一种基于多镜头的智能机械手及定位装配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子装配领域，具体涉及一种基于多镜头的智能机械手及定位装配方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，在机械电子装配行业中，把异形元器件安装到PCB上往往依靠流水线上的工 人进行手动装配。人力装配主要是依靠人眼和经验，在长时间的工作后无法保证生产效率， 而且手动装配带有一定的主观性，也不能维持每件产品的同等质量，因此把自动化技术引 入到电子装配业迫在眉睫。将自动化技术取代人力装配能有效地提高生产效率，节省人力 资源，保证装配的质量。
[0003] 相关企业已经利用机械手代替人手在装配流水线进行工作，但由于机械手没有人 的双眼来进行定位，也不像工人可以依靠手部的触感经验来提示装配，因此机械手的装配 准确率反而不如人力装配，生产效率无法得到提高。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于多镜头的智能机械手 及定位匹配方法。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] -种基于多镜头的智能机械手，包括多关节多功能机械手、用于采集待装配PCB板 图像的CCD摄像机、生物触点装置及计算机，所述CCD摄像机安装在多关节多功能机械手上， 生物触点装置安装在多关节多功能机械手的手指尖，所述CCD摄像机、生物触点装置及多关 节多功能机械手与计算机连接。
[0007] 所述CCD摄像机具体为两个，分别安装在多关节多功能机械手前臂的左侧及右侧。
[0008] 所述生物触点装置包括用敏感材料制成的贴片及用于测量贴片形变并输出电信 号的信号测量电路，所述贴片覆盖在机械手的手指尖上，所述贴片与信号测量电路连接，信 号测量电路与计算机连接，所述信号测量电路内置在多关节多功能机械手内部。
[0009] 所述贴片的形状为指套式。
[0010]所述敏感材料具体为导电橡胶。
[0011] 所述两个CCD摄像机的型号及参数完全相同，两个CCD摄像机的坐标系共面，且各 坐标轴平行放置。
[0012] -种智能机械手的定位装配方法，包括如下步骤：
[0013] S1待装配PCB板移动至机械手前方，打开两个CCD摄像机获取两张待装配PCB板的 图像，分别为左、右图像；
[0014] S2计算机将获得的两张 PCB板图像与计算机内预先输入的PCB模板进行匹配，确定 在两张图像中异形件待装配的目标区域；
[0015] S3利用双目定位算法测量得到待装配的目标区域与机械手指尖的距离，计算机控 制机械手进行移动至待装配的目标区域，完成初步定位；
[0016] S4利用机械手指尖的生物触点装置与S3中初步定位后的目标区域进行接触，将贴 片产生的形变电信号通过信号测量电路输出到计算机，计算机进行位置的微调，实现精确 定位，完成装配。
[0017] 所述S2具体为:对两个CCD摄像机获取的待装配PCB板的图像进行滤波去噪，再利 用边缘检测算子提取PCB板的边缘部分，去除背景部分，然后采用分段线性变换对图像增 强，提高图像的对比度，最后采用基于灰度值的模板匹配方法确定待装配的目标区域。
[0018] 所述S3利用双目定位算法测量得到待装配的目标区域与机械手指尖的距离，计算 机控制机械手进行移动至待装配的目标区域，完成初步定位，具体为：
[0019] S3.1采用张正友标定算法求解CCD摄像机的内部参数矩阵及外部参数矩阵，再进 行双目立体定标，确定两个摄像机之间的相对位置关系，所述相对位置关系包括旋转矩阵R 及平移向量T;
[0020] S3.2采用基于模板匹配的灰度互相关匹配方法完成两张图像的像素点匹配；
[0021] S3.3利用双目定位算法即双目测距系统成像原理测得待装配的目标区域与机械 手指尖的距离1;
[0022 ] - X = Χ,φ - xngM JC
[0023] 其中，左右两摄像机的投影中心的距离为基线距B，目标点A经过由两光轴平行的 左右摄像机组成的双目测距系统时，分别成像于左CCD像面上的A1点及右CCD像面上的A2 点，其在左右像面上的位置分别为Xleft和Xnght，两摄像机的焦距为f，X为目标点A通过双目 摄像机分别成像在左右CCD像面上成像点的位置差。
[0024] 所述S4具体为:机械手指尖的生物触点装置在完成初步定位后，与待装配PCB板接 触，敏感材料会发生形变导致受到压力的改变，输出的电信号改变，计算机根据输出的信号 以及压力与位置的数学模型对机械手的位置进行调整，从而达到精确定位装配异形件的目 的。
[0025]本发明的有益效果：
[0026] (1)本发明可以在无人工干预的状态下完成对PCB板待装配区域的自动精确定位， 完成异形件的装配工作；
[0027] (2)本发明采用两个CCD摄像头分别采集一幅PCB板的图像进行处理，满足了工业 电子装配的快速性和实时性要求；
[0028] (3)本发明在机械手中加入生物触觉装置，能对装配目标区域进行精确定位，提高 了异形件装配的准确率；
[0029] (4)本发明在机械手的定位中使用了数字图像处理技术中的双目定位算法，能有 效地测量得到机械手与目标装配区域间的距离；
[0030] (5)本发明利用模板匹配的方法来确定异形件装配的目标区域，提高了后续定位 工作的准确性。
【附图说明】
[0031 ]图1是本发明的智能机械手的结构示意图；
[0032]图2是本发明生物触点装置的结构示意图；
[0033]图3a是本发明的模板匹配法的被搜索图；
[0034]图3b是本发明的匹配模板示意图；
[0035]图4是本发明的工作流程图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不 限于此。
[0037] 实施例
[0038] 如图1所示，一种基于多镜头的智能机械手，包括一个多关节多功能机械手1、用于 采集待装配PCB板图像的CCD摄像机2、生物触点装置3及计算机，所述CCD摄像机具体为两 个，分别安装在机械手前臂的左侧及右侧，摄像机的具体位置可以根据实际情况安装在机 械手的不同部位，生物触点装置可以将待装配区域的位置信息转化为电信号反馈到计算 机。生物触点的数目可以根据实际需求加以调整。计算机负责对采集的图像以及反馈的电 信号进行处理并发出控制信号，指挥机械手完成最终的定位及装配异形件的工作，所述机 械手内置机械手的控制电路，控制电路与计算机连接。
[0039] 本发明采用的两个CCD摄像机型号、参数保持一致，基本保持光轴平行、双目摄像 机坐标系共面且各坐标轴平行放置，同步采集的左右图像大小、比例一致，图像的灰度信息 保持比较完整，
[0040] 如图2所示，所述生物触点装置包括用敏感材料制成的贴片5及用于测量指套形变 并输出电信号的信号测量电路4,所述贴片5覆盖在机械手的手指尖上，所述贴片与信号测 量电路连接，信号测量电路4与计算机连接，所述信号测量电路内置在多关节多功能机械手 内部。本实施例中贴片选用指套式，并且采用三个贴片，套在机械手的手指尖上。
[0041] 所述敏感材料具有压力-电输出特性，可以将受到的压力转化为电信号输出。本实 施例中贴片的形