基于視覺與機(jī)械綜合定位的機(jī)器人抓取零件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)自動化控制，特別涉及一種基于視覺與機(jī)械綜合定位的機(jī)器人抓取零件方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，搬運(yùn)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于工業(yè)各個領(lǐng)域中，零件的抓取是機(jī)器人搬運(yùn)工程中的一個重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的機(jī)器人采用示教再現(xiàn)的工作方式，通過示教規(guī)劃機(jī)器人運(yùn)動路線與動作，然后再現(xiàn)示教的內(nèi)容。采用傳統(tǒng)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(shè)備，成本高、效率低、自動化程度低，且柔性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對采用傳統(tǒng)機(jī)器人抓取零件所存在的不足，本發(fā)明提出了一種基于視覺與機(jī)械綜合定位的機(jī)器人抓取零件的方法，該方法的具體步驟如下:
[0004]A.機(jī)器人的視覺系統(tǒng)采集待抓取零件的數(shù)字圖像信息并傳輸給處理模塊；
[0005]B.處理模塊將接收的數(shù)字圖像信息與預(yù)存的待抓取零件的圖像匹配模型進(jìn)行對比匹配，得到待抓取零件的旋轉(zhuǎn)角度及零件中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；
[0006]C.處理模塊根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)角度及零件中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)調(diào)整機(jī)器人爪手對待抓取零件進(jìn)行抓取。
[0007]具體地，步驟B得到待抓取零件的旋轉(zhuǎn)角度包括下述步驟:
[0008]B1.處理模塊對數(shù)字圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，獲取待抓取零件的邊緣輪廓；
[0009]B2.根據(jù)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(zhuǎn)角度。
[0010]具體地，步驟B得到零件中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)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(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的XY坐標(biāo)；
[0012]B4.根據(jù)所述中心點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的XY坐標(biāo)，通過相機(jī)標(biāo)定到世界坐標(biāo)系中，調(diào)整機(jī)器人爪手上機(jī)械觸頭的平面位置，使其處于零件中心的正上方；
[0013]B5.調(diào)整機(jī)械觸頭的高度使其接觸零件，當(dāng)機(jī)械觸頭接觸到零件時，機(jī)械觸頭上的傳感器產(chǎn)生觸發(fā)信號并將觸發(fā)信號傳輸給處理模塊；
[0014]B6.處理模塊根據(jù)觸發(fā)信號記錄下機(jī)械觸頭所下降的高度，并根據(jù)機(jī)械觸頭的初始位置，計算出零件在世界坐標(biāo)系中的Z軸坐標(biāo)。
[0015]一種優(yōu)選的方案是，所述視覺系統(tǒng)為攝像頭。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:與傳統(tǒng)方式相比，采用視覺與機(jī)械綜合定位的方式來抓取零件，無需精確的機(jī)械預(yù)定位，減少了不同零件的定位工裝設(shè)備，降低硬件成本，提高設(shè)備的自動化程度以及柔性度。采用普通攝像頭取代工業(yè)級CCD實(shí)現(xiàn)零件的二維定位，降低硬件成本，提高設(shè)備的自動化程度以及柔性度。同時采用機(jī)械觸頭觸發(fā)方式，獲取零件的高度信息以實(shí)現(xiàn)零件的三維定位，減少圖像處理算法的計算量，提高設(shè)備的穩(wěn)定性以及定位精度。
【附圖說明】
[0017]圖1為實(shí)施例的基于視覺與機(jī)械綜合定位的機(jī)器人抓取零件的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述，應(yīng)當(dāng)注意的是，實(shí)施例僅僅是為了幫助讀者更好地理解本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思，并不用以限制本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
[0019]本發(fā)明針對現(xiàn)有工業(yè)控制中機(jī)器人采用傳統(tǒng)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(shè)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(jī)械綜合定位的機(jī)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(jī)器人的視覺系統(tǒng)采集待抓取零件的數(shù)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(shù)字圖像信息與預(yù)存的待抓取零件的圖像匹配模型進(jìn)行對比匹配，得到待抓取零件的旋轉(zhuǎn)角度及零件中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；
[0022]步驟三、處理模塊根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)角度及零件中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)調(diào)整機(jī)器人爪手對待抓取零件進(jìn)行抓取。
[0023]實(shí)施例
[0024]下面以一實(shí)例說明本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的基于視覺與機(jī)械綜合定位的機(jī)器人抓取零件的方法的流程圖如圖1所示。
[0025]I)首先根據(jù)待抓取的零件，設(shè)置抓取料號，根據(jù)料號的不同選擇合適的機(jī)械爪手，并讀取與該料號相匹配的標(biāo)準(zhǔn)零件匹配模型。標(biāo)準(zhǔn)零件匹配模型是在離線狀態(tài)下對標(biāo)準(zhǔn)零件進(jìn)行離線訓(xùn)練得到的，讀取之后將標(biāo)準(zhǔn)零件模型信息進(jìn)行存儲備用。
[0026]2)啟動攝像頭，采集待抓取零件的數(shù)字圖像信息，并將采集到的數(shù)字圖像通過通信端口傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，此步驟中的計算機(jī)一般是內(nèi)置于機(jī)器人中，特殊情況下，也可以將機(jī)器人與計算機(jī)分開，但是此時機(jī)器人必須具備通信功能。
[0027]3)對步驟2)中的得到的數(shù)字圖像信息進(jìn)行預(yù)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(diǎn)坐標(biāo)(Xp, Yp)，利用零件的標(biāo)準(zhǔn)圖像模板與圖像進(jìn)行匹配計算，得到零件的旋轉(zhuǎn)角度Θ p。
[0029]5)通過相機(jī)標(biāo)定，將步驟4)中得到的零件像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)為了機(jī)器人坐標(biāo)系中的世界坐標(biāo)氏，Yr, Θ J。
[0030]6)根據(jù)步驟5)得到的零件的二維坐標(biāo)Yr)，首先調(diào)節(jié)機(jī)械觸頭二維平面位置使其處于零件中心點(diǎn)的正上方。然后，調(diào)節(jié)機(jī)械觸頭的高度使之接觸零件，當(dāng)機(jī)械觸頭接觸到零件時，觸頭前方的傳感器產(chǎn)生觸發(fā)信號，控制器接收到機(jī)械觸頭的觸發(fā)信號后，記錄機(jī)械觸頭所下降的高度zh，根據(jù)機(jī)械觸頭的初始位置，計算出零件在世界坐標(biāo)系中的Z軸坐標(biāo)
Z1O
[0031] 7)根據(jù)零件的坐標(biāo)氏，Yr, Zr, Θ r)，調(diào)整機(jī)械爪手的位姿，實(shí)現(xiàn)零件的精確抓取。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于視覺與機(jī)械綜合定位的機(jī)器人抓取零件的方法，其特征在于，包括如下步驟: A.機(jī)器人的視覺系統(tǒng)采集待抓取零件的數(shù)字圖像信息并傳輸給處理模塊； B.處理模塊將接收的數(shù)字圖像信息與預(yù)存的待抓取零件的圖像匹配模型進(jìn)行對比匹配，得到待抓取零件的旋轉(zhuǎn)角度及零件中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)； C.處理模塊根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)角度及零件中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)調(diào)整機(jī)器人爪手對待抓取零件進(jìn)行抓取。
2.如權(quán)利要求1所述的基于視覺與機(jī)械綜合定位的機(jī)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(zhuǎn)角度包括下述步驟: B1.處理模塊對數(shù)字圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，獲取待抓取零件的邊緣輪廓； B2.根據(jù)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(zhuǎn)角度。
3.如權(quán)利要求2所述的基于視覺與機(jī)械綜合定位的機(jī)器人抓取零件的方法，其特征在于，步驟B得到零件中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)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(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的XY坐標(biāo)； B4.根據(jù)所述中心點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的XY坐標(biāo)，通過相機(jī)標(biāo)定到世界坐標(biāo)系中，調(diào)整機(jī)器人爪手上機(jī)械觸頭的平面位置，使其處于零件中心的正上方； B5.調(diào)整機(jī)械觸頭的高度使其接觸零件，當(dāng)機(jī)械觸頭接觸到零件時，機(jī)械觸頭上的傳感器產(chǎn)生觸發(fā)信號并將觸發(fā)信號傳輸給處理模塊； B6.處理模塊根據(jù)觸發(fā)信號記錄下機(jī)械觸頭所下降的高度，并根據(jù)機(jī)械觸頭的初始位置，計算出零件在世界坐標(biāo)系中的Z軸坐標(biāo)。
4.如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的基于視覺與機(jī)械綜合定位的機(jī)器人抓取零件的方法，其特征在于，所述視覺系統(tǒng)為攝像頭。
【專利摘要】本發(fā)明涉及工業(yè)自動化控制，針對現(xiàn)有工業(yè)控制中機(jī)器人采用傳統(tǒng)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(shè)備的問題，提供一種新的基于視覺與機(jī)械綜合定位的機(jī)器人抓取零件的方法，該方法具體包括如下步驟：步驟一、機(jī)器人的視覺系統(tǒng)采集待抓取零件的數(shù)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(shù)字圖像信息與預(yù)存的待抓取零件的圖像匹配模型進(jìn)行對比匹配，得到待抓取零件的旋轉(zhuǎn)角度及零件中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；步驟三、處理模塊根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)角度及零件中心點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)調(diào)整機(jī)器人爪手對待抓取零件進(jìn)行抓取。本發(fā)明適用于工業(yè)自動化用機(jī)器人。
【IPC分類】B25J13-08
【公開號】CN104626169
【申請?zhí)枴緾N201410817853
【發(fā)明人】曾建風(fēng), 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