CN113080155A - 蚕蛹蛹体拾取装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蚕蛹蛹体拾取装置，包括机座、设置于机座上的第一旋转电机、设置于第一旋转电机输出轴上的第二旋转电机、沿第二旋转电机输出轴轴向方向移动的可伸缩单元以及设置于可伸缩单元上的拾取单元；所述可伸缩单元的伸缩方向与第二旋转电机输出轴轴向方向垂直。一种蚕蛹蛹体拾取方法，包括：通过计算拾取参数，使得蚕蛹蛹体拾取装置的第一旋转电机、第二旋转电机以及气缸根据所述拾取参数进行三轴联动，实现对蚕蛹蛹体的精确拾取。本发明解决了蚕蛹这类特殊生物体的加持和转移难题，保证了在不伤害蛹体的情况下，安全、精准地拾取蚕蛹蛹体，且响应速度快、效率高。

Description

蚕蛹蛹体拾取装置及方法

技术领域

本发明涉及蚕蛹蛹体领域，具体涉及一种蚕蛹蛹体拾取装置及方法。

背景技术

目前使用机器视觉识别蚕蛹尾部性腺，仿人眼识别性腺的方法，需要对单个蚕蛹蛹体进行加持、转移的高精度拾取操作。但现有的技术并不能有效实现对蚕蛹蛹体的高精度拾取，同时由于蚕蛹蛹体为类椭球的生物体，体表柔软易破损，且活体具有一定的活动能力，则对处于输送工作台上的蚕蛹蛹体的拾取方式、拾取流程和拾取装置的设计提出了很大的挑战。因此，提出一种高精度的蚕蛹蛹体拾取装置和拾取方法对高效、精确识别蚕蛹尾部性腺特征具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供蚕蛹蛹体拾取装置及方法，能够对蚕蛹蛹体进行精确拾取，同时，节省了拾取等待时间，而且响应速度快、效率高。

本发明的蚕蛹蛹体拾取装置，包括机座、设置于机座上的第一旋转电机、设置于第一旋转电机输出轴上的第二旋转电机、沿第二旋转电机输出轴轴向方向移动的可伸缩单元以及设置于可伸缩单元上的拾取单元；所述可伸缩单元的伸缩方向与第二旋转电机输出轴轴向方向垂直。

进一步，所述第二旋转电机的输出轴为丝杆。

进一步，所述可伸缩单元包括通过丝杆螺母与丝杆连接的气缸以及与气缸连接的电磁阀。

进一步，所述拾取单元包括设置于气缸伸缩杆上的第三旋转电机、设置于第三旋转电机输出轴上的真空吸嘴以及与真空吸嘴连接的真空发生器。

进一步，所述真空吸嘴为与蚕蛹蛹体相适形的形状。

一种蚕蛹蛹体拾取方法，包括如下步骤：

S1.确定输送工作台上蚕蛹蛹体i的重心物理坐标以及旋转角；

S2.根据蚕蛹蛹体i的重心物理坐标以及旋转角，确定第一旋转电机的旋转角度α、丝杠螺母的移动距离r、气缸的伸出长度d以及第三旋转电机的旋转角度θ₃；

S3.调整第一旋转电机的旋转角度为α、调整丝杆螺母与第二旋转电机的距离为r、调整第三旋转电机的旋转角度为θ₃以及调整气缸的伸出长度为d，使得真空吸嘴到达蚕蛹蛹体i所在的位置；

S4.开启真空发生器，使得真空吸嘴吸住蚕蛹蛹体i。

进一步，根据如下步骤确定输送工作台上蚕蛹蛹体i的重心物理坐标：

S11.确定蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素坐标：

其中，x_pi为蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素横坐标；y_pi为蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素纵坐标；f_i(x,y)为蚕蛹蛹体i的灰度值；f(x,y)为任意蚕蛹蛹体的灰度值；i为蚕蛹蛹体编号；x为横坐标；y为纵坐标；

S12.对所述蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素坐标进行换算处理，得到蚕蛹蛹体i的坐标(x'_i,y'_i)；其中，x'_i为蚕蛹蛹体i的重心物理横坐标，y'_i为蚕蛹蛹体i的重心物理纵坐标；

S13.将蚕蛹蛹体i重心位置的蛹体厚度s'_i作为蚕蛹蛹体i的第三坐标值，得到蚕蛹蛹体i的重心物理坐标(x'_i,y'_i,s'_i)。

进一步，根据如下公式确定输送工作台上蚕蛹蛹体i的旋转角：

θ'_i＝180-θ_ni；

其中，θ'_i为相对于相机坐标系x轴正方向的蚕蛹蛹体i的旋转角；θ_ni为相对于相机坐标系x轴负方向的蚕蛹蛹体i的旋转角；所述θ_ni为：

进一步，根据如下公式确定第一旋转电机的旋转角度α、丝杠螺母的移动距离r、气缸的伸出长度d以及第三旋转电机的旋转角度θ₃：

其中，x₀、y₀以及z₀分别为设置于输送工作台的相机的视野三维空间坐标系在机座三维空间坐标系下的X轴坐标值、Y轴坐标值以及Z轴坐标值；h为第二旋转电机与机座之间的距离；d₀为气缸复位情况下，真空吸嘴与气缸之间的距离。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种蚕蛹蛹体拾取装置及方法，通过建立拾取装置坐标系与蚕蛹输送工作台坐标系的仿射映射关系，以此计算出第一旋转电机的旋转角度、丝杠螺母的移动距离、气缸的伸出长度以及第三旋转电机的旋转角度，并通过第一旋转电机、第二旋转电机以及气缸的三轴联动，实现对蚕蛹蛹体的精确拾取，解决了蚕蛹这类特殊生物体的加持和转移难题，保证了在不伤害蛹体的情况下，安全、精准地拾取蚕蛹蛹体，且响应速度快、效率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的蚕蛹蛹体拾取装置与蚕蛹视觉测量系统示意图；

图2为本发明的蚕蛹蛹体拾取装置与输送工作台的俯视示意图；

图3为本发明的用于计算拾取参数的坐标系设置示意图；

图4为本发明的机座与输送工作台的坐标关系示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图所示：

本发明的蚕蛹蛹体拾取装置，包括机座、设置于机座上的第一旋转电机、设置于第一旋转电机输出轴上的第二旋转电机、沿第二旋转电机输出轴轴向方向移动的可伸缩单元以及设置于可伸缩单元上的拾取单元；所述可伸缩单元的伸缩方向与第二旋转电机输出轴轴向方向垂直。如图1所示，所述第一旋转电机为电机1，所述第二旋转电机为电机2，所述第三旋转电机为电机3。

通过第一旋转电机、第二旋转电机以及可伸缩单元的三轴联动，使得拾取单元能够对蚕蛹蛹体进行精确拾取，同时，节省了拾取等待时间，而且响应速度快、效率高。

本实施例中，所述第二旋转电机的输出轴为丝杆。

本实施例中，所述可伸缩单元包括通过丝杆螺母与丝杆连接的气缸以及与气缸连接的电磁阀。其中，所述电磁阀用于控制气缸的伸缩；通过第二旋转电机带动丝杆旋转，使得丝杠螺母沿丝杠长度方向做平移运动，而与丝杆螺母固定连接的气缸则与丝杠螺母保持同步，从而能够使得气缸能够到达设定的目标位置。

本实施例中，所述拾取单元包括设置于气缸伸缩杆上的第三旋转电机、设置于第三旋转电机输出轴上的真空吸嘴以及与真空吸嘴连接的真空发生器。其中，所述真空发生器用于调节真空吸嘴吸力的大小；通过真空吸嘴来吸附蚕蛹蛹体，使得在拾取过程中不会伤害蚕蛹蛹体，保证了蚕蛹蛹体的完整与安全。

本实施例中，所述真空吸嘴为与蚕蛹蛹体相适形的形状，使得真空吸嘴不仅能够吸附住蚕蛹蛹体，而且保证了吸附不会对蚕蛹蛹体形成伤害。一般地，蚕蛹蛹体为类椭球的生物体，蚕蛹蛹体上表面为一个近似的椭圆形，则所述真空吸嘴可为椭圆形，从而能够使得同为椭圆形的真空吸嘴能够更好地、稳定地吸附住蚕蛹蛹体。

需要说明的是，为了保证上述拾取装置的正常运行，还包括用于控制各部件运作的工业控制系统，所述工业控制系统用于对所述第一旋转电机、第二旋转电机以及第三旋转电机进行伺服控制，并控制真空发生器以及电磁阀的启停。所述工业控制系统采用现有技术，在此不再赘述。

一种基于蚕蛹蛹体拾取装置的蚕蛹蛹体拾取方法，包括如下步骤：

S1.确定输送工作台上蚕蛹蛹体i的重心物理坐标以及旋转角；

S2.根据蚕蛹蛹体i的重心物理坐标以及旋转角，确定第一旋转电机的旋转角度α、丝杠螺母的移动距离r、气缸的伸出长度d以及第三旋转电机的旋转角度θ₃；

S3.调整第一旋转电机的旋转角度为α、调整丝杆螺母与第二旋转电机的距离为r、调整第三旋转电机的旋转角度为θ₃以及调整气缸的伸出长度为d，使得真空吸嘴到达蚕蛹蛹体i所在的位置；

S4.开启真空发生器，使得真空吸嘴吸住蚕蛹蛹体i。

本实施例中，步骤S1采用基于图像处理的蚕蛹视觉测量系统来确定输送工作台上蚕蛹蛹体i的重心物理坐标以及旋转角。其中，所述蚕蛹视觉测量系统包括图像采集单元以及图像处理单元；所述图像采集单元采集输送工作台上的蚕蛹蛹体图像信息；所述图像处理单元接收图像采集单元采集的所述蚕蛹蛹体图像信息，并对所述蚕蛹蛹体图像信息进行处理，输出蚕蛹蛹体i的重心物理坐标以及旋转角。

如图1所示，所述图像采集单元包括工业相机、图像采集卡、背光光源发生器以及背光控制器；所述工业相机获取蚕蛹蛹体图像信息并输出至图像采集卡，所述图像采集卡用于控制工业相机拍摄，并将接收到的蚕蛹蛹体图像信息输出至图像处理单元；其中，所述图像采集卡通过开启或关闭工业相机的开关来控制工业相机的拍摄，所述工业相机用于对输送工作台上的蚕蛹蛹体进行成像；所述背光光源发生器通过发射背光，使得蚕蛹蛹体成像不受蚕蛹表面纹理影响，进而得到蛹体轮廓清晰的图像，所述背光控制器用于控制背光光源发生器的发光强度；所述背光光源发生器采用现有的背光光源发生设备，在此不再赘述。所述图像处理单元包括处理器以及显示器；所述处理器接收图像采集卡输出的蚕蛹蛹体图像信息，并对所述蚕蛹蛹体图像信息进行处理得到蚕蛹蛹体i的重心物理坐标以及旋转角；所述显示器对蚕蛹蛹体i的重心物理坐标以及旋转角等信息进行显示。

根据如下步骤确定输送工作台上蚕蛹蛹体i的重心物理坐标：

S11.确定蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素坐标：

其中，x_pi为蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素横坐标；y_pi为蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素纵坐标；f_i(x,y)为蚕蛹蛹体i的灰度值；f(x,y)为任意蚕蛹蛹体的灰度值；i为蚕蛹蛹体编号；x为横坐标；y为纵坐标；

S12.对所述蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素坐标进行换算处理，得到蚕蛹蛹体i的坐标(x'_i,y'_i)；其中，x'_i为蚕蛹蛹体i的重心物理横坐标，y'_i为蚕蛹蛹体i的重心物理纵坐标；其中，通过对工业相机进行标定得到标定文件，并根据标定文件采用现有技术对所述蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素坐标进行换算处理，得到蚕蛹蛹体i的坐标(x'_i,y'_i)；

S13.将蚕蛹蛹体i重心位置的蛹体厚度s'_i作为蚕蛹蛹体i的第三坐标值，得到蚕蛹蛹体i的重心物理坐标(x'_i,y'_i,s'_i)。

本实施例中，根据如下公式确定输送工作台上蚕蛹蛹体i的旋转角：

θ'_i＝180-θ_ni；

其中，θ'_i为相对于相机坐标系x轴正方向的蚕蛹蛹体i的旋转角，本实施例中，所述θ'_i为蚕蛹蛹体i首尾的连线与相机坐标系x轴正方向的夹角；θ_ni为相对于相机坐标系x轴负方向的蚕蛹蛹体i的旋转角，本实施例中，所述θ_ni为蚕蛹蛹体i首尾的连线与相机坐标系x轴负方向的夹角；所述θ_ni为：

本实施例中，步骤S2中，将拾取装置标定到机座坐标系0-xyz下，蚕蛹视觉测量系统也标定到机座坐标系0-xyz下，根据坐标系空间变换原理和统一坐标系下的等价关系，可以计算出第一旋转电机的旋转角度α、丝杠螺母的移动距离r、气缸的伸出长度d以及第三旋转电机的旋转角度θ₃。

具体地，如图3所示，首先在电机1、电机2、气缸、真空吸嘴、蚕蛹蛹体分别设定坐标系0-xyz、0₁-x₁y₁z₁、0₂-x₂y₂z₂、0₃-x₃y₃z₃、0'-x'y'z'，蚕蛹视觉测量系统坐标以输送工作台相机视野区域为准，设为坐标系0₄-x₄y₄z₄。测量得到电机2与机座之间的距离为h，并在气缸复位情况下，测量真空吸嘴距离气缸的距离为d₀。

因此，在真空吸嘴拾取蛹体的坐标为：

经蚕蛹视觉测量系统测算的蚕蛹输送工作台上蚕蛹蛹体i的重心物理坐标为(x'_i,y'_i,s'_i)，其中，s'_i为测量的蚕蛹蛹体i重心位置的蛹体厚度，同一品种的蛹体厚度为一定值，不同蚕蛹品种为不同值。如图4所示，输送工作台相机视野区域0₄-x₄y₄z₄在机座坐标系0-xyz下为(x₀,y₀,z₀)，因此有：

在拾取蚕蛹蛹体时，(x₃,y₃,z₃,1)＝(x'_i,y'_i,z'_i,1)，因此计算得到：

本实施例中，步骤S3中，通过所述工业控制系统，调整第一旋转电机的旋转角度为α、调整丝杆螺母与第二旋转电机的距离为r、调整第三旋转电机的旋转角度为θ₃，从而使得真空吸嘴的长度方向与蚕蛹蛹体i的长度方向一致，并使得真空吸嘴到达蚕蛹蛹体i的正上方；然后调整气缸的伸出长度为d，使得真空吸嘴到达蚕蛹蛹体i所在的位置。

本实施例中，步骤S4中，开启真空发生器，使得真空吸嘴吸住蚕蛹蛹体i，从而精确、安全地拾取到蚕蛹蛹体。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种蚕蛹蛹体拾取装置，其特征在于：包括机座、设置于机座上的第一旋转电机、设置于第一旋转电机输出轴上的第二旋转电机、沿第二旋转电机输出轴轴向方向移动的可伸缩单元以及设置于可伸缩单元上的拾取单元；所述可伸缩单元的伸缩方向与第二旋转电机输出轴轴向方向垂直。

2.根据权利要求1所述的蚕蛹蛹体拾取装置，其特征在于：所述第二旋转电机的输出轴为丝杆。

3.根据权利要求2所述的蚕蛹蛹体拾取装置，其特征在于：所述可伸缩单元包括通过丝杆螺母与丝杆连接的气缸以及与气缸连接的电磁阀。

4.根据权利要求3所述的蚕蛹蛹体拾取装置，其特征在于：所述拾取单元包括设置于气缸伸缩杆上的第三旋转电机、设置于第三旋转电机输出轴上的真空吸嘴以及与真空吸嘴连接的真空发生器。

5.根据权利要求4所述的蚕蛹蛹体拾取装置，其特征在于：所述真空吸嘴为与蚕蛹蛹体相适形的形状。

6.一种基于权利要求1-5任意一项的蚕蛹蛹体拾取方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.确定输送工作台上蚕蛹蛹体i的重心物理坐标以及旋转角；

S2.根据蚕蛹蛹体i的重心物理坐标以及旋转角，确定第一旋转电机的旋转角度α、丝杠螺母的移动距离r、气缸的伸出长度d以及第三旋转电机的旋转角度θ₃；

S3.调整第一旋转电机的旋转角度为α、调整丝杆螺母与第二旋转电机的距离为r、调整第三旋转电机的旋转角度为θ₃以及调整气缸的伸出长度为d，使得真空吸嘴到达蚕蛹蛹体i所在的位置；

S4.开启真空发生器，使得真空吸嘴吸住蚕蛹蛹体i。

7.根据权利要求6所述的蚕蛹蛹体拾取方法，其特征在于：根据如下步骤确定输送工作台上蚕蛹蛹体i的重心物理坐标：

S11.确定蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素坐标：

其中，x_pi为蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素横坐标；y_pi为蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素纵坐标；f_i(x,y)为蚕蛹蛹体i的灰度值；f(x,y)为任意蚕蛹蛹体的灰度值；i为蚕蛹蛹体编号；x为横坐标；y为纵坐标；

S12.对所述蚕蛹蛹体i的ROI图像区域的重心像素坐标进行换算处理，得到蚕蛹蛹体i的坐标(x′_i,y′_i)；其中，x′_i为蚕蛹蛹体i的重心物理横坐标，y′_i为蚕蛹蛹体i的重心物理纵坐标；

S13.将蚕蛹蛹体i重心位置的蛹体厚度s′_i作为蚕蛹蛹体i的第三坐标值，得到蚕蛹蛹体i的重心物理坐标(x′_i,y′_i,s′_i)。

8.根据权利要求6所述的蚕蛹蛹体拾取方法，其特征在于：根据如下公式确定输送工作台上蚕蛹蛹体i的旋转角：

θ′_i＝180-θ_ni；

其中，θ′_i为相对于相机坐标系x轴正方向的蚕蛹蛹体i的旋转角；θ_ni为相对于相机坐标系x轴负方向的蚕蛹蛹体i的旋转角；所述θ_ni为：

9.根据权利要求6所述的蚕蛹蛹体拾取方法，其特征在于：根据如下公式确定第一旋转电机的旋转角度α、丝杠螺母的移动距离r、气缸的伸出长度d以及第三旋转电机的旋转角度θ₃：

其中，x₀、y₀以及z₀分别为设置于输送工作台的相机的视野三维空间坐标系在机座三维空间坐标系下的X轴坐标值、Y轴坐标值以及Z轴坐标值；h为第二旋转电机与机座之间的距离；d₀为气缸复位情况下，真空吸嘴与气缸之间的距离。

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