一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法，視覺定位單元用于獲取下料環(huán)境即AGV小車的位置變化信息。采用雙工業(yè)相機(jī)定位，定位對象是離合器所需下料的位置，即AGV小車的位置；工業(yè)相機(jī)1采集AGV小車右下方特征孔圖像，工業(yè)相機(jī)2采集AGV小車右上方特征孔圖像，通過與AGV小車標(biāo)準(zhǔn)位置信息的對比實(shí)現(xiàn)AGV小車的定位，由此實(shí)現(xiàn)離合器的下料定位。本發(fā)明方法能實(shí)現(xiàn)視覺引導(dǎo)下機(jī)械手快速、精確、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)離合器在AGV小車上的下料功能。
【專利說明】
一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種產(chǎn)品在AGV小車下料位置的定位方法，尤其涉及一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法，屬于離合器下料于AGV小車的視覺定位領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工件下料是機(jī)械臂在生產(chǎn)線上有效應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，目前機(jī)械臂已廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)線上，但很多都是在示教人員的示教編程或離線編程下完成一些預(yù)先設(shè)定的固定動作和功能。當(dāng)機(jī)械臂和AGV小車搭配完成產(chǎn)品的固定位置下料時(shí)，如果工件下料的環(huán)境即AGV小車的位置發(fā)生了變化，則就很可能導(dǎo)致機(jī)械臂任務(wù)失敗，這種由于機(jī)械臂無法識別外部環(huán)境變化的缺點(diǎn)極大的限制了機(jī)械臂在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
[0003]機(jī)器視覺顧名思義是使機(jī)械臂具有像人一樣的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取出有用的信息，從而實(shí)現(xiàn)各種檢測、判斷、識別和測量等功能。將機(jī)器視覺技術(shù)和機(jī)械臂技術(shù)相結(jié)合，利用機(jī)器視覺的定位功能使機(jī)械臂具有自己的“眼睛”來獲取工件下料的位置等環(huán)境信息，引導(dǎo)機(jī)械臂完成抓取、搬運(yùn)、下料等工作，對提高生產(chǎn)線的效率和擴(kuò)展機(jī)械臂的應(yīng)用范圍都具有重要的意義。
[0004]在離合器組裝生產(chǎn)線上，工人需要將組裝完成的離合器準(zhǔn)確地放置在AGV小車上，離合器體積大、質(zhì)量重，人工勞動強(qiáng)度很大，采用機(jī)械臂和AGV小車代替人工下料，可實(shí)現(xiàn)離合器下料的完全自動化。在這個(gè)過程中，AGV小車每次入庫的位置都是變化的，因此，如何使機(jī)械臂具有自己的“眼睛”，準(zhǔn)確的獲取AGV小車的位置信息，并引導(dǎo)自己完成下料任務(wù)是一個(gè)關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為使機(jī)械臂能夠通過自己的“眼睛”獲取AGV小車的位置信息，并引導(dǎo)其完成準(zhǔn)確下料任務(wù)，本發(fā)明專利提出了一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法。
[0006]為達(dá)成所述目的，本發(fā)明專利所采用技術(shù)方案是:釆用圖像處理方法獲取離合器下料位置即AGV小車的位置變化信息，并發(fā)送給機(jī)械臂引導(dǎo)其下料，由于AGV小車尺寸較大，本方法采用雙工業(yè)相機(jī)定位，工業(yè)相機(jī)I采集AGV小車的右下方特征孔圖像，工業(yè)相機(jī)2采集AGV小車的右上方特征孔圖像，通過與AGV小車標(biāo)準(zhǔn)位置信息的對比實(shí)現(xiàn)AGV小車的定位，具體包括如下步驟:
[0007]I)把AGV小車停放在標(biāo)準(zhǔn)位置，將機(jī)械臂工件坐標(biāo)系Or的坐標(biāo)原點(diǎn)建立在標(biāo)準(zhǔn)位置AGV小車右下方特征孔的圓心Ao處，并將圓心Ao視作基準(zhǔn)點(diǎn)，作為標(biāo)準(zhǔn)位置坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0);
[0008]2)點(diǎn)Bo是右上方特征孔的圓心，把點(diǎn)Ao到點(diǎn)Bo的方向視為X軸正方向；把點(diǎn)Ao沿AGV小車短邊方向視為Y軸正方向；將線AoBo與Y軸負(fù)方向的角度aQ = -90°作為標(biāo)準(zhǔn)位置角度，同時(shí)機(jī)械臂記下此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)下料位置；
[0009]3)工業(yè)相機(jī)I和2分別采集AGV小車入庫位置發(fā)生變化后AGV小車的兩特征孔圖像，并把采集的圖像經(jīng)相機(jī)與機(jī)械臂的雙目系統(tǒng)標(biāo)定把圖像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為機(jī)械臂工件坐標(biāo)系；
[0010]4)采用模板匹配方法，建立兩特征孔的搜索區(qū)域與所選模板間的坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對特征孔搜索區(qū)域的粗定位，當(dāng)來料位置變化時(shí)不影響特征孔的提取和擬合；
[0011 ] 5)由圓的擬合方法分別擬合離合器右下方特征孔圓C1和右上方特征孔圓C2;
[0012]6)在機(jī)械臂工件坐標(biāo)系中根據(jù)圓Ci求出圓心A的坐標(biāo)(X，y)，根據(jù)圓C2求出圓心B的坐標(biāo)(Xi，yI);根據(jù)求出的點(diǎn)A和點(diǎn)B坐標(biāo)計(jì)算出線AB的角度a = -arctan ((χι_χ) / (yi_y));
[0013]7)計(jì)算位置變化信息:ΑΧ = χ, Δ Y = y, Δ Angle = a-aQ，并發(fā)送給機(jī)械臂。
[OOM]下料系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)包括AGV小車單元、視覺定位單元、機(jī)械臂控制單元和上位機(jī)單元。AGV小車單元負(fù)責(zé)裝載機(jī)械臂抓取后的離合器并沿著特定路線行走啟停;視覺定位單元將采集到的圖像進(jìn)行軟件處理分析和提取位置信息并發(fā)送給機(jī)械臂;機(jī)械臂控制單元根據(jù)視覺定位單元發(fā)送的位置信息，調(diào)整機(jī)械臂的位姿放置離合器下料;上位機(jī)單元除了和機(jī)械臂進(jìn)行數(shù)據(jù)通信外，還提供了人機(jī)界面，用于實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前下料情況，記錄并保存下料數(shù)據(jù)及AGV小車特征孔圖像。
[0015]與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明方法的有益之處是:(I)將視覺技術(shù)和AGV小車技術(shù)、機(jī)械臂技術(shù)相結(jié)合，機(jī)械臂能夠獲取AGV小車的位置信息，提高了機(jī)械臂工作的智能性和靈活性。(2)由于相機(jī)視野是有限的，采用雙相機(jī)擴(kuò)大視野的方法定位像AGV小車這樣的大物件，保證定位的精確性和穩(wěn)定性。(3)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相機(jī)的圖像坐標(biāo)系到機(jī)械臂工件坐標(biāo)系的精確轉(zhuǎn)換，使計(jì)算出來的位置變化信息可以方便直接的為機(jī)械臂使用。
【附圖說明】
[0016]附圖1是一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法的定位原理圖。
[0017]附圖2是一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換原理圖。
[0018]附圖3是一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料的硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0019]附圖4是一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法的流程圖。
[0020]附圖3中編號I和2是工業(yè)相機(jī)、編號3和4是工業(yè)鏡頭、編號5和6是紅外環(huán)形光源、編號7是機(jī)械臂、編號8是圖像采集卡、編號9是工控機(jī)、編號10是機(jī)械臂控制柜、編號11是PLC、編號12、13是離合器、編號14是來料平臺、編號15是AGV小車、編號16是AGV小車車身上離合器放置點(diǎn)、編號17是夾爪支架、編號18是夾爪。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0022]附圖1示出一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法的定位原理圖，視覺定位單元獲取AGV小車15位置信息的具體方法如下:
[0023]I)把AGV小車15放置在標(biāo)準(zhǔn)位置，將機(jī)械臂工件坐標(biāo)系Or的原點(diǎn)建立在標(biāo)準(zhǔn)位置時(shí)AGV小車15右下方特征孔的圓心Ao處，即點(diǎn)Ao為標(biāo)準(zhǔn)位置坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)。點(diǎn)Bo是右上方特征孔的圓心，把點(diǎn)Ao到點(diǎn)Bo的方向視為X軸正方向；把Ao沿AGV小車短邊的方向視為Y軸正方向。由此可將線AoBo與Y軸負(fù)方向的角度aQ =-90°作為標(biāo)準(zhǔn)位置角度，同時(shí)機(jī)械臂控制柜10記下此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)下料位置；
[0024]2)工業(yè)相機(jī)I和2分別采集位置發(fā)生變化后的AGV小車15兩特征孔的圖像，采集的圖像經(jīng)雙目視覺系統(tǒng)標(biāo)定把圖像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為機(jī)械臂工件坐標(biāo)系；
[0025]3)米用Vis1nPro中的CogPMAlignToo I工具和CogFixtureToo I工具進(jìn)行樣板匹配和特征孔粗定位，建立兩特征孔的搜索區(qū)域與所選模板間的坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對兩特征孔的粗定位，當(dāng)AGV小車入庫位置變化時(shí)不影響特征孔的提取和圓的擬合；
[0026]4)根據(jù)圓的擬合方法，采用Vi S1nPro中的CogFindCircleToo I工具，分別擬合AGV小車15兩特征孔的圓C1X2;
[0027]5)由擬合出的圓C1、C2計(jì)算出圓心A的坐標(biāo)(X，y)和圓心B的坐標(biāo)(xi，yι)，并采用CogMath.AnglePointPointO 函數(shù)計(jì)算基準(zhǔn)線AB的角度a = _arctan( (X1-X)/(y1-y))；
[0028]6)計(jì)算位置變化信息:ΑΧ = χ, Δ Y = y, Δ Angle = a-aQ，并發(fā)送給機(jī)械臂控制柜10。
[0029]附圖2示出一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換原理圖，圖像坐標(biāo)系到工件坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換分兩步實(shí)現(xiàn)，具體方法步驟如下:
[0030]I)相機(jī)標(biāo)定:采用Vis1nPro中的CogCal ibCheckerBoardTool工具把圖像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系，由于采集的圖像存在畸變，采用非線性標(biāo)定方法;相機(jī)標(biāo)定由采集標(biāo)定板圖像、提取標(biāo)定板特征點(diǎn)和計(jì)算標(biāo)定內(nèi)容組成；
[0031 ] 2)雙目標(biāo)定:采用Vis1nPro中的CalibNPointToNPointTool工具把世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到機(jī)械臂工件坐標(biāo)系;雙目標(biāo)定由確定特征點(diǎn)、記錄特征點(diǎn)坐標(biāo)和計(jì)算標(biāo)定內(nèi)容組成。
[0032]整個(gè)視覺定位過程實(shí)時(shí)顯示于工控機(jī)9的人機(jī)界面上，同時(shí)將檢測數(shù)據(jù)及圖像進(jìn)行記錄，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)溯源。
[0033]本發(fā)明方法能夠?qū)崿F(xiàn)視覺引導(dǎo)機(jī)械臂快速、準(zhǔn)確的完成離合器在AGV小車上的下料任務(wù)。
[0034]附圖3示出一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料裝置硬件結(jié)構(gòu)圖，該裝置由視覺定位單元、機(jī)械臂控制單元和上位機(jī)單元構(gòu)成。視覺定位單元由工業(yè)相機(jī)I和2、工業(yè)鏡頭3和4、紅色環(huán)形光源5和6和圖像采集卡8組成;機(jī)械臂控制單元主要由PLC11、機(jī)械臂7、示教器、機(jī)械臂控制柜10、夾爪支架17和夾爪18組成;上位機(jī)單元由工控機(jī)9組成。
[0035]附圖4示出一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法的流程圖，經(jīng)過上一條生產(chǎn)線組裝生產(chǎn)的離合器，需要進(jìn)入下一條生產(chǎn)線一一變速箱組裝。零部件組裝完成的離合器12由托盤承載著依次放置在來料平臺14上。下料定位系統(tǒng)啟動后，首先判斷AGV小車到位是否到位。AGV小車15確認(rèn)到位后，由PLCll向工控機(jī)9發(fā)出采集AGV小車15位置信息的命令，此時(shí)視覺定位單元的工業(yè)相機(jī)I和2、工業(yè)鏡頭3和4和紅外環(huán)形光源5和6開始工作，工控機(jī)9控制相機(jī)I和2采集圖像，并通過圖像采集卡8將圖片傳送給工控機(jī)9進(jìn)行圖像定位處理，提取AGV小車15的位置信息，如果獲取位置信息失敗系統(tǒng)將會降低相機(jī)的曝光量再次獲取位置信息，如果兩次獲取位置信息都失敗則由人工調(diào)整AGV小車15位置。位置信息提取成功后由工控機(jī)9將位置數(shù)據(jù)反饋給機(jī)械臂控制柜10。此時(shí)需要判斷裝載離合器的托盤是否到位，離合器確認(rèn)到位后，啟動機(jī)械臂抓取離合器。機(jī)械臂7準(zhǔn)確抓取離合器之后，機(jī)械臂控制柜10根據(jù)獲取的位置信息調(diào)整機(jī)械臂7的位姿后準(zhǔn)確的放置離合器12，完成離合器12的下料任務(wù)。
[0036]離合器12下料成功后，通過傳感器判斷AGV小車15是否放滿，如果未滿，則繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)離合器的下料任務(wù);如果小車已滿，則滿車出庫，空車入庫。機(jī)械臂7執(zhí)行完離合器12的下料任務(wù)之后，返回來料平臺14進(jìn)行下一個(gè)離合器13的抓取，并完成其下料任務(wù)，保證整個(gè)系統(tǒng)和整條生產(chǎn)線的不間斷運(yùn)行。
[0037]以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何的簡單修改、等同變化與修飾，均屬于發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種視覺引導(dǎo)下的離合器下料定位方法，其特征在于，采用雙工業(yè)相機(jī)定位，定位對象是離合器所需下料的位置，即AGV小車的位置;工業(yè)相機(jī)I采集AGV小車右下方特征孔圖像，工業(yè)相機(jī)2采集AGV小車右上方特征孔圖像，通過與AGV小車標(biāo)準(zhǔn)位置信息的對比實(shí)現(xiàn)AGV小車的定位，由此實(shí)現(xiàn)離合器的下料定位;具體包括如下步驟: 1)把AGV小車停放在標(biāo)準(zhǔn)位置，將機(jī)械臂工件坐標(biāo)系Or的坐標(biāo)原點(diǎn)建立在標(biāo)準(zhǔn)位置AGV小車右下方特征孔的圓心Ao處，并將圓心Ao視作基準(zhǔn)點(diǎn)，作為標(biāo)準(zhǔn)位置坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)(O1O)0 2)點(diǎn)Bo是右上方特征孔的圓心，把點(diǎn)Ao到點(diǎn)Bo的方向視為X軸正方向；把點(diǎn)Ao沿AGV小車短邊方向視為Y軸正方向；將線AoBo與Y軸負(fù)方向的角度aQ = -90°作為標(biāo)準(zhǔn)位置角度，同時(shí)機(jī)械臂記下此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)下料位置； 3)工業(yè)相機(jī)I和2分別采集AGV小車入庫位置發(fā)生變化后AGV小車的兩特征孔圖像，并把采集的圖像經(jīng)相機(jī)與機(jī)械臂的雙目系統(tǒng)標(biāo)定，把圖像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為機(jī)械臂工件坐標(biāo)系； 4)采用模板匹配方法，建立兩特征孔的搜索區(qū)域與所選模板間的坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對特征孔搜索區(qū)域的粗定位； 5)由圓的擬合方法分別擬合離合器右下方特征孔圓C1和右上方特征孔圓C2; 6)在機(jī)械臂工件坐標(biāo)系中根據(jù)圓Ci求出圓心A的坐標(biāo)(X，y)，根據(jù)圓C2求出圓心B的坐標(biāo)(Xi，yI);根據(jù)求出的點(diǎn)A和點(diǎn)B坐標(biāo)計(jì)算出線AB的角度a = -arctan ((χι_χ) / (yi_y)); 7)計(jì)算位置變化信息:ΑΧ= χ, Δ Y = y, Δ Angle = a-aQ，并發(fā)送給機(jī)械臂。
【文檔編號】B25J11/00GK105965519SQ201610457274
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】潘豐, 秦朗朗, 王振宇
【申請人】江南大學(xué)