CN110328666A - 识别系统及物料拾取机构 - Google Patents

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宋广
娄玉仙
李昌洪
江惠宇
陈贤碧
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Abstract

本发明公开了识别系统，包括升降机构、视觉系统、控制箱，视觉系统设于升降机构上并随升降机构一起升降，控制箱控制升降机构升降以及控制视觉系统采集图像，并判断图像是否清晰。一种物料拾取机构，包括上述识别系统、机械手、货物装载机构、景深标定柱，景深标定柱上设有标定圆，景深标定柱的数量至少为四个，每件景深标定柱上的标定圆的高度相同，标定圆设于相机的景深范围内，控制箱控制机械手运动，货物装载机构设于机械手下方，景深标定柱设于货物装载机构旁侧。采用价格较低的定焦相机，通过相机的自动升降来适应景深变化；结合标定圆的设置，实现视觉系统的自适应标定，对自适应景深问题的解决具有普适性，确保对摄物的识别准确可靠。

Description

识别系统及物料拾取机构
技术领域
本发明涉及机器人识别领域，尤其涉及识别系统及物料拾取机构。
背景技术
相机景深是指拍摄场景中被摄物体呈现出清晰图像的范围。当被摄物体距离相机焦平面小于景深的最小值或大于景深的最大值时，相机无法捕捉到清晰的被摄物体图像。影响景深的因素包括容许弥散圆直径、焦距、镜头的使用光圈值、对焦距离等。
手眼协同机器人采用相机对物料进行识别，识别模式包括EYE-TO-HAND模式和EYE-IN-HAND模式，其中，EYE-TO-HAND模式布置较为方便，且可以利用机械手操作间隙实施物体影像捕捉，较为高效，工业应用较多。但是EYE-TO-HAND模式的景深容易受到环境条件影响，导致不能清晰成像。例如，当采用EYE-TO-HAND模式进行箱装物料识别时，随着物料取放，箱体内的物料与相机的距离会发生变化，当物料与相机的距离超出能够清晰成像的景深范围时，会导致物料成像模糊，手眼协同机器人无法确定物料的形状和位置，从而导致机械手抓取失败。为了应对这种问题，可以采用搭载自动变焦系统的相机对物料进行识别，通过镜头的自动拉伸来调整景深，但是这种相机价格高，实际应用较少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：1、现有的识别系统，无法自动调整景深以适应被摄物体与相机之间距离的变化；2、现有的物料拾取机构，物料与相机间的距离会发生变化，物料与相机的距离超出相机的景深范围的情况下，会导致物料识别失败，不能拾取物料。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
识别系统，包括升降机构、视觉系统、控制箱，所述视觉系统设于所述升降机构上并随所述升降机构一起升降，所述控制箱控制所述升降机构升降，所述控制箱控制所述视觉系统采集图像，所述控制箱识别所述视觉系统采集的图像并判断所述图像是否清晰。
所述识别系统的识别方法，包括以下步骤：
S1、视觉系统采集外设目标物图片，并将所述图片传送给控制箱；
S2、控制箱识别所述图片并判断所述图片是否清晰；
S3、如果图片清晰，则完成识别；如果图片不清晰，则控制箱控制升降机构上升或下降，然后返回S1。
本发明的识别系统，可以通过调节视觉系统的高度来调节视觉系统与被摄物的距离，最终将被摄物与视觉系统的距离调节至视觉系统的景深范围内，采集到清晰的被摄物图片。
判定视觉系统采集的图像是否清晰的方法，现有技术提供了可行的技术方案，例如，专利号为CN201710178827.5，名称为一种图像清晰度识别方法、身份认证方法及装置的中国专利提出了，一种图像清晰度识别方法、身份认证方法及装置，在图像采集条件满足时采集人脸图像，计算所述人脸图像的清晰度指数，若清晰度小于或等于第一阈值，说明所述人脸图像清晰，则将所述人脸图像发送给身份认证装置，以进行后续的图像比对，从而认证用户身份；若清晰度大于第一阈值，说明所述人脸图像不够清晰，无法作为人脸图像比对的依据，则需要重新采集人脸图像的技术方案。在本申请中，录入被摄物在景深范围的两个端值的图像，以上述两个图像的清晰度作为清晰度的阈值即可。
进一步地，所述视觉系统包括两台等高度设置的相机。如此，可以构成双摄识别系统，提高识别准确度。
可选地，升降机构包括竖向设置的支架、与所述支架滑动连接的安装架、与所述安装架传动连接的丝杆、与所述丝杆传动连接的第一电机，第一电机与所述支架固接，所述控制箱控制所述第一电机启动或关闭，且所述控制箱控制所述第一电机输出的动力的旋向。第一电机输出的旋向不同，则丝杆的旋向不同，与丝杆传动的链接的安装架可以沿着丝杆和支架向上或向下移动，从而带动视觉系统上下移动。
可选地，还包括平移机构，所述安装架上设有第二电机，还包括与所述第二电机传动连接的水平传送带，所述传送带上固接有相机载架，所述相机设于所述相机载架上。水平调节视觉系统的位置，也可以调节视觉系统与被摄物之间的距离，有可能将被摄物纳入视觉系统的景深范围。
进一步地，所述平移机构包括与所述安装架固接的两件限位块，两件所述限位块分别设于所述相机载架的左侧和右侧。该结构用于避免相机载架从安装架上跌落。
本发明还提供一种物料拾取机构，包括上述识别系统，还包括机械手、货物装载机构、景深标定柱，所述景深标定柱上设有标定圆，所述景深标定柱的数量至少为四个，每件景深标定柱上的标定圆的高度相同，所述标定圆设于所述相机的景深范围内，所述控制箱控制所述机械手运动，所述货物装载机构设于所述机械手下方，所述景深标定柱设于所述货物装载机构旁侧。
本物料拾取机构中，优选地标定圆的数量为六个，可以减小坐标转换过程中的。取一个标定圆的圆心为原点建立世界坐标系，测量其余五个圆的圆心的世界坐标，机械手具有其本身的坐标系，在此称为机器坐标系，用机械手测量六个标定圆的圆心的机器坐标，由于已知六个标定圆的圆心的世界坐标，由此可以建立世界坐标系与机器坐标系的转换关系。
相机自身为中心的坐标系称为相机坐标，在视觉系统的位置已经调整好，使得被摄物能够被拍出清晰图像的情况下，利用视觉系统对被摄物和标定圆进行位置感知，得到被摄物、标定圆的相机坐标，由于已知标定圆的机器坐标，因而可以求出相机坐标系与机器坐标系的转换关系，从而可以根据被摄物的相机坐标推算出被摄物的机器坐标，控制箱根据被摄物的机器坐标调整机械手，实现准确抓取被摄物的功能，也就是抓取货物装载机构中的货物。
世界坐标系与相机坐标系之间的关系可用旋转矩阵与平移向量来描述，平移向量为3*1行向量，旋转矩阵为3*3单位正交矩阵。旋转矩阵与平移向量共有十二个未知数，一个空间对应点可以得到三个方程，因此四个对应点就可以求出旋转矩阵和平移向量。所以标定圆的数量至少为四个，已知六个标定圆的圆心在相机坐标系和世界坐标系的三维坐标，可以求出相机坐标系到世界坐标系的转换，采用六个点而不是四个点来求转换关系，是因为多个点可以使结果更加精确。
进一步地，所述标定圆的高度介于所述货物装载机构的最高点与最低点的高度之间。货物的位置需要在标定圆的位置附近，才能保证相机同时识别出清晰的货物图像和标定圆图像，以获得相机的世界坐标和货物的相机坐标。
可选地，货物装载机构为AGV小车，所述控制箱控制所述AGV小车运动。AGV小车：即Automated Guided Vehicle小车，指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，是一种运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电的蓄电池为动力来源。
本发明的有益效果是：1、视觉系统可以自动调整高度，采用价格较低的定焦相机，通过相机的自动升降来适应景深变化；2、视觉系统的升降自由度，结合标定圆的设置，实现视觉系统的自适应标定，对自适应景深问题的解决具有普适性，确保对摄物的识别准确可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1是本发明的前视图；
图2是本发明的俯视图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1至图2，这是本发明的实施例，具体地：
识别系统：包括升降机构、视觉系统、控制箱6，所述视觉系统设于所述升降机构上并随所述升降机构一起升降，所述控制箱6控制所述升降机构升降，所述控制箱6控制所述视觉系统采集图像，所述控制箱6识别所述视觉系统采集的图像并判断所述图像是否清晰。所述视觉系统包括两台等高度设置的相机21。升降机构包括竖向设置的支架11、与所述支架11滑动连接的安装架12、与所述安装架12传动连接的丝杆13、与所述丝杆13传动连接的第一电机10，第一电机10与所述支架11固接，所述控制箱6控制所述第一电机10启动或关闭，且所述控制箱6控制所述第一电机10输出的动力的旋向。还包括平移机构，所述安装架12上设有第二电机70，还包括与所述第二电机70传动连接的水平传送带71，所述传送带71上固接有相机载架22，所述相机21设于所述相机载架22上。两件所述限位块72分别设于所述相机载架22的左侧和右侧。
物料拾取机构：包括所述的识别系统，还包括机械手4、货物装载机构5、景深标定柱3，所述景深标定柱3上设有标定圆，所述景深标定柱3的数量至少为四个，每件景深标定柱3上的标定圆的高度相同，所述标定圆设于所述相机21的景深范围内，所述控制箱6控制所述机械手4运动，所述货物装载机构5设于所述机械手4下方，所述景深标定柱3设于所述货物装载机构5旁侧。所述标定圆的高度介于所述货物装载机构5的最高点与最低点的高度之间。货物装载机构5为AGV小车，所述控制箱6控制所述AGV小车运动。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包括在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.识别系统，其特征在于：包括升降机构、视觉系统、控制箱(6)，所述视觉系统设于所述升降机构上并随所述升降机构一起升降，所述控制箱(6)控制所述升降机构升降，所述控制箱(6)控制所述视觉系统采集图像，所述控制箱(6)识别所述视觉系统采集的图像并判断所述图像是否清晰。
2.根据权利要求1所述的识别系统，其特征在于：所述视觉系统包括两台等高度设置的相机(21)。
3.根据权利要求1所述的识别系统，其特征在于：升降机构包括竖向设置的支架(11)、与所述支架(11)滑动连接的安装架(12)、与所述安装架(12)传动连接的丝杆(13)、与所述丝杆(13)传动连接的第一电机(10)，第一电机(10)与所述支架(11)固接，所述控制箱(6)控制所述第一电机(10)启动或关闭，且所述控制箱(6)控制所述第一电机(10)输出的动力的旋向。
4.根据权利要求1所述的识别系统，其特征在于：还包括平移机构，所述安装架(12)上设有第二电机(70)，还包括与所述第二电机(70)传动连接的水平传送带(71)，所述传送带(71)上固接有相机载架(22)，所述相机(21)设于所述相机载架(22)上。
5.根据权利要求4所述的识别系统，其特征在于：所述平移机构包括与所述安装架(12)固接的两件限位块(72)，两件所述限位块(72)分别设于所述相机载架(22)的左侧和右侧。
6.物料拾取机构，其特征在于：包括如权利要求1所述的识别系统，还包括机械手(4)、货物装载机构(5)、景深标定柱(3)，所述景深标定柱(3)上设有标定圆，所述景深标定柱(3)的数量至少为四个，每件景深标定柱(3)上的标定圆的高度相同，所述标定圆设于所述相机(21)的景深范围内，所述控制箱(6)控制所述机械手(4)运动，所述货物装载机构(5)设于所述机械手(4)下方，所述景深标定柱(3)设于所述货物装载机构(5)旁侧。
7.根据权利要求7所述的物料拾取机构，其特征在于：所述标定圆的高度介于所述货物装载机构(5)的最高点与最低点的高度之间。
8.根据权利要求7所述的物料拾取机构，其特征在于：货物装载机构(5)为AGV小车，所述控制箱(6)控制所述AGV小车运动。
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