基于上下料机器人的单目视觉定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型设及自动化制造领域，通过单目视觉原理实现工件的精确定位，引导 旋转式四自由度机械臂完成工件的上、下料动作。
【背景技术】
[0002] 随着自动化生产技术的不断发展与应用，机器视觉在自动化领域的重要性也日益 凸显。它在产品质量检测、分类识别、形状与尺寸检测和位置探测等任务中发挥着重要作 用。
[0003] 在自动化生产过程中，工件的上、下料动作往往由工业机器人实现。工件的上下料 过程需要将工件准确地放置于预定位置中，而机器视觉技术很好地解决了工件的定位问 题，从而引导工业机器人进行上下料动作。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型将单目视觉系统应用至旋转式四自由度机器人。通过单目视觉系统精 确定位工件，W引导旋转式四自由度机器人实现工件的上下料动作。该机器人系统上下料 动作快速、准确，显著地提高了生产效率。
[0005] 本实用新型技术方案如下：
[0006] 基于上下料机器人的单目视觉定位系统，包括四自由度机器人机械臂，所述四自 由度机器人机械臂末端下方设有吸盘，所述吸盘下方设有标定板，所述标定板的下方设有 环形光源，所述环形光源内侧设有相机和化C控制器，所述环形光源和相机均正面朝上设 置。
[0007] 所述四自由度机器人机械臂可沿前后、上下两直线方向运动，所述四自由度机器 人机械臂的末端可进行旋转运动，所述四自由度机器人机械臂的根部也可进行旋转运动。 [000引所述环形光源为环形低角度L邸视觉光源。
[0009] 本实用新型有益效果在于：1)引入标定板对视觉系统进行参数标定，利用标定板 与工件间的厚度差对测量参数进行补偿，实现准确测量;2)相机的安装方位任意、无需进行 人工调整，操作便利;3)由单目视觉原理实现工件方位测量，系统成本低、速度快。
【附图说明】
[0010] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0011] 图1是本实用新型结构示意图。
[0012] 图2是本实用新型所定义的坐标投影图。
[0013] 图3是本实用新型厚度补偿原理图。
[0014] 图4是本实用新型工件相机图像示意图。
[0015] 其中：1、四自由度机器人机械臂;2、吸盘;3、标定板;4、环形光源;5、相机。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
[0017] 参阅图1至图4。
[0018] 基于上下料机器人的单目视觉定位系统，包括四自由度机器人机械臂1，所述四自 由度机器人机械臂1末端下方设有吸盘2,所述吸盘2下方设有标定板3,所述标定板3的下方 设有环形光源4，所述环形光源4内侧设有相机5和化C控制器，所述环形光源4和相机5均正 面朝上设置。
[0019] 所述四自由度机器人机械臂1可沿前后、上下两直线方向运动，在图1分别表示为遠 X和遊;，所述四自由度机器人机械臂1的末端可进行旋转运动Δ f，所述四自由度机器人机 械臂1的根部也可进行旋转运动ia。
[0020] 本实用新型工作原理是:机器人系统首先根据工件的目标方位餐絳^满絳判断上料 或下料位置是否超出机械臂的可及空间。若目标方位位于机器人的可及空间之内，系统将 根据工件的当前方位紐*抗成）与目标方位舞鑛學賴自动计算出所需的平移量鑛、％和旋 转角錢、&|，对应的机械臂所需的移动量和转角坐标如图2所示。
[0021] 具体步骤如下：
[0022] 步骤1、四自由度机器人机械臂1从已堆煤的工件库中抓取工件，码煤控制机构向 上推送一个工件厚度的距离，保证四自由度机器人机械臂1能正确完成下一次抓取动作。
[0023] 步骤2、标定视觉系统及该系统与机械人坐标系之间的内、外参数。
[0024] 包括a.相机拍摄标定板处于不同位置下的一组图像，并由该组图像标定相机内 部参数；
[0025] b.移动探针至标定板的各个角点，获得各个角点的机器人坐标;再由相机拍摄标 定板图像并结合单目视觉原理计算标定板的相机坐标。由角点在运两个坐标系的坐标，可 确定标定相机与工业机器人的相对位置关系。
[0026] C.工业机器人抓取标定板并移动至相机视野内，标定系统外参数，即确定标定板 附加坐标系与相机坐标系之间的位置关系。
[0027] d.由工件与标定板的厚度差，对步骤2-C中的相对位置关系进行补偿，即由运一 厚度差和标定板与相机的位置关系，确定相机与工件测量平面的相对位置关系。厚度补偿 原理如图3所示。
[0028] 步骤3、如图4,由工件下侧边缘的图像信息，提取工件中必綠由豁y巧f和方位方 向上的另一点巧寒携心:?貧。根据单目视觉原理可计算点M、N的相机系坐标。
[0029] 步骤4、由步骤2的标定结果，按照坐标变换公式将点M、N的相机坐标变换至机器 人坐标系坐标，再将点Μ和N投影至机器人坐标系的Z=0平面，确定工件主轴方向对应方位參0 和几何中必点的坐标游P。
[0030] 步骤5、根据工件点的当前方位信息ii游灌載新^与上料目标位置的方位信息 姨，热，息沒，计算机器人所需的平移量Μ和旋转量fc、鑛。Z方向的平移量泌则根据工件的 上料动作具体要求进行计算。
[0031] 步骤6、根据步骤5确定的机器人的平移量德、嫉和旋转量鑛、雌，用工件替换掉标 定板，由机械臂将工件的放置于目标方位。完成后，机械臂重复进行工件的上料动作。
[0032] 上述附图及实施例仅用于说明本实用新型，任何所属技术领域普通技术人员对其 所做的适当变化或修饰，或改用其他花型做此技术上的改变，都皆应视为不脱离本实用新 型专利范畴。
【主权项】
1. 基于上下料机器人的单目视觉定位系统，其特征在于:包括四自由度机器人机械臂 (1)，所述四自由度机器人机械臂（1)末端下方设有吸盘(2)，所述吸盘(2)下方设有标定板 (3)，所述标定板(3)的下方设有环形光源(4)，所述环形光源(4)内侧设有相机(5)和PLC控 制器，所述环形光源(4)和相机(5)均正面朝上设置。2. 根据权利要求1所述的基于上下料机器人的单目视觉定位系统，其特征在于:所述四 自由度机器人机械臂（1)可沿前后、上下两直线方向运动，所述四自由度机器人机械臂（1) 的末端可进行旋转运动，所述四自由度机器人机械臂（1)的根部也可进行旋转运动。3. 根据权利要求1所述的基于上下料机器人的单目视觉定位系统，其特征在于:所述环 形光源(4)为环形低角度LED视觉光源。
【专利摘要】本实用新型涉及自动化制造领域，通过单目视觉原理实现工件的精确定位，引导旋转式四自由度机械臂完成工件的上、下料动作。基于上下料机器人的单目视觉定位系统包括四自由度机器人机械臂，所述四自由度机器人机械臂末端下方设有吸盘，所述吸盘下方吸取工件，所述工件的下方设有环形光源，所述环形光源内侧设有相机和PLC控制器，所述环形光源和相机均正面朝上设置。本实用新型引入标定板与工件间的厚度差补偿，实现准确测量；相机的安装方位任意、无需进行人工调整，操作便利；由单目视觉原理实现工件方位测量，系统成本低、速度快。
【IPC分类】G05B19/19
【公开号】CN205334203
【申请号】CN201620029310
【发明人】董升升, 刘宣宣
【申请人】亚智系统科技(苏州)有限公司
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年1月13日