CN101637908A - 一种用于机器人搬运作业的视觉定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于机器人搬运作业的视觉定位方法，包括二维视觉定位方法和三维视觉定位方法，其中二维视觉实现了工件无需机械精定位，机器人可以自动补偿抓取功能；三维视觉解决了由于工件定位面位置偏差导致不能自动化生产的问题；本发明综合应用二维和三维视觉定位，解决了待加工工件为毛坯件，同时工件被抓取位置为毛坯面，机器人抓取工件后无法准确上料的问题。提高了生产的可行性，柔性度高，并且节约人力成本，降低了劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种视觉定位方法，尤其涉及一种用于机器人搬运作业的视觉定位方法。
背景技术
现有的机器人搬运作业中，机器人利用手部工具抓取工件时，需要工件处于固定的位置，机器人方能将工件准确地抓取起来。为保证这个固定的位置在生产中具有重复性，往往需要提供一个预定位的工装来定位工件的位置。为了适应不同工件的外形，预定位工装的设计需要有多种变化。如果一个生产单元或生产线需要满足多种工件的搬运作业，就需要提供适应每一种工件的多套预定位工装，这种预定位的方式存在的缺点有如下几点：
1)需要根据每一个工件设计一种预定位工装，预定位工装的设计工作量大；
2)需要的设备投资金额大，由于需要多个预定位工装，在设备制作上需要耗费大量的资金；
3)工种切换时间长，更换程序繁琐。由于切换工种时需要更换预定位工装，需要做的硬件更换较多，导致工种切换时间长，影响生产效率。
在逐渐要求生产柔性化的今天，这种定位的方式越来越跟不上时代的要求。
另外，在机器人抓取工件进行搬运时，一般的做法是抓取具有精度关系的特征面或特征孔，利用特征面或特征孔与最终定位面之间的固定的位置关系，达到准确上料的目的。而在某些工件的生产中，由于零件可供抓取的表面是毛坯面，而需要上料的工装却有非常精确的位置要求，这就要求机器人在抓取工件后有一个动作修正的程序。面对这种应用，传统的机器人抓取定位方法就无法实现了。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供一种用于机器人搬运作业的视觉定位方法，该方法包括用于自动补偿机器人抓取功能的二维视觉定位方法和用于修正工件定位面位置偏差的三维视觉定位方法，提高了生产的可行性，降低了劳动强度。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于机器人搬运作业的视觉定位方法，该方法采用两个相机和安装有视觉系统软件的电脑共同完成检测任务，其中一个固定在机器人手部上，用于进行被抓取工件的位置检测；另一个为位置固定的三维相机，用于进行被抓取后的工件在机械人手部的位置检测；所述视觉定位方法包括二维视觉定位方法和三维视觉定位方法；
其中，所述二维视觉定位方法包括以下步骤：
A1)标准图像的获得：将标准工件准确地放置在抓取位置，通过所述二维相机进行拍摄，得到标准图像并传输至所述电脑；
A2)偏差值的计算：所述二维相机拍摄被抓取工件的图像，得到实时图像并传输至所述电脑，所述视觉系统软件比对所述实时图像与所述标准图像，计算得到偏差值X、Y和θ，其中，X为X轴上的偏移值，Y为Y轴上的偏移值，θ为绕Z轴旋转角度值；
A3)抓取位置的补偿：所述电脑将计算得到的偏差值转换成指令，对机器人的抓取位置进行补偿；
所述三维视觉定位方法包括以下步骤：
B1)标准图像的获得：标准工件被抓取后，通过所述三维相机拍摄其定位面的图像，得到标准图像并传输至所述电脑；
B2)偏差值的计算：所述三维相机拍摄工件的定位面图像，得到实时图像并传输至所述电脑，所述视觉系统软件比对所述实时图像与所述标准图像，计算得到偏差值X、Y、Z、W、P和R，其中X为X轴上的偏移值，Y为Y轴上的偏移值，Z为Z轴上的偏移值，W为绕X轴旋转角度值，P为绕Y轴旋转角度值，R为绕Z轴旋转角度值；
B3)上料点位的补偿：所述电脑将计算得到的偏差值转换成指令，对机器人的上料点位进行补偿。
另外，所述步骤A2和B2中按下述步骤比对实时图像与标准图像：
将所述实时图像中工件的外轮廓上若干个特征点与所述标准图像中工件的外轮廓上相应的特征点逐一进行比对。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下的优点和特点：
1、通过视觉系统来补偿工件位置的偏差，实现自动化生产，并且可以实现不同品种工件的切换，适应性强。；
2、工件无需机械精定位；实现定位面偏差工件的自动化生产，节约人工；
3、降低工件抓取时的定位要求，甚至可以不用定位；同时可以实现有定位面偏差工件的自动化生产，节约人力，降低劳动强度，提高了生产效率；
4、可解决由于机器人抓取工件毛坯面而产生的上料精度不准的问题。
具体实施方式
下面实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在机器人手爪上安装一个FANUC的二维相机进行工件的位置检测，在地面上设立一个支架，安装一个FANUC的三维激光相机进行工件抓取后的定位，机器人与电脑以及相机与电脑通过网线连通，电脑中安装有名为FANUC IRVISION的视觉系统软件，用于控制和处理整个视觉定位过程。
在机器人抓取工件时，采用二维视觉定位方法，无需机械精定位，该方法主要包括以下步骤：
A1)标准图像的获得：将标准工件准确地放置在抓取位置，通过FANUC二维相机进行拍摄，得到标准图像并传输至电脑中；
A2)偏差值的计算：通过FANUC二维相机拍摄被抓取工件的图像，得到实时图像并传输至所述电脑，所述视觉系统软件将所述实时图像中工件的外轮廓上若干个特征点与所述标准图像中工件的外轮廓上相应的特征点逐一进行比对，计算得到偏差值X、Y和θ，其中，X为X轴上的偏移值，Y为Y轴上的偏移值，θ为绕Z轴旋转角度值；
A3)抓取位置的补偿：所述电脑将计算得到的偏差值转换成指令，对机器人的抓取位置进行补偿；
所述FANUC三维视觉定位方法包括以下步骤：
B1)标准图像的获得：标准工件被抓取后，通过所述FANUC三维相机拍摄其定位面的图像，得到标准图像并传输至所述电脑；
B2)偏差值的计算：通过所述FANUC三维相机拍摄工件的定位面图像，得到实时图像并传输至所述电脑，所述视觉系统软件将所述实时图像中工件的外轮廓上若干个特征点与所述标准图像中工件的外轮廓上相应的特征点逐一进行比对，计算得到偏差值X、Y、Z、W、P和R，其中X为X轴上的偏移值，Y为Y轴上的偏移值，Z为Z轴上的偏移值，W为绕X轴旋转角度值，P为绕Y轴旋转角度值，R为绕Z轴旋转角度值；
B3)上料点位的补偿：所述电脑将计算得到的偏差值转换成指令，对机器人的上料点位进行补偿。
本发明综合应用二维和三维视觉定位，解决了待加工工件为毛坯件，同时工件被抓取位置为毛坯面，机器人抓取工件后无法准确上料的问题。提高了生产的可行性，柔性度高，并且节约人力成本，降低了劳动强度。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (4)
1.一种用于机器人搬运作业的视觉定位方法，该方法采用两个相机和安装有视觉系统软件的电脑共同完成检测任务，其中一个固定在机器人手部上，用于进行被抓取工件的位置检测；另一个为位置固定的三维相机，用于进行被抓取后的工件在机械人手部的位置检测；所述视觉定位方法包括二维视觉定位方法和三维视觉定位方法；
其中，所述二维视觉定位方法包括以下步骤：
A1)标准图像的获得：将标准工件准确地放置在抓取位置，通过所述二维相机进行拍摄，得到标准图像并传输至所述电脑；
A2)偏差值的计算：所述二维相机拍摄被抓取工件的图像，得到实时图像并传输至所述电脑，所述视觉系统软件比对所述实时图像与所述标准图像，计算得到偏差值；
A3)抓取位置的补偿：所述电脑将计算得到的偏差值转换成指令，对机器人的抓取位置进行补偿；
所述三维视觉定位方法包括以下步骤：
B1)标准图像的获得：标准工件被抓取后，通过所述三维相机拍摄其定位面的图像，得到标准图像并传输至所述电脑；
B2)偏差值的计算：所述三维相机拍摄工件的定位面图像，得到实时图像并传输至所述电脑，所述视觉系统软件比对所述实时图像与所述标准图像，计算得到偏差值；
B3)上料点位的补偿：所述电脑将计算得到的偏差值转换成指令，对机器人的上料点位进行补偿。
2.如权利要求1所述的用于机器人搬运作业的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤A2和B2中按下述步骤来比对实时图像与标准图像：
将所述实时图像中工件的外轮廓上若干个特征点与所述标准图像中工件的外轮廓上相应的特征点逐一进行比对。
3.如权利要求1所述的用于机器人搬运作业的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤A2中的偏差值包括X、Y和θ。
4.如权利要求1所述的用于机器人搬运作业的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤B2中的偏差值包括X、Y、Z、W、P和R。
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