基于图像识别的抓取与放置压缩机的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人技术领域，具体涉及抓取和放置压缩机的系统及方法，尤其是基于图像识别的抓取和放置压缩机的系统及方法。
【背景技术】
[0002]在工业生产环境中，利用机械手抓取放置在工作台或者传送带上的工件，是完成分拣或是装配任务的基础工序。空调生产线中，将工作台上的压缩机抓取起来，并且将压缩机装配到承载压缩机的托盘上，该工序如果采用人工实现，不仅劳动强度大，岗位人员流动性强，而且工作质量不能保证，会出现损坏压缩机的情况出现，采用程序控制机器人进行抓取和放置时能够做到工作的标准化，但这种方法比较程序化，不能根据实际情况进行调整，需要人工监管，会出现空抓和空置的现象，而且在出现抓取或放置信息变化时，需要对程序进行改变，这就影响了生产流程的顺利进行，影响工作效率，因此，急需一种能够根据实际情况作出相应调整从而实现准确抓取和放置。
【发明内容】
[0003]本发明中的方法使用了两个相同型号的相机采集压缩机位置和角度图像信息，并通过压缩机原始位置的位置识别模块和压缩机放置目标的位置识别模块对图像信息进行处理并抓取压缩机，然后计算出抓取压缩机的原始位置、放置压缩机的目标位置以及矫正角度，对于工业生产的效率提升以及减轻人工劳动强度上具有重要意义。
[0004]本发明的具体技术方案是:
[0005]基于图像识别的抓取与放置压缩机的系统，用于抓取压缩机并将其放置于托盘上，系统中包括控制单元模块、借助驱动机构驱动的机械手，关键点是，该系统中设置有用于拍摄压缩机原始位置和目标放置位置的第一相机，所述的控制单元模块包括CPU、与CPU进行信号传输的压缩机原始位置的位置识别模块和压缩机放置目标的位置识别模块，第一相机的图像信息的发送端分别与压缩机原始位置的位置识别模块和压缩机放置目标的位置识别模块的信号接收端连接，压缩机原始位置的位置识别模块和压缩机放置目标的位置识别模块的信号输出端与CPU连接，CPU的控制信号输出端与驱动机构的驱动端连接。
[0006]所述的抓取与放置压缩机的系统中还设置有用于拍摄压缩机角度的第二相机，第二相机的图像信息的发送端与压缩机放置目标的位置识别模块的信号接收端连接。
[0007]所述的驱动机构为设置在支撑架上的X轴、Y轴、Z轴直线运动系统及Z轴旋转系统构成的四轴联动运动系统，X轴直线运动系统包括设置在支撑架上端的平行的X轴导轨，X轴导轨为环绕滚动轴的同步带，X轴导轨上端固定有横梁，滚动轴一端连接有X轴电机和X轴减速器，横梁中设置有沿横梁方向的Y轴丝杠，横梁一侧设置有Z轴固定座，Z轴固定座设置有Y轴螺套与Y轴丝杠相配合，Y轴丝杠通过设置在横梁一端的Y轴电机和Y轴减速器进行旋转驱动，Z轴固定座另一侧设置有滑动配合的Z轴导块螺套和竖梁，竖梁中设置有Z轴丝杠与Z轴螺套滑动配合，竖梁上端设置有Z轴电机和Z轴减速器驱动Z轴丝杠转动，Z轴电机上端连接有制动器，机械手通过Z轴电机和Z轴减速器连接于竖梁的下端。
[0008]所述的第一相机和第二相机为相同型号的相机。
[0009]所述的第一相机固定于竖梁的下端，所述的第二相机固定于托盘一侧。
[0010]基于压缩机抓取和放置的的系统进行压缩机抓取和放置的方法包括以下步骤:
[0011]步骤S1:第一相机拍摄托盘图像并将图像信息发送至压缩机放置目标的位置识别模块，压缩机放置目标的位置识别模块通过图像信息得到托盘中三个放置点组成的三角形的中心的坐标与托盘的角度；
[0012]步骤S2:第一相机拍摄位于原始位置的压缩机图像并将图像信息发送至压缩机原始位置的位置识别模块，压缩机原始位置的位置识别模块通过图像信息得到压缩机的原始位置信息并发送至CPU，然后CPU控制驱动机构通过机械手抓取压缩机并输送至托盘上方；
[0013]步骤S3:第二相机拍摄压缩机底面图像并发送至压缩机放置目标的位置识别模块，压缩机放置目标的位置识别模块根据底面图像信息得到压缩机的角度信息并发送至CPU，CPU根据步骤SI中得到的托盘角度控制驱动机构通过机械手对压缩机进行旋转，使得压缩机角度与托盘角度相同，并根据压缩机底部安装孔组成的三角形中心坐标以及步骤Si得到的托盘的三点中心坐标计算出压缩机的最终放置位置。
[0014]步骤S4:CPU控制驱动机构将压缩机放置在步骤S3所得到的最终放置位置。
[0015]所述的步骤SI中压缩机放置目标的位置识别模块获取托盘位置与角度信息的步骤包括:
[0016]步骤Sll: CPU控制驱动机构将第一相机移动到托盘上方，拍摄托盘图像；
[0017]步骤S12:将托盘图像进行灰度转换生成灰度图像，灰度转换方法公式为gray =I * R+0*G+0*B，gray代表灰度图像，R，G，B分别代表红，绿，蓝三色光的亮度；
[0018]步骤S13:对灰度图像进行模板匹配(模板匹配的过程)，找到三个凸起放置点的大致位置，限定各个放置点周围的一定范围为有效区域；
[0019]步骤S14:分别将三个有效区域进行二值化，并通过二值形态学处理，得到各个凸起放置点的中心点位置；
[0020]步骤S15:连接三个中心点得到三角形，计算三角形的中心点坐标与三点中X坐标较大的两点连线与水平线的夹角；
[0021]步骤S16:计算三角形中心点坐标与图像中心的距离，并转换到世界坐标系中(disXO, disYO)；
[0022]步骤S17:根据机械手当前坐标位置(xpl，ypl)，以及步骤S16中得到的距离，计算出托盘上三点组成的三角形中心与第一相机中心重合时机械手的坐标(xl，yl)，公式为:xl = xpl+disXO，yl = ypl+disY0o
[0023]所述的压缩机原始位置的位置识别模块得到压缩机原始位置的步骤包括:
[0024]步骤S21:将第一相机移动到压缩机上方，拍摄压缩机照片；
[0025]步骤S22:将压缩机照片进行灰度转换生成灰度图像，灰度转换方法公式为gray=I卡R+0*G+0*B，gray代表灰度图像，R，G，B分别代表红，绿，蓝三色光的亮度；
[0026]步骤S23..对灰度图像进行模板匹配(模板及其匹配的详细信息)，找到匹配位置；
[0027]步骤S24:计算匹配位置与图像中心的距离，并转换到世界坐标系(disXl, disYl)；
[0028]步骤S25:计算第一相机与机械手中心的距离(disX2，disY2);
[0029]步骤S26:根据当前机械手位置坐标(xp4，yp4)、步骤S24计算的距离(disXl, disYl)以及步骤S25中第一相机与机械手中心的距离(disX2，disY2)，得到压缩机的准确位置(X，y)，公式为:x = xp4+disXl+disX2，y = yp4+disYl+disY2，CPU 控制驱动机构移动机械手进行压缩机抓取并移动至托盘上方。
[0030]所述的步骤S3中压缩机放置目标的位置识别模块获得压缩机角度及最终放置位置的步骤包括:
[0031]步骤S31:将第一相机移动到第二相机的拍摄的图像中心，记此时的机械手坐标(x2, y2)；
[0032]步骤S32:将抓取到的压缩机移动到第二相机上方，拍摄压缩机底部照片；
[0033]步骤S33:将压缩机底部图片进行灰度转换生成灰度图像，灰度转换方法公式为gray = I卡R+0*G+0*B，gray代表灰度图像，R，G，B分别代表红，绿，蓝三色光的亮度；
[0034]步骤S34:对灰度图像进行模板匹配，找到三个安装孔；
[0035]步骤S35:根据模板匹配的位置，定位安装孔的边界，通过最小二乘法确定更精确的安装孔的圆心与半径；
[0036]步骤S36:计算三点中X坐标较大的两点的连线与水平线夹角，根据此夹角与步骤Si中获得的托盘夹角进行旋转，使得旋转后两个夹角相同；
[0037]步骤S37:对旋转后的图像使用步骤S35中的方法重新计算三个安装孔的圆心，连接三圆心得到三角形，计算三点中心坐标位置，并计算此位置与图像中心的距离，转换到世界坐标系；
[0038]步骤S38:根据机械手当前坐标位置(xp0，yp0)以及步骤S37中得到的距离(disX3, disY3)，计算得到压缩机底面三安装孔组成的三角形中心与第二相机中心重合时坐标(x3, y3)，公式为:x3 = xpO+disX3，y3 = ypO+disY3 ；
[0039]步骤S39:根据步骤S18中得到的坐标(xl, yl)，步骤S31中记录的机械手坐标(x2，y2)以及步骤S38中计算坐标(x3，y3)，