CN108393676B - 自动化彩妆装配的模型设定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械设备及自动化领域，特别涉及一种用于产品装配的模型设定方法。本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种控制机械臂依据机器视觉定位工件的位置信息进行拾取的模型设定方法，高效、快速、准确完成模板设置，配合自动化生产设备进行彩妆装配。本发明的模型设定方法由加载图像模型的方式取代传统的CAD软件建模，减少了由CAD软件系统产生的与实际装配场景的误差，提高了建模精度。不同类型产品的模型设定只需一次拍照成像，通过视觉定位软件即可获取模型装配参数，无需复杂的CAD计算过程，大大减少了时间和人力成本消耗，提高了装配精度和生产效率。

Description

自动化彩妆装配的模型设定方法
技术领域
本发明涉及机械设备及自动化领域，特别涉及一种用于产品装配的模型设定方法。
背景技术
目前化妆品生产行业内，使用自动化设备来进行彩妆装配时，通过基于相机图片的软件分析，对粉饼、粉盒精确识别定位，并根据颜色、形状不同放置到粉盒不同的区域。如图1所示，在机器人坐标系内，机械臂位于O点，经过图像识别确定粉饼M中心位于A点，粉盒N中心位于B点；现在要控制机械臂移动到A点拾取粉饼M，然后将粉饼M放置在粉盒N的阴影位置L处。为了实现上述装配要求，通常我们需要对粉饼M和粉盒N在CAD软件系统中进行建模，如图2所示，得到产品的装配模型粉饼M’和粉盒N’，通过模型测量出将M’放置到N’阴影位置需要的中心x、y方向偏移量以及旋转角度。实际装配时如图3所示，由视觉软件识别粉饼、粉盒的实时位置，并计算出粉饼M相对粉饼模板M’所需要的旋转、平移参数，粉盒N相对粉盒N’所需要的旋转、平移参数，然后结合模型的装配参数(中心x、y方向偏移量及旋转角度)，最终控制机械臂完成装配。
由于传统方法是在CAD软件系统中进行建模，工厂需要通过问答式交互输入来建立模型，建模的过程比较复杂，一旦产品种类众多，则需要经常性更换组装产品重复建模步骤，需要花费少则数小时，多则数日时间调试设备，甚至修改软件，进行生产前必要的试产，因而极大的影响了生产效率。同时由于模型位置的设定比较单一固定，CAD建模与装配实际存在误差，导致模型精确度不高，从而影响实际装配过程。
另外，如果是非对称的粉饼，需要采用夹具抓取粉饼，则上述过程除了将机械臂中心从O点移动至粉饼所在的A点，同时还需要调整机械臂的旋转角度，配合抓取，进一步增加了CAD建模的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种控制机械臂依据机器视觉定位工件的位置信息进行拾取的模型设定方法，高效、快速、准确完成模板设置，配合自动化生产设备进行彩妆装配。
为了达到上述目的，本发明所设计的一种自动化彩妆装配的模型设定方法，包括如下步骤：
1、创建模型图像：在工作平面上随机放置粉饼和粉盒，由相机拍摄模型图像，通过视觉定位软件在图像上用三种不同颜色的线框分别采集粉盒轮廓模型、粉饼轮廓模型以及机械臂抓取件在工作平面内的投影模型，识别并标注粉饼与粉盒的参考中心；
2、获取粉饼与粉盒的相对位置关系：通过视觉定位软件调整粉饼轮廓模型的坐标参数和旋转角度，使粉饼的轮廓模型移动至需要放置在粉盒上的设定位置处，记录下粉饼的轮廓模型移动至粉盒对应位置时需要在x、y方向的偏移量dx、dy及旋转角度dθ；
3、获取机械臂抓取件与粉饼的相对位置关系：通过视觉定位软件调整机械臂抓取件在工作平面内的投影模型的坐标参数和旋转角度，使机械臂抓取件的投影模型移动至需要抓取粉饼的特定位置处，记录下机械臂抓取件的投影模型移动至粉饼对应位置时需要在x、y方向的偏移量dx’、dy’及旋转角度dθ’；
4、保存由步骤2、步骤3获得的位置参数，供机器视觉定位计算：实际装配时，当粉饼和粉盒运送至工作平面时，由相机拍摄实时图像，并由视觉软件计算出粉饼和粉盒的实时位置P0(x0，y0)，P1(x1，y1)，以及粉饼相对于步骤1保存的模型图像中粉饼轮廓模型在x、y方向的偏移量dx0、dy0和旋转角度θ0，粉盒相对于粉盒轮廓模型在x、y方向的偏移量dx1、dy1和旋转角度θ1；由此结合模型的装配参数计算出机械臂抓取件抓取粉饼需要移动的距离Dx’、Dy’及旋转角度α,以及放置粉饼到粉盒上的设定位置时需要移动的距离Dx、Dy和旋转角度β。
当待装配粉饼为对称型粉饼时，所述机械臂抓取件可采用吸盘式抓取件，吸盘吸住粉饼中心，则步骤3中无需调整吸盘投影模型的旋转角度，相应的步骤4中无需计算出吸盘吸取粉饼需要旋转的角度α。
当待装配粉饼为非对称型粉饼时，所述机械臂抓取件可采用夹头式抓取件，夹头夹持粉饼的侧边，则步骤3中需要调整夹头投影模型的旋转角度，相应的步骤4中需要计算出夹头夹取粉饼需要旋转的角度α。
步骤3中获取的机械臂抓取件与粉饼的相对位置关系，可以是机械臂抓取件与粉饼的初始相对位置关系，即步骤1成像时机械臂抓取件与粉饼的相对位置关系；也可以先获取当粉饼轮廓模型在粉盒的设定位置时，机械臂抓取件与粉饼的相对位置关系，并由此相对位置关系结合步骤2获取的粉饼与粉盒的相对位置关系计算出机械臂抓取件与粉饼的初始相对位置关系。
步骤4中当实际装配时，如果粉饼和粉盒有相对运动，则在粉盒相对粉饼运动的轨迹上确定一个放置点，由已知的粉盒运行方向和速度计算出粉盒运动至放置点时的位置参数P2(x2，y2)，计算位于该放置点时粉盒相对于粉盒轮廓模型在x、y方向的偏移量dx2、dy2和旋转角度θ2；结合模型的装配参数计算出机械臂抓取件运送粉饼到位于放置点的粉盒上需要移动的距离Dx2、Dy2和旋转角度γ；控制夹头夹持粉饼运动至放置点处等待粉盒到达，再将粉饼放置在粉盒的设定位置上完成装配。
本发明的模型设定方法由加载图像模型的方式取代传统的CAD软件建模，减少了由CAD软件系统产生的与实际装配场景的误差，提高了建模精度。不同类型产品的模型设定只需一次拍照成像，通过视觉定位软件即可获取模型装配参数，无需复杂的CAD计算过程，大大减少了时间和人力成本消耗，提高了装配精度和生产效率。
附图说明
图1为装配工作平台上机器人坐标系的示意图。
图2为现有模型设定过程的示意图。
图3为按照现有模型进行实际装配的示意图。
图4为本发明实施例1中由相机拍摄的初始模型图像。
图5为本发明实施例1中获取粉饼与粉盒的相对位置关系的模型图像。
图6为本发明实施例1中获取夹头与粉饼的相对位置关系的模型图像。
具体实施方式
实施例1
一种自动化彩妆装配的模型设定方法，包括如下步骤：
1、创建模型图像：如图4所示,在工作平面上随机放置粉饼和粉盒，由相机拍摄模型图像，通过视觉定位软件在图像上用有颜色的线条采集粉盒轮廓模型和粉饼轮廓模型,用有颜色的方块采集夹头在工作平面内的投影模型，用十字心盘标注粉饼与粉盒的参考中心。
2、获取粉饼与粉盒的相对位置关系：如图5所示,通过视觉定位软件调整粉饼轮廓模型的坐标参数和旋转角度，使粉饼的轮廓模型线条移动至需要放置在粉盒上的设定位置处，记录下粉饼的轮廓模型移动至粉盒对应位置时需要在x、y方向的偏移量dx、dy及旋转角度dθ。
3、获取夹头与粉饼的相对位置关系：通过视觉定位软件调整夹头在工作平面内的投影模型的坐标参数和旋转角度，使夹头的投影模型方块移动至需要夹持粉饼的特定位置处；如图6所示，此时的粉饼轮廓模型已经在粉盒的设定位置上，记录下此时夹头的投影模型移动至粉饼对应位置时需要在x、y方向的偏移量及旋转角度，并由此相对位置关系结合步骤2获取的粉饼与粉盒的相对位置关系计算出夹头的投影模型移动至粉饼初始位置时需要在x、y方向的偏移量dx’、dy’及旋转角度dθ’。
4、保存由步骤2、步骤3获得的位置参数，供机器视觉定位计算；实际装配时，当粉饼和粉盒运送至工作平面时，由相机拍摄实时图像，并由视觉软件获取粉饼和粉盒的实时位置P0(x0，y0)，P1(x1，y1)；计算粉盒P1相对于粉盒轮廓模型在x、y方向的偏移量dx1、dy1和旋转角度θ1；计算粉饼P0相对于粉饼轮廓模型在x、y方向的偏移量dx0、dy0和旋转角度θ0；结合模型的装配参数计算出夹头夹取粉饼需要移动的距离Dx’、Dy’及旋转角度α，以及运送粉饼到位于粉盒上需要移动的距离Dx1、Dy1和旋转角度β。
5、进一步，装配流水线上粉饼、粉盒处于运动状态时，在粉盒运动轨迹上确定一个放置点，由粉盒的实时位置P1(x1，y1)以及已知的粉盒运行方向、速度计算出粉盒运动至放置点时的位置参数P2(x2，y2)，以及粉盒位于该放置点时相对于粉盒轮廓模型在x、y方向的偏移量dx2、dy2和旋转角度θ2；结合模型的装配参数计算出运送粉饼到位于放置点的粉盒上需要移动的距离Dx2、Dy2和旋转角度γ；控制夹头夹持粉饼运动至放置点处等待粉盒到达，再将粉饼放置在粉盒的设定位置上完成装配。

Claims (6)

1.一种自动化彩妆装配的模型设定方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）创建模型图像：在工作平面上随机放置粉饼和粉盒，由相机拍摄模型图像，通过视觉定位软件在图像上用三种不同颜色的线框分别采集粉盒轮廓模型、粉饼轮廓模型以及机械臂抓取件在工作平面内的投影模型，识别并标注粉饼与粉盒的参考中心；
（2）获取粉饼与粉盒的相对位置关系：通过视觉定位软件调整粉饼轮廓模型的坐标参数和旋转角度，使粉饼的轮廓模型移动至需要放置在粉盒上的设定位置处，记录下粉饼的轮廓模型移动至粉盒对应位置时需要在x、y方向的偏移量dx、dy及旋转角度dθ；
（3）获取机械臂抓取件与粉饼的相对位置关系：通过视觉定位软件调整机械臂抓取件在工作平面内的投影模型的坐标参数和旋转角度，使机械臂抓取件的投影模型移动至需要抓取粉饼的特定位置处，记录下机械臂抓取件的投影模型移动至粉饼对应位置时需要在x、y方向的偏移量dx’、dy’及旋转角度dθ’；
（4）保存由步骤（2）、步骤（3）获得的位置参数，供机器视觉定位计算：实际装配时，当粉饼和粉盒运送至工作平面时，由相机拍摄实时图像，并由视觉软件计算出粉饼和粉盒的实时位置P0（x0，y0），P1（x1，y1），以及粉饼相对于步骤（1）保存的模型图像中粉饼轮廓模型在x、y方向的偏移量dx0、dy0和旋转角度θ0，粉盒相对于粉盒轮廓模型在x、y方向的偏移量dx1、dy1和旋转角度θ1；由此结合模型的位置参数计算出机械臂抓取件抓取粉饼需要移动的距离Dx’、Dy’及旋转角度α, 以及放置粉饼到粉盒上的设定位置时需要移动的距离Dx、Dy和旋转角度β。
2.根据权利要求1所述的一种自动化彩妆装配的模型设定方法，其特征在于：当待装配粉饼为对称型粉饼时，所述机械臂抓取件采用吸盘式抓取件，吸盘吸住粉饼中心，则步骤（3）中无需调整吸盘投影模型的旋转角度，相应的步骤（4）中无需计算出吸盘吸取粉饼需要旋转的角度α。
3.根据权利要求1所述的一种自动化彩妆装配的模型设定方法，其特征在于：当待装配粉饼为非对称型粉饼时，所述机械臂抓取件采用夹头式抓取件，夹头夹持粉饼的侧边，则步骤（3）中需要调整夹头投影模型的旋转角度，相应的步骤（4）中需要计算出夹头夹取粉饼需要旋转的角度α。
4.根据权利要求1所述的一种自动化彩妆装配的模型设定方法，其特征在于：步骤（3）中获取的机械臂抓取件与粉饼的相对位置关系，是机械臂抓取件与粉饼的初始相对位置关系，即步骤（1）成像时机械臂抓取件与粉饼的相对位置关系。
5.根据权利要求1所述的一种自动化彩妆装配的模型设定方法，其特征在于：
步骤（3）中先获取当粉饼轮廓模型在粉盒的设定位置时，机械臂抓取件与粉饼的相对位置关系，并由此相对位置关系结合步骤（2）获取的粉饼与粉盒的相对位置关系计算出机械臂抓取件与粉饼的初始相对位置关系。
6.根据权利要求1所述的一种自动化彩妆装配的模型设定方法，其特征在于：步骤（4）中当实际装配时，如果粉饼和粉盒有相对运动，则在粉盒相对粉饼运动的轨迹上确定一个放置点，由已知的粉盒运行方向和速度计算出粉盒运动至放置点时的位置参数P2（x2，y2），计算位于该放置点时粉盒相对于粉盒轮廓模型在x、y方向的偏移量dx2、dy2和旋转角度θ2；结合模型的位置参数计算出机械臂抓取件运送粉饼到位于放置点的粉盒上需要移动的距离Dx2、Dy2和旋转角度γ；控制夹头夹持粉饼运动至放置点处等待粉盒到达，再将粉饼放置在粉盒的设定位置上完成装配。
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