CN107464262A - 一种基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取*** - Google Patents

一种基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取*** Download PDF

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李鹏宇
马强
袁文征
李飞宇
胡燕伟
程永龙
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Abstract

本发明公开了一种基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***，步骤如下：S1，在管片吊机的真空吸盘上安装支架，支架上安装有超声波传感器和摄像头；S2，对管片上的锥形孔用红色油漆进行涂覆。S3，对管片进行定位抓取。本发明通过安装在真空吸盘上的超声波距离传感器实现管片的距离定位，利用摄像头实现管片锥形孔所在位置定位，实现对管片自动化定位和抓取。且有效降低了现场工人操纵真空吸盘抓取管片的操作时间，避免了人为操纵定位不准确野蛮操作造成的吸盘结构件和定位销的损坏，定位更加准确可靠，同时实现了自动化智能化定位，降低了人员操作复杂度。使用自动/手动两种工作模式，提高***的安全稳定性。

Description

一种基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***
技术领域
本发明属于管片吊机抓取技术领域，具体涉及一种基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***。
背景技术
现有真空吸盘设置两部激光***，激光打到管片预设的定位孔上通过肉眼观察手动调整拼装机姿态使真空吸盘定位销孔嵌入管片预制定位孔。由于拼装机抓举头自由度较多（一般具备6自由度），定位过程较慢，对拼装手技能熟练度有较高要求。且经常由于操作工人在定位销与销孔未完全对正时野蛮操作强行***，一方面损害吸盘结构件，另一方面需频繁更换定位销。
发明内容
本发明要解决的是现有技术中管片人工定位，定位缓慢且定位销损坏严重等技术问题，从而提供一种基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***，步骤如下：S1，在管片吊机的真空吸盘上安装支架，支架上安装有超声波传感器和摄像头；
S2，对管片上的锥形孔用红色油漆进行涂覆；用以增大锥形孔和周围环境的对比度。
S3，对管片进行定位抓取；
管片进行定位分为自动模式和手动模式，当管片和真空吸盘的对准为自动模式时；步骤为：S3.1对管片和真空吸盘进行粗对准；
具体步骤为：S3.1.1将管片运输至管片吊机下方，管片吊机在竖直油缸的带动下向下移动，直至超声波传感器检测到真空吸盘与管片距离相距50cm时，超声波传感器将检测信号传输至控制器内，控制器处理后使竖直油缸停止移动；
S3.1.2，控制器启动摄像头，摄像头对管片进行拍照，并将拍摄信息上传至控制器内，控制器对图片进行处理，得到管片锥形孔的中心位置；
具体步骤为：S3.1.2.1，建立基于彩色图像的控制指标F，控制指标F的计算公式如下：首先对拍摄到的图片进行区域分割，
S3.1.2.2，计算图片中每个像素点的控制指标F，并根据控制指标F与F0的大小关系将图片进行分割，控制指标F>F0的像素点为背景点；因为锥形孔提前标定为红色，所以理论上，锥形孔所在的红色标定区域的F0值应该接近0。实际应用中，F0为可变参数，使用基于进化算法对其进行全局寻优；
S3.1.2.3，图片分割完成后，利用Candy算法求取图片红色区域的边界。在此步骤中，Candy算法的THRESH、SIGMA两个参数的选取使用进化算法进行全局寻优。
S3.1.2.4，对红色区域边界上的像素点集合进行Hough变换，利用变换后像素点采用最小二乘法进行拟合椭圆。
S3.1.2.5，建立图像识别质量的目标函数M,计算公式如下：
其中，n为红色区域边界上像素点的个数；m为拟合椭圆边界上的像素点个数。
S3.1.2.6，比较目标函数M与设定值的大小；当M<80%时，利用进化算法更新参数矩阵[F0 、THRESH、SIGMA],重复步骤S3.1.2.2—S3.1.2.5；当M>80%时，进行下一步。所述进化算法包含但不限于遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
S3.1.2.7，计算拟合椭圆的中心，拟合椭圆的中心就是管片的锥形孔中心。
S3.1.3，控制器控制水平油缸动作，带动真空吸盘移动，使真空吸盘定位销与管片的锥形孔同轴；
S3.2，对管片和真空吸盘进行精对准；
具体步骤为：S3.2.1控制器控制竖直油缸的带动下向下移动，直至超声波传感器检测到真空吸盘与管片距离相距20cm时，超声波传感器将检测信号传输至控制器内，控制器处理后使竖直油缸停止移动；
S3.2.2，重复步骤S3.1.2和步骤S3.1.3，使真空吸盘定位销与管片的锥形孔同轴；
S3.3，当确认真空吸盘定位销与管片的锥形孔完全对准后，将真空吸盘定位销***管片锥形孔，完成自动定位；
当管片和真空吸盘的对准为手动模式时，步骤如下；S3.4，将管片运输至管片吊机下方，管片吊机在竖直油缸的带动下向下移动，直至超声波传感器检测到真空吸盘与管片距离相距20cm时，超声波传感器将检测信号传输至控制器内，控制器处理后使竖直油缸停止移动；
S3.5，控制器启动摄像头视频工作模式，摄像头将采集的视频图像传输至控制器内，控制器控制液晶显示屏显示出管片的锥形孔位置；
S3.6，根据摄像头的位置利用绝对位置定位出真空吸盘定位销的位置并显示在图像中，利用水平油缸带动真空吸盘移动，使真空吸盘的定位销的中心点与锥形孔中心点重合；
S3.7，确认真空吸盘的定位销的中心点与锥形孔中心点完全对准后，将真空吸盘定位销***管片锥形孔，完成手动定位。
本发明通过安装在真空吸盘上的超声波距离传感器实现管片的距离定位，利用摄像头实现管片锥形孔所在位置定位，代替传统的利用人为经验来定位真空吸盘与的管片相对位置，实现对管片自动化定位和抓取。且有效降低了现场工人操纵真空吸盘抓取管片的操作时间，避免了人为操纵定位不准确野蛮操作造成的吸盘结构件和定位销的损坏，定位更加准确可靠，同时实现了自动化智能化定位，降低了人员操作复杂度。使用自动/手动两种工作模式，提高***的安全稳定性。
具体实施方式
一种基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***，步骤如下：S1，在管片吊机的真空吸盘上安装支架，支架上安装有超声波传感器和摄像头；
S2，对管片上的锥形孔用红色油漆进行涂覆；用以增大锥形孔和周围环境的对比度。
S3，对管片进行定位抓取；
管片进行定位分为自动模式和手动模式，当管片和真空吸盘的对准为自动模式时；步骤为：S3.1对管片和真空吸盘进行粗对准；
具体步骤为：S3.1.1将管片运输至管片吊机下方，管片吊机在竖直油缸的带动下向下移动，直至超声波传感器检测到真空吸盘与管片距离相距50cm时，超声波传感器将检测信号传输至控制器内，控制器处理后使竖直油缸停止移动；
S3.1.2，控制器启动摄像头，摄像头对管片进行拍照，并将拍摄信息上传至控制器内，控制器对图片进行处理，得到管片锥形孔的中心位置；
具体步骤为：S3.1.2.1，建立基于彩色图像的控制指标F，控制指标F的计算公式如下：首先对拍摄到的图片进行区域分割，
S3.1.2.2，计算图片中每个像素点的控制指标F，并根据控制指标F与F0的大小关系将图片进行分割，控制指标F> F0的像素点为背景点；因为锥形孔提前标定为红色，所以理论上，锥形孔所在的红色标定区域的F0值应该接近0。实际应用中，F0为可变参数，使用基于进化算法对其进行全局寻优；
S3.1.2.3，图片分割完成后，利用Candy算法求取图片红色区域的边界。在此步骤中，Candy算法的THRESH、SIGMA两个参数的选取使用进化算法进行全局寻优。
S3.1.2.4，对红色区域边界上的像素点集合进行Hough变换，利用变换后像素点采用最小二乘法进行拟合椭圆。
S3.1.2.5，建立图像识别质量的目标函数M,计算公式如下：
其中，n为红色区域边界上像素点的个数；m为拟合椭圆边界上的像素点个数。
S3.1.2.6，比较目标函数M与设定值的大小；当M<80%时，利用进化算法更新参数矩阵[F0 、THRESH、SIGMA],重复步骤S3.1.2.2—S3.1.2.5；当M>80%时，进行下一步。所述进化算法包含但不限于遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
S3.1.2.7，计算拟合椭圆的中心，拟合椭圆的中心就是管片的锥形孔中心。
S3.1.3，控制器控制水平油缸动作，带动真空吸盘移动，使真空吸盘定位销与管片的锥形孔同轴；
S3.2，对管片和真空吸盘进行精对准；
具体步骤为：S3.2.1控制器控制竖直油缸的带动下向下移动，直至超声波传感器检测到真空吸盘与管片距离相距20cm时，超声波传感器将检测信号传输至控制器内，控制器处理后使竖直油缸停止移动；
S3.2.2，重复步骤S3.1.2和步骤S3.1.3，使真空吸盘定位销与管片的锥形孔同轴；
S3.3，当确认真空吸盘定位销与管片的锥形孔完全对准后，将真空吸盘定位销***管片锥形孔，完成自动定位；
当管片和真空吸盘的对准为手动模式时，步骤如下；S3.4，将管片运输至管片吊机下方，管片吊机在竖直油缸的带动下向下移动，直至超声波传感器检测到真空吸盘与管片距离相距20cm时，超声波传感器将检测信号传输至控制器内，控制器处理后使竖直油缸停止移动；
S3.5，控制器启动摄像头视频工作模式，摄像头将采集的视频图像传输至控制器内，控制器控制液晶显示屏显示出管片的锥形孔位置；
S3.6，根据摄像头的位置利用绝对位置定位出真空吸盘定位销的位置并显示在图像中，利用水平油缸带动真空吸盘移动，使真空吸盘的定位销的中心点与锥形孔中心点重合；
S3.7，确认真空吸盘的定位销的中心点与锥形孔中心点完全对准后，将真空吸盘定位销***管片锥形孔，完成手动定位。

Claims (6)

1.一种基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***，其特征在于：步骤如下：S1，在管片吊机的真空吸盘上安装支架，支架上安装有超声波传感器和摄像头；S2，对管片上的锥形孔用红色油漆进行涂覆；
S3，对管片进行定位抓取。
2.根据权利要求1所述的基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***，其特征在于：在步骤S3中，管片定位分为自动模式和手动模式，当管片和真空吸盘的对准为自动模式时；步骤为：S3.1对管片和真空吸盘进行粗对准；
S3.2，对管片和真空吸盘进行精对准；
S3.3，当确认真空吸盘定位销与管片的锥形孔完全对准后，将真空吸盘定位销***管片锥形孔，完成自动定位；
当管片和真空吸盘的对准为手动模式时，步骤如下；S3.4，将管片运输至管片吊机下方，管片吊机在竖直油缸的带动下向下移动，直至超声波传感器检测到真空吸盘与管片距离相距20cm时，超声波传感器将检测信号传输至控制器内，控制器处理后使竖直油缸停止移动；
S3.5，控制器启动摄像头视频工作模式，摄像头将采集的视频图像传输至控制器内，控制器控制液晶显示屏显示出管片的锥形孔位置；
S3.6，根据摄像头的位置利用绝对位置定位出真空吸盘定位销的位置并显示在图像中，利用水平油缸带动真空吸盘移动，使真空吸盘的定位销的中心点与锥形孔中心点重合；
S3.7，确认真空吸盘的定位销的中心点与锥形孔中心点完全对准后，将真空吸盘定位销***管片锥形孔，完全手动定位。
3.根据权利要求2所述的基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***，其特征在于；在步骤S3.1中，对管片和真空吸盘进行粗对准的具体步骤为：S3.1.1将管片运输至管片吊机下方，管片吊机在竖直油缸的带动下向下移动，直至超声波传感器检测到真空吸盘与管片距离相距50cm时，超声波传感器将检测信号传输至控制器内，控制器处理后使竖直油缸停止移动；
S3.1.2，控制器启动摄像头，摄像头对管片进行拍照，并将拍摄信息上传至控制器内，控制器对图片进行处理，得到管片锥形孔的中心位置；
S3.1.3，控制器控制水平油缸动作，带动真空吸盘移动，使真空吸盘定位销与管片的锥形孔同轴。
4.根据权利要求3所述的基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***，其特征在于；在步骤S3.1.2中，控制器对图片进行处理，得到管片锥形孔的中心位置的具体步骤为：S3.1.2.1，建立基于彩色图像的控制指标F，控制指标F的计算公式如下：首先对拍摄到的图片进行区域分割，
S3.1.2.2，计算图片中每个像素点的控制指标F，并根据控制指标F与F0的大小关系将图片进行分割，控制指标F>F0的像素点为背景点，F0为可变参数，使用进化算法进行全局寻优；
S3.1.2.3，图片分割完成后，利用Candy算法求取图片红色区域的边界，Candy算法的THRESH、SIGMA两个参数使用进化算法进行全局寻优；
S3.1.2.4，对红色区域边界上的像素点集合进行Hough变换，利用变换后像素点采用最小二乘法进行拟合椭圆；
S3.1.2.5，建立图像识别质量的目标函数M，计算公式如下：
其中，n为红色区域边界上像素点的个数；m为拟合椭圆边界上的像素点个数；
S3.1.2.6，比较目标函数M与设定值的大小；当M<80%时，利用进化算法更新参数矩阵[F0、THRESH、SIGMA],重复步骤S3.1.2.2—S3.1.2.5；当M>80%时，进行下一步；
S3.1.2.7，计算拟合椭圆的中心，拟合椭圆的中心就是管片的锥形孔中心。
5.根据权利要求4所述的基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***，其特征在于；所述进化算法包括但不限于遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法。
6.根据权利要求2所述的基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取***，其特征在于；在步骤S3.2中，对管片和真空吸盘进行精对准的具体步骤为：S3.2.1控制器控制竖直油缸的带动下向下移动，直至超声波传感器检测到真空吸盘与管片距离相距20cm时，超声波传感器将检测信号传输至控制器内，控制器处理后使竖直油缸停止移动；
S3.2.2，重复步骤S3.1.2和步骤S3.1.3，使真空吸盘定位销与管片的锥形孔同轴。
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