基于視覺與機械綜合定位的機器人抓取零件的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業自動化控制，特別涉及一種基于視覺與機械綜合定位的機器人抓取零件方法。
【背景技術】
[0002]目前，搬運機器人廣泛應用于工業各個領域中，零件的抓取是機器人搬運工程中的一個重要環節。傳統的機器人采用示教再現的工作方式，通過示教規劃機器人運動路線與動作，然后再現示教的內容。采用傳統方式抓取零件時要求零件的擺放位置及角度必須固定，不同尺寸和形狀的零件需要不同定位工裝設備，成本高、效率低、自動化程度低，且柔性低。
【發明內容】
[0003]針對采用傳統機器人抓取零件所存在的不足，本發明提出了一種基于視覺與機械綜合定位的機器人抓取零件的方法，該方法的具體步驟如下:
[0004]A.機器人的視覺系統采集待抓取零件的數字圖像信息并傳輸給處理模塊；
[0005]B.處理模塊將接收的數字圖像信息與預存的待抓取零件的圖像匹配模型進行對比匹配，得到待抓取零件的旋轉角度及零件中心點在世界坐標系中的坐標；
[0006]C.處理模塊根據所述旋轉角度及零件中心點在世界坐標系中的坐標調整機器人爪手對待抓取零件進行抓取。
[0007]具體地，步驟B得到待抓取零件的旋轉角度包括下述步驟:
[0008]B1.處理模塊對數字圖像信息進行預處理，獲取待抓取零件的邊緣輪廓；
[0009]B2.根據待抓取零件的圖像匹配模型及所述待抓取零件的邊緣輪廓計算得到待抓取零件的旋轉角度。
[0010]具體地，步驟B得到零件中心點在世界坐標系中的坐標的具體方法為:
[0011]B3.通過所述邊緣輪廓計算出零件的最小包矩形，計算出矩形的中心點在圖像坐標系中的XY坐標；
[0012]B4.根據所述中心點在圖像坐標系中的XY坐標，通過相機標定到世界坐標系中，調整機器人爪手上機械觸頭的平面位置，使其處于零件中心的正上方；
[0013]B5.調整機械觸頭的高度使其接觸零件，當機械觸頭接觸到零件時，機械觸頭上的傳感器產生觸發信號并將觸發信號傳輸給處理模塊；
[0014]B6.處理模塊根據觸發信號記錄下機械觸頭所下降的高度，并根據機械觸頭的初始位置，計算出零件在世界坐標系中的Z軸坐標。
[0015]一種優選的方案是，所述視覺系統為攝像頭。
[0016]本發明的有益效果是:與傳統方式相比，采用視覺與機械綜合定位的方式來抓取零件，無需精確的機械預定位，減少了不同零件的定位工裝設備，降低硬件成本，提高設備的自動化程度以及柔性度。采用普通攝像頭取代工業級CCD實現零件的二維定位，降低硬件成本，提高設備的自動化程度以及柔性度。同時采用機械觸頭觸發方式，獲取零件的高度信息以實現零件的三維定位，減少圖像處理算法的計算量，提高設備的穩定性以及定位精度。
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例的基于視覺與機械綜合定位的機器人抓取零件的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖及實施例對本發明的技術方案作進一步描述，應當注意的是，實施例僅僅是為了幫助讀者更好地理解本發明的技術構思，并不用以限制本發明權利要求的保護范圍。
[0019]本發明針對現有工業控制中機器人采用傳統方式抓取零件時要求零件的擺放位置及角度必須固定，不同尺寸和形狀的零件需要不同定位工裝設備，成本高、效率低、自動化程度低，且柔性低等問題，提供一種新的基于視覺與機械綜合定位的機器人抓取零件的方法，該方法具體包括如下步驟:
[0020]步驟一、機器人的視覺系統采集待抓取零件的數字圖像信息并傳輸給處理模塊；
[0021]步驟二、處理模塊將接收的數字圖像信息與預存的待抓取零件的圖像匹配模型進行對比匹配，得到待抓取零件的旋轉角度及零件中心點在世界坐標系中的坐標；
[0022]步驟三、處理模塊根據所述旋轉角度及零件中心點在世界坐標系中的坐標調整機器人爪手對待抓取零件進行抓取。
[0023]實施例
[0024]下面以一實例說明本發明的技術方案，本發明的基于視覺與機械綜合定位的機器人抓取零件的方法的流程圖如圖1所示。
[0025]I)首先根據待抓取的零件，設置抓取料號，根據料號的不同選擇合適的機械爪手，并讀取與該料號相匹配的標準零件匹配模型。標準零件匹配模型是在離線狀態下對標準零件進行離線訓練得到的，讀取之后將標準零件模型信息進行存儲備用。
[0026]2)啟動攝像頭，采集待抓取零件的數字圖像信息，并將采集到的數字圖像通過通信端口傳輸到計算機，此步驟中的計算機一般是內置于機器人中，特殊情況下，也可以將機器人與計算機分開，但是此時機器人必須具備通信功能。
[0027]3)對步驟2)中的得到的數字圖像信息進行預處理操作，取出零件的邊緣輪廓。
[0028]4)通過零件的邊緣輪廓計算出零件的最小包為矩形，計算出矩形的中心點坐標(Xp, Yp)，利用零件的標準圖像模板與圖像進行匹配計算，得到零件的旋轉角度Θ p。
[0029]5)通過相機標定，將步驟4)中得到的零件像素坐標轉為了機器人坐標系中的世界坐標氏，Yr, Θ J。
[0030]6)根據步驟5)得到的零件的二維坐標Yr)，首先調節機械觸頭二維平面位置使其處于零件中心點的正上方。然后，調節機械觸頭的高度使之接觸零件，當機械觸頭接觸到零件時，觸頭前方的傳感器產生觸發信號，控制器接收到機械觸頭的觸發信號后，記錄機械觸頭所下降的高度zh，根據機械觸頭的初始位置，計算出零件在世界坐標系中的Z軸坐標
Z1O
[0031] 7)根據零件的坐標氏，Yr, Zr, Θ r)，調整機械爪手的位姿，實現零件的精確抓取。
【主權項】
1.基于視覺與機械綜合定位的機器人抓取零件的方法，其特征在于，包括如下步驟: A.機器人的視覺系統采集待抓取零件的數字圖像信息并傳輸給處理模塊； B.處理模塊將接收的數字圖像信息與預存的待抓取零件的圖像匹配模型進行對比匹配，得到待抓取零件的旋轉角度及零件中心點在世界坐標系中的坐標； C.處理模塊根據所述旋轉角度及零件中心點在世界坐標系中的坐標調整機器人爪手對待抓取零件進行抓取。
2.如權利要求1所述的基于視覺與機械綜合定位的機器人抓取零件的方法，其特征在于，步驟B得到待抓取零件的旋轉角度包括下述步驟: B1.處理模塊對數字圖像信息進行預處理，獲取待抓取零件的邊緣輪廓； B2.根據待抓取零件的圖像匹配模型及所述待抓取零件的邊緣輪廓計算得到待抓取零件的旋轉角度。
3.如權利要求2所述的基于視覺與機械綜合定位的機器人抓取零件的方法，其特征在于，步驟B得到零件中心點在世界坐標系中的坐標的具體方法為: B3.通過所述邊緣輪廓計算出零件的最小包矩形，計算出矩形的中心點在圖像坐標系中的XY坐標； B4.根據所述中心點在圖像坐標系中的XY坐標，通過相機標定到世界坐標系中，調整機器人爪手上機械觸頭的平面位置，使其處于零件中心的正上方； B5.調整機械觸頭的高度使其接觸零件，當機械觸頭接觸到零件時，機械觸頭上的傳感器產生觸發信號并將觸發信號傳輸給處理模塊； B6.處理模塊根據觸發信號記錄下機械觸頭所下降的高度，并根據機械觸頭的初始位置，計算出零件在世界坐標系中的Z軸坐標。
4.如權利要求1至4任意一項所述的基于視覺與機械綜合定位的機器人抓取零件的方法，其特征在于，所述視覺系統為攝像頭。
【專利摘要】本發明涉及工業自動化控制，針對現有工業控制中機器人采用傳統方式抓取零件時要求零件的擺放位置及角度必須固定，不同尺寸和形狀的零件需要不同定位工裝設備的問題，提供一種新的基于視覺與機械綜合定位的機器人抓取零件的方法，該方法具體包括如下步驟：步驟一、機器人的視覺系統采集待抓取零件的數字圖像信息并傳輸給處理模塊；步驟二、處理模塊將接收的數字圖像信息與預存的待抓取零件的圖像匹配模型進行對比匹配，得到待抓取零件的旋轉角度及零件中心點在世界坐標系中的坐標；步驟三、處理模塊根據所述旋轉角度及零件中心點在世界坐標系中的坐標調整機器人爪手對待抓取零件進行抓取。本發明適用于工業自動化用機器人。
【IPC分類】B25J13-08
【公開號】CN104626169
【申請號】CN201410817853
【發明人】曾建風, 潘曉勇, 劉兵, 吳魯濱
【申請人】四川長虹電器股份有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月24日