CN108263856A - 一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置及其搬运方法 - Google Patents

一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置及其搬运方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置，包括用于抓取工件的工业机器人、智能相机、流水线平台以及控制整个装置工作的PLC；工业机器人的手臂末端设有吸盘；智能相机用于对工件进行拍照并记录工件坐标，智能相机设置在吸盘旁边；流水线平台包括载物线和流水线，流水线上设有工件盘，工件盘由左工件盘和右工件盘组成；流水线平台设置在智能相机下方，载物线和流水线平行设置；左工件盘的左侧向外依次设有第一光电传感器和第二光电传感器，右工件盘的右侧设有第三光电传感器；左工件盘的左侧下方活动设有第一气缸，右工件盘的右侧下方活动设有第二气缸。本发明用于工件搬运，节约成本和人工，自动化程度高，失误率低，用时短，效率高。

Description

一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置及其搬运方法
技术领域
本发明涉及自动化搬运技术领域，特别涉及一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置及其搬运方法。
背景技术
随着科学技术的发展，工业制造的车间越来越朝着无人化和自动化的方向进步；大力发展机器人作为“中国制造2025”主要战略，结合信息技术为求机器人达到智能化，加速推荐新兴制造业发展，是当前和今后一段时期实现信息化和工业化的高层次融合、加速推进制造业转型升级和创新发展的重要途径。为求国家的发展，科学技术的进步，我们需要结合机器视觉来进行机器人的搬送，已达到制造业的智能化。
大型工业车间中，上百平方的流水线只需要一两个工程师监控电脑即可完成大量的生产任务；工业自动化车间不但需要的人工数量不多并且错误率低、生产效率高。在生产中，自动化流水线的设计起到了很关键的作用，每一个工位之间的协同运作，单个工位的效率就变得十分重要。但是现在已经有些工件搬运系统，有不同的缺陷，速度慢、对于工件有损坏、不能配合多种生产需求，基于这些问题急需设计一种高效且运行稳定能够多工位协作的机器人搬运系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够采用多个工位、多种系统的同时协同工作，实现流水线工位的全自动化快速操作，工作效率高的一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置及其搬运方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置，所述搬运装置包括：
一用于抓取工件的工业机器人，所述工业机器人的手臂末端设有吸盘，
一智能相机，智能相机用于对工件进行拍照并记录工件坐标，智能相机设置在吸盘旁边；
一流水线平台，流水线平台包括载物线和流水线，流水线上设有工件盘，工件盘由左工件盘和右工件盘组成；流水线平台设置在智能相机下方，载物线和流水线平行设置；
左工件盘的左侧向外依次设有第一光电传感器和第二光电传感器，右工件盘的右侧设有第三光电传感器；
左工件盘的左侧下方活动设有第一气缸，右工件盘的右侧下方活动设有第二气缸；
一控制整个装置工作的PLC。
在本发明的一个实施例中，所述吸盘的尾端设有弹簧。
在本发明的一个实施例中，所述载物线上设有若干个相同的工件位，相邻的工件位距离均相等。
在本发明的一个实施例中，所述左、右工件盘的四周均设有白色光源。
一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运方法，所述搬运方法包括如下步骤：
(1)初始化系统，将智能相机和工业机器人标定，调整流水线和载物线的位置，放置工件到流水线的工件盘上，并判断是否有工件盘正在工作中；
(2)触发系统，得到信号后，工件盘运到智能相机下方，智能相机采集工件图像，经过图像初步定位；
(3)逐一判断工件盘上每个位置是否有工件并且二次精确定位；
(4)判断找到的工件是否方向正确，并且是合格产品；
①初步定位整个工件盘；
②在工件盘上的每个工位，按照逐一位置查找的方式来寻找每一个工件位置是否有工件；
③找到位置后，再使用模板匹配是否为方向正确的工件；
④计算其坐标；
(5)如产品合格，将每一个有合格工件的坐标发送给工业机器人，工业机器人按照位置逐一吸取后放置到载物线上，载物线每次被放置一个工件后向前移动固定距离；
如产品不合格，则不吸取；
(6)合格工件逐一被选出被载物线传送到下一个工件位；
(7)系统自动记录每一个工件在工件盘上的坐标数据，记录合格率，时间信息；
(8)一个工件盘搬运完毕后，由流水线传送出该工件位，等待下次的工作。
在本发明的一个实施例中，对于工件的方向和空位判断使用模板匹配的方法。
在本发明的一个实施例中，步骤(4)中计算坐标时的坐标补偿值可以通过手动输入，也可以系统计算得到。
在本发明的一个实施例中，所述的初步定位是指对于整个工件盘的位置定位，精确定位是使用模板匹配对于工件盘上有工件的位子进行坐标计算。
在本发明的一个实施例中，判断工件盘上每个工件位是否有工件时，用到VPM中的树状图，逐一位置进行判断。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)搬送装置用于工件搬运，具有工作效率高，自动化程度高等优点；
(2)搬送装置使用方便，工作稳定安全；
(3)工业机器人和智能相机位于左、右工件盘的中间，能够同时两边一起拍摄顺序搬运，为工程节省时间，搬运效率高；
(4)设置载物线，能够最快的将每个工件运送到下一个工位，在整个工业流水线上能够配合默契。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构框图；
图2为本发明结构图；
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
10、工业机器人11、吸盘20、智能相机30、PLC 40、载物线50、流水线51、工件盘60、第一光电传感器70、第二光电传感器80、第三光电传感器90、第一气缸100、第二气缸110、LED灯120、电源130、路由器140、PC机。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1和图2所示，本发明公开了一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置包括用于抓取工件的工业机器人10、智能相机20、流水线平台以及控制整个装置工作的PLC30；工业机器人10、智能相机20以及PLC30之间两两相连；工业机器人10的手臂末端设有吸盘11；智能相机20用于对工件进行拍照并记录工件坐标，智能相机20设置在吸盘11旁边；流水线平台包括载物线40和流水线50，流水线50上设有工件盘51，工件盘51由左工件盘和右工件盘组成；流水线平台设置在智能相机20下方，载物线40和流水线50平行设置左工件盘的左侧向外依次设有第一光电传感器60和第二光电传感器70，右工件盘的右侧设有第三光电传感器80，左工件盘的左侧下方活动设有第一气缸90，右工件盘的右侧下方活动设有第二气缸100。
吸盘的尾端设有弹簧，载物线上设有若干个相同的工件位，相邻的工件位距离均相等；.左、右工件盘的四周均设有白色光源，白色光源可以为LED灯110，通过外部电源120进行供电；智能相机20和工业机器人10还可以通过路由器130与PC机140继续连接，实现无线控制。
本发明只需要一位操作工操控，可以在远程监控该工位的操作情况，与其它工位高效合作，能够显示出工件盘中每个位置的检测结果和坐标信息等，为人工操控提供很大的方便。
本发明中，工业机器人要在生产线中进行搬运，就必须要知道产品已经到位，拍照前必须要进行智能相机的标定，标定后工业机器人坐标与智能相机坐标将会统一；当PLC给工业机器人发送信号时，工业机器人收到信号后，确定载物线为空及工业机器人现在处于安全拍照位置，就会给智能相机发送拍照指令；智能相机拍照后，利用IMPACT中的VPM树状图进行每步的程序操作；程序中主要有模板的识别、模板的中心坐标，偏移算法以及坐标的变化；当树状程序执行一遍后，会有相对应的工件吸点坐标，最后工业机器人根据判断结果和对应坐标进行吸取搬送；具体的，将本发明搬运装置进行工件搬运时的搬运方法如下：
步骤(1)、系统初始化，各工位设备复位；操作人员将工件盘放入流水线上；PLC判断是否前一个工件盘在工作中；
步骤(2)、当流水线前方没有工件盘时，第二光电传感器发给PLC工件盘的前进信号；第二气缸落下，工件盘开始前进；
步骤(3)、工件盘经过第三光电传感器后，发给PLC信号，第二气缸抬起；
步骤(4)、工件盘到位后，第一光电传感器给PLC信号，第一气缸抬起，工件盘停止运行；
步骤(5)、PLC给工业机器人进料到位信号，智能相机避免拍摄到工业机器人轴和运动平面，进行避位拍照；
步骤(6)、工业机器人避让到位给智能相机信号，智能相机触发拍照；
步骤(7)、根据模板判断工件的合格性；
步骤(8)、工件不合格，智能相机发给PLC工件NG信号，重复步骤(5)
步骤(9)、工件合格，智能相机发送坐标给工业机器人；
步骤(10)、工业机器人移动至指定坐标位置，工业机器人的吸盘吸气吸住工件并运送至载物线；
步骤(11)、保护工件不受载物线边缘碰撞，先向上移动再平移到载物线上方，下降至最佳高度，工业机器人的吸盘吹气放置工件；
步骤(12)、重复检测工件及搬运，将选出来的工件搬运至载物线的指定位置，工业机器人给PLC指定信号，载物线前进固定的距离将工件运送到下一个工位，与此同时工业机器人继续搬运下一个位置的合格工件；
步骤(13)、重复上述两步骤，当工件盘所有合格工件搬运完毕后，智能相机给PLC信号，PLC给第一气缸信号，第一气缸落下，工件盘继续向前运行直至完全离开第二光电传感器，第二光电传感器给PLC信号，第二气缸落下，新工件盘继续前进；
步骤(14)、结束。
本发明搬运方法中对于工件的方向和空位判断使用模板匹配的方法；计算坐标时的坐标补偿值可以通过手动输入，也可以系统计算得到；初步定位是指对于整个工件盘的位置定位，精确定位是使用模板匹配对于工件盘上有工件的位子进行坐标计算；判断工件盘上每个工件位是否有工件时，用到VPM中的树状图，逐一位置进行判断。
本发明搬运装置在搬运时，智能相机可能会二次拍照，具体情况如下：
本发明中的工件盘上有许多个工件，每个工件盘到了相机底下就拍照一次的，然后根据这一图片判断各个位置上的工件是否合格；所以如果有NG产品，相机不会传给机器人坐标信号并且机器人不会吸取，后台会记录NG一次；如果该位置产品合格，那么所有信息会发送给机器人，机器人进行吸取搬运并记录；所以如果是一个或多个工件为NG产品，不会触发再次拍照，而如果是整个工件盘定位出问题才可能会二次拍照。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置，其特征在于，所述搬运装置包括：
一用于抓取工件的工业机器人，所述工业机器人的手臂末端设有吸盘，
一智能相机，智能相机用于对工件进行拍照并记录工件坐标，智能相机设置在吸盘旁边；
一流水线平台，流水线平台包括载物线和流水线，流水线上设有工件盘，工件盘由左工件盘和右工件盘组成；流水线平台设置在智能相机下方，载物线和流水线平行设置；
左工件盘的左侧向外依次设有第一光电传感器和第二光电传感器，右工件盘的右侧设有第三光电传感器；
左工件盘的左侧下方活动设有第一气缸，右工件盘的右侧下方活动设有第二气缸；
一控制整个装置工作的PLC。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置，其特征在于，所述吸盘的尾端设有弹簧。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置，其特征在于，所述载物线上设有若干个相同的工件位，相邻的工件位距离均相等。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运装置，其特征在于，所述左、右工件盘的四周均设有白色光源。
5.一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运方法，其特征在于，所述搬运方法包括如下步骤：
(1)初始化系统，将智能相机和工业机器人标定，调整流水线和载物线的位置，放置工件到流水线的工件盘上，并判断是否有工件盘正在工作中；
(2)触发系统，得到信号后，工件盘运到智能相机下方，智能相机采集工件图像，经过图像初步定位；
(3)逐一判断工件盘上每个位置是否有工件并且二次精确定位；
(4)判断找到的工件是否方向正确，并且是合格产品；
①初步定位整个工件盘；
②在工件盘上的每个工位，按照逐一位置查找的方式来寻找每一个工件位置是否有工件；
③找到位置后，再使用模板匹配是否为方向正确的工件；
④计算其坐标；
(5)如产品合格，将每一个有合格工件的坐标发送给工业机器人，工业机器人按照位置逐一吸取后放置到载物线上，载物线每次被放置一个工件后向前移动固定距离；
如产品不合格，则不吸取；
(6)合格工件逐一被选出被载物线传送到下一个工件位；
(7)系统自动记录每一个工件在工件盘上的坐标数据，记录合格率，时间信息；
(8)一个工件盘搬运完毕后，由流水线传送出该工件位，等待下次的工作。
6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运方法，其特征在于，对于工件的方向和空位判断使用模板匹配的方法。
7.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运方法，其特征在于，步骤(4)中计算坐标时的坐标补偿值可以通过手动输入，也可以系统计算得到。
8.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运方法，其特征在于，所述的初步定位是指对于整个工件盘的位置定位，精确定位是使用模板匹配对于工件盘上有工件的位子进行坐标计算。
9.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的机器人智能快速搬运方法，其特征在于，判断工件盘上每个工件位是否有工件时，用到VPM中的树状图，逐一位置进行判断。
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