用于飞机壁板类组件制孔的机器人视觉系统设计

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1、机器人技术及应用Robottechnologyandapplication用于飞机壁板类组件制孔的*机器人视觉系统设计DesignofRobotVisionSystemforDrillingofAircraftPanelComponent中航工业北京航空制造工程研究所数字化制造技术航空科技重点实验室 姚艳彬北京航空航天大学 毕树生根据飞机平面壁板类组件的制孔需求以及机器人制孔系统的特点，本文开发了一套用于制孔位置精确定位的机器人手眼视觉系统。该视觉系统采用单个工业相机，且将相机安装于制孔末端执行器上

2、。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.13.082于制造误差等原因，实际加工的飞机器人制孔系统的特点，本文开发了一零部件与三维数模之间存在偏差，仅套用于制孔位置精确定位的机器人根据数模难以保证机器人的制孔精手眼视觉系统。该视觉系统采用单度。机器人制孔系统工作时，需利用个工业相机，且将相机安装于制孔末视觉系统对制孔位置精确定位，这是端执行器上。机器人制孔定位试验实现飞机零部件精确制孔的关键。表明，该视觉系统的定位精度高于姚艳彬北京航空制造工程研究所工程师，目前，国外的机

3、器人制孔系统均采用0.3mm，且具有运算效率高、操作简工学博士。主要从事飞机先进装配技高精度的视觉系统，国内用于机器人单等优点，可以用于平面壁板类组件术、机器人技术的研究和应用工作。在制孔的视觉系统的研发尚不成熟。的精确制孔。国内外学术期刊和国际会议上发表论根据视觉传感器不同，机器人视文10余篇，获得国家专利2项，软件著作权1项。觉系统分为激光视觉系统以及摄像手眼标定算法机视觉系统。激光视觉系统主要依相机安装在制孔末端执行器上，机器人制孔系统由于灵活性好，靠激光跟踪仪等设备进行机器人的末端执行器安装

4、在机器人末端，因此适应性强且效率高，在国外飞机装配导航，定位精度高，但系统设备昂贵需要标定出相机坐标系与机器人坐[1-3]中已得到广泛的研究和应用。由且易受外部环境的干扰。摄像机视标系的相对位置关系。机器人制孔觉系统主要采用工业相机进行机器系统工作时，需保证刀具与工件表面*　基金项目：北京市科技计划项目人的导航，具有灵活性高、成本低且垂直。此时在二维平面内，通过机械（Z121100001612011）、航空基金不易受外界干扰等优点。根据飞机安装，也可保证相机光轴垂直于工件（20121625008）、

5、国家科技支撑计划项目（2011BAF13B06）资助。平面壁板类组件的制孔需求以及机表面，因此只需要求得平面两轴方82航空制造技术·2015年第13期机器人技术及应用Robottechnologyandapplication向上相机相对于TCP（ToolCenter定时通过TCP分别与p1和p2进行H=‖pp1‖sinω。通过求出的p1在Point，刀具中心点）的偏移量即可在示教对点，通过工具坐标系到世界坐景物坐标系中的坐标值（x1，y1）可以工件表面进行二维视觉导航，图1为标系的转换可以从工业机器

6、人系统算出TCP在景物坐标系中的坐标，二维平面内机器人“手眼”关系的标中得到p1与p2连线的距离以及连线即图1中P点的坐标为：定方法示意图。与xw轴的夹角θ，由此可以算出景xdx−Dkx−ppp11图1中P点为末端执行器上的物坐标系相对于世界坐标系的转角===yphH+y1ky+pp1TCP点也是工具坐标系的原点，xw，为φ=θ−γ，同时可以算出在此拍yw分别为在世界坐标系下以标定模xp=d=xp1−pD=kx1−pp1cos(δ+γ−θ)

7、。（1）摄距离下的比例系数k=12板平面建立的工件坐标系两轴方向。yphHp+py1ky+pp1sin(δ+γ−θ)112x′、o′、y′为相机成像坐标系，根据因为景物坐标系与相机成像坐（p1p2）为成像坐标系内两点间联小孔成像原理以及弱透视模型可知标系的比例关系已经得到，由此通过在相机拍摄距离一定时，图像所对应线距离的像素值，p1p2为景物坐标景物坐标系便间接地建立了TCP与的拍摄区域的范围也是固定的。因系中两点连线的实际距离）。于是有相机成像坐标系的关系，即为所求手

8、此，与相机成像坐标系x′、o′、y′相对xx眼关系。y=ky，也就求出了p1与应可以建立一个景物坐标系x、o、1硬件和软件系统设计y。p1、p2分别为被拍摄平面内景物p在景物坐标系x、o、y中的具体坐根据实际需求，机器人视觉系统2坐标系x、o、y中的两个景物点，可的相机采用加拿大PointGrey公司的标值。拍摄时TCP在世界坐标系中设其坐标分别为（x1，y1）与（x2，y2）。的位置以及对点时TCP的位置都可型号为GRAS-20S4M-C的200万像p′