CN117104870A - 一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动化生产领域，具体公开一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，本案利用3D相机对鞋底进行三维模板和鞋底模板的制作，通过对各模板之间的识别将鞋底的位姿传到机械手，机械手再将周转箱内的无序堆放的鞋底抓取到传送带上，经过2D相机对流经传送带鞋底的识别，对鞋底面朝上的鞋底通过翻转机构将鞋底进行翻转，并运用应用点云等多种信息处理技术，本申请的设备实现了鞋底的自动抓取和自动翻转，提高制鞋的生产效率，具有较高的推广使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及自动化生产领域，具体公开一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备。
背景技术
现有的鞋底在生产流水传送带上流经大多是人工捡取的，包括鞋底分类和供料等环节，由于人工操作存在劳动强度大，效益相对低的问题。鞋底注塑成形后，需要有序摆放在流水传送带上，以进行涂胶等生产工序的流水作业，鞋底摆放在流水传送带的姿态需要区分鞋底正反面，如果鞋底反面朝上就妨碍了生产，需要手动再进行翻转，费时费力。对于捡拾鞋底的工人来说，长期从周转箱内拿出箱底要求正面放到流水传送带上很是辛苦。鉴于以上的需求，设计一种利用机械手配合3D相机进行无序抓取并且使用2D视觉检测鞋底正反面的设备及相关方法步骤，起到机器换人的目的。
发明内容
本发明的目的就是针对上述制鞋中需要人工捡取鞋底存在的劳动强度大，效益低的问题，特推出一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，其特征在于，包括有抓取工作台、视觉检测工作台、传送带和翻转机构，所述抓取工作台位于视觉检测工作台和传送带的侧边，抓取工作台上固定有3D相机和机械手，所述3D相机对周转箱内的众鞋底进行拍照，获取众鞋底三维点云信息，对采集的点云图进行处理，保存为三维模板；鞋底面朝上作为鞋底面朝上模板，鞋底正面朝上作为鞋底正面朝上模板，为鞋底模板；三维模板匹配算法获取待抓取的目标鞋底相对鞋底模板的位姿关系，将计算得到的待抓取鞋底的位姿信息发送给机械手；机械手抓取周转箱内无序堆放的鞋底放置到传送带上，传送带承接抓取工作台抓取的鞋底，视觉检测工作台设置在传送带的上方，翻转机构安装并横跨在传送带上，视觉检测工作台安装有2D相机，如果2D相机拍摄的是正面鞋底则传送带正常传输鞋底流过翻转机构，如果2D相机拍摄的鞋底面朝上则翻转机构将鞋底进行翻转。
进一步地，还包括有第一红外传感器和第二红外传感器，第一红外传感器和第二红外传感器设置在传送带上，第一红外传感器设置在视觉检测工作台前方，第一红外传感器检测到鞋底后通知视觉检测工作台启动拍照检测；第二红外传感器设置在翻转机构前方，当视觉检测工作台检测到鞋底朝上后通知翻转机构启动翻转动作，所述的视觉检测工作台通过模板匹配算法判断鞋底的正鞋底面。
进一步地，所述的翻转机构包括：旋转气缸、手指气缸和固定支架，固定支架固定在传送带的两侧边，旋转气缸固定在固定支架上，手指气缸固定在旋转气缸的旋转轴上，手指气缸由旋转气缸带动下可作翻转动作，当流经的是鞋底面朝上的鞋底需要翻转时，手指气缸夹住鞋底，由旋转气缸带动手指气缸作出180度翻转，翻转后的手指气缸松开鞋底。
进一步地，所述的三维模板是将需要抓取的同一种型号，同一种尺码的左脚或者右脚鞋底在3D相机下成像作为三维模板。
进一步地，在待抓取鞋底点云信息预处理中，对待抓取的鞋底拍摄的点云图进行姿态变换使其与机械手坐标系对齐，通过直通滤波提取点云信息的ROI(即感兴趣区域)，通过点云聚类分割，得到多个实例，通过实例的点云数量筛选出和鞋底的点云数量接近的实例，将实例保存为.ply格式的文件。
进一步地，在所述众鞋底三维点云信息预处理中，对待抓取的鞋底面拍摄的点云图进行姿态变换使其与机械手坐标系对齐，通过直通滤波提取点云信息的ROI，通过点云聚类分割，得到多个实例，通过实例的点云数量筛选出和鞋底的点云数量接近的实例。
进一步地，在获取的待抓取鞋底面点云信息和三维模板提取表面法线特征，这些特征能够描绘点云中的形状和几何结构，比较待匹配的场景点云数据和三维模板点云数据之间的特征相似性；找到最佳的特征匹配对后，使用这些匹配对来估计物体在场景中的位姿，即物体的平移和旋转变换；评估匹配的准确性，计算三维模板的特征点在相应的场景中有对应点的点数量和三维模板特征点的总点数之间的比值。
进一步地，所述视觉检测工作台包括有：2D相机、光源、上位机和相机支架，2D相机和光源固定在相机支架的上方，上位机嵌入到相机支架内，相机支架固定在传送带的侧边。
进一步地，在所述翻转机构中匹配模板制作：将鞋底正面朝上置于视觉检测工作台的2D相机的正下方，拍摄鞋底使其成像，使用该鞋底图像注册为匹配模板。
进一步地，当多个鞋底在传送带流经，第一红外传感器感应到鞋底通过，立即通知上位机拍照，由PMAlignTool算子根据上一步设置的匹配模板对抓拍的图像进行模板匹配，通过对匹配得到的目标分数判断鞋底的正反情况，若分数较高则不给翻转机构发送信号，若无结果则通知翻转机构将鞋底翻转后再放回传送带上。
相对于现有技术，本申请的有益效果是：本申请的方案利用3D相机对鞋底进行三维模板和鞋底模板的制作，通过对各模板之间的识别将鞋底的位姿传到机械手，机械手再将周转箱内的无序堆放的鞋底抓取到传送带线上，经过2D相机对流经传送带鞋底的识别，对出鞋底面朝上的鞋底通过翻转机构将鞋底进行翻转，应用点云等多种信息处理技术，实现鞋底的自动抓取和自动翻转，提高了生产效率，具有较高的推广使用价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备示意图；
图2为本发明实施例提供一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备的抓取工作台示意图；
图3为本发明实施例提供一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备视觉检测工作台示意图；
图4为本发明实施例提供一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备的翻转机构示意图；
图5为本发明实施例提供一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备的鞋底无序抓取步骤示意图；
图6为本发明实施例提供一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备的待抓取鞋底姿态获取步骤示意图；
图7为本发明实施例提供一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备的翻转机构的步骤示意图。
上述附图中的部件指代的编号如下：抓取工作台1，视觉检测工作台2，传送带3，翻转机构4，第一红外传感器5，第二红外传感器6，3D相机101，机械手102，桁架结构103，工控机104，2D相机201，光源202，上位机203，相机支架204，旋转气缸401，手指气缸402，固定支架403。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
参阅图1所示，图1为本发明实施例提供的一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，包括有抓取工作台1、视觉检测工作台2、传送带3、翻转机构4、第一红外传感器5和第二红外传感器6等。其中，抓取工作台1位于视觉检测工作台2和传送带3侧边，抓取工作台1用于抓取其上周转箱内无序堆放的鞋底放置到传送带3上，传送带3承接抓取工作台1抓取的鞋底，并让传送带3传送鞋底。视觉检测工作台2设置在传送带3的上方。翻转机构4安装并横跨在传送带3上。传送带3上设置有第一红外传感器5和第二红外传感器6，第一红外传感器5设置在视觉检测工作台2前方，第一红外传感器5检测到鞋底后通知视觉检测工作台2启动拍照检测；第二红外传感器6设置在翻转机构4前方，当视觉检测工作台2检测到鞋底朝上后通知翻转机构4启动翻转动作，翻转机构4将鞋底翻转后再放回到传送带3上。
结合图2，上述的抓取工作台1具体包括：3D相机101、机械手102、桁架结构103和工控机104等。桁架结构103中间为平面，可以放置周转箱，机械手102固定在桁架结构103上，3D相机101固定在桁架结构103的另一侧，3D相机101安装的高度高出机械手102。工控机104固定在桁架结构103上，并通过TCP/IP协议与机械手102电性连接，工控机104与3D相机101进行通讯。3D相机101对周转箱内部的无序堆放的鞋底进行拍照，并将点云信息发送给工控机104，工控机104通过3D视觉的方法将识别到的鞋底的位姿信息发送给机械手102，由机械手102将鞋底从周转箱中抓取后放置在传送带3上。
结合图3，本申请的视觉检测工作台2具体包括有：2D相机201、光源202、上位机203和相机支架204等。2D相机201和光源202固定在相机支架204的上方，上位机203嵌入到相机支架204内，相机支架204固定在传送带3的侧边。视觉检测工作台2通过鞋底模板匹配算法判断鞋底的正鞋底面，如果2D相机201拍摄的是正面鞋底则传送带3正常传输鞋底流过翻转机构4，如果2D相机201拍摄的是鞋底面朝上则翻转机构4将鞋底进行翻转。
结合图4，上述的翻转机构4具体包括：旋转气缸401、手指气缸402和固定支架403等。固定支架403固定在传送带3的两侧边，旋转气缸401固定在固定支架403上，手指气缸402固定在旋转气缸401的旋转轴上，手指气缸402由旋转气缸401带动下可作翻转动作。当流经的是鞋底面朝上的鞋底需要翻转时，手指气缸402夹住鞋底，由旋转气缸401带动手指气缸402作出180度翻转，翻转后的手指气缸402松开鞋底，将鞋底正面朝上放置在传送带3上，完成将鞋底面朝上的鞋底翻转到正面朝上的翻转过程。
在图5中，是发明实施例提供的一种机械手无序抓取鞋底的流程示意图，鞋底3D无序抓取方法包括以下步骤：
步骤S11、三维模板制作:将需要抓取的同一种型号，同一种尺码的左脚或者右脚鞋底在3D相机下成像作为三维模板。将鞋底正面朝上，摆放在桁架结构103的中间由3D相机101拍照，获取点云信息作为鞋底正面朝上模板并保存为鞋底模板；将鞋底面朝上，摆放在桁架结构103的中间由3D相机101拍照，获取点云信息作为鞋底面朝上模板并保存为鞋底模板，鞋底正面朝上模板和鞋底面朝上模板为两个鞋底模板的预制模板。
步骤S12、待抓取鞋底姿态获取：周转箱放置在桁架结构103的中间，3D相机101对周转箱内的众鞋底进行拍照，获取众鞋底三维点云信息，对采集的点云图进行处理，保存为三维模板，通过上述三维模板匹配算法获取待抓取的目标鞋底相对步骤S11中预制的鞋底模板的位姿关系。
步骤S13、机器人运动控制：机器人采用机械手102，通过TCP/IP通讯，将计算得到的待抓取鞋底的位姿信息发送给机械手102，由机械手102抓取周转箱内无序堆放的鞋底放置到传送带3上。
在上述的步骤S11中，对鞋底正面朝上模板和鞋底面朝上模板进行姿态变换使其与机械手坐标系对齐，通过直通滤波提取点云信息的ROI(即感兴趣区域)，通过点云聚类分割，得到多个实例，通过实例的点云数量筛选出和鞋底的点云数量接近的实例，将实例保存为.ply格式的文件。
结合图6，在上述的步骤S12具体包括有以下步骤：
步骤S121：待抓取鞋底点云信息预处理，对待抓取的鞋底拍摄的点云图进行姿态变换使其与机械手坐标系对齐，通过直通滤波提取点云信息的ROI，通过点云聚类分割，得到多个实例，通过实例的点云数量筛选出和鞋底的点云数量接近的实例。
步骤S122：特征提取，对步骤S121获取的待抓取鞋底面点云信息和步骤S11得到的三维模板提取表面法线特征，这些特征能够描绘点云中的形状和几何结构。
步骤S123：特征匹配，比较待匹配的场景点云数据和三维模板点云数据之间的特征相似性，场景点云数据是指经过所述步骤S121后获取的待抓取鞋底点云信息。
步骤S124：位姿估计，找到最佳的特征匹配对后，使用这些匹配对来估计物体在场景中的位姿，即物体的平移和旋转变换。
步骤S125：匹配评估，评估匹配的准确性，计算三维模板的特征点在相应的场景中有对应点的点数量和三维模板特征点的总点数之间的比值。
参阅图7，图7为本发明实施例提供的一种机械手抓取无序堆放鞋底的翻转机构4中包括以下步骤：
步骤S21：匹配模板制作：将鞋底正面朝上置于视觉检测工作台2的2D相机201的正下方，拍摄鞋底使其成像，使用该鞋底图像注册为匹配模板，匹配模板可以匹配现有市场上通用软件如VisionPro的PMAlignTool或其它形状匹配软件。
步骤S22：鞋底正反面检测：多个鞋底在传送带3流经，第一红外传感器5感应到鞋底通过，立即通知上位机203拍照，由PMAlignTool算子根据上一步设置的匹配模板对抓拍的图像进行模板匹配，通过对匹配得到的目标分数判断鞋底的正反情况，若分数较高则不给翻转机构4发送信号，若无结果则通知翻转机构4将鞋底翻转后再放回传送带3上。
以上所述仅为本申请的优选实施较佳方式之一，并不用以限制本发明，并非因此限制本申请的专利实施范围，凡是利用本申请说明书及附图内容的形状、结构、原理所作等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域；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，均涵盖包括在本申请的专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，其特征在于，包括有抓取工作台、视觉检测工作台、传送带和翻转机构，所述抓取工作台位于视觉检测工作台和传送带的侧边，抓取工作台上固定有3D相机和机械手，所述3D相机对周转箱内的众鞋底进行拍照，获取众鞋底三维点云信息，对采集的点云图进行处理，保存为三维模板；鞋底面朝上作为鞋底面朝上模板，鞋底正面朝上作为鞋底正面朝上模板，为鞋底模板；三维模板匹配算法获取待抓取的目标鞋底相对鞋底模板的位姿关系，将计算得到的待抓取鞋底的位姿信息发送给机械手；机械手抓取周转箱内无序堆放的鞋底放置到传送带上，传送带承接抓取工作台抓取的鞋底，视觉检测工作台设置在传送带的上方，翻转机构安装并横跨在传送带上，视觉检测工作台安装有2D相机，如果2D相机拍摄的是正面鞋底则传送带正常传输鞋底流过翻转机构，如果2D相机拍摄的鞋底面朝上则翻转机构将鞋底进行翻转。
2.根据权利要求1所述的一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，其特征在于，还包括有第一红外传感器和第二红外传感器，第一红外传感器和第二红外传感器设置在传送带上，第一红外传感器设置在视觉检测工作台前方，第一红外传感器检测到鞋底后通知视觉检测工作台启动拍照检测；第二红外传感器设置在翻转机构前方，当视觉检测工作台检测到鞋底朝上后通知翻转机构启动翻转动作，所述的视觉检测工作台通过模板匹配算法判断鞋底的正鞋底面。
3.根据权利要求1或2所述的一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，其特征在于，所述的翻转机构包括：旋转气缸、手指气缸和固定支架，固定支架固定在传送带的两侧边，旋转气缸固定在固定支架上，手指气缸固定在旋转气缸的旋转轴上，手指气缸由旋转气缸带动下可作翻转动作，当流经的是鞋底面朝上的鞋底需要翻转时，手指气缸夹住鞋底，由旋转气缸带动手指气缸作出180度翻转，翻转后的手指气缸松开鞋底。
4.根据权利要求1所述的一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，其特征在于，所述的三维模板是将需要抓取的同一种型号，同一种尺码的左脚或者右脚鞋底在3D相机下成像作为三维模板。
5.根据权利要求1所述的一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，其特征在于，在待抓取鞋底点云信息预处理中，对待抓取的鞋底拍摄的点云图进行姿态变换使其与机械手坐标系对齐，通过直通滤波提取点云信息的ROI(即感兴趣区域)，通过点云聚类分割，得到多个实例，通过实例的点云数量筛选出和鞋底的点云数量接近的实例，将实例保存为.ply格式的文件。
6.根据权利要求1所述的一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，其特征在于，在所述众鞋底三维点云信息预处理中，对待抓取的鞋底面拍摄的点云图进行姿态变换使其与机械手坐标系对齐，通过直通滤波提取点云信息的ROI，通过点云聚类分割，得到多个实例，通过实例的点云数量筛选出和鞋底的点云数量接近的实例。
7.根据权利要求6所述的一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，其特征在于，在获取的待抓取鞋底面点云信息和三维模板提取表面法线特征，这些特征能够描绘点云中的形状和几何结构，比较待匹配的场景点云数据和三维模板点云数据之间的特征相似性；找到最佳的特征匹配对后，使用这些匹配对来估计物体在场景中的位姿，即物体的平移和旋转变换；评估匹配的准确性，计算三维模板的特征点在相应的场景中有对应点的点数量和三维模板特征点的总点数之间的比值。
8.根据权利要求1所述的一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，其特征在于，所述视觉检测工作台包括有：2D相机、光源、上位机和相机支架，2D相机和光源固定在相机支架的上方，上位机嵌入到相机支架内，相机支架固定在传送带的侧边。
9.根据权利要求1或3所述的一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，其特征在于，在所述翻转机构中匹配模板制作：将鞋底正面朝上置于视觉检测工作台的2D相机的正下方，拍摄鞋底使其成像，使用该鞋底图像注册为匹配模板。
10.根据权利要求9所述的一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备，其特征在于，当多个鞋底在传送带流经，第一红外传感器感应到鞋底通过，立即通知上位机拍照，由PMAlignTool算子根据上一步设置的匹配模板对抓拍的图像进行模板匹配，通过对匹配得到的目标分数判断鞋底的正反情况，若分数较高则不给翻转机构发送信号，若无结果则通知翻转机构将鞋底翻转后再放回传送带上。
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| CN202311332564.0A CN117104870A (zh) | 2023-10-14 | 2023-10-14 | 一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311332564.0A CN117104870A (zh) | 2023-10-14 | 2023-10-14 | 一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117104870A true CN117104870A (zh) | 2023-11-24 |
Family
ID=88800395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311332564.0A Pending CN117104870A (zh) | 2023-10-14 | 2023-10-14 | 一种机械手抓取无序堆放鞋底的设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117104870A (zh) |
-
2023
- 2023-10-14 CN CN202311332564.0A patent/CN117104870A/zh active Pending
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