CN103273496B - 一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法 - Google Patents

一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,将工件的特征提取这一关键而复杂的工作从测量过程剥离出去,集成到所述智能相机内部,通过所述智能相机自带的人机交互软件对所述智能相机特征提取算法进行选择以及参数设定,不需要所述搬运机器人再换算,直接引用所述智能相机转换的坐标值即可,缩短了生产节拍,提高了效率,降低了人员劳动强度,大大降低了成本,提升了机器人搬运系统的智能化、柔性化水平,综上可知,所述利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法采用智能相机与机器人相结合自动定位和搬运,自动化程度高、效率高且精度高而能适用于大批量高精度冲压生产的需要。

Description

一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法
技术领域
本发明属于机械制造领域,具体涉及一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法。
背景技术
在传统的冲压系统中,主要采用人工夹取或机械定位的方式定位或搬运冲压件,该等方法不能适用现代高精度大批量冲压生产的需求,其主要在于:采用人工夹取送料劳动强度大、生产效率低且精度低,当遇到高温冲压时危险性也大,而机械定位只能实现一对一的定位,要实现多种工件的定位就必须设有相应的多种机械定位结构,如此设计复杂、难度大、不易实现且成本很高。
随着科技的发展,当前业界采用激光对冲压件进行定位而后采用机器人搬运,但此方式仍有较多缺陷而不能广泛地被采用,其主要在于:第一,成本高;第二,受扫描距离的限制,在高温冲击时设备很容易损坏;第三,对特征区别不大的钢板,扫描周期长,很难识别。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,它采用智能相机与机器人相结合而高效定位和搬运,自动化程度高、效率高且精度高而能适用于大批量高精度冲压生产的需要。
本发明提供的一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,其中,所述机器人搬运系统包括搬运机器人、定位台、顶杆、智能相机及LED光源,所述定位台位于所述搬运机器人的作业范围内,所述顶杆设于所述定位台的下方,所述LED光源位于所述智能相机和所述定位台之间且呈环形设置,所述利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法包括以下步骤:
(1)、确定夹具于机器人坐标系中初始位置的坐标;
(2)、确定模板工件在机器人坐标系和智能相机坐标系之间的坐标转换关系:(a)、从每一类别的工件中选取一个工件作为模板工件,将所述模板工件置于所述定位台上,所述顶杆顶升所述模板工件至特定高度;(b)、所述智能相机扫描所述模板工件,计算出所述模板工件于所述智能相机坐标系中的坐标值(x0,y0,r0),其中,(x0,y0)为所述模板工件的中心坐标,r0表示旋转角度,且可设置x0=0,y0=0,r0=0;(c)于所述模板工件上选取均匀分布的9个特征点,所述智能相机和所述搬运机器人依次测定上述9个特征点于所述智能相机坐标系中的坐标、以及于所述机器人坐标系中的坐标;(d)、将上述9个特征点于所述智能相机坐标系中的坐标和对应于所述机器人坐标系中的坐标组成9组坐标对,所述智能相机将所述9组坐标对用工具Calibrate Advanced进行空间坐标系构造,以确定所述模板工件在所述机器人坐标系和所述智能相机坐标系之间的坐标转换关系;
(3)、所述智能相机扫描工件位置,且将工件于所述智能相机坐标系中的坐标值转化为在所述机器人坐标系中的坐标值:(a)、所述智能相机扫描所述工件,计算出所述工件相对于相应的模板工件的相对坐标(x,y,r),其中,(x,y)为所述工件的中心相对对应的所述模板工件的中心的坐标,r表示所述工件相对对应的所述模板工件的旋转角度;(b)、根据步骤(2)建立的相应的坐标转换关系计算出所述工件于所述机器人坐标系统中的坐标。
进一步地,步骤(1)中采用如下方法确定所述夹具于所述机器人坐标系中初始位置的坐标:(a)、提供一钢针安装至机器人手臂的法兰盘上,其中,所述钢针的尺寸与相应的夹具匹配,以使所述钢针的末端点与所述夹具的夹取点的位置一致;(b)于所述搬运机器人的作业范围内固定安装一个锥形针,控制机器人手臂运动,使所述机器人手臂于4个不同的姿态时所述钢针分别对准所述锥形针;(c)、机器人控制器记录上述4个不同的姿态的数据,而计算出所述机器人手臂上的钢针的原始位置的坐标,即为所述夹具于所述机器人坐标系中初始位置的坐标;
进一步地,步骤(2)中所述智能相机采用如下方法对所述9个特征点坐标的测定:将设有标记贴的标定板的直角交叉点依次置于所述模板工件的特征点上,通过所述智能相机自带的软件,将所述标定板设有标记贴的一侧制作成model,再利用软件中的找边工具和点到点的功能,自动算出所述标定板的直角交叉点在所述智能相机坐标系中的坐标,即为相应的特征点于所述智能相机坐标系中的坐标。
进一步地,步骤(2)中所述机器人采用如下方法对所述9个特征点坐标的测定:将所述钢针依次对准所述标定板的直角交叉点,而得出所述9个特征点于所述机器人坐标系中的坐标。
基于以上技术方案的公开,本发明具备如下有益效果:
本发明提供的一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,将工件的特征提取这一关键而复杂的工作从测量过程剥离出去,集成到所述智能相机内部,通过所述智能相机自带的人机交互软件对所述智能相机特征提取算法进行选择以及参数设定,不需要所述搬运机器人再换算,直接引用所述智能相机转换的坐标值即可,缩短了生产节拍,提高了效率,降低了人员劳动强度,大大降低了成本,提升了机器人搬运系统的智能化、柔性化水平,综上可知,所述利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法采用智能相机与机器人相结合自动定位和搬运,自动化程度高、效率高且精度高而能适用于大批量高精度冲压生产的需要。
附图说明
图1为本发明提供的利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法中的机器人搬运系统的示意图;
图2为本发明提供的利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法中的机器人搬运系统的定位台的前视示意图;
图3为本发明提供的利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法中的机器人搬运系统的定位台的俯视示意图;
图4为本发明提供的利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法中的机器人搬运系统的定位台的侧视示意图;
图5为本发明提供的利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法中模板工件的示意图;
图6为本发明提供的利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法中标定板的示意图。
附图标号说明
工件100
搬运机器人1
定位台2
顶杆3
智能相机4
相机安装支架40
LED光源5
模板工件6
特征点61
标定板7
标记贴71
直角交叉点72
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案:
针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,它采用智能相机4与机器人相结合自动定位和搬运,自动化程度高、效率高且精度高而能适用于大批量高精度冲压生产的需要。
请参阅图1至图4,本发明提供的一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,其中,所述机器人搬运系统包括搬运机器人1、定位台2、顶杆3、智能相机4及LED光源5,所述定位台2位于所述搬运机器人1的作业范围内,所述顶杆3设于所述定位台2的下方,所述智能相机4安装于相机安装支架40上,且所述智能相机4可采用Cognex智能相机,所述LED光源5位于所述智能相机4和所述定位台2之间且最好呈环形设置,采用所述LED光源5,而不采用荧光灯,是因为其稳定性好寿命长,节能回应时间短,光谱窄发光纯正明亮,普通的荧光灯回应时间是ms级别,而LED光源5回应时间是ns级别,基本没有闪烁,满足了形成优质图像的关键保障。
请参阅图1至图6,所述利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法包括以下步骤:
(1)、确定夹具于机器人坐标系中初始位置的坐标,于本实施例中具体采用如下方法:
(a)、提供一钢针(未图示)安装至机器人手臂的法兰盘(未图示)上,其中,所述钢针的尺寸与相应的夹具匹配,以使所述钢针的末端点与夹具的夹取点的位置一致;
(b)于所述搬运机器人1的作业范围内固定安装一个锥形针(未图示),控制机器人手臂运动,使所述机器人手臂于4个不同的姿态时所述钢针分别对准所述锥形针;
(c)、机器人控制器记录上述4个不同的姿态的数据,而计算出所述机器人手臂上的钢针的原始位置的坐标,即为所述夹具于所述机器人坐标系中初始位置的坐标;
(2)、确定模板工件6在所述机器人坐标系和智能相机坐标系之间的坐标转换关系:
(a)、从每一类别的工件100中选取一个工件100作为模板工件6,将所述模板工件6置于所述定位台2上,所述顶杆3顶升所述模板工件6至特定高度,不同类型的所述工件100对应所述模板工件6的高度可不一,例如冷冲压件和热冲压件的顶升高度就不等,调整所述智能相机4的物镜和目镜使所述模板工件6为最佳成像状态;
(b)、所述智能相机4扫描所述模板工件6,计算出所述模板工件6于所述智能相机坐标系中的坐标值(x0,y0,r0),其中,(x0,y0)为所述模板工件6的中心坐标,r0表示旋转角度,且设置x0=0,y0=0,r0=0;
(c)于所述模板工件6选取均匀分布的9个特征点61(其中一特征点为中心点),所述智能相机4和所述搬运机器人1依次测定上述9个特征点61于所述智能相机4坐标系中的坐标、以及于所述机器人坐标系中的坐标,于本实施例中,所述智能相机4和所述搬运机器人1采用如下方法对所述9个特征点坐标的测定:将设有标记贴71的标定板7的直角交叉点72依次置于所述模板工件6的特征点61上,通过所述智能相机4自带的软件,将所述标定板7设有标记贴71的一侧制作成model,再利用所述智能相机4软件中的找边工具和点到点的功能,就可以自动算出所述标定板7的直角交叉点72在所述智能相机4坐标系中的坐标,即为相应的特征点61于所述智能相机4坐标系中的坐标,将所述钢针依次对准所述标定板7的直角交叉点72,而得出上述特征点61于所述机器人坐标系中的坐标;
(d)、将上述9个特征点61于所述智能相机4坐标系中的坐标和对应于所述机器人坐标系中的坐标组成9组坐标对,所述智能相机4将所述9组坐标对用工具Calibrate Advanced进行空间坐标系构造,以确定所述模板工件6在所述机器人坐标系和所述智能相机4坐标系之间的坐标转换关系;
(3)、所述智能相机4扫描工件100位置,且将工件100的位置于所述智能相机4坐标系中的坐标值转化为在所述机器人坐标系中的坐标值:(a)、所述智能相机4扫描所述工件100,计算出所述工件100位置相对于相应的模板工件6的相对坐标(x,y,r),其中,(x,y)为所述工件100的中心相对对应的所述模板工件6的中心的坐标,r表示所述工件100相对对应的所述模板工件6的旋转角度;(b)、根据步骤(2)建立的相应的坐标转换关系算出所述工件100于所述机器人坐标系中的坐标。
采用所述利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,直接算出各工件100于所述机器人坐标系统中的坐标,所述机器人控制器控制所述夹具快速准确夹取所述工件100至下冲压设备冲压作业。,且所述利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法可对1575*1245mm范围内的视觉精确定位,且定位误差均控制在0.5mm以内,满足大工件高精度冲压的需求,且对于通过所述顶杆3的顶升作用,调整所述工件100与所述智能相机4的距离,防止热冲压件的热辐射毁坏所述智能相机4,因而,可以对热冲压件和冷冲压件进行定位作用。
基于以上技术方案的公开,本发明具备如下有益效果:
本发明提供的一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,将工件100的特征提取这一关键而复杂的工作从测量过程剥离出去,集成到所述智能相机4内部,通过所述智能相机4自带的人机交互软件对智能相机4特征提取算法进行选择以及参数设定,不需要所述搬运机器人1再换算,直接引用所述智能相机4转换的坐标值即可,缩短了生产节拍,提高了效率,降低了人员劳动强度,大大降低了成本,提升了机器人搬运系统的智能化和柔性化水平,综上可知,所述利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法采用智能相机4与机器人相结合自动定位和搬运,自动化程度高、效率高且精度高而能适用于大批量高精度冲压生产的需要。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述,显然本发明的实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,所述机器人搬运系统包括搬运机器人、定位台、顶杆、智能相机及LED光源,所述定位台位于所述搬运机器人的作业范围内,所述顶杆设于所述定位台的下方,所述LED光源位于所述智能相机和所述定位台之间,其特征在于,所述利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法包括以下步骤:
(1)、确定夹具于机器人坐标系中初始位置的坐标;
(2)、确定模板工件在机器人坐标系和智能相机坐标系之间的坐标转换关系:(a)、从每一类别的工件中选取一个工件作为模板工件,将所述模板工件置于所述定位台上,所述顶杆顶升所述模板工件至特定高度;(b)、所述智能相机扫描所述模板工件,计算出所述模板工件于所述智能相机坐标系中的坐标值(x0,y0,r0),其中,(x0,y0)为所述模板工件的中心坐标,r0表示旋转角度,且可设置x0=0,y0=0,r0=0;(c)于所述模板工件上选取均匀分布的9个特征点,所述智能相机和所述搬运机器人依次测定上述9个特征点于所述智能相机坐标系中的坐标、以及于所述机器人坐标系中的坐标;(d)、将上述9个特征点于所述智能相机坐标系中的坐标和对应于所述机器人坐标系中的坐标组成9组坐标对,所述智能相机将所述9组坐标对用工具Calibrate Advanced进行空间坐标系构造,以确定所述模板工件在所述机器人坐标系和所述智能相机坐标系之间的坐标转换关系;
(3)、所述智能相机扫描工件位置,且将工件于所述智能相机坐标系中的坐标值转化为在所述机器人坐标系中的坐标值:(a)、所述智能相机扫描所述工件,计算出所述工件相对于相应的模板工件的相对坐标(x,y,r),其中,(x,y)为所述工件的中心相对对应的所述模板工件的中心的坐标,r表示所述工件相对对应的所述模板工件的旋转角度;(b)、根据步骤(2)建立的相应的坐标转换关系计算出所述工件于所述机器人坐标系统中的坐标。
2.根据权利要求1所述的利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,其特征在于,步骤(1)中采用如下方法确定所述夹具于所述机器人坐标系中初始位置的坐标:(a)、提供一钢针安装至机器人手臂的法兰盘上,其中,所述钢针的尺寸与相应的夹具匹配,以使所述钢针的末端点与所述夹具的夹取点的位置一致;(b)于所述搬运机器人的作业范围内固定安装一个锥形针,控制机器人手臂运动,使所述机器人手臂于4个不同的姿态时所述钢针分别对准所述锥形针;(c)、机器人控制器记录上述4个不同的姿态的数据,而计算出所述机器人手臂上的钢针的原始位置的坐标,即为所述夹具于所述机器人坐标系中初始位置的坐标。
3.根据权利要求2所述的利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,其特征在于,步骤(2)中所述智能相机采用如下方法对所述9个特征点坐标的测定:将设有标记贴的标定板的直角交叉点依次置于所述模板工件的特征点上,通过所述智能相机自带的软件,将所述标定板设有标记贴的一侧制作成model,再利用软件中的找边工具和点到点的功能,自动算出所述标定板的直角交叉点在所述智能相机坐标系中的坐标,即为相应的特征点于所述智能相机坐标系中的坐标。
4.根据权利要求3所述的利用智能相机在机器人搬运系统中定位工件的方法,其特征在于,步骤(2)中所述机器人采用如下方法对所述9个特征点坐标的测定:将所述钢针依次对准所述标定板的直角交叉点,而得出所述9个特征点于所述机器人坐标系中的坐标。
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Denomination of invention: A method of positioning workpiece in robot handling system using intelligent camera

Effective date of registration: 20210917

Granted publication date: 20150715

Pledgee: Huarong Bank of Xiangjiang Limited by Share Ltd. Changsha branch

Pledgor: CHANGSHA CTR ROBOTICS Co.,Ltd.

Registration number: Y2021430000049

PM01 Change of the registration of the contract for pledge of patent right
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Change date: 20230320

Registration number: Y2021430000049

Pledgee after: Bank of Hunan Co.,Ltd. Changsha Branch

Pledgee before: Huarong Bank of Xiangjiang Limited by Share Ltd. Changsha branch