一种带有视觉自动纠偏功能的涂胶木板搬运机器人及方法与流程

本发明涉及板材制作过程中的生产线设备，具体的说，涉及一种板材生产中的自动上料装置。

背景技术

随着在生产制造中自动化的提高，以及板材在人们生活中需求量的不断增大，常见的人造板材有胶合板、细木工板、刨花板、中纤板等，板材制作工艺：滚筒涂胶、组坯、预压及热压、冷却、锯边、砂光。其中在组坯阶段涂胶木板能否准确无误的对接至关重要。

在木板从滚胶机中出来，通过输送机构，木板难免位置发生偏差，然而当前在组坯阶段还是用人工搬运木板，效率低，还没有一台自动化设备能够自动完成组坯。

技术实现要素：

本发明所要解决技术问题是在板材制作过程中提供了一种带有视觉自动纠偏功能的涂胶木板搬运机器人及方法来自动完成组坯阶段。

为解决上述问题，本发明提供了一种带有视觉自动纠偏功能的涂胶木板搬运机器人，包括木板前输送机构（1）、木板后传送机构（2）、木板搬运及纠偏机构（3）、木板角边缘识别系统（4）、机器人机架（5）、黑色背景台（6）；所述黑色背景台（6）在木板前输送机构（1）与木板后输送机构（2）中间；所述机器人机架（5）以黑色背景台（6）为中心架在木板前输送机构（1）和木板后输送机构（2）的上方；所述的木板搬运及纠偏机构（3）位于机器人机架（5）的上方；木板前输送机构（1）、木板后输送机构（2）、黑色背景台（6）的上表面在一个平面上；木板前输送机构（1）、木板后输送机构（2）、黑色背景台（6）、机器人机架（5）中心线共线；机器人机架（5）上平面与木板前输送机构（1）的上平面平行。

所述的木板搬运及纠偏机构（3）包括两条同步带长导轨（7）、两条同步带短导轨（9），丝杠螺母导轨（10），旋转机构（12），端拾器（14）；所述两条同步带长导轨（7）在机器人机架（5）上方；所述两条同步带短导轨（9）在两条同步带长导轨（7）的上方，与同步带长导轨（7）的运行方向垂直；所述丝杠螺母导轨（10）位于架在两条同步带短导轨（9）的横梁左侧，垂直于端拾器（14）所在底平面。

所述的旋转机构（12）包括θ伺服电机（13）、电机座（16）、l型连接件（15）、联轴器（17）、转轴（18）、轴承（19）、轴承盖（21）；端拾器（14）通过法兰（20）连接在旋转机构（12）末端；所述端拾器（14）下表面与木板前输送机构（1）上表面平行。

所述的木板角边缘识别系统（4），包括工业相机（24），保护罩（22），环形照明灯（23），其中工业相机（24）和环形照明灯（23）固定在保护罩（22）内部，保护罩（22）固定在黑色背景台（6）右侧。

所述木板角边缘识别系统（4）中的保护罩（22）可根据木板的大小，通过螺钉螺母（25）来提升或降低高度，进而获取最合适的视野范围。

所述木板前输送机构（1）前端还装有光电传感器（26），可根据木板的大小调整其左右两端的距离，使木板总在范围之内。

所述的一种带有视觉自动纠偏功能的涂胶木板搬运机器人还有原点位置与第二位置，其中原点位置是机器人启动位置及木板抓取位置，第二位置是木板检测位置。

一种涂胶木板搬运机器人的视觉自动纠偏方法，包括如下步骤：

1）用棋盘格标定板标定相机，角点提取，对拍摄到的棋盘格图像横纵两个方向计算梯度获得x轴和y轴，其相交点为原点，x轴与木板前输送机构（1）宽度方向平行；

2）木板搬运及纠偏机构（3）到达第二位置，此时记录下旋转机构（12）的旋转中心的位置（xrc,yrc），设定一个标准点（xsp,ysp），该标准点是自动纠偏后的标准位置；

3）记录下旋转中心点和标准点之后，控制工业相机（24）拍一张黑色背景，建立背景模型；

4）木板到达光电传感器（26）位置，机器人的丝杠螺母导轨（10）滑块下降，端拾器（14）吸起木板，然后从原点位置运行，到达第二位置，控制工业相机（24）进行拍照，利用帧差法计算当前图像与背景之差的绝对值，获得差值图像；

5）对差值图像进行中值滤波，threshold方法将图像信息二值化，获得二值图像；

6）对二值图像进行形态学图像处理，通过对图像膨胀再腐蚀消除木板上的黑色缺陷和裂缝，获得拟合图像；

7）使用高斯滤波，以平滑拟合图像，滤除噪声等完成边缘检测，对图像进行霍夫直线检测，并对检测到的所有直线进行分类，即x类、y类，对分类完成的直线进行拟合出两条直线，即lx、ly，并将两条直线坐标转换到真实坐标下；

8）求得lx与ly的交点（xn,yn），计算得出lx与x轴的夹角，与标准角度θb的差值就是偏差角度θl，传递给控制器，θ伺服电机（13）控制旋转机构（12）旋转，得到旋转之后的角坐标（xna,yna）,计算得出角坐标（xna,yna）与标准点（xsp,ysp）的偏差，传递给控制器，进而通过x伺服电机（8）控制短同步带导轨（9）和y伺服电机（11）控制同步带长导轨（7）完成相应的偏差弥补；

9）木板弥补到标准点位置之后，y伺服电机（11）带动同步带长导轨（7）把木板送到木板后输送机构（2）的相应位置，丝杠螺母导轨（10）滑块下降，端拾器（14）放下木板，丝杠螺母导轨（10）滑块抬升，回到原点位置，再从步骤4），以此循环，直到组坯完成。

所述得出lx与x轴的夹角，与标准角θb的差值就是偏差角度θl，计算如下：

xk=(y1-y2)/(x1-x2)（公式1）

θl=arctan(xk)-θb（公式2）

其中，xk是直线lx的斜率。

所述求得lx与ly的交点（xn,yn），计算如下：

xk=(y1-y2)/(x1-x2),yk=(y3-y4)/(x3-x4)（公式3）

b1=y1-xk*x1,b2=y3-yk*x3（公式4）

k=xk-yk（公式5）

xn=(b2-b1)/k,yn=(xk*b2-yk*b1)/k（公式6）

其中，点（x1，y1）、（x2，y2）是直线lx的端点，（x3，y3）、（x4，y4）是直线ly的端点，xk和yk分别是直线lx和ly的斜率。

所述得出旋转之后的角坐标（xna,yna）与标准点（xsp,ysp）的偏差xp和yp，计算如下：

tx=xn-xrc,ty=yn-yrc(公式7)

l=(tx²+ty²)^1/2(公式8)

a=|arctan(ty/tx)|(公式9)

b=a+θl(公式10)

xna=xrc-l*cos(b),yna=l*sin(b)+yrc(公式11)

xp=xna-xsp,yp=yna-ysp(公式12)

其中，l是lx与ly的交点（xn,yn）到旋转中心点（xrc,yrc）的距离，a是（xn,yn）到（xrc,yrc）连成的线段和x轴的夹角，b是旋转之后的角坐标（xna,yna）到（xrc,yrc）连成的线段与x轴的夹角。

有益效果：本发明能够通过角边缘视觉识别采集角边缘图像信息，计算得出木板的角度与角坐标，然后得出木板角度与标准角度的差值以及木板角坐标与标准角坐标的差值，传递给控制系统，控制搬运机械人快速、精准的对木板进行自动对接，质量稳定，效率高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图;

图2为本发明的木板搬运及纠偏机构示意图;

图3为本发明的木板搬运及纠偏机构中的旋转机构示意图;

图4为本发明的木板角边缘识别系统示意图;

图5为原点位置和第二位置示意图。

图中：1木板前输送机构、2后输送台、3木板搬运及纠偏机构、4木板角边缘识别系统、5机器人机架、6黑色背景台、7同步带长导轨、8x伺服电机、9同步带短导轨、10丝杠螺母导轨、11y伺服电机、12旋转机构、13θ伺服电机、14端拾器、15l型连接件、16电机座、17联轴器、18转轴、19轴承、20法兰、21轴承盖、22保护罩、23环形照明灯、24工业相机、25螺钉螺母、26光电传感器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作具体的描述。

本发明是一种带有视觉自动纠偏功能的涂胶木板搬运机器人及方法。

图1为本发明的整体结构示意图。

所述的一种带有视觉自动纠偏功能的涂胶木板搬运机器人，包括木板前输送机构（1）、木板后传送机构（2）、木板搬运及纠偏机构（3）、木板角边缘识别系统（4）、机器人机架（5）、黑色背景台（6）；所述黑色背景台（6）在木板前输送机构（1）与木板后输送机构（2）中间；所述机器人机架（5）以黑色背景台（6）为中心架在木板前输送机构（1）和木板后输送机构（2）的上方；所述的木板搬运及纠偏机构（3）位于机器人机架（5）的上方；木板前输送机构（1）、木板后输送机构（2）、黑色背景台（6）的上表面在一个平面上；木板前输送机构（1）、木板后输送机构（2）、黑色背景台（6）、机器人机架（5）中心线共线；机器人机架（5）上平面与木板前输送机构（1）的上平面平行。

图2为本发明的木板搬运及纠偏机构示意图。

所述的木板搬运及纠偏机构（3）包括两条同步带长导轨（7）、两条同步带短导轨（9），丝杠螺母导轨（10），旋转机构（12），端拾器（14）；所述两条同步带长导轨（7）在机器人机架（5）上方；所述两条同步带短导轨（9）在两条同步带长导轨（7）的上方，与同步带长导轨（7）的运行方向垂直；所述丝杠螺母导轨（10）位于架在两条同步带短导轨（9）的横梁左侧，垂直于端拾器（14）所在底平面。

图3为本发明的木板搬运及纠偏机构中的旋转机构示意图。

所述的旋转机构（12）包括θ伺服电机（13）、电机座（16）、l型连接件（15）、联轴器（17）、转轴（18）、轴承（19）、轴承盖（21）；端拾器（14）通过法兰（20）连接在旋转机构（12）末端；所述端拾器（14）下表面与木板前输送机构（1）上表面平行。

图4为本发明的木板角边缘识别系统示意图。

所述的木板角边缘识别系统（4），包括工业相机（24），保护罩（22），环形照明灯（23），其中工业相机（24）和环形照明灯（23）固定在保护罩（22）内部，保护罩（22）固定在黑色背景台（6）右侧，一种涂胶木板搬运机器人的视觉自动纠偏方法，包括如下步骤：

1）用棋盘格标定板标定相机，角点提取，对拍摄到的棋盘格图像横纵两个方向计算梯度获得x轴和y轴，其相交点为原点，x轴与木板前输送机构（1）宽度方向平行；

2）木板搬运及纠偏机构（3）到达第二位置，此时记录下旋转机构（12）的旋转中心的位置（xrc,yrc），设定一个标准点（xsp,ysp），该标准点是自动纠偏后的标准位置；

3）记录下旋转中心点和标准点之后，控制工业相机（24）拍一张黑色背景，建立背景模型；

4）木板到达光电传感器（26）位置，机器人的丝杠螺母导轨（10）滑块下降，端拾器（14）吸起木板，然后从原点位置运行，到达第二位置，控制工业相机（24）进行拍照，利用帧差法计算当前图像与背景之差的绝对值，获得差值图像；

5）对差值图像进行中值滤波，threshold方法将图像信息二值化，获得二值图像；

6）对二值图像进行形态学图像处理，通过对图像膨胀再腐蚀消除木板上的黑色缺陷和裂缝，获得拟合图像；

7）使用高斯滤波，以平滑拟合图像，滤除噪声等完成边缘检测，对图像进行霍夫直线检测，并对检测到的所有直线进行分类，即x类、y类，对分类完成的直线进行拟合出两条直线，即lx、ly，并将两条直线坐标转换到真实坐标下；

8）求得lx与ly的交点（xn,yn），计算得出lx与x轴的夹角，与标准角度θb的差值就是偏差角度θl，传递给控制器，θ伺服电机（13）控制旋转机构（12）旋转，得到旋转之后的角坐标（xna,yna）,计算得出角坐标（xna,yna）与标准点（xsp,ysp）的偏差，传递给控制器，进而通过x伺服电机（8）控制短同步带导轨（9）和y伺服电机（11）控制同步带长导轨（7）完成相应的偏差弥补；

9）木板弥补到标准点位置之后，y伺服电机（11）带动同步带长导轨（7）把木板搬到木板后输送机构（2）的相应位置，丝杠螺母导轨（10）滑块下降，端拾器（14）放下木板，丝杠螺母导轨（10）滑块抬升，回到原点位置，再从步骤4），以此循环，直到组坯完成。

所述的得出lx与x轴的夹角，与标准角θb的差值就是偏差角度θl，计算如下：

xk=(y1-y2)/(x1-x2)（公式1）

θl=arctan(xk)-θb（公式2）

其中，xk是直线lx的斜率。

所述求得lx与ly的交点（xn,yn），计算如下：

xk=(y1-y2)/(x1-x2),yk=(y3-y4)/(x3-x4)（公式3）

b1=y1-xk*x1,b2=y3-yk*x3（公式4）

k=xk-yk（公式5）

xn=(b2-b1)/k,yn=(xk*b2-yk*b1)/k（公式6）

其中，点（x1，y1）、（x2，y2）是直线lx的端点，（x3，y3）、（x4，y4）是直线ly的端点，xk和yk分别是直线lx和ly的斜率。

所述得出旋转之后的角坐标（xna,yna）与标准点（xsp,ysp）的偏差xp和yp，计算如下：

tx=xn-xrc,ty=yn-yrc(公式7)

l=(tx²+ty²)^1/2(公式8)

a=|arctan(ty/tx)|(公式9)

b=a+θl(公式10)

xna=xrc-l*cos(b),yna=l*sin(b)+yrc(公式11)

xp=xna-xsp,yp=yna-ysp(公式12)

其中，l是lx与ly的交点（xn,yn）到旋转中心点（xrc,yrc）的距离，a是（xn,yn）到（xrc,yrc）连成的线段和x轴的夹角，b是旋转之后的角坐标（xna,yna）到（xrc,yrc）连成的线段与x轴的夹角。

图5为原点位置和第二位置示意图。

原点位置是机器人的初始启动位置及开始抓取木板的位置，第二位置是木板检测位置。

以上所述的本发明实施方案，并不构成对本发明保护范围的限定，任何在本发明的精神或原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明名的权利要求保护范围之内。