[发明专利]一种基于平行式双目立体视觉的机器人齿轮倒角加工方法

说明书

本发明提供了一种基于平行式双目立体视觉的机器人齿轮倒角加工方法，该方法首先进行双目相机标定；左右相机同步采集完整的齿轮图像，提取左右图像中齿廓表面配准特征点二维像素坐标信息；将二维坐标转换成三维坐标，再转换到机器人基坐标系下；在ROS机器人操作系统中规划出自动化加工路径，引导末端装备力控磨削头的机器人自动对齿廓表面倒角加工；最后构建双目点云，获得加工后齿轮齿廓实时稠密点云，可视化，判断齿廓倒角深度和误差，为二次倒角加工做准备。本发明使倒角加工自动化程度较高，可以实现从双目相机标定、图像处理，立体矫正与匹配、手眼标定、机器人控制与路径规划、倒角加工智能一体化的功能，投入成本低、工程应用价值高。

技术领域

本发明涉及机器视觉检测-定位-加工一体化技术领域，涉及一种机器人齿轮倒角加工方法，具体涉及基于平行式双目立体视觉的机器人齿轮倒角加工方法。

背景技术

齿轮倒角有助于改善啮合质量，减小齿轮边缘接触效用，降低齿轮的啮合噪音，可以有效提高齿轮的可靠性和使用寿命。传统倒角机床加工齿轮准备时间长，加工参数调整复杂，通用性较低，自动化程度不高。近年来，以机器人作为装备执行体的机器人化智能加工正逐渐成为复杂零件高效高品质制造的新趋势。在传统机器人加工中，机器人只需重复运行预编离线程序就可以完成作业任务。而为了提高机器人的柔性生产能力和自动化加工程度，在机器人生产线中加入视觉系统显得尤为重要。

随着机器视觉的快速发展，相关理论和产业应用日趋成熟，其在尺寸检测、缺陷检测和目标识别等领域应用广泛。同时，它作为智能数字化制造的重要实现手段之一，也被越来越多的加入到工业制造领域，国外已有视觉配合机床或机器人进行数控加工的案例。有效地获得齿轮齿廓准确空间位置是倒角加工的重要前提，借助双目立体视觉系统可以方便地获得加工所需的三维坐标信息，以此为依据得到机器人基坐标系下精确倒角加工轨迹，大大提高了机器人加工系统的便捷性和通用性。此外，也可通过双目相机对齿廓表面进行三维点云重建，使视觉系统具有实时在线检测的功能，方便进行二次倒角加工。

ROS(Robot Operating System)是一种高度灵活的机器人操作系统，它的软件框架里大量集成了相关工具、库和协议。ROS可以提供标准化的操作系统服务，例如硬件抽象、底层设备控制和驱动管理、常用功能实现、进程间消息传递以及数据包管理等。ROS底层框架基于图状结构，使不同的节点之间能够接受、发布和聚合各种信息，例如传感、控制、状态、规划等。将机器人运动控制、轨迹规划和部分视觉模块集成到ROS机器人操作系统，可以极大简化机器人平台下的复杂任务创建与稳定行为控制。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于平行式双目立体视觉的机器人齿轮倒角加工方法。该方法首先进行双目相机标定，得到两个相机各自的内部参数矩阵和畸变向量，并得到左右两相机之间的外部参数矩阵；其次左右相机同步采集完整的齿轮图像，利用图像处理算法得到齿轮齿廓图像，经过立体矫正和立体匹配后，提取左右图像中齿廓表面配准特征点二维像素坐标信息；根据平行光轴双目视觉三角测量法将左右相机齿廓表面配准特征点在像素坐标系下的二维坐标转换成左相机坐标系下的三维坐标，再通过手眼标定矩阵将左相机坐标系下齿廓表面配准特征点的三维坐标转换到机器人基坐标系下，并实时校正齿轮SolidWorks模型中对应特征点在机器人基坐标系下的三维坐标；在ROS机器人操作系统中规划出机器人在被加工齿轮齿廓表面的自动化加工路径，引导末端装备力控磨削头的机器人自动对齿廓表面倒角加工；最后在ROS机器人操作系统中构建双目点云，获得加工后齿轮齿廓实时稠密点云，对点云数据可视化，从而判断齿廓倒角深度和误差，为二次倒角加工做准备。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于平行式双目立体视觉的机器人齿轮倒角加工设备，其特征在于，包括机器人、双目相机和磨削头；双目相机包括左相机和右相机，相机布置采用眼在手外的方式并且平行放置，机器人末端装载磨削头；所述机器人末端装载的磨削头为力位混合控制磨削头。

一种基于平行式双目立体视觉的机器人齿轮倒角加工方法，其特征在于，包括如下步骤：