一种机器人智能分拣工件的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种机器人智能分拣工件的装置及方法，属于自动化【技术领域】，包括机器人、视觉识别机构和料盘。视觉设别机构包括摄取置于料盘上的工件及料盘的图像的工业相机和识别图像中工件周边区域是否发生干涉的控制器，工业相机与控制器相连，控制器与机器人相连，控制器控制机器人通过手爪抓取料盘上的工件。如果图像中工件周边区域没有发生干涉，控制器控制机器人通过手爪抓取料盘上的工件。本发明的技术方案确保了机器人安全稳定、连续可靠地自动完成工件抓取操作，使得整个机器人系统具有更高的智能性、安全稳定性，扩大了机器人的应用范围和工作环境。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于机械自动化【技术领域】，涉及一种分拣工件的装置，尤其涉及一种机器 人智能分拣工件的装置及方法。 -种机器人智能分拣工件的装置及方法
【背景技术】
[0002] 目前，由于现有技术和系统的机器人在抓取工件时，无法检测和判别出手爪是否 会与被抓取工件周边的其他工件发生运动干涉。因此，为了避免机器人抓取工件时发生运 动干涉，在现有技术条件下，通常是将工件首先整齐地放置在特定的料盘中，使得工件彼此 间有足够大的间距，从而保证了手爪在抓取工件时不会碰到周围的其他工件。
[0003] 现有技术和系统的机器人手爪抓取工件时，可能会由于相邻工件距离过近或部分 重叠而造成手爪的手指与相邻工件发生运动干涉。如图1中所示，由于A、B、C三个工件相 距过近，手爪以图示姿势抓取其中任何一个工件时，手爪的手指都会与相邻工件发生运动 干涉，即手指与工件发生碰撞，这将会造成工件、手爪，甚至机器人的损坏。
[0004] 因此，现有技术和系统的分拣工件的装置首先需将工件整齐并有足够大的间距的 放置在料盘中，或者某种卡具中，不能随意地算乱放置。这导致系统中需要料盘，还需要人 工将工件整齐地放置在料盘中，这造成了生产成本增加，自动化程度降低。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种避免运动干涉发生的实现装置及实现方法，使得整 个机器人系统具有更高的智能性、安全稳定性，扩大了机器人的应用范围和工作环境，使机 器人系统能够完成过去所不能完成的任务。
[0006] 为达到上述目的，具体技术方案如下：
[0007] -方面，提供了一种机器人智能分拣工件的装置，用于随机摆放的工件的分拣，包 括机器人、视觉识别机构和料盘，所述工件置于所述料盘上，所述机器人上设有抓取工件的 手爪，所述视觉设别机构包括摄取置于料盘上的工件及料盘的图像的工业相机和识别所述 图像中工件周边区域是否发生干涉的控制器，所述工业相机与所述控制器相连，所述控制 器与所述机器人相连，所述控制器控制所述机器人通过所述手爪抓取所述料盘上的工件。
[0008] 优选的，所述料盘上与所述工件相邻的表面的灰度值与所述工件的灰度值不同。
[0009] 优选的，当所述控制器识别所述图像中工件周边区域的灰度值与所述料盘的灰度 值相同时，所述控制器控制手爪抓取料盘上的工件。
[0010] 优选的，所述控制器识别的所述图像中工件的周边区域等于或大于所述手爪的抓 取部的截面积。
[0011] 优选的，所述料盘上还设有旋转机构，所述旋转机构驱动所述料盘及置于所述料 盘上的工件旋转。
[0012] 优选的，当所述控制器识别所述图像中工件周边区域的灰度值与所述料盘的灰度 值不同时，所述旋转机构驱动所述料盘及置于所述料盘上的工件旋转。
[0013] 优选的，所述料盘上还设有震动机构，当所述控制器识别所述图像中工件周边区 域的灰度值与所述料盘的灰度值不同时，所述震动机构驱动所述料盘震动。
[0014] 优选的，还包括工件料仓，所述工件料仓与所述料盘相连。
[0015] 优选的，还包括传送带，所述工件料仓通过所述传送带与所述料盘相连。
[0016] 另一方面，提供了一种如上述的机器人智能分拣工件的装置的分拣工件方法，包 括如下步骤：
[0017] 步骤1，将所述工件随机置于所述料盘上；
[0018] 步骤2,所述视觉设别机构中的工业相机摄取包括置于料盘上的工件及料盘的图 像；
[0019] 步骤3,所述视觉设别机构中的控制器识别所述图像中工件周边区域是否发生干 涉；
[0020] 步骤4,如果图像中工件周边区域没有发生干涉，所述控制器控制所述机器人通过 所述手爪抓取所述料盘上的工件。
[0021] 相对于现有技术，本发明的技术方案确保了机器人安全稳定、连续可靠地自动完 成工件抓取操作，使得整个机器人系统具有更高的智能性、安全稳定性，扩大了机器人的应 用范围和工作环境，使机器人系统能够完成过去所不能完成的任务。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0023] 图1是现有技术分拣工件的结构示意图；
[0024] 图2是本发明实施例的装置的结构示意图；
[0025] 图3是本发明实施例的手爪的结构示意图；
[0026] 图4是本发明实施例的工件摆放不干涉的结构示意图；
[0027] 图5是本发明实施例的工件摆放干涉的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028] 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作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。
[0029] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。
[0030] 以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。
[0031] 如图2中所示的本发明的实施例的机器人智能分拣工件的装置，用于随机摆放的 工件1的分拣。其包括机器人2、视觉识别机构和料盘3。工件1置于料盘3上。并结合如 图3中所示，机器人2上设有抓取工件1的手爪4。视觉设别机构包括摄取包括置于料盘3 上的工件1及料盘3的图像的工业相机5和识别图像中工件1周边区域是否发生干涉的控 制器。工业相机5与控制器相连，控制器与机器人2相连。控制器控制机器人2通过手爪 4抓取料盘3上的工件1。
[0032] 本发明的实施例的机器人智能分拣工件方法，包括如下步骤：
[0033] 步骤1，将工件1随机置于料盘3上；
[0034] 步骤2,视觉设别机构中的工业相机5摄取包括置于料盘3上的工件及1料盘3的 图像；
[0035] 步骤3,视觉设别机构中的控制器识别图像中工件1周边区域是否发生干涉；
[0036] 步骤4,如果图像中工件周边区域没有发生干涉，控制器控制机器人2通过手爪4 抓取料盘3上的工件1。
[0037] 本发明实施例确保了机器人安全稳定、连续可靠地自动完成工件抓取操作，使得 整个机器人系统具有更高的智能性、安全稳定性，扩大了机器人的应用范围和工作环境，使 机器人系统能够完成过去所不能完成的任务。
[0038] 本发明的实施例中的干涉是指当手爪抓取目标工件时，而与目标工件的周边发生 物件发生碰撞。因此本发明的实施例在机器人抓取工件前，必须检测并判断是否会发生上 述运动干涉情况。只有确定手爪在整个抓取过程中都不会与相邻工件发生运动干涉，机器 人才可以实施抓取操作。
[0039] 如图3中所示，本发明的实施例优选机器人的手爪4为二指平动手爪，并优选工件 1为螺钉。分别如图4和图5中所示，在图4中，三颗螺钉整齐排列放置；在图5中，三颗螺 钉散乱放置。
[0040] 假定机器人当前要抓取图4中螺钉11和图4中的螺钉14,手爪从螺钉的正上方坚 直落下进行抓取。手爪闭合前，手爪的两个手指在螺钉放置平面内的投影区域分别为a和 b，如图4中的a和b区域所示。对于图4所示的螺钉11放置情况，两个手指运动轨迹的投 影区域a和b均没有被周边其他工件遮挡，因此螺钉11能够被无干涉地抓取。对于图5所 示的螺钉14放置情况，两个手指运动轨迹的投影区域a和b分别被螺钉13和螺钉15部分 遮挡，因此手爪在抓取螺钉14时，一侧手指会碰到螺钉13,另一侧手指会碰到螺钉15,即手 爪会与被抓取螺钉14两侧的其他工件发生运动干涉。
[0041] 因此，在本发明的实施例使用二指平动手爪抓取螺钉类工件时，若手爪闭合前，两 个手指在螺钉放置平面内的投影区域a和b未被其他工件遮挡，则螺钉可被安全无干涉地 抓取；若投影区域被其他工件部分遮挡，则手爪会与被抓取螺钉两侧的其他工件发生运动 干涉，即手爪无法安全地进行抓取操作。本发明的实施例通过检测螺钉周边区域，优选为左 右两侧的手指投影区域a和b的遮挡情况，及周边区域等于或大于手爪4的抓取部的截面 积，以此作为判断是否能够安全抓取该螺钉的条件。
[0042] 如图2中所示，在本发明的实施例中，优选通过机器视觉的方法，即使用工业相机 5拍摄待抓取的工件，通过控制器的图像识别的方法来确定工件的位置和干涉情况。
[0043] 对于图4所示的状态，工业相机5拍照后a和b区域在照片中的图像是螺钉所在 料盘上表面的图像；对于图5所示的状态，相机拍照后a和b区域在照片中的图像一部分是 临近螺钉表面的图像，另一部分是料盘3上表面的图像。当螺钉表面图像与料盘3上表面 图像的区别比较大时，就可以通过视觉检测技术判断出有无干涉情况发生。
[0044] 此外，在本发明的实施例中，优选通过灰度值的比较进行判断是否具有区别。在工 业相机5拍摄出的照片中，当螺钉表面图像灰度值与料盘3上表面图像灰度值区别明显时， 图4中螺钉11和图5中螺钉14的a、b区域的平均灰度值也必然会有所区别，通过检测a 和b区域的平均灰度值，即可判断出是否存在干涉的情况。
[0045] 另外，如图2中所示，在本本发明的实施例中，优选还包括料盘3上还设有旋转机 构和震动机构。当控制器识别图像中工件周边区域的灰度值与料盘3的灰度值不同时，旋 转机构驱动料盘3及置于料盘3上的工件1旋转，或者震动机构驱动料盘震动。优选的，还 包括工件料仓6和传送带7,工件料仓6通过传送带7与料盘3相连。
[0046] 如图2中所示，在本发明的实施例中，机器人2携带二指平动手爪4,借助机器视觉 的工业相机5,检测料盘3中的工件1。完成视觉识别，判别当手爪4去抓取检测到的工件 1时，是否会与周边的其他工件1发生运动干涉。如果发现有不发生运动干涉的工件1，则 机器人2直接去抓取工件1，然后放入指定的放置位置。
[0047] 如果视觉检测到的所有工件1都会造成抓取时运动干涉的发生，例如四颗螺钉彼 此紧挨在一起，手爪4在抓取任何一颗螺钉时都必然会碰撞到其他螺钉。此时，机器人2不 再执行抓取操作，控制器将让料盘3的震动机构工作，在震动机构驱动料盘3的震动作用 下，其表面放置工件1将发生随机移动，造成工件1位置变化，使得紧挨的螺钉彼此分离，这 样在抓取其中某颗螺钉时，手爪4和其他工件1可能就不会再发生运动干涉。
[0048] 当料盘3表面的视觉检测区域内的工件1减少到一定程度时，优选通过与工件1 灰度不同的面积之和大于预设值来进行判断，控制器将控制工件料仓6阀门开启，释放出 一定量的工件1，优选通过定时继电器控制，通过预先计算工件1穿过料口的定额量时间来 控制，工件1通过传送带7输送到料盘3上。再通过料盘3的旋转机构的旋转，将新补充的 工件转至工业相机5的视野范围内，这样该料盘工件拣选系统就能够安全稳定地连续自动 工作下去。
[〇〇49] 以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限 制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和 替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和 修改，都应涵盖在本发明的范围内。
【权利要求】
1. 一种机器人智能分拣工件的装置，适用于随机摆放的工件的分拣，其特征在于，包括 机器人、视觉识别机构和料盘，所述工件置于所述料盘上，所述机器人上设有抓取工件的手 爪，所述视觉设别机构包括摄取置于料盘上的工件及料盘的图像的工业相机和识别所述图 像中工件周边区域是否发生干涉的控制器，所述工业相机与所述控制器相连，所述控制器 与所述机器人相连，所述控制器控制所述机器人通过所述手爪抓取所述料盘上的工件。
2. 如权利要求1所述的机器人智能分拣工件的装置，其特征在于，所述料盘上与所述 工件相邻的表面的灰度值与所述工件的灰度值不同。
3. 如权利要求2所述的机器人智能分拣工件的装置，其特征在于，当所述控制器识别 所述图像中工件周边区域的灰度值与所述料盘的灰度值相同时，所述控制器控制手爪抓取 料盘上的工件。
4. 如权利要求3所述的机器人智能分拣工件的装置，其特征在于，所述控制器识别的 所述图像中工件的周边区域等于或大于所述手爪的抓取部的截面积。
5. 如权利要求4所述的机器人智能分拣工件的装置，其特征在于，所述料盘上还设有 旋转机构，所述旋转机构驱动所述料盘及置于所述料盘上的工件旋转。
6. 如权利要求5所述的机器人智能分拣工件的装置，其特征在于，当所述控制器识别 所述图像中工件周边区域的灰度值与所述料盘的灰度值不同时，所述旋转机构驱动所述料 盘及置于所述料盘上的工件旋转。
7. 如权利要求6所述的机器人智能分拣工件的装置，其特征在于，所述料盘上还设有 震动机构，当所述控制器识别所述图像中工件周边区域的灰度值与所述料盘的灰度值不同 时，所述震动机构驱动所述料盘震动。
8. 如权利要求7所述的机器人智能分拣工件的装置，其特征在于，还包括工件料仓，所 述工件料仓与所述料盘相连。
9. 如权利要求8所述的机器人智能分拣工件的装置，其特征在于，还包括传送带，所述 工件料仓通过所述传送带与所述料盘相连。
10. -种如权利要求1所述的机器人智能分拣工件的装置的机器人智能分拣工件方 法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，将所述工件随机置于所述料盘上； 步骤2,所述视觉设别机构中的工业相机摄取包括置于料盘上的工件及料盘的图像； 步骤3,所述视觉设别机构中的控制器识别所述图像中工件周边区域是否发生干涉； 步骤4,如果图像中工件周边区域没有发生干涉，所述控制器控制所述机器人通过所述 手爪抓取所述料盘上的工件。
【文档编号】B25J15/08GK104057459SQ201410294184
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】童粱, 杨恒亮, 王国平, 王企远 申请人:上海发那科机器人有限公司