云中的所有点，计算每个点到S12所得平面之间的距离，再根据预先设定的阈值，统计满足到平面距离小于阈值的点的个数，即内点数；

S14.在预设的迭代次数内，重复S12-S13，寻找内点数最多的平面作为最优平面；

S15.遍历三维点云中的所有点，保留满足到最优平面距离小于阈值的点组成平面点云。

优选地，所述S2具体包括：

S21.读取经过S1处理所得到的平面点云；

S22.计算平面点云的质心；

S23.通过质心与平面点云构建协方差矩阵，进行QR分解，得到三个实特征值；

S24.将实特征值从大到小排列，其对应的三个特征向量即是平面点云位姿坐标系的xyz轴的方向；

S25.以质心为原点，S24中生成的坐标轴为方向创建平面点云的位姿坐标系；