本发明涉及一种蓄电池生产工业机器人应用系统，具体涉及一种基于机器人运动规划的密封圈抓取和放置方法。
背景技术：
针对在蓄电池生产过程的密封圈密封的传统方法，即蓄电池生产企业完全依靠人工抓取密封圈，并将密封圈盖在蓄电池盖板上的密封口上。这需要花费很大的劳动力，存在生产效率低、工作环境恶劣等问题。以工业机器人运动规划、机器视觉技术为依托，提出了基于机器人运动规划的密封圈抓取和放置方法，让机器人将抓取起来的密封圈快速、准确地盖在传送带上高速运动的目标上。经测试，本方法具有效率高、准确度高、工作环境适应能力强等特点，能满足电池工厂装配要求，可以广泛的适用于当代流水线装配作业。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于机器人运动规划的密封圈抓取和放置方法，包括密封圈识别和抓取实现步骤，电池盖板密封口识别实现步骤和机器人动态目标追踪实现步骤三个部分。
步骤(1)：密封圈识别和抓取
①在竖直光照条件下，对抓取区域进行实时的图像采集，并通过网络接口传给抓取端图像处理单元；②抓取端图像处理单元运用霍夫圆检测算法和张正友标定法对图像进行处理，抽取密封圈圆形特征，得出密封圈圆心坐标；③对图像进行二值化处理，并进行密封圈正反面判断；④识别出正面向上的密封圈，并将其圆心坐标通过串口通讯传给机器人控制器；⑤控制机器人运动至密封圈坐标，通过内部IO开启气泵产生负压，完成密封圈的抓取。其中，密封圈正反面判断具体为：由于密封圈正反面的差异，密封圈正面较为光滑，而密封圈的反面有深色的数字和字母，所以在阈值为η1时，原始图像经过二值化处理可以明显看到密封圈正反面的差异，即反面黑色像素点多，正面黑色像素点少，所以我们设置黑色像素点阈值M1，因此可以通过统计图像中黑色像素点个数来判定密封圈的正反面：
其中，Rxy为识别出来的圆心坐标为(x,y)的圆形区域，M(x,y)表示Rxy内的黑色像素点数。
步骤(2)：电池盖板密封口识别
①在竖直光照条件下，对传送带上的蓄电池盖板进行实时的图像采集，并网络接口传给放置端图像处理单元；②放置端图像处理单元对其进行二值化，识别盖板上密封口内的传送带的白色部分；③对白色轮廓进行拟合找圆算法处理找到圆心；④通过张正友标定法，就能得到传送带上的蓄电池盖板上密封口的圆心坐标；⑤当盖上密封圈后，因不满足拟合找圆算法的约束条件，不会再次被找到，从而来判断是否盖上。其中，拟合找圆算法具体为：①通过设置阈值为η2，将采集放置端图像二值化；②我们可以识别盖板上密封口内的传送带的白色部分，并通过拟合算法，对其轮廓进行拟合；③设定拟合出来的圆半径范围为rmin＜r＜rmax、圆的面积范围Smin＜S＜Smax和圆内黑色像素点数范围M＜M2的约束条件,这样便可以找到盖板上密封口对应的圆。
步骤(3)：机器人动态目标追踪的实现
①机器人在完成密封圈识别和抓取后—设在SR点，开始向放置端图像处理单元传来的传送带上的蓄电池盖板上密封口的坐标S0运动；②在运动的同时，通过定时器计时,得到机器人从SR运动到S0的时间t；③通过时间t和传送速度VC，通过运动学计算，得到传送带上的蓄电池盖板上密封口在t时间内偏移坐标S0′；④通过误差校正，完成坐标追踪，并进行放置动作。
竖直光照条件为自主设计的摄像头补光光源，两块250×250mm的光板，悬挂在摄像头的两侧，每块灯板上均匀的分布着200个工作功率为1.2mw的LED灯。
二值化处理具体为：将采集到的抓取端图像按照阈值η1进行黑白二值化，从而得到二值化后的图像：
其中，参数i表示图像平面的第i行，参数j表示图像平面的第j列，F(i,j)表示图像平面第i行第j列位置上的像素灰度值，其中0为黑色灰度值，255为白色灰度值。
定时器计时具体实现方法为：①机器人控制器在接收到放置坐标后，向抓取端控制器通过串口发送开始计时标志Tstart，并开始从SR向S0运动；②到达S0后，向抓取端控制器发送结束计时标志Tend；③然后抓取端控制器就可以根据两个标志，对上述运动过程计时。这样通过实时的反馈，我们便可以得到，机器人从SR运动到S0的时间t。
运动学计算具体为：①设θ为传送带与机器人坐标系x轴的夹角；②我们对传送带速度Vc进行分解，则有Vcx＝Vc×cosθ、Vcy＝Vc×sinθ；③求蓄电池盖板在t时间内产生的坐标偏移量Δx＝Vcx×t，Δy＝Vcy×t；④通过这一系列的推算，我们可以计算出高速移动后的蓄电池盖板的位置坐标S0′(x0+Δx,y0+Δy)。
误差校正具体为：由于在追踪坐标时，还会存在追踪过程以及放置动作的时间误差。但由于追踪过程较短以及精简放置动作，所以在误差允许范围内，对于每一个密封口，误差可以视为一个定值。因此可以通过实际的测试得到修正坐标量(Δx′,Δy′)。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：采用工业机器人运动规划和机器视觉技术，能够有效地取代传统电池生产密封圈密封方法，即人工精准地识别密封圈的正反面，并进行抓取，然后将密封圈盖在传送带上高速移动的蓄电池盖板密封口上。在当前设备条件下，一块6孔蓄电池盖板密封耗时为11.5s，坐标精度达到0.01mm。具有效率高、准确度高、工作环境适应能力强等特点，能满足电池工厂装配要求，提高工业生产自动化水平，可以广泛的适用于当代流水线装配作业。
附图说明
图1是基于机器人运动规划的密封圈抓取和放置方法实现框图。
具体实施方式
如图1所示：一种基于机器人运动规划的密封圈抓取和放置方法，包括密封圈识别和抓取实现步骤，电池盖板密封口识别实现步骤和机器人动态目标追踪实现步骤三个部分。
步骤(1)：密封圈识别和抓取
①在竖直光照条件下，对抓取区域进行实时的图像采集，并通过网络接口传给抓取端图像处理单元；②抓取端图像处理单元运用霍夫圆检测算法和张正友标定法对图像进行处理，抽取密封圈圆形特征，得出密封圈圆心坐标；③对图像进行二值化处理，并进行密封圈正反面判断；④识别出正面向上的密封圈，并将其圆心坐标通过串口通讯传给机器人控制器；⑤控制机器人运动至密封圈坐标，通过内部IO开启气泵产生负压，完成密封圈的抓取。其中，密封圈正反面判断具体为：由于密封圈正反面的差异，密封圈正面较为光滑，而密封圈的反面有深色的数字和字母，所以在阈值为η1时，原始图像经过二值化处理可以明显看到密封圈正反面的差异，即反面黑色像素点多，正面黑色像素点少，所以我们设置黑色像素点阈值M1，因此可以通过统计图像中黑色像素点个数来判定密封圈的正反面：
其中，Rxy为识别出来的圆心坐标为(x,y)的圆形区域，M(x,y)表示Rxy内的黑色像素点数。
步骤(2)：电池盖板密封口识别
①在竖直光照条件下，对传送带上的蓄电池盖板进行实时的图像采集，并网络接口传给放置端图像处理单元；②放置端图像处理单元对其进行二值化，识别盖板上密封口内的传送带的白色部分；③对白色轮廓进行拟合找圆算法处理找到圆心；④通过张正友标定法，就能得到传送带上的蓄电池盖板上密封口的圆心坐标；⑤当盖上密封圈后，因不满足拟合找圆算法的约束条件，不会再次被找到，从而来判断是否盖上。其中，拟合找圆算法具体为：①通过设置阈值为η2，将采集放置端图像二值化；②我们可以识别盖板上密封口内的传送带的白色部分，并通过拟合算法，对其轮廓进行拟合；③设定拟合出来的圆半径范围为rmin＜r＜rmax、圆的面积范围Smin＜S＜Smax和圆内黑色像素点数范围M＜M2的约束条件,这样便可以找到盖板上密封口对应的圆。
步骤(3)：机器人动态目标追踪的实现
①机器人在完成密封圈识别和抓取后—设在SR点，开始向放置端图像处理单元传来的传送带上的蓄电池盖板上密封口的坐标S0运动；②在运动的同时，通过定时器计时,得到机器人从SR运动到S0的时间t；③通过时间t和传送速度VC，通过运动学计算，得到传送带上的蓄电池盖板上密封口在t时间内偏移坐标S0′；④通过误差校正，完成坐标追踪，并进行放置动作。
竖直光照条件为自主设计的摄像头补光光源，两块250×250mm的光板，悬挂在摄像头的两侧，每块灯板上均匀的分布着200个工作功率为1.2mw的LED灯。
二值化处理具体为：将采集到的抓取端图像按照阈值η1进行黑白二值化，从而得到二值化后的图像：
其中，参数i表示图像平面的第i行，参数j表示图像平面的第j列，F(i,j)表示图像平面第i行第j列位置上的像素灰度值，其中0为黑色灰度值，255为白色灰度值。
定时器计时具体实现方法为：①机器人控制器在接收到放置坐标后，向抓取端控制器通过串口发送开始计时标志Tstart，并开始从SR向S0运动；②到达S0后，向抓取端控制器发送结束计时标志Tend；③然后抓取端控制器就可以根据两个标志，对上述运动过程计时。这样通过实时的反馈，我们便可以得到，机器人从SR运动到S0的时间t。
运动学计算具体为：①设θ为传送带与机器人坐标系x轴的夹角；②我们对传送带速度Vc进行分解，则有Vcx＝Vc×cosθ、Vcy＝Vc×sinθ；③求蓄电池盖板在t时间内产生的坐标偏移量Δx＝Vcx×t，Δy＝Vcy×t；④通过这一系列的推算，我们可以计算出高速移动后的蓄电池盖板的位置坐标S0′(x0+Δx,y0+Δy)。
误差校正具体为：由于在追踪坐标时，还会存在追踪过程以及放置动作的时间误差。但由于追踪过程较短以及精简放置动作，所以在误差允许范围内，对于每一个密封口，误差可以视为一个定值。因此可以通过实际的测试得到修正坐标量(Δx′,Δy′)。