CN103112008A - 用于地板切割的双视觉机器人自动定位和搬运方法 - Google Patents

用于地板切割的双视觉机器人自动定位和搬运方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于地板切割的双视觉机器人自动定位和搬运方法，该双视觉机器人包括机械手，安装在所述机械手上的夹具以及安装在所述夹具上的至少2个摄像头，该方法包括：对所述摄像头进行定标并确定特征模板；所述机械手通过该夹具夹持待抓取工位上的地板；所述摄像头采集该地板的图像，并在得到的地板图像中寻找与所述特征模板匹配的特征图形；根据找到的特征图形的位置确定该地板的位置；根据该地板的位置和目标点的位置生成规划路径，所述机械手按照该规划路径将地板从所述待抓取工位搬运至目标点。本发明能够改善定位精度，提高搬运和切割效率，降低人力成本以及避免切割粉尘对人体的危害。

Description

用于地板切割的双视觉机器人自动定位和搬运方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于地板切割的双视觉机器人自动定位和搬运方法。
背景技术
切割是地板生产过程中的重要工序，现有技术中，木地板的切割过程通常是采用人工定位、手动搬运来进行的，效率低下，而且切割产生的粉尘会对人体造成较大的危害。另外，人工定位和搬运也无法保证地板的质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于地板切割的双视觉机器人自动定位和搬运方法，能够改善定位精度，提高搬运和切割效率，降低人力成本以及避免切割粉尘对人体的危害。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于地板切割的双视觉机器人自动定位和搬运方法，所述双视觉机器人包括机械手，安装在所述机械手上的夹具以及安装在所述夹具上的至少2个摄像头，所述方法包括：
对所述摄像头进行定标并确定特征模板；
所述机械手通过该夹具夹持待抓取工位上的地板；
所述摄像头采集该地板的图像，并在得到的地板图像中寻找与所述特征模板匹配的特征图形；
根据找到的特征图形的位置确定该地板的位置；
根据该地板的位置和目标点的位置生成规划路径，所述机械手按照该规划路径将地板从所述待抓取工位搬运至目标点。
根据本发明的一个实施例，所述特征图形位于所述地板一对角线上的两个顶点。
根据本发明的一个实施例，所述地板为复合地板，所述特征图形是复合地板由模具压制得到的固有特征。
根据本发明的一个实施例，所述地板图像为二维图像。
根据本发明的一个实施例，所述目标点包括切割台和码垛工位，所述机械手按照规划路径将地板从所述待抓取工位搬运至切割台进行切割，切割后将地板从该切割台搬运至码垛工位。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：记录切割信息数据。
根据本发明的一个实施例，对所述摄像头进行定标并确定特征模板包括：
提供定标板，所述定标板具有与所述地板相同的特征图形；
通过装配定位确定所述定标板及其上的特征图形在所述机械手的坐标系统中的位置；
所述摄像头采集该定标板的图像，制作所述特征模板；
根据所述定标板上的特征图形在所述机械手的坐标系统中的位置以及在各摄像头的坐标系统中的位置，确定所述摄像头的坐标系统与所述机械手的坐标系统的映射关系。
根据本发明的一个实施例，根据找到的特征图形的位置确定该地板的位置包括：
确定所述特征图形在各摄像头的坐标系统中的位置；
根据所述摄像头的坐标系统与所述机械手的坐标系统的映射关系进行坐标变换，得到所述特征图形在该机械手的坐标系统中的位置；
根据所述特征图形在该机械手的坐标系统中的位置，确定所述地板在该机械手的坐标系统中的位置。
根据本发明的一个实施例，根据该地板的位置和目标点的位置生成规划路径包括：
确定所述目标点在该机械手的坐标系统中的位置；
根据所述地板和目标点在该机械手的坐标系统中的位置，生成所述规划路径。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：根据所述地板的实际切割效果，对所述目标点在该机械手的坐标系统中的位置进行微调补偿。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例的自动定位和搬运方法中，采用至少2个摄像头采集地板图像，并寻找地板上的特征图形，以此来对地板进行定位，从而控制机械手精确地对地板进行搬运和切割，有利于提高切割加工精度，提高效率，降低成本，避免切割粉尘对人体的危害。
附图说明
图1是本发明实施例的用于地板切割的自动定位和搬运方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的双视觉机器人的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
参考图1，本实施例的自动定位和搬运方法包括以下步骤：
步骤S11，对所述摄像头进行定标并确定特征模板；
步骤S12，所述机械手通过该夹具夹持待抓取工位上的地板；
步骤S13，所述摄像头采集该地板的图像，并在得到的地板图像中寻找与所述特征模板匹配的特征图形；
步骤S14，根据找到的特征图形的位置确定该地板的位置；
步骤S15，根据该地板的位置和目标点的位置生成规划路径，所述机械手按照该规划路径将地板从所述待抓取工位搬运至目标点。
参考图2，图2示出了本实施例的双视觉机器人，该机器人包括：机械手21；安装在机械手21上的夹具22；安装在夹具22上的摄像头23和摄像头24。其中，摄像头23和摄像头24的安装位置优选为与地板20上的特征图形的位置相对应。虽然本实施例中摄像头的数量是2个，但是本领域技术人员应当理解，摄像头的数量还可以是更多个，例如3个、4个等。
机械手21可以是各种适当类型的机械手，作为一个非限制性的例子，本实施例中采用的是变形的SCARA型机械手，具有三个平行的转轴以及在竖直方向上调节高度的轨道机构。夹具22可以是各种适当类型的夹具，作为一个非限制性的例子，本实施例的夹具22具有多个真空吸盘，用以夹持地板20。摄像头23和摄像头24可以是各种适当类型的摄像头，本实施例中优选高像素工业相机。
下面结合图1和图2对本实施例的自动定位和搬运方法进行详细说明。
首先执行步骤S11，对摄像头23和摄像头24进行定标并确定特征模板。
具体而言，首先提供定标板，该定标板具有与待加工的地板20相同的特征图形，也即定标板的尺寸与待加工的地板20相同，其上具有的特征图形的形状、位置等也和待加工的地板20相同。例如，特征图形的数量可以是2个，分别地板20的一条对角线上的两个顶点。作为一个优选的实施例，对于复合木地板，该特征图形是复合地板由模具压制得到的固有特征，分别位于同一对角线上的两个顶点位置处，也即该特征图形是复合地板制造工艺造成的固有工艺，无需专门在地板上制作特征图形。当然，在其他具体实施例中，也可以使用自定义的特征图形，将其固化在地板20和定标板的预设位置上。
另外，本领域技术人员应当理解，特征图形的位置并不限于设置在一条对角线上的两个顶点，特征图形实际上可以位于定标板和待加工的地板20的任意预设位置上，只要根据特征图形的位置能够确定出地板20的位置即可。
之后，通过装配定位等方式得到定标板在机械手21的坐标系统(X，Y，Z)中的位置，并计算确定定标板上的2个特征图形在机械手21的坐标系统中的位置。
接下来，驱动摄像头23和摄像头24采集定标板的图像，并根据采集到的定标板的图像制作特征模板，该特征模板中包含有特征图形的位置、图案等相关信息。
之后，根据定标板上的特征图形在机械手21的坐标系统中的位置以及对应的特征图形在摄像头23和摄像头24的坐标系统中的位置，确定摄像头23和摄像头24的坐标系统与机械手21的坐标系统之间的映射关系。另外，还可以将摄像头23和摄像头24在机械手21的坐标系统中的位置记录下来，完成对相机的定标。
执行步骤S12，所述机械手通过该夹具夹持待抓取工位上的地板。进一步而言，地板20通过输送机构输送至待抓取工位，采用辅助机构等方式完成在预定公差范围内的初步定位，使得地板20上的特征图形能够出现在摄像头23和摄像头24的采集范围内。之后，机械手21按照预定的路径移动至待抓取工位，通过夹具22夹持并保持住地板20。
执行步骤S13，所述摄像头采集该地板的图像，并在得到的地板图像中寻找与所述特征模板匹配的特征图形。进一步而言，通过摄像头23和摄像头24采集地板20的图像，得到2张地板图像，该地板图像为二维图像，也即平面图像。之后，通过先前得到的特征模板在采集到的地板图像上寻找特征图形。
执行步骤S14，根据找到的特征图形的位置确定该地板的位置。进一步而言，计算地板20上的两个特征图形分别在摄像头23和摄像头24的坐标系统中的位置；根据先前得到的摄像头23和24的坐标系统与机械手21的坐标系统的映射关系进行坐标变换，将地板20上的两个特征图形的位置从摄像头23和24的坐标系统内的坐标转换为机械手21的坐标系统内的坐标，例如在本实施例中，摄像头23采集了一个顶点处的特征图形的位置信息，摄像头24采集了另一个顶点处的特征图形的位置信息，通过坐标变换之后，将两个顶点处的特征图形的位置信息转换成机械手21的坐标系统内的坐标；接下来，由地板20的两个特征图形在机械手21的坐标系统内的坐标计算出该地板20在机械手21的坐标系统内的位置(X1，Y1，Z1，θ1)。更加具体而言，地板20的两个特征图形位于对角线上的2个顶点，因此可以很方便地计算出二者的中心位置，也即地板20的中心位置，另外，还可以根据2个顶点的坐标计算对角线的斜率，从而获知地板20的倾斜角度。
执行步骤S15，根据该地板的位置和目标点的位置生成规划路径，所述机械手按照该规划路径将地板从所述待抓取工位搬运至目标点。
进一步而言，本实施例中的目标点包括切割台和码垛工位。首先测量每个切割台在机械手21的坐标系统内的位置(X2，Y2，Z2，θ2)...(Xn，Yn，Zn，θn)，测量码垛工位在机械手21的坐标系统内的位置(Xn+1，Yn+1，Zn+1，θn+1)；将每个切割台的位置和码垛工位的位置作为目标点加以记录，完成目标点测量；之后，根据地板20在待抓取工位上的位置以及各个目标点的位置，按照预定算法生成规划路径，该预定算法可以是本领域各种适当类型的生成算法；根据生成的规划路径计算出机械手21的每个转轴的运动补偿数据，并以此将地板20自动、准确地传送至切割台进行切割，切割后将切好的地板20传送至码垛工位进行码垛。
作为一个优选的实施例，每一切割台可以具有多个刀具，机械手21将地板20搬运至切割台上之后，多个刀具并行地对地板20进行切割，以进一步提高切割效率。
在完成码垛工位的动作后，可以记录切割、码垛过程中的切割信息数据(例如地板20的品种以及数量等)并保存下来。之后，机械手21回复到待抓取工位，等待下一次抓取、搬运和切割。
另外，还可以根据地板20的实际切割效果，对各个目标点(例如切割台、码垛工位)的位置进行微调补偿，以不断提高切割精度。
综上，采用本实施例的自动定位和搬运方法，能够提高地板的定位精度以及搬运和切割效率，有利于降低切割人力成本，降低劳动强度，避免切割粉尘对人体健康的危害。
另外，本实施例的技术方案虽然优选为对地板特别是复合地板的定位和搬运切割，但是本领域技术人员应当理解，该方案也可以用于木板或者其他板材类原料的大工件加工。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于地板切割的双视觉机器人自动定位和搬运方法，其特征在于，所述双视觉机器人包括机械手，安装在所述机械手上的夹具以及安装在所述夹具上的至少2个摄像头，所述方法包括：
对所述摄像头进行定标并确定特征模板；
所述机械手通过该夹具夹持待抓取工位上的地板；
所述摄像头采集该地板的图像，并在得到的地板图像中寻找与所述特征模板匹配的特征图形；
根据找到的特征图形的位置确定该地板的位置；
根据该地板的位置和目标点的位置生成规划路径，所述机械手按照该规划路径将地板从所述待抓取工位搬运至目标点。
2.根据权利要求1所述的自动定位和搬运方法，其特征在于，所述特征图形位于所述地板一对角线上的两个顶点。
3.根据权利要求2所述的自动定位和搬运方法，其特征在于，所述地板为复合地板，所述特征图形是复合地板由模具压制得到的固有特征。
4.根据权利要求1所述的自动定位和搬运方法，其特征在于，所述地板图像为二维图像。
5.根据权利要求1所述的自动定位和搬运方法，其特征在于，所述目标点包括切割台和码垛工位，所述机械手按照规划路径将地板从所述待抓取工位搬运至切割台进行切割，切割后将地板从该切割台搬运至码垛工位。
6.根据权利要求5所述的自动定位和搬运方法，其特征在于，还包括：记录切割信息数据。
7.根据权利要求1所述的自动定位和搬运方法，其特征在于，对所述摄像头进行定标并确定特征模板包括：
提供定标板，所述定标板具有与所述地板相同的特征图形；
通过装配定位确定所述定标板及其上的特征图形在所述机械手的坐标系统中的位置；
所述摄像头采集该定标板的图像，制作所述特征模板；
根据所述定标板上的特征图形在所述机械手的坐标系统中的位置以及在各摄像头的坐标系统中的位置，确定所述摄像头的坐标系统与所述机械手的坐标系统的映射关系。
8.根据权利要求7所述的自动定位和搬运方法，其特征在于，根据找到的特征图形的位置确定该地板的位置包括：
确定所述特征图形在各摄像头的坐标系统中的位置；
根据所述摄像头的坐标系统与所述机械手的坐标系统的映射关系进行坐标变换，得到所述特征图形在该机械手的坐标系统中的位置；
根据所述特征图形在该机械手的坐标系统中的位置，确定所述地板在该机械手的坐标系统中的位置。
9.根据权利要求8所述的自动定位和搬运方法，其特征在于，根据该地板的位置和目标点的位置生成规划路径包括：
确定所述目标点在该机械手的坐标系统中的位置；
根据所述地板和目标点在该机械手的坐标系统中的位置，生成所述规划路径。
10.根据权利要求9所述的自动定位和搬运方法，其特征在于，还包括：根据所述地板的实际切割效果，对所述目标点在该机械手的坐标系统中的位置进行微调补偿。
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