基于視覺(jué)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(dòng)化控制，特別涉及一種基于視覺(jué)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(gè)領(lǐng)域中，零件的抓取是機(jī)器人搬運(yùn)工程中的一個(gè)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(guò)示教規(guī)劃?rùn)C(jī)器人運(yùn)動(dòng)路線與動(dòng)作，然后再現(xiàn)示教的內(nèi)容。采用傳統(tǒng)方式抓取零件時(shí)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(dòng)化程度低，且柔性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)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(jué)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(jué)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(duì)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(duì)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(duì)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(jì)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(guò)所述邊緣輪廓計(jì)算出零件的最小包矩形，計(jì)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(guò)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(shí)，機(jī)械觸頭上的傳感器產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)并將觸發(fā)信號(hào)傳輸給處理模塊；
[0014]B6.處理模塊根據(jù)觸發(fā)信號(hào)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(jì)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(jué)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(jué)與機(jī)械綜合定位的方式來(lái)抓取零件，無(wú)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(dòng)化程度以及柔性度。采用普通攝像頭取代工業(yè)級(jí)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(dòng)化程度以及柔性度。同時(shí)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(jì)算量，提高設(shè)備的穩(wěn)定性以及定位精度。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為實(shí)施例的基于視覺(jué)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(duì)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(duì)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(shí)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(dòng)化程度低，且柔性低等問(wèn)題，提供一種新的基于視覺(jué)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(jué)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(duì)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(duì)待抓取零件進(jìn)行抓取。
[0023]實(shí)施例
[0024]下面以一實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的基于視覺(jué)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(hào)，根據(jù)料號(hào)的不同選擇合適的機(jī)械爪手，并讀取與該料號(hào)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(duì)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(chǔ)備用。
[0026]2)啟動(dòng)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(guò)通信端口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，此步驟中的計(jì)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(jì)算機(jī)分開(kāi)，但是此時(shí)機(jī)器人必須具備通信功能。
[0027]3)對(duì)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(guò)零件的邊緣輪廓計(jì)算出零件的最小包為矩形，計(jì)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(jì)算，得到零件的旋轉(zhuǎn)角度Θ p。
[0029]5)通過(guò)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(shí)，觸頭前方的傳感器產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，控制器接收到機(jī)械觸頭的觸發(fā)信號(hào)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(jì)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(jué)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(jué)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(duì)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(duì)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(jué)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(duì)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(jì)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(jué)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(guò)所述邊緣輪廓計(jì)算出零件的最小包矩形，計(jì)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(guò)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(shí)，機(jī)械觸頭上的傳感器產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)并將觸發(fā)信號(hào)傳輸給處理模塊； B6.處理模塊根據(jù)觸發(fā)信號(hào)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(jì)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(jué)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(jué)系統(tǒng)為攝像頭。
【專利摘要】本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化控制，針對(duì)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(shí)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(wèn)題，提供一種新的基于視覺(jué)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(jué)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(duì)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(duì)待抓取零件進(jìn)行抓取。本發(fā)明適用于工業(yè)自動(dòng)化用機(jī)器人。
【IPC分類】B25J13-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104626169
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410817853
【發(fā)明人】曾建風(fēng), 潘曉勇, 劉兵, 吳魯濱
【申請(qǐng)人】四川長(zhǎng)虹電器股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2014年12月24日