視覺定位與涂膠機(jī)器人的自主匹配實(shí)用教案

1、NoImage自我自我(zw)評評價(jià)價(jià)l 工作業(yè)績l 本人來自一汽大眾轎車二廠涂裝車間維修工段，目前擔(dān)任維修乙班班長。2004年到公司實(shí)習(xí)，2005年轉(zhuǎn)正。工作以來我積極主動的學(xué)習(xí)各種專業(yè)技術(shù)知識，不斷增強(qiáng)自己的技術(shù)能力。l 曾主導(dǎo)實(shí)施并完成了一汽大眾幾款車型在轎車二廠涂裝車間PVC線的自主(zzh)匹配工作（包括機(jī)器人匹配和視覺定位系統(tǒng)匹配)。并由于在邁騰車型自主(zzh)匹配工作中的出色表現(xiàn)，于2008年獲得一汽集團(tuán)自主(zzh)創(chuàng)新貢獻(xiàn)獎，得到公司的認(rèn)可。l 第1頁/共21頁第一頁，共21頁。NoImage自我自我(zw)評評價(jià)價(jià)l 技術(shù)革新l l 本人工作過程中積極探索、勇于創(chuàng)新。經(jīng)過

2、刻苦學(xué)習(xí)和專研，打破外方技術(shù)壟斷，成功實(shí)施了邁騰、新寶來、CC等車型及其改臉換代車型在PVC涂膠機(jī)器人線的自主匹配，為公司節(jié)省了大筆規(guī)劃費(fèi)用。同時(shí)由于省去了很多中間環(huán)節(jié)，大大縮短了調(diào)試周期。也為后期設(shè)備出現(xiàn)故障的快速(kui s)解決創(chuàng)造了有利條件。l 第2頁/共21頁第二頁，共21頁。NoImage自我自我(zw)評評價(jià)價(jià)l 技術(shù)革新l l 平時(shí)工作中更是積極努力，銳意進(jìn)取。主導(dǎo)或配合實(shí)施了PVC機(jī)器人管路保溫改造、PVC門檻機(jī)器人噴槍改造、頂蓋機(jī)器人清洗液自動保持系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)工控機(jī)備件一機(jī)多用配置、翻轉(zhuǎn)車新增維修軌道改造、翻轉(zhuǎn)車新增操作臺改造等許多大的技改項(xiàng)目。并累計(jì)提出并實(shí)施合理化建議

3、五十條以上，為公司節(jié)省(jishng)大量資金的同時(shí)，也大大降低了停臺時(shí)間。l 第3頁/共21頁第三頁，共21頁。NoImage自我自我(zw)評評價(jià)價(jià)l 傳授技藝l l 本人工作期間樂于幫助別人，累計(jì)教授徒弟9人。創(chuàng)造性的運(yùn)用“看、聽、畫、講”的方法帶領(lǐng)徒弟積極學(xué)習(xí)研究設(shè)備知識。在此過程中一直為人師表、嚴(yán)于律己，在教授技術(shù)的同時(shí)對他們的做人提出嚴(yán)格要求。為公司培養(yǎng)出一批有知識、有能力的技術(shù)工人。l 部分徒弟現(xiàn)已在公司的三廠、四廠工作，表現(xiàn)優(yōu)秀。并于2011年獲得公司四廠頒發(fā)的”金牌師傅”榮譽(yù)稱號。能夠?yàn)楣炯夹g(shù)人才的儲備做出自己(zj)的貢獻(xiàn)我感到非常高興和自豪。l 第4頁/共21頁第四頁，

4、共21頁。NoImage論文論文(lnwn)l 論文題目l l 視覺定位系統(tǒng)與涂膠機(jī)器人的自主(zzh)匹配l 第5頁/共21頁第五頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)l 提出背景l(fā) 一汽大眾轎車二廠涂裝車間建于2003年7月，于2005年12月投入生產(chǎn)。其中(qzhng)PVC生產(chǎn)線采用了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的VMT視覺定位系統(tǒng)與FANUC機(jī)器人匹配實(shí)現(xiàn)車身底板的自動涂膠。設(shè)備建造和調(diào)試均由德國EISENMANN公司承包，其中(qzhng)視覺系統(tǒng)和機(jī)器人的匹配由于技術(shù)復(fù)雜，難度大，后續(xù)每次上新車型，都需要承包給德國公司，不僅實(shí)施周期長，售后服務(wù)不及時(shí)，且花費(fèi)大筆的規(guī)劃費(fèi)用。因此理解和掌握

5、并最終實(shí)現(xiàn)視覺系統(tǒng)和機(jī)器人的自主匹配就是非常急迫的并且很有必要。l 第6頁/共21頁第六頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)PVC底板自動(zdng)涂膠生產(chǎn)線第7頁/共21頁第七頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)l擬實(shí)現(xiàn)目標(biāo)l1.通過研究視覺系統(tǒng)的圖像處理，特征點(diǎn)識別，模板(mbn)庫的學(xué)習(xí)以及坐標(biāo)系統(tǒng)的形成，進(jìn)一步理解和掌握VMT視覺軟件。l2.由于涉及到與機(jī)器人的匹配及坐標(biāo)變化，所以可以更深刻的理解機(jī)器人的坐標(biāo)變換原理和機(jī)器人程序運(yùn)行方式。l3.最終在新車型上線時(shí)，實(shí)現(xiàn)視覺定位系統(tǒng)與機(jī)器人的自主匹配，為公司節(jié)省大筆外包費(fèi)用。l 模擬(mn)圖第8頁/共21頁第八

6、頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)1. 視覺定位系統(tǒng)獲取圖像 圖像獲取也就是圖像的數(shù)字化過程，即將 圖像采集到計(jì)算機(jī)中的過程。 在自然的形式下，圖像并不能直接由計(jì)算機(jī)分析。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能處理數(shù)字而不是圖片，所以一幅圖像在用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理前必須先轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式。圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的方法是將物理圖像經(jīng)過采樣劃分為稱作圖像像素的小區(qū)域。最常見的劃分方案是方形采樣網(wǎng)格，圖像被分割成由相鄰像素組成的許多水平線。經(jīng)過采樣后的圖像還不是數(shù)字圖像，因?yàn)檫@些像素上的灰度值仍是一個(gè)連續(xù)量，必須進(jìn)行量化。所謂量化就是將每個(gè)像素的亮暗程度用一個(gè)整數(shù)(zhngsh)值來表示，即像素的灰度離散化。完成上述轉(zhuǎn)

7、化后，圖像被表示為一個(gè)整數(shù)(zhngsh)矩陣。每個(gè)像素具有兩個(gè)屬性：位置和灰度，此數(shù)字矩陣就作為計(jì)算機(jī)處理的對象。在采樣和量化處理后，才能產(chǎn)生一張數(shù)字化的圖像。 l 具體實(shí)施方法(fngf)與步驟第9頁/共21頁第九頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn) 2. 視覺定位系統(tǒng)識別特征點(diǎn) 模板識別就是從圖像中找出與已知模板相似的目標(biāo)模板，即識別出物體并確定出它在整幅圖像中的位置和方向，是計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)中的關(guān)鍵和難點(diǎn)。 直接利用原始模板的灰度信息進(jìn)行匹配。這是基于模板灰度信息的匹配是最基本的匹配算法思想。將原始模板在輸入圖像的搜索區(qū)域內(nèi)一個(gè)像素一個(gè)像素的移動，每移動一次都把模板和輸入圖像

8、每個(gè)對應(yīng)像素的灰度值差進(jìn)行計(jì)算，直到該搜索區(qū)域內(nèi)所有像素點(diǎn)都對比完畢，其中(qzhng)灰度值差最小的位置，就認(rèn)為該模板在圖像中的位置，即模板被識別出來。 l 具體實(shí)施方法(fngf)與步驟第10頁/共21頁第十頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)最佳(zu ji)“ 匹配模板(mbn) 參考點(diǎn)當(dāng)前圖像搜索區(qū)域第11頁/共21頁第十一頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)第12頁/共21頁第十二頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)3. 視覺定位系統(tǒng)3D向量計(jì)算 利用激光測量儀先分別測量出4個(gè)攝像頭在工作(gngzu)間坐標(biāo)系中的位置，稱為攝像頭的標(biāo)定。同樣的方

9、法得出機(jī)器人在工作(gngzu)間坐標(biāo)系中的位置，我們記為TR-G。當(dāng)有新車型上線時(shí)，用激光測量儀測量車殼0的特征點(diǎn)（這些特征點(diǎn)在車殼坐標(biāo)系中的位置通過車殼3維數(shù)據(jù)已知），就可以計(jì)算出車殼0在工作(gngzu)間坐標(biāo)系中的位置,我們記為TC0-G 。由TR-G 和 TC0-G可以得出TC0-R ，也就是車殼0在機(jī)器人坐標(biāo)系中的位置。這樣，當(dāng)有第n輛車殼n到位后，利用攝像頭測量車殼n的特征點(diǎn)，由于攝像頭已標(biāo)定過，我們就可以得到車殼n在工作(gngzu)間坐標(biāo)系中的位置TCn-G 。由TC0-G 和 TCn-G可以計(jì)算出TCn-C0 ，即車殼n相對于車殼0的位置變化，將此結(jié)果發(fā)送給機(jī)器人，由于機(jī)器

10、人已知TC0-R，就可以計(jì)算出TCn-R 。這樣機(jī)器人就知道了第n輛車殼在機(jī)器人坐標(biāo)系中的位置變化，根據(jù)此結(jié)果調(diào)整機(jī)器人的涂膠軌跡就可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)涂膠。 l 具體實(shí)施方法(fngf)與步驟第13頁/共21頁第十三頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)l 具體實(shí)施方法(fngf)與步驟攝像頭機(jī)器人直線(zhxin)軌道機(jī)器人激光測量儀返回現(xiàn)場布局及工作過程示意第14頁/共21頁第十四頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)l 具體實(shí)施方法(fngf)與步驟4. 視覺定位系統(tǒng)與機(jī)器人的匹配 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人涂膠軌跡能夠跟蹤車殼位置的變化，我們需要將車殼坐標(biāo)系定義為機(jī)器人的一個(gè)user

11、坐標(biāo)系，由上述2.2中描述的我們利用(lyng)激光測量儀可以得出TC0-R ，即車殼0在機(jī)器人坐標(biāo)系中的位置，我們就把這個(gè)位置定義為機(jī)器人的一個(gè)user坐標(biāo)系。這樣我們只需要把視覺系統(tǒng)所得出的TCn-C0補(bǔ)償?shù)綑C(jī)器人相應(yīng)的user坐標(biāo)系中，機(jī)器人就會自動修改涂膠軌跡，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)涂膠。第15頁/共21頁第十五頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)l 具體實(shí)施方法(fngf)與步驟UserWorldToolfanuc機(jī)器人坐標(biāo)示意圖第16頁/共21頁第十六頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)l 具體實(shí)施方法(fngf)與步驟5.自主實(shí)現(xiàn)視覺定位系統(tǒng)和機(jī)器人的匹配(1)攝像頭測

12、量替代激光測量儀 實(shí)現(xiàn)視覺定位系統(tǒng)和機(jī)器人的匹配，需要用到激光測量儀，可是此設(shè)備是廠家的核心設(shè)備，每次調(diào)試都需要從德國空運(yùn)到中國。如果我們要自己調(diào)試的話，廠家是不可能(knng)借給我們的。此設(shè)備價(jià)值一百多萬，自己購買又需要大筆費(fèi)用。所以要實(shí)現(xiàn)視覺定位系統(tǒng)和機(jī)器人的自主匹配，就需要繞過激光測量儀。經(jīng)過研究我們發(fā)現(xiàn)，只要在設(shè)備第一次調(diào)試時(shí)，標(biāo)定好攝像頭和機(jī)器人后，車殼的位置就可以通過攝像頭測出來。由于攝像頭和機(jī)器人相對于工作間是固定的，在后續(xù)車型上線的時(shí)候，就可以使用第一款車型上線時(shí)機(jī)器人和攝像頭的的數(shù)據(jù)，車殼的位置通過攝像頭測量可以得出。這樣的話就可以不用激光測量儀實(shí)現(xiàn)后續(xù)車型的自主調(diào)試。但是

13、攝像頭測量的車殼位置需要經(jīng)過圖像的識別和計(jì)算，就會存在一定的誤差。第17頁/共21頁第十七頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)l 具體實(shí)施方法(fngf)與步驟(2)攝像頭測量值誤差對機(jī)器人的影響 雖然攝像頭測量的誤差不大，但是要直接發(fā)送給機(jī)器人的話還是會對機(jī)器人涂膠精準(zhǔn)度有影響。而我們的視覺系統(tǒng)發(fā)送給機(jī)器人的是相對值，即車殼n相對于車殼0的位置變化。由于(yuy)攝像頭測量車殼n和車殼0時(shí)都存在誤差，倆次誤差值相互抵消，所以發(fā)給機(jī)器人的相對值還是很準(zhǔn)確的。 經(jīng)過上述研究，我們利用攝像頭測量車殼的位置，成功實(shí)現(xiàn)了后續(xù)車型上線時(shí)，機(jī)器人與視覺系統(tǒng)的自主匹配。第18頁/共21頁第十八頁

14、，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)l 本人(bnrn)承擔(dān)的任務(wù)及擔(dān)任角色在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施期間，本人開展了大量基礎(chǔ)理論的研究工作，建立了整個(gè)項(xiàng)目的理論基礎(chǔ)，并負(fù)責(zé)所有視覺定位系統(tǒng)配置工作，包括(boku)圖像獲取、特征點(diǎn)坐標(biāo)獲取、特征點(diǎn)模板識別和學(xué)習(xí)、3D向量計(jì)算設(shè)置等。在完成上述工作的同時(shí)，積極組織同事實(shí)施機(jī)器人的編程、配置，車殼調(diào)配等工作。對項(xiàng)目的圓滿完成起到積極主導(dǎo)的作用。第19頁/共21頁第十九頁，共21頁。NoImage論文論文(lnwn)l 取得(qd)的成果 在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施的過程中，我們積極探索，勇于創(chuàng)新。用自己的方法成功實(shí)現(xiàn)了涂膠機(jī)器人與視覺定位系統(tǒng)的自主匹配，為公司節(jié)省了大筆資金。而且由于省去了很多中間環(huán)節(jié)，大大縮短了調(diào)試周期(zhuq)。也為后期設(shè)備出現(xiàn)故障的快速解決創(chuàng)造了有利條件。并因此