CN110076764A - 一种微型化小型化物料的位姿自动识别装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型化小型化物料的位姿自动识别装置及方法，包括光学平台、垂直固定于光学平台上的机器人，还包括相机、镜头、光源、真空吸嘴，所述机器人为四轴机器人，真空吸嘴固定在机器人第四轴底端，真空吸嘴与负压吸附装置连接；所述镜头安装在相机前端后通过安装板固定于光学平台一侧，镜头朝上垂直于光学平台，所述光源通过光源固定架安装于光学平台上；所述机器人和相机连接到安装有视觉处理***的计算机。与现有技术相比，本发明能够实现高精度、低成本、结构简单并满足工业自动化要求；整个装置具有响应速度快、自动化程度高、运行平稳等优点。

Description

一种微型化小型化物料的位姿自动识别装置及方法
技术领域
本发明涉及机器视觉技术领域，特别是一种微型化小型化物料的位姿自动识别装置及方法。
背景技术
随着工业机器人技术的发展,越来越多的工业自动化领域用机器人代替传统的人工操作,如何让机器人抓取的物料能准确放置到检测夹具上，并识别形状不同尺寸各异的物料位姿就成了一个很重要的问题。
现阶段对目标的空间定位通常采用双目视觉的识别方法,这种识别方法对相机精度要求较高,***硬件成本高,图像处理算法较为复杂，开发周期长,不能满足工业现场的需求。
因此，亟待开发一种微型化小型化物料的位姿自动识别装置及方法，已解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种微型化小型化物料的位姿自动识别装置及方法。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种微型化小型化物料的位姿自动识别装置，包括光学平台、垂直固定于光学平台上的机器人，还包括相机、镜头、光源、真空吸嘴，所述机器人为四轴机器人，真空吸嘴固定在机器人第四轴底端，真空吸嘴与负压吸附装置连接；所述镜头安装在相机前端后通过安装板固定于光学平台一侧，镜头朝上垂直于光学平台，所述光源通过光源固定架安装于光学平台上；所述机器人和相机连接到安装有视觉处理***的计算机。
优选地，所述相机是像素为500W的CCD相机。
优选地，所述镜头为双远心镜头。
优选地，所述光源为60度环形光源，所述光源与相机和镜头同轴安装。
另外，本发明还提供了一种微型化小型化物料的位姿自动识别方法，利用上述微型化小型化物料的位姿自动识别装置，具体步骤如下：
S1、在待抓取的物料区域对相机坐标系进行标定；
S2、由机器人将真空吸嘴和物料移至相机和镜头上方视距内坐标点，且物料处于视场之内；
S3、相机将物料拍照并传输给计算机的视觉***，视觉***通过后台计算使机器人Z轴动作，将物料变换位姿并达到所需状态。
优选地，所述S1中的对相机坐标系进行标定的具体步骤为：首先，固定好相机，将10X10mm的圆点标定板放置在相机的视场内，然后，多次改变圆点标定板的位置，每次改变圆点标定板的位置时都启动相机拍摄标定板的图像，并保证圆点标定板图像覆盖整个相机的视场，最后采用张正友标定原理计算出相机内外部参数。
优选地，所述S1中改变圆点标定板的位置的次数大于等于20。
本发明的工作原理是：基于机器视觉原理，通过视觉识别机械手吸取的物料位姿，整个装置组装完成后，由机器人将真空吸嘴和物料移至相和机镜头上方视距内坐标点，相机将物料拍照并传输给视觉***，视觉***通过后台计算使机器人Z轴动作，将物料变换位姿并达到所需状态；期间，光源需提前进行设置相关参数达到图像处理要求，一经设置，后期将不再进行修改。
与现有技术相比，本发明能够实现高精度、低成本、结构简单并满足工业自动化要求；整个装置具有响应速度快、自动化程度高、运行平稳等优点。
附图说明
图1为本发明的立体结构图。
图2为本发明的主视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
如图1、图2所示，本实施例的一种微型化小型化物料的位姿自动识别装置，包括光学平台1、垂直固定于光学平台1上的机器人2，还包括相机5、镜头6、光源4、真空吸嘴3，所述机器人2为四轴机器人，真空吸嘴3固定在机器人2第四轴底端，真空吸嘴3与负压吸附装置（图中未画出）连接；所述镜头6安装在相机5前端后通过安装板7固定于光学平台1一侧，镜头6朝上垂直于光学平台1，所述光源4通过光源固定架8安装于光学平台1上；所述机器人2和相机5连接到安装有视觉处理***的计算机（图中未画出），视觉处理***为图像处理软件用于对相机拍的物料进行图像识别处理。首先，相机识别物料实际坐标位姿，其次通过程序与实际物料进行图像匹配，再通过程序计算，最后将调整指令传输给机器人2。
在实际使用过程中，所述相机5是像素为500W的CCD相机，所述镜头6为双远心镜头，其超低畸变和大景深可满足不同视场的需求。
为了保证相机5拍着的图像质量，所述光源4为60度环形光源，所述光源与相机5和镜头6同轴安装，光源4照射方向与相机镜头的安装朝向一致。
另外，在实际使用过程中，根据物料规格的不同，通过设计定制所对应的真空吸嘴3，保持稳定的物料吸取。真空吸嘴3可以与固定座通过快插连接，可根据不同物料方便快捷更换与之相对应的真空吸嘴3。
本实施例的微型化小型化物料的位姿自动识别装置安装方法为：先将机器人固定于光学平台1，保证机器人2安装的平面度；把真空吸嘴3安装到机器人第四轴底端，通过上下位移吸取物料；把相机5和镜头6通过安装板7固定于光学平台1，使相机5镜头6保持稳固且与光学平台1垂直安装；把光源4固定于光源固定架8上，并安装于光学平台1上，使光源4与相机5和镜头6同轴安装。
安装完成后，既可利用上述微型化小型化物料的位姿自动识别装置对微型化小型化物料的位姿自动识别，具体步骤如下：
S1、在待抓取的物料区域对相机坐标系进行标定：由于光学镜头存在一定的畸变，为提高测量精度，在进行视觉测量之前，需要通过相机的内部参数对镜头的畸变进行校正。本***选择基于标定板的相机离线标定方法，首先，固定好相机，将10X10mm的圆点标定板放置在相机的视场内，然后，多次改变圆点标定板的位置，本实施中改变圆点标定板的位置的次数大于等于20，每次改变圆点标定板的位置时都启动相机拍摄标定板的图像，并保证圆点标定板图像覆盖整个相机的视场，最后采用张正友标定原理计算出相机内外部参数；
S2、由机器人将真空吸嘴和物料移至相机和镜头上方视距内坐标点，且物料处于视场之内；
S3、相机将物料拍照并传输给计算机的视觉***，视觉***通过后台计算使机器人Z轴动作，将物料变换位姿并达到所需状态。
综述，本发明基于机器视觉原理，通过视觉识别机械手吸取的物料位姿，如图 1所示，整个装置组装完成后，由机器人将真空吸嘴和物料移至相和机镜头上方视距内坐标点，相机将物料拍照并传输给视觉***，视觉***通过后台计算使机器人Z轴动作，将物料变换位姿并达到所需状态；期间，光源需提前进行设置相关参数达到图像处理要求，一经设置，后期将不再进行修改。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微型化小型化物料的位姿自动识别装置，包括光学平台、垂直固定于光学平台上的机器人，其特征在于，还包括相机、镜头、光源、真空吸嘴，所述机器人为四轴机器人，真空吸嘴固定在机器人第四轴底端，真空吸嘴与负压吸附装置连接；所述镜头安装在相机前端后通过安装板固定于光学平台一侧，镜头朝上垂直于光学平台，所述光源通过光源固定架安装于光学平台上；所述机器人和相机连接到安装有视觉处理***的计算机。
2.根据权利要求1所述的微型化小型化物料的位姿自动识别装置，其特征在于：所述相机是像素为500W的CCD相机。
3.根据权利要求1所述的微型化小型化物料的位姿自动识别装置，其特征在于：所述镜头为双远心镜头。
4.根据权利要求1所述的微型化小型化物料的位姿自动识别装置，其特征在于：所述光源为60度环形光源，所述光源与相机和镜头同轴安装。
5.一种微型化小型化物料的位姿自动识别方法，其特征在于，利用如权利要求1-4任一所述的微型化小型化物料的位姿自动识别装置，具体步骤如下：
S1、在待抓取的物料区域对相机坐标系进行标定；
S2、由机器人将真空吸嘴和物料移至相机和镜头上方视距内坐标点，且物料处于视场之内；
S3、相机将物料拍照并传输给计算机的视觉***，视觉***通过后台计算使机器人Z轴动作，将物料变换位姿并达到所需状态。
6.根据权利要求5所述的微型化小型化物料的位姿自动识别方法，其特征在于：所述S1中的对相机坐标系进行标定的具体步骤为：首先，固定好相机，将10X10mm的圆点标定板放置在相机的视场内，然后，多次改变圆点标定板的位置，每次改变圆点标定板的位置时都启动相机拍摄标定板的图像，并保证圆点标定板图像覆盖整个相机的视场，最后采用张正友标定原理计算出相机内外部参数。
7.根据权利要求6所述的微型化小型化物料的位姿自动识别装置，其特征在于：所述S1中改变圆点标定板的位置的次数大于等于20。
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