專利名稱：一種用于機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的視覺定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視覺定位方法，尤其涉及一種用于機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的視覺 定位方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)中，機(jī)器人利用手部工具抓取工件吋，需要工件處 于固定的位置，機(jī)器人方能將工件準(zhǔn)確地抓取起來(lái)。為保證這個(gè)固定的位置在 生產(chǎn)中具有重復(fù)性，往往需要提供一個(gè)預(yù)定位的工裝來(lái)定位工件的位置。為了 適應(yīng)不同工件的外形，預(yù)定位工裝的設(shè)計(jì)需要有多種變化。如果一個(gè)生產(chǎn)單元 或生產(chǎn)線需要滿足多種工件的搬運(yùn)作業(yè)，就需要提供適應(yīng)每一種工件的多套預(yù) 定位工裝，這種預(yù)定位的方式存在的缺點(diǎn)有如下幾點(diǎn)
1) 需要根據(jù)每一個(gè)工件設(shè)計(jì)一種預(yù)定位工裝，預(yù)定位工裝的設(shè)計(jì)工作量
大；
2) 需要的設(shè)備投資金額大，由于需要多個(gè)預(yù)定位工裝，在設(shè)備制作上需要 耗費(fèi)大量的資金；
3) 工種切換時(shí)間長(zhǎng)，更換程序繁瑣。由于切換工種時(shí)需要更換預(yù)定位工裝， 需要做的硬件更換較多，導(dǎo)致工種切換時(shí)間長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率。
在逐漸要求生產(chǎn)柔性化的今天，這種定位的方式越來(lái)越跟不上時(shí)代的要求。
另外，在機(jī)器人抓取工件進(jìn)行搬運(yùn)時(shí)， 一般的做法是抓取具有精度關(guān)系的 特征面或特征孔，利用特征面或特征孔與最終定位面之間的固定的位置關(guān)系， 達(dá)到準(zhǔn)確上料的目的。而在某些工件的生產(chǎn)中，由于零件可供抓取的表面是毛 坯面，而需要上料的工裝卻有非常精確的位置要求，這就要求機(jī)器人在抓取工 件后有一個(gè)動(dòng)作修正的程序。面對(duì)這種應(yīng)用，傳統(tǒng)的機(jī)器人抓取定位方法就無(wú) 法實(shí)現(xiàn)了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問題而提供一種用于機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的 視覺定位方法，該方法包括用于自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)器人抓取功能的二維視覺定位方法 和用于修正工件定位面位置偏差的三維視覺定位方法，提高了生產(chǎn)的可行性， 降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種用于機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的視覺定位方法，該方法采用兩個(gè)相機(jī)和安裝有 視覺系統(tǒng)軟件的電腦共同完成檢測(cè)任務(wù)，其中一個(gè)固定在機(jī)器人手部上，用于 進(jìn)行被抓取工件的位置檢測(cè)；另一個(gè)為位置固定的三維相機(jī)，用于進(jìn)行被抓取 后的工件在機(jī)械人手部的位置檢測(cè)；所述視覺定位方法包括二維視覺定位方法 和三維視覺定位方法；
其中，所述二維視覺定位方法包括以下步驟
Al)標(biāo)準(zhǔn)圖像的獲得將標(biāo)準(zhǔn)工件準(zhǔn)確地放置在抓取位置，通過所述二維 相機(jī)進(jìn)行拍攝，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像并傳輸至所述電腦；
A2)偏差值的計(jì)算所述二維相機(jī)拍攝被抓取工件的圖像，得到實(shí)時(shí)圖像 并傳輸至所述電腦，所述視覺系統(tǒng)軟件比對(duì)所述實(shí)時(shí)圖像與所述標(biāo)準(zhǔn)圖像，計(jì)
算得到偏差值x、 y和e ，其中，X為x軸上的偏移值，y為y軸上的偏移值， e為繞z軸旋轉(zhuǎn)角度值；
A3)抓取位置的補(bǔ)償所述電腦將計(jì)算得到的偏差值轉(zhuǎn)換成指令，對(duì)機(jī)器 人的抓取位置進(jìn)行補(bǔ)償；
所述三維視覺定位方法包括以下步驟
Bl)標(biāo)準(zhǔn)圖像的獲得標(biāo)準(zhǔn)工件被抓取后，通過所述三維相機(jī)拍攝其定位 面的圖像，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像并傳輸至所述電腦；
B2)偏差值的計(jì)算所述三維相機(jī)拍攝工件的定位面圖像，得到實(shí)時(shí)圖像 并傳輸至所述電腦，所述視覺系統(tǒng)軟件比對(duì)所述實(shí)時(shí)圖像與所述標(biāo)準(zhǔn)圖像，計(jì) 算得到偏差值x、 y、 z、 w、 p禾pr，其中x為x軸上的偏移值，y為y軸 上的偏移值，z為z軸上的偏移值，w為繞x軸旋轉(zhuǎn)角度值，p為繞y軸旋轉(zhuǎn) 角度值，r為繞z軸旋轉(zhuǎn)角度值；
B3)上料點(diǎn)位的補(bǔ)償所述電腦將計(jì)算得到的偏差值轉(zhuǎn)換成指令，對(duì)機(jī)器人的上料點(diǎn)位進(jìn)行補(bǔ)償。
另外，所述步驟A2和B2中按下述步驟比對(duì)實(shí)時(shí)圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像
將所述實(shí)時(shí)圖像中工件的外輪廓上若干個(gè)特征點(diǎn)與所述標(biāo)準(zhǔn)圖像中工件 的外輪廓上相應(yīng)的特征點(diǎn)逐一進(jìn)行比對(duì)。
本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)
1、 通過視覺系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償工件位置的偏差，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，并且可以實(shí) 現(xiàn)不同品種工件的切換，適應(yīng)性強(qiáng)。；
2、 工件無(wú)需機(jī)械精定位；實(shí)現(xiàn)定位面偏差工件的自動(dòng)化生產(chǎn)，節(jié)約人工；
3、 降低工件抓取時(shí)的定位要求，甚至可以不用定位；同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)有定 位面偏差工件的自動(dòng)化生產(chǎn)，節(jié)約人力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率；
4、 可解決由于機(jī)器人抓取工件毛坯面而產(chǎn)生的上料精度不準(zhǔn)的問題。
具體實(shí)施例方式
下面實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
在機(jī)器人手爪上安裝一個(gè)FANUC的二維相機(jī)進(jìn)行工件的位置檢測(cè)，在地 面上設(shè)立一個(gè)支架，安裝一個(gè)FANUC的三維激光相機(jī)進(jìn)行工件抓取后的定位， 機(jī)器人與電腦以及相機(jī)與電腦通過網(wǎng)線連通，電腦中安裝有名為FANUC IR VISION的視覺系統(tǒng)軟件，用于控制和處理整個(gè)視覺定位過程。
在機(jī)器人抓取工件時(shí)，采用二維視覺定位方法，無(wú)需機(jī)械精定位，該方法 主要包括以下步驟
Al)標(biāo)準(zhǔn)圖像的獲得將標(biāo)準(zhǔn)工件準(zhǔn)確地放置在抓取位置，通過FANUC 二維相機(jī)進(jìn)行拍攝，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像并傳輸至電腦中；
A2)偏差值的計(jì)算通過FANUC 二維相機(jī)拍攝被抓取工件的圖像，得到 實(shí)時(shí)圖像并傳輸至所述電腦，所述視覺系統(tǒng)軟件將所述實(shí)時(shí)圖像中工件的外輪 廓上若干個(gè)特征點(diǎn)與所述標(biāo)準(zhǔn)圖像中工件的外輪廓上相應(yīng)的特征點(diǎn)逐一進(jìn)行 比對(duì)，計(jì)算得到偏差值X、 Y和e，其中，X為X軸上的偏移值，Y為Y軸上
的偏移值，e為繞z軸旋轉(zhuǎn)角度值；
A3)抓取位置的補(bǔ)償所述電腦將計(jì)算得到的偏差值轉(zhuǎn)換成指令，對(duì)機(jī)器 人的抓取位置進(jìn)行補(bǔ)償；所述FANUC三維視覺定位方法包括以下步驟
Bl)標(biāo)準(zhǔn)圖像的獲得標(biāo)準(zhǔn)工件被抓取后，通過所述FANUC三維相機(jī)拍 攝其定位面的圖像，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像并傳輸至所述電腦；
B2)偏差值的計(jì)算通過所述FANUC三維相機(jī)拍攝工件的定位面圖像， 得到實(shí)時(shí)圖像并傳輸至所述電腦，所述視覺系統(tǒng)軟件將所述實(shí)時(shí)圖像中工件的 外輪廓上若干個(gè)特征點(diǎn)與所述標(biāo)準(zhǔn)圖像中工件的外輪廓上相應(yīng)的特征點(diǎn)逐一 進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算得到偏差值X、 Y、 Z、 W、 P和R，其中X為X軸上的偏移值， Y為Y軸上的偏移值，Z為Z軸上的偏移值，W為繞X軸旋轉(zhuǎn)角度值，P為繞 Y軸旋轉(zhuǎn)角度值，R為繞Z軸旋轉(zhuǎn)角度值；
B3)上料點(diǎn)位的補(bǔ)償所述電腦將計(jì)算得到的偏差值轉(zhuǎn)換成指令，對(duì)機(jī)器 人的上料點(diǎn)位進(jìn)行補(bǔ)償。
本發(fā)明綜合應(yīng)用二維和三維視覺定位，解決了待加工工件為毛坯件，同時(shí) 工件被抓取位置為毛坯面，機(jī)器人抓取工件后無(wú)法準(zhǔn)確上料的問題。提高了生 產(chǎn)的可行性，柔性度高，并且節(jié)約人力成本，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變 型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限 定。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的視覺定位方法，該方法采用兩個(gè)相機(jī)和安裝有視覺系統(tǒng)軟件的電腦共同完成檢測(cè)任務(wù)，其中一個(gè)固定在機(jī)器人手部上，用于進(jìn)行被抓取工件的位置檢測(cè)；另一個(gè)為位置固定的三維相機(jī)，用于進(jìn)行被抓取后的工件在機(jī)械人手部的位置檢測(cè)；所述視覺定位方法包括二維視覺定位方法和三維視覺定位方法；其中，所述二維視覺定位方法包括以下步驟A1)標(biāo)準(zhǔn)圖像的獲得將標(biāo)準(zhǔn)工件準(zhǔn)確地放置在抓取位置，通過所述二維相機(jī)進(jìn)行拍攝，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像并傳輸至所述電腦；A2)偏差值的計(jì)算所述二維相機(jī)拍攝被抓取工件的圖像，得到實(shí)時(shí)圖像并傳輸至所述電腦，所述視覺系統(tǒng)軟件比對(duì)所述實(shí)時(shí)圖像與所述標(biāo)準(zhǔn)圖像，計(jì)算得到偏差值；A3)抓取位置的補(bǔ)償所述電腦將計(jì)算得到的偏差值轉(zhuǎn)換成指令，對(duì)機(jī)器人的抓取位置進(jìn)行補(bǔ)償；所述三維視覺定位方法包括以下步驟B1)標(biāo)準(zhǔn)圖像的獲得標(biāo)準(zhǔn)工件被抓取后，通過所述三維相機(jī)拍攝其定位面的圖像，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像并傳輸至所述電腦；B2)偏差值的計(jì)算所述三維相機(jī)拍攝工件的定位面圖像，得到實(shí)時(shí)圖像并傳輸至所述電腦，所述視覺系統(tǒng)軟件比對(duì)所述實(shí)時(shí)圖像與所述標(biāo)準(zhǔn)圖像，計(jì)算得到偏差值；B3)上料點(diǎn)位的補(bǔ)償所述電腦將計(jì)算得到的偏差值轉(zhuǎn)換成指令，對(duì)機(jī)器人的上料點(diǎn)位進(jìn)行補(bǔ)償。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的視覺定位方法，其特征在 于，所述步驟A2和B2中按下述步驟來(lái)比對(duì)實(shí)時(shí)圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像將所述實(shí)時(shí)圖像中工件的外輪廓上若干個(gè)特征點(diǎn)與所述標(biāo)準(zhǔn)圖像中工件 的外輪廓上相應(yīng)的特征點(diǎn)逐一進(jìn)行比對(duì)。
3. 如權(quán)利要求1所述的用于機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的視覺定位方法，其特征在 于，所述步驟A2中的偏差值包括X、 Y和e。
4.如權(quán)利要求1所述的用于機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的視覺定位方法，其特征在于，所述步驟B2中的偏差值包括X、 Y、 Z、 W、 P和R。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的視覺定位方法，包括二維視覺定位方法和三維視覺定位方法，其中二維視覺實(shí)現(xiàn)了工件無(wú)需機(jī)械精定位，機(jī)器人可以自動(dòng)補(bǔ)償抓取功能；三維視覺解決了由于工件定位面位置偏差導(dǎo)致不能自動(dòng)化生產(chǎn)的問題；本發(fā)明綜合應(yīng)用二維和三維視覺定位，解決了待加工工件為毛坯件，同時(shí)工件被抓取位置為毛坯面，機(jī)器人抓取工件后無(wú)法準(zhǔn)確上料的問題。提高了生產(chǎn)的可行性，柔性度高，并且節(jié)約人力成本，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B25J13/00GK101637908SQ20081004112
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2008年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者偉 夏, 李廣偉, 田文興, 鄧文鋒 申請(qǐng)人:上海發(fā)那科機(jī)器人有限公司