CN104476552B - 一种基于机器视觉的机器人型材搬运装置的搬运方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的机器人型材搬运装置，包括工作台、机器人和导轨，所述机器人装在该导轨上，所述搬运装置还包括传送带、位于传送带上方的相机、计算机、控制***和气动装置，相机正下方设有光源，相机与计算机连接，计算机与控制***连接，控制***分别与气动装置和机器人连接，气动装置与机器人连接，机器人的夹持端装有吸盘，传送带与导轨垂直排布，在传送带上对应相机的拍摄区域设有用于检测型材的对射传感器。本发明提高了型材搬运加工的工作效率、降低人工搬运过程中出现的危险程度、降低了生产成本。

Description

一种基于机器视觉的机器人型材搬运装置的搬运方法

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种基于机器人视觉的机器人型材搬运装置的搬运方法。

背景技术

随着工业机器人不断发展和完善，现已得到广泛应用。目前，全世界已拥有100多万台工业机器人广泛应用在焊接、搬运、装配、喷涂、修边、拾料、包装、堆垛和上下料等单调或复杂的作业中，为企业节约了大量的劳动成本，大大提高了劳动生产率。作为现代工业领域不可或缺的重要装备和手段，机器人已经成为衡量一个国家科技和制造水平的重要标志。

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人，它在稳定产品品质、提高生产效率和改善劳动条件等方面有着十分重要的作用，它的应用能够使企业大大缩短新产品的换产周期和节约劳动成本，从而提高了产品的市场竞争力。

随着当代工业革命深入发展，工业生产日益趋向自动化，工业机器人技术也正朝着智能、柔性的方向发展。许多发达国家对于智能工业机器人的研究都较为重视，我国也早已将其纳入国家高科技发展规划。国家层面的重视也必将给工业机器人技术带来新的跨越式发展，机器人的发展也必将对社会经济和生产力的发展产生更加深远的影响。

目前，型材在加工过程中需要进行搬运，将型材从一个位置搬运到另一位置，一般是人工搬运，人工搬运过程中容易劳累，使工厂搬运成本高、效率低，在人工搬运过程容易损坏型材，而且容易发生危险。在工业自动化的今天，急需寻求一种对型材自动搬运加工的工业机器人来取代人工搬运。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于机器人视觉的机器人型材搬运装置的搬运方法，提高产生效率，降低人力成本，减少危险的发生。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于机器人视觉的机器人型材搬运装置的搬运方法，所述搬运装置包括工作台、机器人和导轨，所述机器人装在该导轨上，所述搬运装置还包括传送带、位于传送带上方的相机、计算机、控制***和气动装置，相机正下方设有光源，相机与计算机连接，计算机与控制***连接，控制***分别与气动装置和机器人连接，气动装置与机器人连接，机器人的夹持端装有吸盘，该方法包括以下步骤：

建立传送带的三维空间坐标系，获取拍摄的图像在该三维空间坐标系中X轴、Y轴的实际距离与像素的比例关系；

机器人和吸盘复位，使机器人和吸盘位于初始待工作状态；

将型材放置在传送带上，当型材被传输到拍摄区域后，传送带停止运动；

相机对型材进行拍摄采集图像，并将采集到的图像传送到计算机；

将型材与传送带在图像中分离出来；

获取型材在传送带的三维空间坐标系上的重心坐标位置；

把型材的重心坐标点从传送带的三维空间坐标系转换到机器人坐标系中，得到吸盘对型材的吸取坐标位置；

根据得到的吸取坐标位置，控制吸盘吸取型材，机器人将型材搬运到工作台的指定位置。

通过在静止的传送带上设置标定板，计算标定板上两点之间的实际距离与该两点之间对应的图像像素个数，得到图像在该三维空间坐标系中X轴、Y轴的实际距离与像素的比例关系。

通过公式 $n_{p,q}=\frac{1}{a}\underset{\left(r,c\right)\∈R}{\Σ}{r}^p{c}^q$

计算得到型材的重心像素坐标(n_1,0,n_0,1，0)，根据图像与传送带的三维空间坐标系的比例关系，可得到型材的重心在传送带的三维空间坐标系上的坐标位置。

在型材与传送带在图像中分离出来时，还对图像先进行阈值处理。根据算法公式S＝{(r,c)∈R|f_r,c-g_r,c≥g_diff}进行阈值处理，其中f_r,c表示型材图像，(r,c)表示图像坐标点，g_r,c表示平滑后的图像，g_diff表示阈值。

本发明通过获取型材的重心坐标，控制机器人抓取型材的重心位置，准确的将型材放置到指定位置，提高生产效率，降低人力成本，减少危险的发生。

附图说明

附图1为本发明装置的结构示意图；

附图2为本发明方法的流程示意图；

附图3为本发明中传送带的三维空间坐标系示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图1所示，一种基于机器人视觉的机器人型材搬运装置的搬运方法，所述搬运装置包括工作台、机器人4和导轨3，所述机器人4装在导轨3上，所述搬运装置还包括传送带9、位于传送带9上方的相机6、计算机、控制***和气动装置，相机6正下方设有光源8，相机6与计算机连接，计算机通过数据与控制***连接，控制***分别与气动装置和机器人连接，气动装置与机器人4连接，机器人4的夹持端装有吸盘5。导轨3总共设有两条，机器人4安装在导轨上面可以沿着该导轨来回***。相机6上安装连接有镜头7，此为公知常识，在此不再详述。机器人可以为六轴机器人，或者其他类型的机器人，在此并无限定。传送带9与导轨3垂直排布，彼此之间呈90度设计。传送带9上对应相机6的拍摄区域设有对射传感器10，该对射传感器10通常设置在传送带9上对称的两侧边，当传送带9上的型材11被传输到相机6的拍摄区域时马上触发对射传感器10，对射传感器10发送信号到计算机上，传送带停止运动。气动装置对吸盘5进行供气，使吸盘能够顺利吸取型材。控制***一般包括两部分，一为控制柜，另外一个则是示教器，控制柜中包含了多个PLC控制模块，用于控制机器人轴的运动，示教器则是人机掌控的连接器，可用于编程和发送控制命令给控制柜以命令机器人运动。

此外，在导轨3上还设置有初始限位开关1和终止限位开关2，通常将初始限位开关1装在靠近传送带9的导轨3一端，终止限位开关2则安装在导轨3的另一端。初始时，机器人位于初始限位开关位置，吸取型材后向工作台方向移动，移动到终止限位开关停止，机器人旋转把型材搬运在型材加工工作台指定位置。

此外，机器人、相机等器件均为适合于工业应用的设备，在此并限定具体的型号和类型。

如图2和3所示，本发明中的搬运方法基于以上所述的基于机器视觉的机器人型材搬运装置，该方法具体包括以下步骤：

步骤1，建立传送带的三维空间坐标系，获取拍摄的图像在该三维空间坐标系中X轴、Y轴的实际距离与像素的比例关系，即获取图像的坐标传送带的三维空间坐标系间的比例关系。由于图像为平面式，其坐标系只涉及到X轴、Y轴。建立传送带的三维空间坐标系O(x,y,z)，O点为零点坐标O(0，0，0)。通过在静止的传送带9上设置标定板12，该标定板设在相机的拍摄区域内，计算标定板12上两点之间的实际距离与该两点之间对应的图像像素个数，得到图像在该三维空间坐标系中X轴、Y轴的实际距离与像素的比例关系。具体为，在图3中，标定板从上往下的最上一行为第一行，从左往右的最左一列为第一列。第一行第一个点与第一行最后一个点的实际距离与像素个数分别为X_标、X_像，标定板第一列第一个点与第一列最后一个点的实际距离与像素个数分别为Y_标、Y_像；则图像在传送带的三维空间坐标系O(x,y,z)中X轴、Y轴中实际距离与像素比例分别Kx＝X_标/X_像、Ky＝Y_标/Y_像。计算机获取到图像中任何两点的像素后，就可以确定这两点在传送带上的实际距离。

步骤2，机器人和吸盘复位，使机器人和吸盘位于初始待工作状态。控制***发送指令给工业机器人向初始限位开关运动，初始限位开关位置记作为机器人平移的初始位置；为了使机器人在搬运过程中稳定快速地搬运型材，机器人旋转相应的轴使吸盘复位。

步骤3，将型材放置在传送带上，当型材被传输到拍摄区域后，图3虚线框所示即为相机的拍摄区域，型材即触发对射传感器，对射传感器发射信号到计算机，传送带停止运动。即型材在传送带上向前移动，当触发到对射传感器时，即表示型材已经进入到相机的拍摄区域。

步骤4，相机对型材进行拍摄采集图像，并将采集到的图像传送到计算机。

步骤5，将型材与传送带在图像中分离出来，在分离时，可事先对图像进行行阈值处理，根据算法公式S＝{(r,c)∈R|f_r,c-g_r,c≥g_diff}进行阈值处理，其中f_r,c表示型材图像，(r,c)表示图像坐标点，g_r,c表示平滑后的图像，g_diff表示阈值。图像经过阈值处理后，能够更加容易的将型材与传送带在图像中分离出来。

步骤6，获取型材在传送带的三维空间坐标系上的重心坐标位置。可采用公知的归一化矩方法计算得到型材重心在传送带上的坐标位置。型材的重心像素坐标位置(n_1,0,n_0,1，0)可以通过以下算法公式计算出来：

$n_{p,q}=\frac{1}{a}\underset{\left(r,c\right)\∈R}{\Σ}{r}^p{c}^q$

根据步骤一获取的图像在传送带的三维空间坐标系O(x,y,z)中X轴、Y轴中实际距离与像素的比例关系，分别Kx＝X_标/X_像、Ky＝Y_标/Y_像，即可得到型材重心在传送带坐标系上的坐标位置为O(n_1,0*Kx,n_0,1*Ky,0)。

步骤7，把型材的重心坐标点从传送带的三维空间坐标系转换到机器人坐标系中，得到吸盘对型材的吸取坐标位置。通过计算机的坐标系变换将型材重心在传送带的三维空间坐标系上的位置变换到机器人坐标系中，得到机器人搬运型材时吸盘的吸取坐标位置，保证能够准确的吸取到型材的重心位置。

步骤8，根据得到的吸取坐标位置，控制吸盘吸取型材，机器人将型材搬运到工作台的指定位置。计算机把型材重心在机器人坐标系中的坐标点位置发送给控制***，控制***控制机器人的吸盘运动到该坐标位置，控制***控制气动装置使吸盘吸取型材重心位置。机器人吸紧型材从导轨上向加工工作台运动，当机器人运动到终止限位开关时，机器人停止运动，机器人通过轴旋转把型材搬运在型材加工工作台指定位置，完成一次搬运工作，机器人复位，进行下一次工作循环。

需要说明的是，以上所述并非是对本发明技术方案的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于机器视觉的机器人型材搬运装置的搬运方法，所述搬运装置包括工作台、机器人和导轨，机器人装在导轨上，所述搬运装置还包括传送带、位于传送带上方的相机、计算机、控制***和气动装置，相机正下方设有光源，相机与计算机连接，计算机与控制***连接，控制***分别与气动装置和机器人连接，气动装置与机器人连接，机器人的夹持端装有吸盘，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

建立传送带的三维空间坐标系，获取拍摄的图像在该三维空间坐标系中X轴、Y轴的实际距离与像素的比例关系；

机器人和吸盘复位，使机器人和吸盘位于初始待工作状态；

将型材放置在传送带上，当型材被传输到拍摄区域后，传送带停止运动；

相机对型材进行拍摄采集图像，并将采集到的图像传送到计算机；

将型材与传送带在图像中分离出来；

获取型材在传送带的三维空间坐标系上的重心坐标位置；

把型材的重心坐标点从传送带的三维空间坐标系转换到机器人坐标系中，得到吸盘对型材的吸取坐标位置；

根据得到的吸取坐标位置，控制吸盘吸取型材，机器人将型材搬运到工作台的指定位置。

2.根据权利要求1所述的搬运方法，其特征在于，通过在静止的传送带上设置标定板，计算标定板上两点之间的实际距离与该两点之间对应的图像像素个数，得到图像在该三维空间坐标系中X轴、Y轴的实际距离与像素的比例关系。

3.根据权利要求2所述的搬运方法，其特征在于，通过公式计算得到型材的重心像素坐标(n_1,0,n_0,1，0)，根据图像与传送带的三维空间坐标系的比例关系，可得到型材的重心在传送带的三维空间坐标系上的坐标位置。

4.根据权利要求3所述的搬运方法，其特征在于，在型材与传送带在图像中分离出来时，还对图像先进行阈值处理。

5.根据权利要求4所述的搬运方法，其特征在于，根据算法公式S＝{(r,c)∈R|f_r,c-g_r,c≥g_diff}进行阈值处理，其中f_r,c表示型材图像，(r,c)表示图像坐标点，g_r,c表示平滑后的图像，g_diff表示阈值。