一种基于双相机的机器人无序抓取装置及方法与流程

本发明涉及机器视觉技术领域，尤其涉及一种基于双相机的机器人无序抓取装置及方法。

背景技术：

随着《中国制造2025》的逐步推进，工业机器人广泛应用于3C和物流行业的抓取、分拣等作业中。机器视觉作为实现机器人这些作业的关键技术，其可以代替人眼对被操作物体进行测量和判断，获取操作物体的颜色与位姿等信息，提高机器人生产的柔性和自动化程度。目前工业环境经常存在物体堆积、杂乱无序放置的情况，而采用传统的机器人抓取或分拣方法，往往存在识别物体信息不准确，抓取或分拣成功率低的问题，严重影响了机器人作业效率和增大了企业生产成本。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于双相机的机器人无序抓取装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于双相机的机器人无序抓取装置，包括工作台、取料盒、吸盘、机器人、支架、机器视觉系统和放料盒。

所述取料盒和放料盒间隔设置在所述工作台上，所述机器人设置在所述工作台上，并位于所述取料盒和放料盒之间，所述吸盘设置在所述机器人的执行器上；所述支架设置在所述工作台上靠近所述取料盒一端，所述机器视觉系统设置在所述工作台上，且所述机器视觉系统、吸盘和机器人分别与外部控制柜电连接；目标物体放置在所述取料盒中，外部控制柜通过所述机器视觉系统控制所述机器人运动，同时控制所述吸盘无序抓取所述取料盒内的目标物体，并放置到所述放料盒内。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种基于双相机的机器人无序抓取装置，通过及其视觉系统能够获知无序堆叠的待抓取物体在三维位置与姿态信息来实现机器人的无序抓取与有序放置过程，具有结构紧凑、抓取成功率高、放置精度高、成本低及便于操作等优点，可实现抓取过程的自动化和智能化。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述机器视觉系统包括第一相机和第二相机，所述第一相机设置在所述支架上，所述第一相机的镜头朝下设置，且所述第一相机的镜头位于所述取料和的上方，所述第二相机设置在所述支架上，且所述第二相机的镜头侧向对着所述吸盘位置处，所述第一相机、第二相机均与外部控制柜电连接。

进一步：所述机器视觉系统还包括光源，所述光源设置在所述支架的顶部，且所述光源与外部控制柜电连接。

进一步：所述机器人为六自由度机器人。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于双相机的机器人无序抓取方法，包括如下步骤：

步骤1：视觉系统获取所述取料盒内无序堆放目标物体的图像信息；

步骤2：中央处理器根据所述目标物体的图像信息识别任意一个所述目标物体的抓取点，并确定所述抓取点在机器人的坐标系内的三维位姿信息；

步骤3：所述中央处理器根据所述抓取点在机器人的坐标系内的三维位姿信息控制机器人抓取该目标物体；

步骤4：所述视觉系统获取机器人已抓取的目标物体的图像，识别其中心点，并确定所述中心点在机器人坐标系内的三维位姿信息；

步骤5：所述中央处理器根据所述中心点在机器人坐标系内的三维位姿信息将目标物体准确有序的放置到放料盒内。

本发明的基于双相机的机器人无序抓取方法，集成了工业机器人和双相机视觉系统，可以实现物体的快速无序抓取和精确放置，显著提高系统的集成化和自动化水平；采用机器视觉和图像处理算法，可以实现对不同形状、各种放置物体的快速稳定的无序抓取。

附图说明

图1为本发明的一种基于双相机的机器人无序抓取装置结构示意图；

图2为本发明的一种基于双相机的机器人无序抓取方法流程示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、工作台，2、取料盒，3、目标物体，4、吸盘，5、机器人，6、支架，7、光源，8、第一相机，9、第二相机，10、放料盒。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种基于双相机的机器人无序抓取装置，包括工作台1、取料盒2、吸盘4、机器人5、支架6、机器视觉系统和放料盒10。

具体地，所述取料盒2和放料盒10间隔设置在所述工作台1上，所述机器人5设置在所述工作台1上，并位于所述取料盒2和放料盒10之间，所述吸盘4设置在所述机器人5的末端执行器上；所述支架6设置在所述工作台1上靠近所述取料盒2一端，所述机器视觉系统设置在所述支架6上，且所述机器视觉系统、吸盘4和机器人5分别与外部控制柜电连接；目标物体3放置在所述取料盒2中，外部控制柜5通过所述机器视觉系统控制所述机器人5运动，同时控制所述吸盘4无序抓取所述取料盒2内的目标物体3，并放置到所述放料盒10内。

本实施例中，所述机器视觉系统包括第一相机8和第二相机9，所述第一相机8设置在所述支架6上，所述第一相机8的镜头朝下设置，且所述第一相机8的镜头位于所述取料和2的上方，所述第二相机9设置在所述支架6上，且所述第二相机9的镜头侧向对着所述吸盘4位置处，所述第一相机8、第二相机9均与外部控制柜电连接。通过所述第一相机8可以准确获取取料盒2内无序堆放目标物体3的图像；通过所述第二相机9可以准确获取机器人5已抓取目标物体3的图像，且所述第一相机8和第二相机9组成的所述机器视觉系统可以对工作台10上的目标物体3进行整体和局部识别。

优选地，作为本发明的一个实施例，所述机器视觉系统还包括光源7，所述光源7设置在所述支架6的顶部，且所述光源7与外部控制柜电连接。通过所述光源7可以辅助所述第一相机8清晰地获取取料盒2内无序堆放目标物体3的图像，以及辅助所述第二相机9清晰地获取机器人5已抓取目标物体3的图像，从而使得中央处理器获取目标物体3的抓取点和中心点的三维坐标，从而便于所述机器人5更加精准的对目标物体3进行抓取和放置。

本实施例中，所述机器人5为六自由度机器人。

本发明的基于双相机的机器人无序抓取装置的工作过程更具体为：所述第一相机8获取所述取料盒2内无序堆放目标物体3的图像，并发给位于控制柜内的中央处理器，中央处理器利用图像处理算法识别任意一个目标物体3的抓取点，并确定所述抓取点在三维坐标系内的三维位姿信息；中央处理器根据所述抓取点在三维坐标系内的位姿信息控制机器人抓取该目标物体3，同时，所述第二相机9获取机器人5已抓取的目标物体3的图像，识别其中心点，并确定所述中心点在机器人5坐标系内的三维位姿信息，同时发给中央处理器，所述中央处理器将抓取的目标物体3的抓取点和中心点在机器人坐标系内的三维位姿信息转换到目标物体3坐标系内的三维位姿信息，并通过抓取点和中心点在目标物体3坐标系内的三维坐标进行偏差补偿，从而将目标物体5准确有序的放置到放料盒10内。

本发明提出了一种基于双相机的机器人无序抓取装置，具有如下优点：

1、集成了工业机器人和双相机视觉系统，可以实现物体的快速无序抓取和精确放置，显著提高系统的集成化和自动化水平；

2、结构紧凑、抓取成功率高、放置精度高、成本低及便于操作等优点，可在机器人生产线上完成各种放置物体的无序抓取和有序放置任务，也可在极限或者有害的环境下代替人工和人眼实现灵活、精确、快速、高重复度的抓取操作；

3、可以实现对不同形状的目标物体进行快速稳定无序抓取和有序放置，效率较高，大大降低了人工成本。

如图2所示，一种基于双相机的机器人无序抓取方法，包括如下步骤：

步骤1：所述视觉系统获取所述取料盒2内无序堆放目标物体3的图像信息；

步骤2：所述中央处理器根据所述目标物体3的图像信息识别任意一个所述目标物体的抓取点，并确定所述抓取点在机器人5的坐标系内的三维位姿信息；

步骤3：所述中央处理器根据所述抓取点在机器人5的坐标系内的三维位姿信息控制机器人5抓取该目标物体3；

步骤4：所述视觉系统获取机器人5已抓取的目标物体3的图像，识别其中心点，并确定所述中心点在机器人5坐标系内的三维位姿信息，

步骤5：所述中央处理器根据所述中心点在机器人5坐标系内的三维位姿信息将目标物体5准确有序的放置到放料盒10内。

本实施例中，所述视觉系统包括第一相机8和第二相机9，所述步骤1中，通过设置在所述支架6上的第一相机8获取所述取料盒2内无序堆放目标物体3的图像信息；所述步骤4中，通过设置在所述支架6上的第二相机9获取机器人5已抓取的目标物体3的图像。通过所述第一相机8可以准确获取取料盒2内无序堆放目标物体3的图像；通过所述第二相机9可以准确获取机器人5已抓取目标物体3的图像，且所述第一相机8和第二相机9组成的所述机器视觉系统可以对工作台10上的目标物体3进行整体和局部识别。

本实施例中，所述步骤5的具体实现为：所述中央处理器将已抓取的目标物体3的抓取点和中心点在机器人5的坐标系内的三维位姿信息转换到目标物体3的坐标系内，并通过抓取点和中心点在目标物体3坐标系内的位姿偏差进行偏差补偿，并将目标物体5准确有序的放置到放料盒10内。

实际中，由于取料盒2内的目标物体3是无序堆放的，其最佳吸取位置不一定是其中心，所以最佳吸取位置与其中心点通常都存在一定的偏差，因此需要做一定的偏差补偿。

将已抓取的目标物体3的抓取点和中心点在机器人5的坐标系内的三维位姿信息转换到目标物体3的坐标系内，沿着所述目标物体3的坐标系的x方向和y方向分别进行补偿，z方向保持不变，然后机器人5根据补偿后的抓取点和中心点的三维位姿信息控制机器人将目标物体5准确有序的放置到放料盒10内。

本发明的基于双相机的机器人无序抓取方法，集成了工业机器人和双相机视觉系统，可以实现物体的快速无序抓取和精确放置，显著提高系统的集成化和自动化水平；采用机器视觉和图像处理算法，可以实现对不同形状、各种放置物体的快速稳定的无序抓取。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。