一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放装置和方法与流程

本发明涉及机器视觉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放装置和方法及方法。

背景技术：

平面物体的流水线搬运是工业生产中重要的一环，在搬运过程中，需要对所搬运的物体进行整齐摆放。传统的整理方法为人工操作，随着制造业的繁荣，现代工厂的制造能力已经大大提升，人工整理已经远远不能满足自动化生产的需求，不仅如此，长期的工作会造成人眼疲劳，影响摆放的精度。随着机器视觉检测理论与算法不断成熟，高像素工业相机和镜头等硬件设施的不断完善，使得采用自动化的定位摆放代替传统的人工操作成为可能。同时利用机器视觉的空间感知能力和机器人空间搬运能力，能够实现平面物体的自动抓取摆放，在给作业工人去除包袱的同时提高了对平面物体摆放的准确率，并且可以很大程度的提高效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明目的是提供一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放装置和方法，用来解决上述所列举的问题，本发明设计合理，功能齐全，使用方便可靠，高精度，高效率。

一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放装置，包括包括传送装置1、电脑显示屏2、面阵ccd3、led条形光源4、环形编码器5、装置支撑架6、机器人7、机器人控制柜8、摆放台9、控制箱10以及底座11，所述装置支撑架6为长方体的框架构件，包括竖直设置的固定架，固定架的下端固定在底座11上，固定架的上端设置有第一横梁61、第二横梁62以及第三横梁63，方便安装其他组件，所述传送装置1安装在底座上，且一部分设于装置支撑架6中，另一部分位于装置支撑架6外，沿着长方体的下表面的长度方向进行设置；传送装置1具有传送带12，传送带12也沿着长方体的下表面的长度方向进行设置，第一横梁61位于所述长方体的上表面的靠近传送装置1的所述另一部分的宽上，第二横梁62位于所述长方体的上表面长边上，第三横梁63的两端分别固定于所述长方体的上表面的个两宽上，所述控制箱10内部包括电脑主机和电源；所述机器人7安装在传送带12的正上方，并且固定于装置支撑架6的第三横梁63上；所述电脑显示屏2固定在装置支撑架6的第二横梁62上；所述环型编码器5在传送带12的一个侧面，与所述第二横梁62在同一侧面，实时记录环形编码器5的值并反馈值给上位机处理，所述摆放台9在传送带12的另一个侧面。

进一步地，所述面阵ccd3安装在传送带12的正上方，并且固定于装置支撑架6的第一横梁61上。

进一步地，所述led条形光源4在传送带12两侧对称分布，分别成45度角安装，条形光源的长度为所抓取平面物体长度的1.5～2倍，辅助面阵ccd3拍摄打光。

进一步地，所述控制箱10在传送带12的下方，所述控制箱10内的电脑主机分别与面阵ccd3和机器人控制柜8相连接。

进一步地，所述机器人控制柜8与控制箱10并排放置，与机器人7相连接。

进一步地，所述机器人7用来接收上位机指令，进而对传送带12上的平面物体进行抓取。

进一步地，所述控制箱10内的电脑主机与面阵ccd3的图像采集卡相连接，并实时通过上位机处理图像信息，发送指令至机器人控制柜8。

一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放方法，包括以下步骤：

s1：开启面阵ccd3、led条形光源4、环型编码器5及机器人控制电源，面阵ccd3采集标定图像进行相机标定，得到标定矩阵m；

s2：读取环型编码器5的值m1，开启传送带12移动距离d，读取此时环型编码器5的值m2，由(m2-m1)/d得出编码器系数s，传送带12的移动距离d为15厘米～20厘米；

s3：开启传送带12，面阵ccd3实时采集图像，当平面物体在进入面阵ccd3识别区域，通过c++编写的算法进行平面物体定位，获取平面物体中心的像素坐标，通过标定矩阵m将像素坐标转换至世界坐标(x，y)；

s4：实时读取环型编码器5的值m，由(m-m1)*s+x实时跟踪平面物体的运动并计算平面物体位置坐标，m1是步骤s2首次读取的环型编码器5的值；

s5：将s4得出的平面物体位置坐标实时发送至机器人7，当平面物体进入机器人7抓取区域，机器人7根据坐标值对平面物体进行抓取摆放。

进一步地，所述标定矩阵m如下：

其中，u和v为标定点图像像素坐标，xw，yw，zw为标定点世界坐标。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)本发明提供了一种可对平面物体进行抓取摆放的装置，能以较快的响应速度和较高的摆放精度对传动带上的平面物体进行抓取摆放，可显著提升摆放效率，具有摆放速度快和摆放精度高等优点；

(2)本发明所述的基于视觉定位的平面物体抓取摆放装置，还具有结构简单和操作简便等优点；

(3)本发明所述的基于视觉定位的平面物体抓取摆放装置和方法，能够适应各种工作环境，在高温，阴暗等条件下依然稳定工作，并能保持较高的摆放精度。

附图说明

图1是本发明一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放装置和方法的结构示意图；

图2是本发明一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放装置和方法的流程图；

图3是本发明一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放装置和方法的侧面视角结构示意图；

图中：1-传送装置、2-电脑显示屏、3-面阵ccd、4-led光源、5-环型编码器、6-装置支撑架、61-第一横梁、62-第二横梁、63-第三横梁、7-机器人、8-机器人控制柜、9-摆放台、10-控制箱、11-底座、12-传送带。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1和图3，本发明提供了一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放装置和方法，一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放装置包括一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放装置，包括包括传送装置1、电脑显示屏2、面阵ccd3、led条形光源4、环形编码器5、装置支撑架6、机器人7、机器人控制柜8、摆放台9、控制箱10以及底座11，所述装置支撑架6为长方体的框架构件，包括竖直设置的固定架，固定架的下端固定在底座11上，固定架的上端设置有第一横梁61、第二横梁62以及第三横梁63，方便安装其他组件，所述传送装置1安装在底座上，且一部分设于装置支撑架6中，另一部分位于装置支撑架6外，沿着长方体的下表面的长度方向进行设置；传送装置1具有传送带12，传送带12也沿着长方体的下表面的长度方向进行设置，第一横梁61位于所述长方体的上表面的靠近传送装置1的所述另一部分的宽上，第二横梁62位于所述长方体的上表面长边上，第三横梁63的两端分别固定于所述长方体的上表面的个两宽上。

所述控制箱10内部包括电脑主机和电源；所述机器人7安装在传送带12的正上方，并且固定于装置支撑架6的第三横梁63上；所述电脑显示屏2固定在装置支撑架6的第二横梁62上；所述环型编码器5在传送带12的一个侧面，与所述第二横梁62在同一侧面，实时记录环形编码器5的值并反馈值给上位机处理，所述摆放台9在传送带12的另一个侧面。

所述面阵ccd3安装在传送带12的正上方，并且固定于装置支撑架6的第一横梁61上。

所述led条形光源4在传送带12两侧对称分布，分别成45度角安装，条形光源的长度为所抓取平面物体长度的1.5～2倍，辅助面阵ccd3拍摄打光。

所述摆放台9在靠近机器人7的传送带12一侧；所述控制箱10在传送带12的下方，所述控制箱10内的电脑主机分别与面阵ccd3和机器人控制柜8相连接。

所述机器人控制柜8与控制箱10并排放置，与机器人7相连接。

所述机器人7用来接收上位机指令，进而对传送带12上的平面物体进行抓取，本实施例中所述上位机为电脑上的客户端处理软件。

所述控制箱10内的电脑主机与面阵ccd3的图像采集卡相连接，并实时通过上位机处理图像信息，发送指令至机器人控制柜8。

具体操作步骤如下：首先打开控制箱电源，传送装置1、面阵ccd3、led条形光源4、环形编码器5、机器人本体7及机器人控制柜8开始工作，将平面物体放置于传送带12上并沿着传送带12方向运动，当平面物体进入面阵ccd3的拍摄视野内，电脑主机将面阵ccd3拍摄到的图像实时显示在电脑显示屏2上，采集到的图像也会被发送至上位机处理得到平面物体中心的空间坐标，同时实时读取环型编码器5的值并发送给上位机软件进行处理。然后通过上位机跟踪平面物体在传送带12上的运动并计算平面物体中心点位置坐标反馈给机器人控制柜8，实时引导机器人7进行平面物体的自动抓取摆放。

一种基于视觉定位的平面物体自动抓取摆放方法，如图2所示，包括以下步骤：

s1：开启面阵ccd3、led条形光源4、环型编码器5及机器人控制电源，面阵ccd3采集标定图像进行相机标定，得到标定矩阵m如下：

其中，u和v为标定点图像像素坐标，xw，yw，zw为标定点世界坐标。

在进行相机标定的步骤中，使用的标定板为棋盘格标定板，标定板放置于面阵ccd3视野中央，标定板的x轴和y轴分别与面阵ccd3视野的水平和纵向平行。所采集的标定图像应清晰可见，为了简化相机标定的流程，在本实例中，使用改进的九点标定法，随机选择标定图像中棋盘格的九个点，并记录九个点对应的棋盘格上的实际坐标进行矩阵求解。

s2：读取环型编码器5的值m1，开启传送带12移动距离d，读取此时环型编码器5的值m2，由(m2-m1)/d得出编码器系数s，传送带12的移动距离d为15厘米～20厘米；

s3：开启传送带12，面阵ccd3实时采集图像，当平面物体在进入面阵ccd3识别区域，通过c++编写的算法进行平面物体定位，获取平面物体中心的像素坐标，通过标定矩阵m将像素坐标转换至世界坐标(x，y)；

面阵ccd3识别区域可预先设置，识别区域设置小于面阵ccd3的拍摄视野，并将传送带12宽边完全包括在内。在本实例中，图像处理算法可以为阈值分割、轮廓提取等，具体采用何种图像处理算法本发明实例不做唯一性限定。

s4：实时读取环型编码器5的值m，由m-m1*s+x实时跟踪平面物体的运动并计算平面物体位置坐标，m1是步骤s2首次读取的环型编码器5的值；

s5：将s4得出的平面物体位置坐标实时发送至机器人7，当平面物体进入机器人7抓取区域，机器人7根据坐标值对平面物体进行抓取摆放。

在此步骤中，机器人抓取区域可预先设置，抓取区域设置小于机器人的最大臂展区域，此外，抓取区域将传送带宽边完全包括在内。机器人摆放位置可随意设定。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。