面向变压器铁芯制造的硅钢片自动化叠装系统

摘要

本发明涉及一种面向变压器铁芯制造的硅钢片自动化叠装系统和变压器铁芯，该面向变压器铁芯制造的硅钢片自动化叠装系统可以通过机械臂和其上的抓取部自动抓取和安装硅钢片以构成变压器铁芯，通过图像采集部和标定板预先对抓取位姿进行标定，然后根据标定的位姿在实际抓取过程中计算抓取硅钢片位姿的差异量，从而修正抓取操作，实现对于硅钢片更加准确的抓取和安装。

主权项

一种面向变压器铁芯制造的硅钢片自动化叠装系统，其特征在于，包括：机械臂、控制单元、计算单元，其中，所述机械臂包括抓取部和位于所述抓取部一端的第一图像采集部以及位于所述抓取部另一端的第二图像采集部；以中转区的中心为原点，以所述中转区所在平面为xoy面，以竖直向上为z轴正方向建立空间直角坐标系中，所述控制单元控制所述抓取部移动至初始位姿Rob(x₁,y₁,z₁,θ₁)，使所述抓取部所在平面到所述中转区所在平面的距离为z₁，其中x_i，y_i，z_i分别为空间直角坐标系中的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标，θ₁为所述抓取部相对于xoy面内指定直线的偏转角，所述中转区为位于抓取部下方的水平操作平台，在所述中转区上两侧的对称位置设置有可拆卸的第一标定板和第二标定板，所述第一标定板和第二标定板在所述抓取部位于第一位置时，分别与所述第一图像采集部的成像范围和第二图像采集部的成像范围相对应，所述第一标定板和第二标定板为全等的正方形的黑白相间的棋盘格，所述第一标定板的右上角到所述第二标定板的右上角距离为S，且所述第一标定板中的格子与所述第二标定板中的格子平行，且以通过所述中转区中心的预定直线为对称轴，所述控制单元控制所述第一图像采集部和第二图像采集部分别采集所述第一标定板Imaga0和第二标定板的图像Imagb0，镜头畸变参数矩阵分别为Da和Db，单应性矩阵分别为Ha和Hb，以所述第一标定板中的右上角为原点，以所述中转区所在平面为xoy面生成直角坐标系Cord_a(x，y)，以所述第二标定板中的右上角为原点以所述中转区所在平面为xoy面生成直角坐标系Cord_b(x，y)，Cord_a(x，y)和Cord_b(x，y)中的x轴和y轴正方向相同；设统一坐标系Cord(x，y)中的坐标相对于Cord_a(x，y)不做变化，相对于Cord_b(x，y)沿y轴正方向平移距离S；所述控制单元控制所述抓取部抓取硅钢片，控制所述抓取部移动至位姿Rob(x₁,y₁,0,θ₁)放下硅钢片，控制所述抓取部返回所述初始位置，控制所述第一图像采集部和第二图像采集部分别采集硅钢片的图像Imaga1和Imagb1，根据所述矩阵Da和Db去除畸变，Imaga1’＝Da×Imaga1，Imagb1’＝Db×Imagb1，获取硅钢片在Imaga1’和Imagb1’中顶角点的坐标Pix(x_a1，y_a1)和Pix(x_b1，y_b1)，所述计算单元根据所述矩阵Ha和Hb将Pix(x_a1，y_a1)和Pix(x_b1，y_b1)换算为在坐标系Cord_a(x，y)和坐标系Cord_b(x，y)中的坐标Cord_a(x_a1，y_a1)和Cord_b(x_b1，y_b1)，将坐标Cord_a(x_a1，y_a1)和Cord_b(x_b1，y_b1)换算为在统一坐标系中的坐标Cord(x_a1，y_a1)和Cord(x_b1，y_b1)；所述控制单元控制所述抓取部从位姿Rob(x₁,y₁,0,θ₁)抓取硅钢片返回所述初始位置，控制所述抓取部沿中心所在轴线旋转角度Δθ到位姿Rob(x₁,y₁,z₁,θ₂)，控制所述抓取部移动至位姿Rob(x₁,y₁,0,θ₂)，将硅钢片放回所述中转区，控制所述抓取部返回所述初始位置，控制所述第一图像采集部和第二图像采集部分别采集硅钢片的图像Imaga2和Imagb2，根据所述矩阵Da和Db去除畸变，Imaga2’＝Da×Imaga2，Imagb2’＝Db×Imagb2，获取硅钢片在Imaga2’和Imagb2’中顶角点的坐标Pix(x_a2，y_a2)和Pix(x_b2，y_b2)，所述计算单元根据所述矩阵Ha和Hb将Pix(x_a2，y_a2)和Pix(x_b2，y_b2)换算为在坐标系Cord_a(x，y)和坐标系Cord_b(x，y)中的坐标Cord_a(x_a2，y_a2)和Cord_b(x_b2，y_b2)，将坐标Cord_a(x_a2，y_a2)和Cord_b(x_b2，y_b2)换算为在统一坐标系中的坐标Cord(x_a2，y_a2)和Cord(x_b2，y_b2)；所述计算单元计算Cord(x_a1，y_a1)和Cord(x_b1，y_b1)的中垂线方程E₁，和Cord(x_a2，y_a2)和Cord(x_b2，y_b2)的中垂线方程E₂，计算E₁和E₂的交点坐标(x_c，y_c)，并将(x_c，y_c)换算为在统一坐标系中的坐标Cord(x_c，y_c)，根据Cord(x_a1，y_a1)、Cord(x_b1，y_b1)和Cord(x_c，y_c)计算参数L和M$\left\{\begin{array}{c}L=\sqrt{(x_c-x_{a1})2+(y_c-y_{a1})2}\\ M=[(x_c-x_{a1}),(y_c-y_{a1})]\otimes [(y_{b1}-y_{a1}),(y_{b1}-y_{a1})]\end{array}\right.,$设所述抓取部中心在所述中转区上投影的期待位置为Cord(x_std，y_std)，其中，$\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{\left(x_{std}-x_{a1}\right)}^2+{\left(y_{std}-y_{a1}\right)}^2}=L\\ \left[\left(x_{std}-x_{a1}\right),\left(y_{std}-y_{a1}\right)\right]\otimes \left[\left(x_{b1}-x_{a1}\right),\left(y_{b1}-y_{a1}\right)\right]=M\end{array}\right.$计算硅钢片的期待倾角${\theta }_{std}=\arctan \left(\frac{y_{b1}-y_{a1}}{x_{b1}-x_{a1}}\right),$所述控制单元控制所述抓取部从所述中转区抓取硅钢片移动至位姿Rob(x₁,y₁,z₁,θ₂)，并沿空间直角坐标系的y轴方向平移Δl至位姿Rob(x₁,y₁+Δl,z₁,θ₂)，控制所述抓取部移动至位姿Rob(x₁,y₁+Δl,0,θ₂)放下硅钢片，控制所述抓取部返回所述初始位置，控制所述第一图像采集部和第二图像采集部分别采集硅钢片的图像Imaga3和Imagb3，根据所述矩阵Da和Db去除畸变，Imaga3’＝Da×Imaga3，Imagb3’＝Db×Imagb3，获取硅钢片在Imaga3’和Imagb3’中顶角点的坐标Pix(x_a3，y_a3)和Pix(x_b3，y_b3)，所述计算单元根据所述矩阵Ha和Hb将Pix(x_a3，y_a3)和Pix(x_b3，y_b3)换算为在坐标系Cord_a(x，y)和坐标系Cord_b(x，y)中的坐标Cord_a(x_a3，y_a3)和Cord_b(x_b3，y_b3)，将坐标Cord_a(x_a3，y_a3)和Cord_b(x_b3，y_b3)换算为在统一坐标系中的坐标Cord(x_a3，y_a3)和Cord(x_b3，y_b3)，所述抓取部的中心在所述中转区的投影为Cord(x’_c，y’_c)，$\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{\left(x_c^{\prime }-x_{a3}\right)}^2+{\left(y_c^{\prime }-y_{a3}\right)}^2}=\sqrt{{\left(x_c-x_{a1}\right)}^2+{\left(y_c-y_{a1}\right)}^2}\\ \left[\left(x_c^{\prime }-x_{a3}\right),\left(y_c^{\prime }-y_{a3}\right)\right]\otimes \left[\left(x_{b3}-x_{a3}\right),\left(y_{b3}-y_{a3}\right)\right]=\left[\left(x_c-x_{a1}\right),\left(y_c-y_{a1}\right)\right]\otimes \left[\left(x_{b1}-x_{a1}\right),\left(y_{b1}-y_{a1}\right)\right]\end{array}\right.$所述控制单元控制所述抓取部移动至所述初始位置，控制所述第一图像采集部和第二图像采集部分别采集硅钢片的图像ImagaA和ImagbB，根据所述矩阵Da和Db去除畸变，ImagA’＝Da×ImagaA，ImagB’＝Db×ImagbB，获取硅钢片在ImagA’和ImagB’中边沿的坐标Pix(x_a，y_a)和Pix(x_b，y_b)，所述计算单元根据所述矩阵Ha和Hb将Pix(x_a，y_a)和Pix(x_b，y_b)换算为在坐标系Corda(x，y)和坐标系Cordb(x，y)中的坐标Corda(x_a，y_a)和Cordb(x_b，y_b)，将坐标Corda(x_a，y_a)和Cordb(x_b，y_b)换算为在统一坐标系中的坐标Cord(x_a，y_a)和Cord(x_b，y_b)；硅钢片的中心在所述中转区上投影的期待位置为Cord(x_cu，y_cu)，其中，$\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{\left(x_{cu}-x_a\right)}^2+{\left(y_{cu}-y_a\right)}^2}=L\\ \left[\left(x_{cu}-x_a\right),\left(y_{cu}-y_a\right)\right]\otimes \left[\left(x_b-x_a\right),\left(y_b-y_a\right)\right]=M\end{array}\right.,$所述计算单元计算Cord(x_cu，y_cu)与Cord(x_std，y_std)的差值Cord(Δx，Δy)＝Cord(x_cu，y_cu)‑Cord(x_std，y_std)，计算所述控制单元的控制偏差量$Rob(Dx,Dy)=\frac{1}{\Delta l}\left[\begin{array}{cc}{x}_c^{\prime }-x_c& y_c^{\prime }-y_c\\ y_c^{\prime }-y_c& x_c-x_c^{\prime }\end{array}\right]\times Cord(\Delta x,\Delta y),$计算硅钢片的表征倾角${\theta }_{cur}=\arctan \left(\frac{y_b-y_a}{x_b-x_a}\right),$计算所述表征倾角与所述期待倾角的差值Δθ＝θ_cur‑θ_std，所述控制单元控制所述抓取部从所述初始位置移动至位置Rob(x₁+Dx,y₁+Dy,0,θ₁+Δθ)抓取硅钢片，并在目标安放位置为Rob(x₀,y₀,z₀,θ₀)时，控制所述抓取部移动至位置Rob(x₀+Δx,y₀+Δy,z₀,θ₀)安放抓取到的硅钢片形成铁芯。