CN107009391A - 机器人抓取定位装置、机器人抓取系统以及抓取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机器人抓取定位装置、机器人抓取系统以及抓取方法。该机器人抓取定位装置包括：分料台、相机移动机构以及相机；相机移动机构与分料台对应设置，相机安装在相机移动机构上，相机移动机构用于带动相机相对于分料台沿预设轨迹移动，以使相机逐个采集分料台上多个预设位置的图像。从而在抓取多个产品时，无需设置多个视觉系统分别对多个产品进行识别和定位，解决了现有技术中的机器人设置多个固定的视觉系统以对分布于多个不同位置的不同的产品进行识别和定位占用空间较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体而言，涉及一种机器人抓取定位装置、机器人抓取系统以及抓取方法。
背景技术
在自动化领域中，机器人扮演着重要的角色。随着自动化的发展，机器人的应用也越来越广泛。而机器视觉的引入使机器人稳定、可靠、高效的同时更加智能化。
机器视觉作为机器人的“眼”，引导机器人实现智能抓取，柔性生产线通过视觉定位，机器人自动识别产品类型进行定位抓取，从而能够提高生产效率。
然而，在实际应用中，机器人要抓取多个产品以完成任务，由于产品材料的不同，反光效果会有很大差异且产品放置于不同的位置，在这种情况下，往往需要采用多个视觉系统分别安装在固定位置分别对多个产品进行识别和定位，如此，设备成本会大大提高，而且会占用更多空间。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种机器人抓取定位装置、机器人抓取系统以及抓取方法，以至少解决现有技术中的机器人因需要设置多个视觉系统而被占用空间较大的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种机器人抓取定位装置，包括：分料台；相机移动机构，与分料台对应设置；相机，安装在相机移动机构上，相机移动机构用于带动相机相对于分料台沿预设轨迹移动，以使相机逐个采集分料台上多个预设位置的图像。
进一步地，相机移动机构包括：电缸；滑块，安装在电缸的螺杆上以在螺杆的带动下沿螺杆移动；其中，相机设置在滑块以在滑块带动下沿预设轨迹移动。
进一步地，分料台为直线形，各个预设位置沿分料台的延伸方向布置；滑块的移动方向与分料台的延伸方向平行以使相机沿各个预设位置的布置方向移动。
进一步地，相机位于分料台的上方。
进一步地，机器人抓取定位装置还包括：分料气缸，设置在分料台上，用于将多个待抓取的产品分别对应地限位在各个预设位置上。
进一步地，相机上设置有朝向分料台设置的光源。
进一步地，光源为环形光源，相机的镜头与光源的内孔相对。
进一步地，相机为CCD相机。
根据本发明的第二个方面，提供了一种机器人抓取系统，包括机器人抓取定位装置，机器人抓取定位装置为上述内容的机器人抓取定位装置，机器人抓取定位装置用于逐个采集分料台上多个预设位置的图像。
进一步地，机器人抓取系统还包括：处理主机，与机器人抓取定位装置连接，用于获取机械人抓取定位装置所采集的各个预设位置的图像并根据图像确定各个预设位置上是否放置有待抓取的产品，以及在预设位置上放置有待抓取的产品时确定待抓取的产品相对于机械手臂位置和姿态；机械手臂，与处理主机通讯连接，用于根据待抓取的产品的与机械手臂之间的相对位置以及待抓取的产品的姿态抓取各个待抓取的产品。
根据本发明的第三个方面，提供了一种用于上述内容的机器人抓取系统的机器人抓取方法，包括：按照预设轨迹移动相机以依次采集分料台上多个预设位置的图像；根据采集到的各个预设位置的图像确定各个预设位置上是否放置有待抓取的产品；在预设位置上放置有待抓取的产品时，确定待抓取的产品相对于机械手臂的位置和姿态；根据待抓取的产品相对于机械手臂的位置和姿态控制机械手臂抓取各个待抓取的产品。
进一步地，在按照预设轨迹移动相机依次采集分料台上多个预设位置的图像之后，抓取方法还包括：采用快速中值滤波法对采集到的各个预设位置的图像进行滤波。
进一步地，根据采集到的各个预设位置的图像确定各个预设位置上是否放置有待抓取的产品包括：获取采集到的各个预设位置的图像的平均灰度值；判断各个预设位置的图像的平均灰度值是否大于预设灰度值；在预设位置的图像的平均灰度值大于预设灰度值时，确定预设位置上放置有待抓取的产品。
进一步地，确定待抓取的产品相对于机械手臂的位置和姿态包括：确定待抓取的产品在图像的中的位置范围；通过霍夫变换识别待抓取的产品上的两个圆孔的圆心位置；根据两个圆孔的圆心位置确定待抓取的产品的中心以及待抓取的产品的角度；根据相机的图像坐标系与机械手臂的转换以及标定得出待抓取的产品相对于机械手臂的位置和姿态。
应用本发明技术方案的机器人抓取定位装置，包括：分料台、相机移动机构以及相机；相机移动机构与分料台对应设置，相机安装在相机移动机构上，相机移动机构用于带动相机相对于分料台沿预设轨迹移动，以使相机逐个采集分料台上多个预设位置的图像。从而在抓取多个产品时，无需设置多个视觉系统分别对多个产品进行识别和定位，解决了现有技术中的机器人设置多个固定的视觉系统以对分布于多个不同位置的不同的产品进行识别和定位占用空间较大的问题。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例可选的一种机器人抓取定位装置的结构示意图；
图2是根据本发明实施例可选的一种机器人抓取系统的结构框图；
图3是根据本发明实施例可选的一种机器人抓取方法的流程图；
图4是根据本发明实施例可选的另一种机器人抓取方法的流程图；
图5是根据本发明实施例可选的一种机器人抓取方法中确定分料台上是否放置有待抓取产品的流程图；
图6是根据本发明实施例可选的一种机器人抓取方法中确定待抓取的产品相对于机械手臂的位置和姿态的流程图；以及
图7是根据本发明实施例可选的一种机器人抓取方法具体实施流程图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、分料台；20、相机移动机构；21、电缸；22、滑块；30、相机；31、光源；40、分料气缸；50、机器人抓取定位装置；60、处理主机；70、机械手臂；80、龙门架。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
根据本发明实施例的机器人抓取定位装置，如图1所示，包括：分料台10、相机移动机构20和相机30；相机移动机构20与分料台10对应设置；相机30安装在相机移动机构20上，相机移动机构20用于带动相机30相对于分料台10沿预设轨迹移动，以使相机30逐个采集分料台10上多个预设位置的图像。
应用本发明技术方案的机器人抓取定位装置，包括：分料台10、相机移动机构20以及相机30；相机移动机构20与分料台10对应设置，相机30安装在相机移动机构20上，相机移动机构20用于带动相机30相对于分料台10沿预设轨迹移动，以使相机30逐个采集分料台10上多个预设位置的图像。从而在抓取多个产品时，无需设置多个视觉系统分别对多个产品进行识别和定位，解决了现有技术中的机器人设置多个固定的视觉系统以对分布于多个不同位置的不同的产品进行识别和定位占用空间较大的问题。
具体实施时，分料台10和相机移动机构20均安装设置在龙门架80上，龙门架80具有两层安装平台，两层安装平台相邻且具有一定的高度差，分料台10设置于位置较低的一层安装平台上，相机移动机构20设置在位置较高的一层安装平台上；相机30位于分料台10的上方，可选地，相机30为CCD相机，相机30在移动过程中由上至下对分料台10上的各个预设位置进行拍照从而获取各个预设位置对应的图像。
为了保证相机30移动的快速性以及移动到分料台10相应的预设位置上方后能够准确定位，进一步地，相机移动机构20包括：电缸21和滑块22；滑块22可移动地设置在电缸21的螺杆上，电缸21在工作过程中，其电动机带动螺杆转动，螺杆旋转驱动滑块22沿螺杆的延伸方向直线运动，相机30设置在滑块22上跟随滑块22直线移动从而对分料台10上的各个预设位置进行拍照。
根据效率需求，电缸21的移动速度设为800mm/s；根据检测精度需求，相机30的分辨率为200万，曝光时间设置为20μs。
进一步地，分料台10为直线形，各个预设位置沿分料台10的延伸方向布置，滑块22的移动方向与分料台10的延伸方向平行以使相机30沿各个预设位置的布置方向移动。在分料台10上设置有分料气缸40，分料气缸40用于将多个待抓取的产品分别对应地限位在各个预设位置上以便相机30进行拍照定位以及在定位后进行抓取。
为了在光线较暗时采集分料台10上各个预设位置的图像时能够获得较为清晰的图像，进一步地，在相机30上设置有朝向分料台10的光源31。可选地，光源31为环形光源并沿相机30的拍摄方向设置，相机30的镜头与光源31的内孔相对，即光源31环绕相机30的镜头设置从而能够为相机30提供较为均匀的光照，保证采集的图像的质量。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种机器人抓取系统，如图2所示，包括机器人抓取定位装置50，机器人抓取定位装置50为上述实施例的机器人抓取定位装置，机器人抓取定位装置50用于逐个采集分料台10上多个预设位置的图像；
为了能够对分料台10上各个预设位置上是否放置有待抓取的产品以及对待抓取的产品的位置和姿态作出准确的判断，进一步地，机器人抓取系统还包括处理主机60，处理主机60与机器人抓取定位装置50连接，用于获取机器人抓取定位装置50采集的各个预设位置的图像并根据图像确定各个预设位置上是否放置有待抓取的产品，以及在预设位置上放置有待抓取的产品时确定待抓取的产品相对于机械手臂70位置和姿态。
在确定分料台10上相应的预设位置上放置有待抓取产品且已得到该待抓取产品的准确位置和姿态后，为了能够实现对待抓取的产品的准确抓取，进一步地，机器人抓取系统还包括机械手臂70，机械手臂70与处理主机60通讯连接，用于根据待抓取的产品的与机械手臂70之间的相对位置以及待抓取的产品的姿态抓取各个待抓取的产品。
处理主机60可以为普通的PC机，PC机包括主机、显示器、图像采集卡、IO卡等，通过图像采集卡对相机30获取的图像信息进行采集，IO卡用于数据的传输。
在PC机的主机上安装有视觉图像处理软件，图像处理软件工作时具有相应的人机界面，包括产品画面显示模块、图像参数设置模块、控制参数设置模块。不同模块之间切换设置不同权限密码，包括操作员、管理员、程序员三种权限。界面显示全面，操作简单。
CCD相机30在移动中动态采集的分料台10上各个预设位置的图像传输到PC机上，通过视觉图像处理软件对多张图像并行分析从而确定各个预设位置上是否有待抓取的产品以及待抓取的产品相对于机械手臂70的位置和姿态。在确定分料台10上相应的预设位置上放置有待抓取的产品时，PC机将该待抓取的产品相对于机械手臂70的位置和姿态信息反馈给机械手臂70，机械手臂70上设置有真空吸盘，由机械手臂70将分料台10上各个预设位置上待抓取的产品逐个抓起并放置于相应的位置。
根据本发明的第三个实施例，提供了一种用于上述实施例的机器人抓取系统的机器人抓取方法，如图3所示，该抓取方法包括以下步骤：
S102：按照预设轨迹移动相机30依次采集分料台10上多个预设位置的图像；
S104：根据采集到的各个预设位置的图像确定各个预设位置上是否放置有待抓取的产品；
S106：在预设位置上放置有待抓取的产品时确定待抓取的产品相对于机械手臂70的位置和姿态；
S108：根据待抓取的产品相对于机械手臂70的位置和姿态控制机械手臂70抓取各个待抓取的产品。
进一步地，如图4所示，在按照预设轨迹移动相机30依次采集分料台10上多个预设位置的图像之后，该抓取方法还包括以下步骤：
S103：采用快速中值滤波法对采集到的各个预设位置的图像进行滤波。
进一步地，如图5所示，根据采集到的各个预设位置的图像确定各个预设位置上是否放置有待抓取的产品包括以下步骤：
S202：获取采集到的各个预设位置的图像的平均灰度值；
S204：判断各个预设位置的图像的平均灰度值是否大于预设灰度值；
S206：在预设位置的图像的平均灰度值大于预设灰度值时，确定预设位置上放置有待抓取的产品。
进一步地，如图6所示，确定待抓取的产品相对于机械手臂70的位置和姿态还包括以下步骤：
S302：确定待抓取的产品在图像的中的位置范围；
S304：通过霍夫变换识别待抓取的产品上的两个圆孔的圆心位置；
S306：根据两个圆孔的圆心位置确定待抓取的产品的中心以及待抓取的产品的角度；
S308：根据相机30的图像坐标系与机械手臂70的转换以及标定得出待抓取的产品相对于机械手臂70的位置和姿态。
在本发明实施例中，可选地，分料台10上布置有四个用于放置待抓取的产品的预设位置，四个预设位置上分别放置有一种待抓取的产品，在四个预设位置上分别放置有产品1、产品2、产品3和产品4，可选地，产品1为活塞片、产品2为内加强板、产品3为外加强板、产品4为板簧片。
在分料台10的旁边设置有两个机械手臂70，每个机械手臂70用于抓取分料台10上两个预设位置上的待抓取的产品。
如图7所示，首先判断分料台10上的各个预设位置是否放置有相应的产品，识别产品有无通过采集图像的平均灰度值判断，若图像的平均灰度值小于设定值，则此工位无产品，放弃吸取；若图像的平均灰度值大于设定值则进行下一步定位处理。
在图像采集过程中，由于CCD相机30本身的原因以及图像传输过程中的干扰等原因，采集到的原始图像存在各种随机噪声。为了提高定位的准确度，需要对原始图像进行滤波处理以消除噪声，滤波处理的算法采用快速中值滤波，效果明显而且速度快。
由于产品1活塞片为塑料材质，反光性很差，采集到的图像中产品成像质量很差，需要进行图像增强之后再进行下一步处理。通过分析其灰度直方图发现其分布范围比较狭窄，因此采用直方图均衡化处理，处理之后图像对比度显著提高，为产品定位处理奠定非常好的基础。
由于产品4板簧片比较薄，分料台10上的振动盘上料之后很容易使产品歪斜到槽外面，使机械手臂70的吸盘无法准确吸取。在定位之前需要做产品姿态分析，若产品在槽内正常则进行下一步的定位处理；若产品歪斜到槽外面，则放弃抓取。通过判断板簧片外形轮廓的圆形度分析其姿态，若圆形度不高则判为歪斜。其中外形轮廓通过Canny边缘检测算法获得。
对于产品与机器人相对位置和姿态的确定，首先定位产品在图像中的大概位置，然后，通过霍夫变换识别产品上的圆孔，确定两个大圆孔的圆心O1(x,y)和O2(x,y)，然后，计算出这两个点的中点即为产品中心O(x,y)，两点连线的角度α即为产品角度。然后，再根据相机30的图像坐标系与机械手臂70的坐标系的转换以及标定得出待抓取的产品相对于机械手臂70的位置和姿态。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种机器人抓取定位装置，其特征在于，包括：
分料台(10)；
相机移动机构(20)，与所述分料台(10)对应设置；
相机(30)，安装在所述相机移动机构(20)上，所述相机移动机构(20)用于带动所述相机(30)相对于所述分料台(10)沿预设轨迹移动，以使所述相机(30)逐个采集所述分料台(10)上多个预设位置的图像。
2.根据权利要求1所述的机器人抓取定位装置，其特征在于，所述相机移动机构(20)包括：
电缸(21)；
滑块(22)，安装在所述电缸(21)的螺杆上以在所述螺杆的带动下沿所述螺杆移动；
其中，所述相机(30)设置在所述滑块(22)以在所述滑块(22)带动下沿所述预设轨迹移动。
3.根据权利要求2所述的机器人抓取定位装置，其特征在于，所述分料台(10)为直线形，各个所述预设位置沿所述分料台(10)的延伸方向布置；所述滑块(22)的移动方向与所述分料台(10)的延伸方向平行以使所述相机(30)沿各个所述预设位置的布置方向移动。
4.根据权利要求3所述的机器人抓取定位装置，其特征在于，所述相机(30)位于所述分料台(10)的上方。
5.根据权利要求3所述的机器人抓取定位装置，其特征在于，所述机器人抓取定位装置还包括：
分料气缸(40)，设置在所述分料台(10)上，用于将多个待抓取的产品分别对应地限位在各个所述预设位置上。
6.根据权利要求1所述的机器人抓取定位装置，其特征在于，所述相机(30)上设置有朝向所述分料台(10)设置的光源(31)。
7.根据权利要求6所述的机器人抓取定位装置，其特征在于，所述光源(31)为环形光源，所述相机(30)的镜头与所述光源(31)的内孔相对。
8.根据权利要求1所述的机器人抓取定位装置，其特征在于，所述相机(30)为CCD相机。
9.一种机器人抓取系统，包括机器人抓取定位装置(50)，其特征在于，所述机器人抓取定位装置(50)为权利要求1至8中任一项所述的机器人抓取定位装置，所述机器人抓取定位装置(50)用于逐个采集所述分料台(10)上多个预设位置的图像。
10.根据权利要求9所述的机器人抓取系统，其特征在于，所述机器人抓取系统还包括：
处理主机(60)，与所述机器人抓取定位装置(50)连接，用于获取所述机器人抓取定位装置(50)所采集的各个所述预设位置的所述图像并根据所述图像确定各个所述预设位置上是否放置有待抓取的产品，以及在所述预设位置上放置有待抓取的产品时确定待抓取的产品相对于机械手臂(70)位置和姿态；
所述机械手臂(70)，与所述处理主机(60)通讯连接，用于根据待抓取的产品的与机械手臂(70)之间的相对位置以及待抓取的产品的姿态抓取各个待抓取的产品。
11.一种用于权利要求9所述的机器人抓取系统的机器人抓取方法，其特征在于，包括：
按照预设轨迹移动相机(30)以依次采集分料台(10)上多个预设位置的图像；
根据采集到的各个所述预设位置的图像确定各个所述预设位置上是否放置有待抓取的产品；
在所述预设位置上放置有待抓取的产品时，确定待抓取的产品相对于机械手臂(70)的位置和姿态；
根据待抓取的产品相对于所述机械手臂(70)的位置和姿态控制所述机械手臂(70)抓取各个待抓取的产品。
12.根据权利要求11所述的机器人抓取方法，其特征在于，在按照预设轨迹移动相机(30)依次采集分料台(10)上多个预设位置的图像之后，所述抓取方法还包括：
采用快速中值滤波法对采集到的各个所述预设位置的图像进行滤波。
13.根据权利要求11所述的机器人抓取方法，其特征在于，所述根据采集到的各个所述预设位置的图像确定各个所述预设位置上是否放置有待抓取的产品包括：
获取采集到的各个所述预设位置的图像的平均灰度值；
判断各个所述预设位置的所述图像的平均灰度值是否大于预设灰度值；
在所述预设位置的所述图像的平均灰度值大于预设灰度值时，确定所述预设位置上放置有待抓取的产品。
14.根据权利要求11所述的机器人抓取方法，其特征在于，所述确定待抓取的产品相对于机械手臂(70)的位置和姿态包括：
确定待抓取的产品在所述图像的中的位置范围；
通过霍夫变换识别待抓取的产品上的两个圆孔的圆心位置；
根据两个所述圆孔的圆心位置确定待抓取的产品的中心以及所述待抓取的产品的角度；
根据所述相机(30)的图像坐标系与所述机械手臂(70)的转换以及标定得出待抓取的产品相对于所述机械手臂(70)的位置和姿态。
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