CN207223988U - 基于双目视觉的机器人装配系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于双目视觉的机器人装配系统，包括：一机器人，该机器人为六自由度关节机器臂，六自由度关节机器臂末端设有用于拾取工件的柔性吸盘；两台左右相对设置的工业相机，两台工业相机利用双目视觉原理采集图像并识别定位机器人和工件的位姿信息；用于放置工件的物件放置箱；两台工业相机与六自由度关节机器臂通信连接，六自由度关节机器臂获取机器人和工件的位姿信息后进行相应的装配动作。采用柔性吸盘拾取工件，便于识别定位工件的位姿信息和调整位姿。本技术方案采用双目视觉工业相机来准确定位工件并控制六自由度关节机器臂调整工件位姿进行高效准确装配作业。

Description

基于双目视觉的机器人装配系统

技术领域

本实用新型属于工业机器人技术领域，尤其涉及一种基于双目视觉的机器人装配系统。

背景技术

目前生产线上应用的工业机器人大多是通过示教再现或预编程来实现机器人的操作，这样物体的初始位姿和终止位姿都是严格限定的，工业机器人只是完成点到点的任务动作，生产线的柔性较差，满足不了柔性生产线对物料输送和搬运的要求。在这种情况下，为了保证工业机器人顺利、高效地完成工作任务和减少生产准备时间，引入机器人视觉技术来实现对工作目标物体的识别和定位就显得很有必要。

双目立体视觉是基于视差原理，由多幅图像获取物体三维几何信息的方法。在机器视觉系统中，双目视觉一般由双摄像机从不同角度同时获取周围景物的两幅数字图像，或有由单摄像机在不同时刻从不同角度获取周围景物的两幅数字图像，并基于视差原理即可恢复出物体三维几何信息，重建周围景物的三维形状与位置。《基于双目视觉的机器人运动目标检测与定位》(沈阳工业大学学报，第38卷第4期，2016年7月)，《H—S直方图反向投影结合特征点提取的双目视觉定位算法》(控制理论与应用，第31卷第5期，2014年5月)提供了采用双目视差原理实现机器人和工件识别定位的算法。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的是提供一种基于双目视觉的机器人装配系统，采用双目视觉工业相机来准确定位工件并控制六自由度关节机器臂调整工件位姿进行高效准确装配作业。

为了达到上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

基于双目视觉的机器人装配系统，其特征在于，包括：一机器人，该机器人为六自由度关节机器臂，六自由度关节机器臂末端设有用于拾取工件的柔性吸盘；两台左右相对设置的工业相机，两台工业相机利用双目视觉原理采集图像并识别定位机器人和工件的位姿信息；用于放置工件的物件放置箱；两台工业相机与六自由度关节机器臂通信连接，六自由度关节机器臂获取机器人和工件的位姿信息后进行相应的装配动作。采用柔性吸盘拾取工件，便于识别定位工件的位姿信息和调整位姿。

作为优选，所述六自由度关节机器臂包括底座(11)，底座(11)上安装旋转部(12)，旋转部(12)由伺服驱动在水平面内旋转，旋转部(12)与摆臂(13)的一端铰接，摆臂(13)由伺服驱动在竖直面内上下摆动，摆臂(13)的另一端与旋转座(14)铰接，旋转座(14)由伺服驱动在竖直面内上下摆动，旋转座(14)与旋转臂(15)的一端活动连接，旋转臂(15)由伺服驱动相对于旋转座(14)转动，旋转臂(15)的转动轴线与旋转座(14)的转动轴线垂直，旋转臂(15)的另一端与末端部(16)的一端铰接，末端部(16)由伺服驱动相对于旋转臂(15)转动，末端部(16)的另一端安装用于拾取工件的柔性吸盘。采用这样结构的六自由度关节机器臂，结构简单，动作合理快速，方便工业相机布置和执行装配动作。

作为优选，所述六自由度关节机器臂设有多种通讯接口，支持Modbus通信或Socket通信，重复定位精度不高于0.5mm。

作为优选，所述工业相机是30万像素以上、每秒采集30帧以上图像的相机。

作为优选，所述工业相机距离放置工件的物件放置箱0.8-1.5m。

本实用新型由于采用了以上的技术方案，两台工业相机呈左右相对设置，实现对工件的检测和定位，并记录六自由度关节机器臂末端位置；两台工业相机分别与六自由度关节机器臂连接，采用双目视觉工业相机来准确定位工件和机器人末端的位姿信息，六自由度关节机器臂获取机器人和工件的位姿信息后进行相应的装配动作，这样装配作业高效准确。

附图说明

图1是本实用新型的装配作业示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示的一种基于双目视觉的机器人装配系统，包括：一机器人，该机器人为六自由度关节机器臂，六自由度关节机器臂末端设有用于拾取工件的柔性吸盘；两台左右相对设置的工业相机，两台工业相机利用双目视觉原理采集图像并识别定位机器人和工件的位姿信息；用于放置工件的物件放置箱；两台工业相机与六自由度关节机器臂通信连接，六自由度关节机器臂获取机器人和工件的位姿信息后进行相应的装配动作。

本实施例中，如图1所示，所述六自由度关节机器臂包括底座11，底座11上安装旋转部12，旋转部12由伺服驱动在水平面内旋转，旋转部12与摆臂13的一端铰接，摆臂13由伺服驱动在竖直面内上下摆动，摆臂13的另一端与旋转座14铰接，旋转座14由伺服驱动在竖直面内上下摆动，旋转座14与旋转臂15的一端活动连接，旋转臂15由伺服驱动相对于旋转座14转动，旋转臂15的转动轴线与旋转座14的转动轴线垂直，旋转臂15的另一端与末端部16的一端铰接，末端部16由伺服驱动相对于旋转臂15转动，末端部16的另一端安装用于拾取工件的柔性吸盘。所述六自由度关节机器臂编程接口丰富，支持Modbus通信或Socket通信，重复定位精度不高于0.5mm。立体视觉系统距离物体放置箱1m左右。所述工业相机是30万像素以上、每秒采集30帧以上图像的相机。

具体实施步骤分为系统标定，工件检测和定位，装配3个部分。

系统标定包括相机内外参数标定，相机机械手位置关系标定两部分。首先，利用上位机采集图像并记录标定所需的位姿数据。我们将标定板固定到机械臂末端，移动机械臂到某些点，并触发相机采像及记录机械臂末端位置。然后，利用采集的图像和位姿数据计算出相机的内参数，两相机间的相对位置，并同时计算出相机和机械臂机座的相对位置。

工件检测和定位：首先，在左相机图像中检测出工件。其次，左右相机图像进行矫正，这样同物体在左右视图中的行坐标相同，从而可以设定匹配区域。接着，在右视图匹配区域中搜索与左视图工件类型相同的工件。最后，通过匹配所得的视差结果进行工件定位以及优化补偿。具体过程和算法参见现有技术(本实用新型背景技术部分所列论文)。

装配是通过物体的3d位置和姿态信息，将工件调整到水平状态，并牵引到装配桩位置，完成装配。为简化此过程，使用了柔性吸盘，将机械臂工作面固定为水平。当吸住物体后，物体位姿自动变为水平。这样，只需要判断工件相对于装配桩的水平角度就可以进行装配作业。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于双目视觉的机器人装配系统，其特征在于，包括：

一机器人，该机器人为六自由度关节机器臂，六自由度关节机器臂末端设有用于拾取工件的柔性吸盘；

两台左右相对设置的工业相机，两台工业相机利用双目视觉原理采集图像并识别定位机器人和工件的位姿信息；

用于放置工件的物件放置箱；

两台工业相机与六自由度关节机器臂通信连接，六自由度关节机器臂获取机器人和工件的位姿信息后进行相应的装配动作。

2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的机器人装配系统，其特征在于，所述六自由度关节机器臂包括底座(11)，底座(11)上安装旋转部(12)，旋转部(12)由伺服驱动在水平面内旋转，旋转部(12)与摆臂(13)的一端铰接，摆臂(13)由伺服驱动在竖直面内上下摆动，摆臂(13)的另一端与旋转座(14)铰接，旋转座(14)由伺服驱动在竖直面内上下摆动，旋转座(14)与旋转臂(15)的一端活动连接，旋转臂(15)由伺服驱动相对于旋转座(14)转动，旋转臂(15)的转动轴线与旋转座(14)的转动轴线垂直，旋转臂(15)的另一端与末端部(16)的一端铰接，末端部(16)由伺服驱动相对于旋转臂(15)转动，末端部(16)的另一端安装用于拾取工件的柔性吸盘。

3.根据权利要求1所述的基于双目视觉的机器人装配系统，其特征在于，所述六自由度关节机器臂设有多种通讯接口，支持Modbus通信或Socket通信，重复定位精度不高于0.5mm。

4.根据权利要求1所述的基于双目视觉的机器人装配系统，其特征在于，所述工业相机是30万像素以上、每秒采集30帧以上图像的相机。

5.根据权利要求1中所述的基于双目视觉的机器人装配系统，其特征在于，所述工业相机距离放置工件的物件放置箱0.8-1.5m。