本發(fā)明屬于測(cè)量裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體提供一種狹小空間裝配系統(tǒng)及裝配方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，工件間的裝配是必不可少的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。目前大多數(shù)裝配，例如精密設(shè)備或精密零件的裝配，在裝配空間足夠的情況下，可以采用傳統(tǒng)的位姿測(cè)量裝置輔助自動(dòng)化裝配機(jī)器人的方式進(jìn)行裝配作業(yè)。在這種裝配方式中，位姿測(cè)量裝置首先對(duì)待裝配件與目標(biāo)裝配件的位姿進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量結(jié)果傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即自動(dòng)化裝配機(jī)器人)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行精密的裝配作業(yè)，保證裝配精度。

然而，在某些狹窄空間環(huán)境下的裝配工作，尤其是在狹窄空間進(jìn)行精密裝配工作時(shí)，由于傳統(tǒng)的位姿測(cè)量裝置體積過(guò)大，沒(méi)有足夠的空間進(jìn)行固定，所以仍然采用人工對(duì)接的方法進(jìn)行。在此種情況下，工人們將待裝配件固定在支架上，用吊車或機(jī)械臂將其吊起，通過(guò)人工目測(cè)的方式調(diào)節(jié)待裝配件的位置和角度，并逐步靠近目標(biāo)裝配件，完成最終裝配。此種方法在實(shí)施過(guò)程中不僅需要多人配合安裝，并且在裝配過(guò)程中依靠人眼進(jìn)行反饋，配合精度無(wú)法保證，而且整個(gè)裝配過(guò)程進(jìn)行緩慢，效率低下。

相應(yīng)地，本領(lǐng)域需要一種新的適用于狹小空間的裝配系統(tǒng)及裝配方法來(lái)解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，即為了解決狹窄空間下采用人工裝配，裝配精度差、效率低的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種狹小空間裝配系統(tǒng)，用于將待裝配件匹配安裝至對(duì)接件，該系統(tǒng)包括采集部，其用于采集所述待裝配件的第一位姿信息以及所述對(duì)接件的第二位姿信息；數(shù)據(jù)處理單元，其用于基于所述第一位姿信息和第二位姿信息，計(jì)算出所述待裝配件與所述對(duì)接件之間的結(jié)果位姿信息；執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其用于基于所述結(jié)果位姿信息，將所述待裝配件安裝至所述對(duì)接件。

在上述狹小空間裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述采集部包括殼體以及設(shè)置于所述殼體內(nèi)的第一采集單元與第二采集單元，其中，所述第一采集單元用于采集所述待裝配件的第一位姿信息；其中，所述第二采集單元用于采集所述對(duì)接件的第二位姿信息。

在上述狹小空間裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述殼體上設(shè)置有安裝結(jié)構(gòu)，所述安裝結(jié)構(gòu)能夠使所述采集部處于與所述待裝配件的位置相對(duì)固定的狀態(tài)。

在上述狹小空間裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述待裝配件上具有第一裝配特征，所述對(duì)接件上設(shè)置有與所述第一裝配特征對(duì)應(yīng)的第二裝配特征。

在上述狹小空間裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述采集部通過(guò)所述安裝結(jié)構(gòu)固定于所述第一裝配特征。

在上述狹小空間裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述第一采集單元為慣性陀螺儀，所述第一位姿信息中至少包含角度信息。

在上述狹小空間裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述第二采集單元為雙目相機(jī)，所述第二位姿信息中至少包含所述第二裝配特征的圖像信息。

在上述狹小空間裝配系統(tǒng)的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述殼體包括第一殼體和第二殼體，所述慣性陀螺儀和所述雙目相機(jī)設(shè)置于所述第一殼體和所述第二殼體形成的腔體中，并且所述第一殼體上開(kāi)設(shè)有鏡頭孔，在連接好的狀態(tài)下，所述雙目相機(jī)的鏡頭能夠容納于所述鏡頭孔中。

本發(fā)明還提供了一種狹小空間裝配方法，用于將待裝配件匹配安裝至對(duì)接件，所述狹小空間裝配方法包括：

采集所述待裝配件的第一位姿信息以及所述對(duì)接件的第二位姿信息；

基于所述第一位姿信息和第二位姿信息，計(jì)算出所述待裝配件與所述對(duì)接件之間的結(jié)果位姿信息；

基于所述結(jié)果位姿信息，將所述待裝配件安裝至所述對(duì)接件。

在上述狹小空間裝配方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述的“采集所述待裝配件的第一位姿信息以及所述對(duì)接件的第二位姿信息”進(jìn)一步包括：

在所述采集部由零點(diǎn)位置移動(dòng)至所述待裝配件的過(guò)程中，采集部的慣性陀螺儀采集至少包含所述待裝配件的第一裝配特征的所述角度信息；

在所述采集部與所述待裝配件連接好的狀態(tài)下，采集部的雙目相機(jī)采集至少包含所述對(duì)接件的第二裝配特征的圖像信息。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，在本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，狹小空間裝配系統(tǒng)主要包括采集部、數(shù)據(jù)處理單元以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，采集部包括殼體以及設(shè)置于殼體內(nèi)的慣性陀螺儀與雙目相機(jī)，其中慣性陀螺儀可采集待裝配件的第一位姿信息，雙目相機(jī)可采集對(duì)接件的第二位姿信息。此外，狹小空間裝配方法，通過(guò)采集部采集待裝配件的第一位姿信息和對(duì)接件的第二位姿信息，并計(jì)算出結(jié)果位姿信息的方式，可以輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速準(zhǔn)確的將待裝配件匹配安裝至對(duì)接件。通過(guò)狹小空間裝配系統(tǒng)及裝配方法，不僅可以大幅提高狹窄空間裝配的裝配效率和裝配精度，而且采集部結(jié)構(gòu)小巧，使用簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的狹小空間裝配系統(tǒng)的裝配過(guò)程示意圖；

圖2是本發(fā)明的狹小空間裝配系統(tǒng)的采集部的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的狹小空間裝配方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如，雖然附圖中的安裝結(jié)構(gòu)以可拆卸的方式與第二殼體連接，但是這種連接方式非一成不變，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對(duì)其作出調(diào)整，以便適應(yīng)具體的應(yīng)用場(chǎng)合。

需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方向或位置關(guān)系的術(shù)語(yǔ)是基于附圖所示的方向或位置關(guān)系，這僅僅是為了便于描述，而不是指示或暗示所述裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

此外，還需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

本發(fā)明的主要目的在于，克服在狹窄空間下的人工裝配方式存在的裝配精度差、裝配效率低等問(wèn)題。

如圖1所示，為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明在一種可能的實(shí)施方式中，提供了一種狹小空間裝配系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括采集部1、數(shù)據(jù)處理單元以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)2，該系統(tǒng)可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理單元對(duì)采集部1獲得的信息進(jìn)行分析和處理，執(zhí)行機(jī)構(gòu)2基于分析和處理的結(jié)果即可將待裝配件3匹配安裝至對(duì)接件4。其中，采集部1主要用于采集待裝配件3的第一位姿信息以及對(duì)接件4的第二位姿信息；數(shù)據(jù)處理單元主要用于基于第一位姿信息和第二位姿信息，計(jì)算出待裝配件3與對(duì)接件4之間的結(jié)果位姿信息；執(zhí)行機(jī)構(gòu)2則主要用于基于結(jié)果位姿信息，如數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)結(jié)果位姿信息向執(zhí)行機(jī)構(gòu)2發(fā)送相應(yīng)的指令，將待裝配件3安裝至對(duì)接件4。

如圖2所示，采集部1主要包括殼體以及設(shè)置于殼體內(nèi)部的第一采集單元與第二采集單元。其中，第一采集單元主要用于采集待裝配件3的第一位姿信息，第二采集單元主要用于采集對(duì)接件4的第二位姿信息。優(yōu)選地，殼體可以包括第一殼體11和第二殼體12，第一采集單元與第二采集單元均設(shè)置于第二殼體12，并且在連接好的狀態(tài)下，第一采集單元與第二采集單元分別與第二殼體12無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，第一采集單元為慣性陀螺儀13，第二采集單元為雙目相機(jī)14。優(yōu)選地，慣性陀螺儀13可以是能夠測(cè)量三個(gè)方向上的角度、角速度以及加速度變化的三維定位陀螺儀，即含有陀螺儀與加速度計(jì)。其中，陀螺儀可以采集角度和角速度等參數(shù)，加速度計(jì)可以采集加速度等參數(shù)。雙目相機(jī)14可以由兩個(gè)同型號(hào)的CCD相機(jī)模組構(gòu)成。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的是，慣性陀螺儀13與雙目相機(jī)14的型號(hào)并非一成不變，也可以采用其他型號(hào)或形式的陀螺儀與視覺(jué)相機(jī)，只要該陀螺儀與視覺(jué)相機(jī)能夠準(zhǔn)確獲得待裝配件3和對(duì)接件4的位姿信息即可。

繼續(xù)參照?qǐng)D1，待裝配件3上設(shè)置有第一裝配特征31(如輪廓大致為矩形的凸起)；對(duì)接件4上設(shè)置有可以與第一裝配特征31配合連接的第二裝配特征41(如與前述的凸起對(duì)應(yīng)的凹槽)，待裝配件3與對(duì)接件4可以通過(guò)第一裝配特征31與第二裝配特征41的配合連接(如插合連接)實(shí)現(xiàn)裝配。在上述情況下采集位姿信息時(shí)，慣性陀螺儀13主要用于獲取采集部1移動(dòng)至第一裝配特征31的過(guò)程中的加速度或角速度等參數(shù)，雙目相機(jī)14則主要用于獲取含有第二裝配特征41的特征點(diǎn)的圖像信息。需要說(shuō)明的是，特征點(diǎn)是雙目相機(jī)14從獲取的圖像中提取出來(lái)的若干個(gè)特殊點(diǎn)，如特征點(diǎn)可以是裝配特征的外緣交點(diǎn)，舉例而言，特征點(diǎn)可以是第一裝配特征31的矩形凸起的各邊所形成的交點(diǎn)，也可以是第二裝配特征41的矩形凹槽的槽底各邊所形成的交點(diǎn)等。優(yōu)選地，在本實(shí)施方式中，特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)為四個(gè)，即矩形凸起的各邊或矩形凹槽的槽底各邊所形成的四個(gè)交點(diǎn)。當(dāng)然，特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)可以隨裝配特征的形狀的改變而變化，如當(dāng)?shù)谝谎b配特征31為截面為三角形的凸起時(shí)，特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)可以為三個(gè)。

需要說(shuō)明的是，在本優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一位姿信息可以是慣性陀螺儀13采集的加速度或角速度等參數(shù)，第二位姿信息可以是雙目相機(jī)14所拍攝的至少包含對(duì)接件4的第二裝配特征41的圖像信息等。結(jié)果位姿信息可以是基于對(duì)上述第一位姿信息和第二位姿信息進(jìn)行分析處理后得到的待裝配件3的任一點(diǎn)和對(duì)接件4對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在同一個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)信息等。如可以是特征點(diǎn)，也可以是裝配特征上的任一點(diǎn)等。

繼續(xù)參照?qǐng)D2，第一殼體11上設(shè)置有鏡頭孔111，并且在連接好的狀態(tài)下，雙目相機(jī)14的鏡頭能夠容納于該鏡頭孔111中。此外，在第二殼體12外側(cè)還開(kāi)設(shè)有與第一裝配特征31對(duì)應(yīng)的安裝結(jié)構(gòu)121，該安裝結(jié)構(gòu)121可以通過(guò)與第一裝配特征31緊密連接的方式，使采集部1與待裝配件3之間處于位置相對(duì)固定的狀態(tài)。優(yōu)選地，安裝結(jié)構(gòu)121可以為與第二殼體12以可拆卸方式連接的、并且與第一裝配特征31(如前所述的矩形凸起)形狀對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)(如矩形結(jié)構(gòu))，該結(jié)構(gòu)可以通過(guò)與第一裝配特征31緊密插合的方式將采集部1與待裝配件3相對(duì)固定(如矩形接口與矩形凸起的套接)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的是，安裝結(jié)構(gòu)121也可以設(shè)置為其他形式，只要該形式可以使采集部1與待裝配件3的位置相對(duì)固定即可。

此外，采集部1還可以包括電源(圖中未標(biāo)出)和連接線(圖中未標(biāo)出)。其中，電源可以用來(lái)給采集部1供電，連接線可以用來(lái)將慣性陀螺儀13采集的第一位姿信息與雙目相機(jī)14采集的第二位姿信息及時(shí)地輸入數(shù)據(jù)處理單元。

如前所述，本發(fā)明的狹小空間裝配系統(tǒng)主要包括采集部1、數(shù)據(jù)處理單元以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)2。其中，采集部1主要包括第一殼體11與第二殼體12，在第二殼體12上設(shè)置有慣性陀螺儀13與雙目相機(jī)14，慣性陀螺儀13與雙目相機(jī)14各自相對(duì)于第二殼體12無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，保證了采集部1在使用時(shí)的穩(wěn)定性。第二殼體12上還設(shè)置有安裝結(jié)構(gòu)121，在安裝結(jié)構(gòu)121與待裝配件3上的第一裝配特征31緊密連接后，慣性陀螺儀13可以采集第一裝配特征31的第一位姿信息，雙目相機(jī)14可以采集第二裝配特征41的第二位姿信息。此外，由于采集部1的結(jié)構(gòu)巧妙、集成度較高，因此采集部1的整體外形小巧輕便，便于攜帶，便于狹小空間的操作。并且，可以根基實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，靈活地設(shè)置采集部1的安裝結(jié)構(gòu)121，從而提高了采集部1相對(duì)待安裝件3的適用性。

如圖3所示，本發(fā)明還提供了一種狹小空間裝配系統(tǒng)的裝配方法，主要是基于前述的慣性陀螺儀13和雙目相機(jī)14，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2完成待裝配件3與對(duì)接件4的裝配過(guò)程。該方法主要包括以下步驟：

S100、將采集部1置于設(shè)定的零點(diǎn)位置21，并對(duì)采集部1的慣性陀螺儀13和雙目相機(jī)14進(jìn)行初始化。如零點(diǎn)位置21為執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的設(shè)定點(diǎn)，初始化可以包括對(duì)慣性陀螺儀13和雙目相機(jī)14進(jìn)行數(shù)據(jù)的清零等操作。

S200、在采集部1從零點(diǎn)位置21移動(dòng)至待裝配件3的過(guò)程中，慣性陀螺儀13采集待裝配件3的第一位姿信息。之后，在采集部1與待裝配件3的位置相對(duì)固定的情形下，通過(guò)雙目相機(jī)14直接獲取對(duì)接件4的第二位姿信息。

S300、基于該第一位姿信息和第二位姿信息，數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算待裝配件3與對(duì)接件4之間的結(jié)果位姿信息。如在同一基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，計(jì)算出待裝配件3與對(duì)接件4之間的位置關(guān)系。

S400、基于該結(jié)果位姿信息，將待裝配件3安裝至對(duì)接件4。也就是說(shuō)，在待裝配件3與對(duì)接件4之間的位置關(guān)系可以確定的情形下，數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)2發(fā)送相應(yīng)的指令，進(jìn)而使待裝配件3的第一裝配特征31可靠地匹配至對(duì)接件4的第二裝配特征41。

需要說(shuō)明的是，在本優(yōu)選的實(shí)施方式中，為方便說(shuō)明，可以定義如下坐標(biāo)系：

基于慣性陀螺儀13的坐標(biāo)系為慣性坐標(biāo)系H_P，按照設(shè)定的方向，依次定義慣性坐標(biāo)系H_P的坐標(biāo)軸為X_H軸、Y_H軸、Z_H軸。基于雙目相機(jī)14的坐標(biāo)系為相機(jī)坐標(biāo)系C_P，按照設(shè)定的方向，依次定義相機(jī)坐標(biāo)系C_P的坐標(biāo)軸依次為X_C軸、Y_C軸、Z_C軸?；趯?duì)接件4的坐標(biāo)系為對(duì)接坐標(biāo)系E_P，按照設(shè)定的方向，依次定義對(duì)接坐標(biāo)系E_P的坐標(biāo)軸依次為X_E軸、Y_E軸、Z_E軸?；趫?zhí)行機(jī)構(gòu)2的坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系W_P，按照設(shè)定的方向，依次定義世界坐標(biāo)系W_P的坐標(biāo)軸依次為X_W軸、Y_W軸、Z_W軸。

需要說(shuō)明的是，相對(duì)位姿關(guān)系可以是空間中任一點(diǎn)在此空間的坐標(biāo)系的位置與此點(diǎn)另一個(gè)空間坐標(biāo)系的位置的轉(zhuǎn)換關(guān)系，如空間中任一點(diǎn)N在世界坐標(biāo)系W_P中的坐標(biāo)為：N_W＝(x_W,y_W,z_W)^T，而點(diǎn)N在慣性坐標(biāo)系H_P的坐標(biāo)為：N_H＝(x_H,y_H,z_H)^T，那么點(diǎn)N在慣性坐標(biāo)系H_P和世界坐標(biāo)系W_P中所處的坐標(biāo)變換可以表示為公式(1)。

在公式(1)中，[R t]為世界坐標(biāo)系W_P到慣性坐標(biāo)系H_P的變換矩陣，即相對(duì)位姿關(guān)系。R為旋轉(zhuǎn)矩陣，表示N_W＝(x_W,y_W,z_W)^T在歐式空間的姿態(tài)變換，為3×3正交矩陣。t為一個(gè)三維向量，表示N_W＝(x_W,y_W,z_W)^T在歐式空間內(nèi)沿(X_W軸、Y_W軸、Z_W軸)的平移量，稱為平移向量。

為了實(shí)現(xiàn)相機(jī)坐標(biāo)系C_P和慣性坐標(biāo)系H_P以及慣性坐標(biāo)系H_P和世界坐標(biāo)系W_P之間的對(duì)接，在步驟S100之前，需要對(duì)雙目相機(jī)14中的鏡頭以及雙目相機(jī)14和慣性陀螺儀13之間的相對(duì)位姿關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。

其中，雙目相機(jī)14的標(biāo)定方法可以為：采用標(biāo)定板，如圓形標(biāo)定板對(duì)雙目相機(jī)14進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定板上有若干個(gè)大小一致的圓點(diǎn)，開(kāi)啟雙目相機(jī)14，采集若干對(duì)靶標(biāo)圖像，如利用張氏標(biāo)定法進(jìn)行標(biāo)定，得到雙目相機(jī)14的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)。如雙目相機(jī)14的內(nèi)參數(shù)主要包括焦距f、尺度因子(S_x,S_y)、圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)(u₀,v₀)以及畸變參數(shù)K等，而雙目相機(jī)14的外參數(shù)則主要包括旋轉(zhuǎn)矩陣R₁和平移向量t₁組成的變換矩陣[R₁ t₁]。

其中，雙目相機(jī)14和慣性陀螺儀13之間的相對(duì)位姿關(guān)系的標(biāo)定方法可以為：采用LOBO兩步法分別標(biāo)定旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量。如可以是，將標(biāo)定板垂直放置(與重力加速度方向一致)，運(yùn)行雙目相機(jī)14獲取垂直方向向量，同時(shí)慣性陀螺儀13測(cè)量靜止?fàn)顟B(tài)下的重力加速度方向，進(jìn)而計(jì)算出兩者之間的相對(duì)姿態(tài)關(guān)系R₂。然后將采集部1固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，使旋轉(zhuǎn)平臺(tái)中心與慣性陀螺儀13中心重合，根據(jù)手眼標(biāo)定算法(如馬頌德手眼標(biāo)定的基本方程)，得到雙目相機(jī)14與慣性陀螺儀13之間的相對(duì)位置關(guān)系，即相機(jī)坐標(biāo)系C_P與慣性坐標(biāo)系H_P的相對(duì)位姿關(guān)系[R₂ t₂]。

如圖1和圖3所示，在對(duì)雙目相機(jī)14以及雙目相機(jī)14和慣性陀螺儀13之間的相對(duì)位姿關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定后，在步驟S100中，將采集部1置于執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的零點(diǎn)位置21，對(duì)采集部1執(zhí)行初始化。初始化完畢后，默認(rèn)慣性陀螺儀13與執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的零點(diǎn)位置21在世界坐標(biāo)系中的位置一致，均為(x_W0,y_W0,z_W0)^T。

步驟S200進(jìn)一步可包括為如下步驟：

S210、采集待裝配件3的第一裝配特征31的第一位姿信息。

啟動(dòng)采集部1，開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，移動(dòng)采集部1使安裝結(jié)構(gòu)121與待裝配件3的第一裝配特征31(如前面所述的矩形凸起)緊密連接。此過(guò)程中慣性陀螺儀13實(shí)時(shí)記錄待裝配件3的第一位姿信息并將采集到的第一位姿信息輸出給數(shù)據(jù)處理單元。如慣性陀螺儀13獲取采集部1在慣性坐標(biāo)系H_P下，從零點(diǎn)位置21開(kāi)始移動(dòng)到緊密連接至第一裝配特征31的過(guò)程中的加速度和角速度等參數(shù)，并實(shí)時(shí)傳輸給數(shù)據(jù)處理單元。優(yōu)選地，移動(dòng)方式可以為人工移動(dòng)，當(dāng)然也可以借助于其他方式實(shí)現(xiàn)采集部1的移動(dòng)。需要說(shuō)明的是，數(shù)據(jù)處理單元可以是任何可以基于位姿信息計(jì)算出結(jié)果位姿信息的處理設(shè)備，如上位機(jī)或者計(jì)算機(jī)等。

S220、采集對(duì)接件4的第二裝配特征41的第二位姿信息。

在采集部1與第一裝配特征31實(shí)現(xiàn)緊密連接(即相對(duì)位置不會(huì)發(fā)生改變)之后，雙目相機(jī)14開(kāi)始采集對(duì)接件4上的第二裝配特征41(如前面所述的與矩形凸起對(duì)應(yīng)的矩形凹槽)的第二位姿信息并將采集到的第二位姿信息實(shí)時(shí)傳輸給數(shù)據(jù)處理單元。如雙目相機(jī)14對(duì)第二裝配特征41進(jìn)行拍照，并將拍照獲得的圖像數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)處理單元，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征點(diǎn)提取等處理。

步驟S300進(jìn)一步可包括如下步驟：

S310、基于第一位姿信息，計(jì)算慣性坐標(biāo)系H_P與世界坐標(biāo)系W_P的相對(duì)位姿關(guān)系[R₃t₃]。

在一種可能的實(shí)施方式中，計(jì)算慣性坐標(biāo)系H_P與世界坐標(biāo)系W_P的相對(duì)位姿關(guān)系的方法可以如下：將慣性陀螺儀13輸出的第一位姿信息，即采集部1從零點(diǎn)位置21移動(dòng)至待裝配件3的過(guò)程中的加速度和角速度參數(shù)，經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波、誤差處理和積分等步驟后獲得[R₃ t₃]。

S320、基于第二位姿信息，計(jì)算相機(jī)坐標(biāo)系C_P與對(duì)接坐標(biāo)系E_P的相對(duì)位姿關(guān)系[R₄t₄]。

計(jì)算相機(jī)坐標(biāo)系C_P與對(duì)接坐標(biāo)系E_P的相對(duì)位姿關(guān)系可以包括如下步驟：

首先對(duì)雙目相機(jī)14輸出的對(duì)接件4的第二位姿信息，即對(duì)含有第二裝配特征41的圖像信息進(jìn)行濾波、直方圖均衡化等預(yù)處理，得到清晰的圖像后，然后采用亞像素閾值分割方法確定待匹配物體所在區(qū)域，經(jīng)特征提取、霍夫直線檢測(cè)后確定出最優(yōu)的四條直線，并將四條直線間的四個(gè)交點(diǎn)作為特征點(diǎn)。(X_A,Y_A)，(X_B,Y_B)可以分別為某一特征點(diǎn)P在左右兩幅圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)坐標(biāo)，再根據(jù)上述已獲得的雙目相機(jī)14的內(nèi)、外參數(shù)，采用最小二乘法，即公式(2)計(jì)算出該特征點(diǎn)P在相機(jī)坐標(biāo)系C_P下的坐標(biāo)(X_C,Y_C,Z_C)，由于該特征點(diǎn)P在對(duì)接坐標(biāo)系E_P中的坐標(biāo)已知(如在建立對(duì)接坐標(biāo)系E_P時(shí)設(shè)定的坐標(biāo)等)，因此可以采用PNP算法，計(jì)算相機(jī)坐標(biāo)系C_P與對(duì)接坐標(biāo)系E_P之間的相對(duì)位姿關(guān)系[R₄t₄]。

在公式(2)中，(S_x,S_y)為尺度因子，(u₀,v₀)為雙目相機(jī)14的圖像中心點(diǎn)坐標(biāo)，[R₁t₁]為雙目相機(jī)14的外參數(shù)。

S330、基于待裝配件3與對(duì)接件4之間的相對(duì)位姿關(guān)系，計(jì)算結(jié)果位姿信息。

需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，結(jié)果位姿信息可以是基于上述各個(gè)坐標(biāo)系之間的相對(duì)位姿關(guān)系，計(jì)算得出的第一裝配特征31的特征點(diǎn)與第二裝配特征41對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)在世界坐標(biāo)系W_P下的坐標(biāo)。當(dāng)然結(jié)果位姿信息也可以為裝配特征上任意點(diǎn)的坐標(biāo)，如第一裝配特征31的中心點(diǎn)與第二裝配特征41的中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系W_P下的坐標(biāo)。其中，中心點(diǎn)可以是四個(gè)特征點(diǎn)對(duì)角線的交點(diǎn)。

在數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算出上述各參數(shù)之后，根據(jù)所得的相對(duì)位姿關(guān)系，計(jì)算第一裝配特征31與第二裝配特征41在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。如在結(jié)果位姿信息是上述中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系W_P下的坐標(biāo)時(shí)，假設(shè)第一裝配特征31的中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系W_P下的坐標(biāo)為(X_W,Y_W,Z_W)^T，第二裝配特征41的中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系W_P下的坐標(biāo)為(X'_W,Y'_W,Z'_W)^T，則可以按照公式(3)和公式(4)分別計(jì)算出上述兩點(diǎn)在同樣的世界坐標(biāo)系W_P下的坐標(biāo)值。

步驟S400進(jìn)一步可包括如下步驟：

S410、判斷結(jié)果位姿信息的準(zhǔn)確性。

如可以通過(guò)計(jì)算雙目相機(jī)14采集的圖像中，第二裝配特征31的特征點(diǎn)之間的距離，也就是第二裝配特征41每條邊的邊長(zhǎng)a，與每條邊的標(biāo)準(zhǔn)邊長(zhǎng)a'進(jìn)行比較，判斷結(jié)果位姿信息的準(zhǔn)確性。需要說(shuō)明的是，標(biāo)準(zhǔn)邊長(zhǎng)a'可以為本方法開(kāi)始前通過(guò)人工測(cè)量或設(shè)定等方式得出并錄入到數(shù)據(jù)處理單元中的實(shí)際長(zhǎng)度值。

1)若|a-a'|≤α，則輸出結(jié)果位姿信息至執(zhí)行機(jī)構(gòu)2。其中α為設(shè)定的長(zhǎng)度閾值。

2)否則，返回步驟S100，重新測(cè)量。

S420、執(zhí)行機(jī)構(gòu)2將待裝配件3安裝至對(duì)接件4.

數(shù)據(jù)處理單元將準(zhǔn)確的結(jié)果位姿信息，也就是第一裝配特征31和第二裝配特征41在世界坐標(biāo)系W_P下的坐標(biāo)輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)2，執(zhí)行機(jī)構(gòu)2可以根據(jù)該坐標(biāo)完成最終裝配。如執(zhí)行機(jī)構(gòu)2根據(jù)第一裝配特征31的坐標(biāo)信息，移動(dòng)末端執(zhí)行器(如機(jī)械臂)與待裝配件3連接，連接好后，末端執(zhí)行器移動(dòng)至對(duì)接件4處，根據(jù)第二裝配特征41的坐標(biāo)，使第一裝配特征31與第二裝配特征41配合連接(如矩形凸起與矩形凹槽的插合連接)，從而實(shí)現(xiàn)待裝配件3與對(duì)接件4的裝配。

上述優(yōu)選的實(shí)施方式，狹小空間裝配系統(tǒng)主要包括采集部1、數(shù)據(jù)處理單元以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)2。其中，采集部1包括第一殼體11、第二殼體12以及設(shè)置于第二殼體12內(nèi)的慣性陀螺儀13與雙目相機(jī)14，其中慣性陀螺儀13可采集待裝配件3的第一位姿信息，雙目相機(jī)14可采集對(duì)接件4的第二位姿信息。此外，利用此狹小空間裝配系統(tǒng)的狹小空間裝配方法，通過(guò)采集部1采集待裝配件3的第一位姿信息和對(duì)接件4的第二位姿信息，并計(jì)算出它們?cè)谕皇澜缱鴺?biāo)系W_P下的坐標(biāo)的方式，可以輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)2快速準(zhǔn)確的完成待裝配件3和對(duì)接件4的裝配。通過(guò)狹小空間裝配系統(tǒng)及方法，不僅可以大幅提高狹窄空間裝配的裝配效率和裝配精度，而且采集部1結(jié)構(gòu)小巧，使用簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高。進(jìn)一步地，安裝結(jié)構(gòu)121以可更換的方式設(shè)置，適用性更廣。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。