CN108190418A - 上料平台及工件上料方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种上料平台及工件上料方法，包括：设置于机架上输送装置，用于传输待上料工件；设置于输送装置的旁侧的机械手，用于抓取输送装置上的工件；设置于输送装置的旁侧的双目摄像头，用于采集机械手前方的输送装置上待上料工件左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息；视觉分析装置，用于根据左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息对待上料工件进行建模，确定工件的类型和现有姿态；控制器，用于根据工件的类型和现有姿态，控制机械手将待上料工件转移至对应的作业区域，并将工件调整至预设姿态。本发明能够根据工件图像实时分析工件的类型和姿态，控制机械臂转移工件及调整工件的姿态，从而提高工件上料的效率。

Description

上料平台及工件上料方法
技术领域
本发明涉及一种上料平台和上料方法，具体涉及一种基于双目摄像头的上料平台及工件上料方法。
背景技术
现有技术中，针对不同规格的工件的摘选或上料，要么采用人工分拣，要么针对每个规格的工件设计一套专用的模具，这样成本高，而效率低，兼容性也较差。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种上料平台及工件上料方法，能够根据工件图像实时分析工件的类型和姿态，控制机械臂将工件转移至对应的作业区域，并将工件调整至预设姿态，提高工件上料效率。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种上料平台，其特征在于，包括机架、输送装置、机械手、双目摄像头、视觉分析装置和控制器，其中：
输送装置设置于机架上，用于传输待上料工件；
机械手设置于输送装置的旁侧，用于抓取输送装置上的工件；
双目摄像头设置于输送装置的旁侧，包括左摄像头和右摄像头，用于采集机械手前方的输送装置上待上料工件左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息，并发送至视觉分析装置；
视觉分析装置，用于根据左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息对输送装置上的待上料工件进行建模，确定待上料工件的类型和现有姿态；
控制器，用于根据待上料工件的类型和现有姿态，控制机械手将待上料工件转移至对应的作业区域，并将待上料工件调整至预设姿态。
进一步地，所述上料平台还包括存储装置，存储装置用于存储不同类型工件的3D模型，以及不同类型工件对应的预设姿态和作业区域。
进一步地，所述视觉分析装置包括：景深图像生成模块，用于根据待上料工件左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息生成景深图像；
3D建模模块，用于根据所述景深图像重建工件的3D模型；
特征点计算模块，用于将工件左右格式的3D图像对和3D模型进行特征点计算和边缘检测；
拼接模块，用于将多次获取的所述3D图像对生成的多方位3D模型按照特征点和方位信息进行加权拼接形成拼接模型。
进一步地，所述视觉分析装置还包括工件类型和姿态分析模块，用于根据拼接模型确定待上料工件的类型，以及根据多次获取的左右格式的3D图像对确定待上料工件的现有姿态。
一种工件上料方法，其特征在于，所述方法通过上料平台实现，包括以下步骤：
步骤一，双目摄像头获取机械手前方的输送装置上待上料工件左右格式的3D图像信息，并将3D图像信息发送至视觉分析装置；
步骤二，视觉分析装置根据3D图像信息生成待上料工件的拼接模型，并确定待上料工件的类型和现有姿态，将待上料工件的类型和现有姿态信息发送至控制器；
步骤三，控制器根据待上料工件的类型控制机械手将待上料工件转移至对应的作业区，同时将待上料工件调整至预设姿态。
进一步地，步骤一中所述待上料工件左右格式的3D图像信息包括待上料工件左右格式的3D图像对和所述3D图像对的方位信息。
进一步地，步骤二中所述视觉分析装置根据3D图像信息生成待上料工件的拼接模型的步骤包括：
将所述左右格式的3D图像对生成景深图像；
根据所述景深图像重建工件的3D模型；
对所述左右格式的3D图像对和所述3D模型进行特征点计算和边缘检测；
将多次获取的3D图像对生成的多方位3D模型按照所述特征点和所述方位信息进行加权拼接形成拼接模型。
进一步地，步骤二中所述确定待上料工件的类型和现有姿态的方法为：
视觉分析装置将生成的待上料工件拼接模型与存储装置中预存的不同类型工件的3D模型进行比对，确定待上料工件的类型；
视觉分析装置根据多次获取的待上料工件左右格式的3D图像对，确定待上料工件的现有姿态。
进一步地，步骤三中所述控制器根据待上料工件的类型控制机械手将待上料工件转移至对应的作业区的方法为：控制器根据待上料工件的类型，调取存储装置中预存的对应作业区域，控制机械手将待上料工件转移至所述作业区域。
进一步地，步骤三中所述控制器控制机械手将待上料工件调整至预设姿态的方法为：控制器根据待上料工件的类型从存储装置中调取对应的预设姿态信息，将待上料工件的现有姿态和所述预设姿态作为输入，应用神经网络模型和遗传算法，输出将工件从现有姿态调整至预设姿态的调节步骤，机械手根据调节步骤将工件调整至预设姿态。
本发明的有益之处在于：
本发明提出的上料平台，采用双目摄像头采集工件的左右格式3D图像，并实时建立工件的拼接模型，从而实现快速识别工件类型和姿态的目的，该平台结构简单，识别准确性高，并且利用神经网络和遗传算法，能够快速输出机械手调节工件姿态的步骤，显著提高响应速度，进而提高了工件上料的效率。
附图说明
图1是本发明一实施例的上料平台的结构示意图；
图2是本发明一实施例的视觉分析装置的示意图；
图3是本发明一实施例的工件上料方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1所示，本发明一种上料平台，包括机架、输送装置10、机械手20、双目摄像头30、视觉分析装置40和控制器50。其中：
输送装置10设置于机架上，用于传输待上料工件60。输送装置10可以为如今工业生产上常用的流水线或者其他传输带装置。
机械手20设置于输送装置10的旁侧，用于抓取输送装置10上的工件60。机械手20可以用真空吸盘吸附抓取工件，也可以为机械爪抓取工件，并且该机械手20抓取工件60后，能够将工件60在空间中自由转动，从而实现调整工件60姿态的目的。
双目摄像头30设置于输送装置10的旁侧，包括左摄像头和右摄像头，用于采集机械手20前方的输送装置10上待上料工件60左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息，并将上述信息发送至视觉分析装置40。可以在输送装置10的旁侧设置多个双目摄像头30，便于获取关于待上料工件60更加完整的图像信息。双目摄像头30可以是基于双可见光摄像头，或者是可见光摄像头和红外激光投射仪。双可见光摄像头测距利用视差原理，处理不同视角下获取的对同一场景的两幅图像，从而恢复出物体的三维几何信息，并测得空间距离。
视觉分析装置40，用于根据左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息对输送装置10上的待上料工件60进行建模，并确定待上料工件60的类型和现有姿态。
控制器50，用于根据待上料工件60的类型和现有姿态，控制机械手20将待上料工件60转移至对应的作业区域，并将待上料工件60调整至预设姿态。
此外，所述上料平台还可以包括存储装置70，存储装置70用于存储不同类型工件的3D模型，以及不同类型工件对应的预设姿态和作业区域。
在本发明的一个实施例中，参照图2所示，所述视觉分析装置40根据左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息，建立待上料工件的3D模型，具体包括以下模块：
景深图像生成模块41，用于根据待上料工件左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息生成景深图像。
3D建模模块42，用于根据所述景深图像重建工件的3D模型。
特征点计算模块43，用于将工件左右格式的3D图像对和3D模型进行特征点计算和边缘检测。
拼接模块44，用于将多次获取的所述3D图像对生成的多方位3D模型按照特征点和方位信息进行加权拼接形成拼接模型。
此外，视觉分析装置还用于确定待上料工件的类型和现有姿态，该功能由工件类型和姿态分析模块实现。所述工件类型和姿态分析模块，根据拼接模型确定待上料工件的类型，以及根据多次获取的左右格式的3D图像对确定待上料工件的现有姿态。
参照图3所示，本发明还提出了一种工件上料方法，所述方法是通过前述基于双目摄像头的上料平台实现的，具体包括以下步骤：
S10，双目摄像头获取机械手前方的输送装置上待上料工件左右格式的3D图像信息，并将3D图像信息发送至视觉分析装置。所述待上料工件左右格式的3D图像信息包括待上料工件左右格式的3D图像对和所述3D图像对的方位信息。当输送装置将待上料工件传输到机械手前方一定距离时，双目摄像头连续多次采集工件的左右格式3D图像对以及获取3D图像对的方位信息。
S20，视觉分析装置根据3D图像信息生成待上料工件的拼接模型，并确定待上料工件的类型和现有姿态，将待上料工件的类型和现有姿态信息发送至控制器。
其中，生成待上料工件的拼接模型，包括以下步骤：
将所述左右格式的3D图像对生成景深图像。景深图像生成模块获取左右格式的3D图像对，使用双目测定及匹配等一系列的算法获取该左右格式3D图像对的深度信息形成深度图即3D景深图像。其中，景深是指在摄影机镜头或其他成像器前能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围，在聚焦完成后，在焦点前后的范围内都能形成清晰的像，这一前一后的距离范围即为景深。
根据所述景深图像重建工件的3D模型。景深图像模拟人眼对真实空间的近大远小，近处清晰远处模糊的视觉感受。为了恢复图像的视差，必须进行表面内插重建，利用景深图像进行数据重构建立完成工件的3D模型图像。
对所述左右格式的3D图像对和所述3D模型进行特征点计算和边缘检测，把特征点和边缘中选取的点作为顶点，再依据一定的算法形成3D模型。例如，最能代表不同类型工件特征的某些部位，包括凸出部位的特征点和工件的轮廓点，将该类部位使用特征点和边缘点组成，即可作为识别物体的模型。
将多次获取的3D图像对生成的多方位3D模型按照所述特征点和所述方位信息进行加权拼接形成拼接模型。双目摄像头获取数个工件的左右格式的3D图像，获取多方位的左右格式的3D图像对，以获得更完整的建模物体信息，进而通过拼接模块，对于多次生成的3D模型，先进行特征点匹配，匹配后的特征点作为同一个点，按照方位进行加权拼接，建立更真实的3D模型。
所述确定待上料工件的类型和现有姿态的方法为：
视觉分析装置将生成的待上料工件拼接模型与存储装置中预存的不同类型工件的3D模型进行比对，确定待上料工件的类型。
视觉分析装置根据多次获取的待上料工件左右格式的3D图像对，确定待上料工件的现有姿态。
S30，控制器根据待上料工件的类型控制机械手将待上料工件转移至对应的作业区，同时将待上料工件调整至预设姿态。
具体的，控制器根据待上料工件的类型，调取存储装置中预存的对应作业区域，控制机械手将待上料工件转移至所述作业区域。
将待上料工件调整至预设姿态的方法为：控制器根据待上料工件的类型从存储装置中调取对应的预设姿态信息，将待上料工件的现有姿态和所述预设姿态作为输入，应用神经网络模型和遗传算法，输出将工件从现有姿态调整至预设姿态的调节步骤，机械手根据调节步骤将工件调整至预设姿态。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种上料平台，其特征在于，包括机架、输送装置、机械手、双目摄像头、视觉分析装置和控制器，其中：
输送装置设置于机架上，用于传输待上料工件；
机械手设置于输送装置的旁侧，用于抓取输送装置上的工件；
双目摄像头设置于输送装置的旁侧，包括左摄像头和右摄像头，用于采集机械手前方的输送装置上待上料工件左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息，并发送至视觉分析装置；视觉分析装置，用于根据左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息对输送装置上的待上料工件进行建模，确定待上料工件的类型和现有姿态；
控制器，用于根据待上料工件的类型和现有姿态，控制机械手将待上料工件转移至对应的作业区域，并将待上料工件调整至预设姿态。
2.根据权利要求1所述的上料平台，其特征在于，所述上料平台还包括存储装置，存储装置用于存储不同类型工件的3D模型，以及不同类型工件对应的预设姿态和作业区域。
3.根据权利要求1所述的上料平台，其特征在于，所述视觉分析装置包括：景深图像生成模块，用于根据待上料工件左右格式的3D图像对和3D图像对的方位信息生成景深图像；3D建模模块，用于根据所述景深图像重建工件的3D模型；
特征点计算模块，用于将工件左右格式的3D图像对和3D模型进行特征点计算和边缘检测；拼接模块，用于将多次获取的所述3D图像对生成的多方位3D模型按照特征点和方位信息进行加权拼接形成拼接模型。
4.根据权利要求3所述的上料平台，其特征在于，所述视觉分析装置还包括工件类型和姿态分析模块，用于根据拼接模型确定待上料工件的类型，以及根据多次获取的左右格式的3D图像对确定待上料工件的现有姿态。
5.权利要求1所述上料平台的工件上料方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，双目摄像头获取机械手前方的输送装置上待上料工件左右格式的3D图像信息，并将3D图像信息发送至视觉分析装置；
步骤二，视觉分析装置根据3D图像信息生成待上料工件的拼接模型，并确定待上料工件的类型和现有姿态，将待上料工件的类型和现有姿态信息发送至控制器；
步骤三，控制器根据待上料工件的类型控制机械手将待上料工件转移至对应的作业区，同时将待上料工件调整至预设姿态。
6.根据权利要求5所述的工件上料方法，其特征在于，步骤一中所述待上料工件左右格式的3D图像信息包括待上料工件左右格式的3D图像对和所述3D图像对的方位信息。
7.根据权利要求6所述的工件上料方法，其特征在于，步骤二中所述视觉分析装置根据3D图像信息生成待上料工件的拼接模型的步骤包括：
将所述左右格式的3D图像对生成景深图像；
根据所述景深图像重建工件的3D模型；
对所述左右格式的3D图像对和所述3D模型进行特征点计算和边缘检测；
将多次获取的3D图像对生成的多方位3D模型按照所述特征点和所述方位信息进行加权拼接形成拼接模型。
8.根据权利要求7所述的工件上料方法，其特征在于，步骤二中所述确定待上料工件的类型和现有姿态的方法为：
视觉分析装置将生成的待上料工件拼接模型与存储装置中预存的不同类型工件的3D模型进行比对，确定待上料工件的类型；
视觉分析装置根据多次获取的待上料工件左右格式的3D图像对，确定待上料工件的现有姿态。
9.根据权利要求8所述的工件上料方法，其特征在于，步骤三中所述控制器根据待上料工件的类型控制机械手将待上料工件转移至对应的作业区的方法为：控制器根据待上料工件的类型，调取存储装置中预存的对应作业区域，控制机械手将待上料工件转移至所述作业区域。
10.根据权利要求8所述的工件上料方法，其特征在于，步骤三中所述控制器控制机械手将待上料工件调整至预设姿态的方法为：控制器根据待上料工件的类型从存储装置中调取对应的预设姿态信息，将待上料工件的现有姿态和所述预设姿态作为输入，应用神经网络模型和遗传算法，输出将工件从现有姿态调整至预设姿态的调节步骤，机械手根据调节步骤将工件调整至预设姿态。
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