[发明专利]一种汽车发动机曲轴瓦盖的三维定位方法

说明书

本发明提出了一种汽车发动机曲轴瓦盖的三维定位方法。本发明分为两个阶段以获取汽车发动机曲轴瓦盖的三维位姿信息。第一阶段，获取一幅瓦盖组完整出现在相机视野中的图像，并提取其二维定位信息(X，Y)和绕Z轴旋转的角度Rz。第二阶段，首先，在不同位置投射激光到第一片和第五片瓦盖的上表面，并获取两幅激光图像Isubgt;1/subgt;和Isubgt;2/subgt;；其次，利用改进的Steger算法分别定位提取激光图像Isubgt;1/subgt;和Isubgt;2/subgt;中的激光条纹中心线Laser1和Laser2，并得到对应的激光中心线图像Isubgt;L1/subgt;和Isubgt;L2/subgt;，将Isubgt;L1/subgt;和Isubgt;L2/subgt;拼接合成一幅新图像Isubgt;L3/subgt;；最后，提取图像Isubgt;L3/subgt;的关键节点，计算得到瓦盖组的高度信息Z和倾斜姿态Rx，Ry。本发明优点在于实时、高精度地完成汽车发动机瓦盖组的三维定位。

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机曲轴瓦盖的三维定位方法，尤其涉及瓦盖组的位姿信息提取方法。

背景技术

发动机作为汽车提供动力的装置，是汽车的高精密核心部件。其中，曲轴瓦盖是一种铸铁材质的发动机主要配件，五个一组，起着固定曲轴、保证发动机正常运转的重要作用。在生产过程中，采用机器人代替人工完成取料任务，即控制气缸夹爪移动到料框的对应位置中夹取瓦盖准确摆放到指定位置，是实现自动化取料装配的关键。

瓦盖在常规环境条件下不易形变，可以将其视为刚体。刚体在空间中有六个自由度，即瓦盖组在空间中的位姿信息由6个坐标：X，Y，Z，Rx，Ry，Rz确定。其中X，Y，Z两两互相垂直，构成空间三维坐标系，Rx，Ry，Rz分别代表瓦盖组绕X轴、Y轴和Z轴旋转的角度。瓦盖成组的放在料框中，上料前装满瓦盖的料框放置在工作台。机器人需要从初始位置移动到工作台抓取瓦盖。相应地，机器人要实现瓦盖的取料任务，必须根据传感器获取的信息得到瓦盖在世界坐标系中的上述6个位姿信息，从而移动一定距离的机器人和调整机器人的当前姿态来完成瓦盖的抓取和摆放。

由于瓦盖组在料框中多层堆叠，层与层之间由塑料托盘隔开。受托盘所用材质、料框放置的情况、托盘的平整性等现场环境因素的影响，料框中待抓取的瓦盖组与取料机器人之间的高度Z实际上是变化的，存在一定的柔性偏差。特别是，当料框的放置本身略有倾斜或者托盘不平整时，该高度的偏差将更大，此时瓦盖组相对水平方向有一定的倾斜、垂直方向上出现俯仰，导致姿态信息中的Rx、Ry发生变化。在此情况下，传统的固定高度结合二维视觉引导的方法可能会出现机器人夹爪与瓦盖组的接触面有限，无法抓紧瓦盖组；严重地会导致机器人夹爪在向抓取位置移动的过程中发生碰撞，从而损坏机械结构和工件。因此，如何确定瓦盖组在空间中的位姿信息成为实现发动机曲轴瓦盖自动取料、装配继续解决的关键难题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种汽车发动机曲轴瓦盖的三维定位方法，该方法能高速准确地获取瓦盖组在空间中的位姿信息，实现机器人快速、精准地抓取瓦盖，并将瓦盖摆放到指定位置。本发明内容如下：

S100.机器人的成像装置在位置P0获取瓦盖组工件完整出现在相机视野中的图像I₀；

S200.在图像I₀中提取瓦盖的二维定位信息(X，Y)和瓦盖组绕Z轴旋转的角度Rz；

S300.保持机器人当前姿态，移动图像采集模块，机器人的成像装置在位置P1投射激光到第一片瓦盖的上表面，并获取激光图像I₁，在位置P2投射激光到第五片瓦盖的上表面，并获取激光图像I₂；

S400.分别定位提取激光图像I₁和I₂的激光中心线，并得到对应的激光中心线图像I_L1和I_L2，将激光中心线图像I_L1和I_L2拼接合成新图像I_L3；