基于圖像識別的抓取與放置壓縮機(jī)的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及抓取和放置壓縮機(jī)的系統(tǒng)及方法，尤其是基于圖像識別的抓取和放置壓縮機(jī)的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，利用機(jī)械手抓取放置在工作臺或者傳送帶上的工件，是完成分揀或是裝配任務(wù)的基礎(chǔ)工序?？照{(diào)生產(chǎn)線中，將工作臺上的壓縮機(jī)抓取起來，并且將壓縮機(jī)裝配到承載壓縮機(jī)的托盤上，該工序如果采用人工實(shí)現(xiàn)，不僅勞動強(qiáng)度大，崗位人員流動性強(qiáng)，而且工作質(zhì)量不能保證，會出現(xiàn)損壞壓縮機(jī)的情況出現(xiàn)，采用程序控制機(jī)器人進(jìn)行抓取和放置時能夠做到工作的標(biāo)準(zhǔn)化，但這種方法比較程序化，不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，需要人工監(jiān)管，會出現(xiàn)空抓和空置的現(xiàn)象，而且在出現(xiàn)抓取或放置信息變化時，需要對程序進(jìn)行改變，這就影響了生產(chǎn)流程的順利進(jìn)行，影響工作效率，因此，急需一種能夠根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)調(diào)整從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確抓取和放置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明中的方法使用了兩個相同型號的相機(jī)采集壓縮機(jī)位置和角度圖像信息，并通過壓縮機(jī)原始位置的位置識別模塊和壓縮機(jī)放置目標(biāo)的位置識別模塊對圖像信息進(jìn)行處理并抓取壓縮機(jī)，然后計(jì)算出抓取壓縮機(jī)的原始位置、放置壓縮機(jī)的目標(biāo)位置以及矯正角度，對于工業(yè)生產(chǎn)的效率提升以及減輕人工勞動強(qiáng)度上具有重要意義。
[0004]本發(fā)明的具體技術(shù)方案是:
[0005]基于圖像識別的抓取與放置壓縮機(jī)的系統(tǒng)，用于抓取壓縮機(jī)并將其放置于托盤上，系統(tǒng)中包括控制單元模塊、借助驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動的機(jī)械手，關(guān)鍵點(diǎn)是，該系統(tǒng)中設(shè)置有用于拍攝壓縮機(jī)原始位置和目標(biāo)放置位置的第一相機(jī)，所述的控制單元模塊包括CPU、與CPU進(jìn)行信號傳輸?shù)膲嚎s機(jī)原始位置的位置識別模塊和壓縮機(jī)放置目標(biāo)的位置識別模塊，第一相機(jī)的圖像信息的發(fā)送端分別與壓縮機(jī)原始位置的位置識別模塊和壓縮機(jī)放置目標(biāo)的位置識別模塊的信號接收端連接，壓縮機(jī)原始位置的位置識別模塊和壓縮機(jī)放置目標(biāo)的位置識別模塊的信號輸出端與CPU連接，CPU的控制信號輸出端與驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動端連接。
[0006]所述的抓取與放置壓縮機(jī)的系統(tǒng)中還設(shè)置有用于拍攝壓縮機(jī)角度的第二相機(jī)，第二相機(jī)的圖像信息的發(fā)送端與壓縮機(jī)放置目標(biāo)的位置識別模塊的信號接收端連接。
[0007]所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)為設(shè)置在支撐架上的X軸、Y軸、Z軸直線運(yùn)動系統(tǒng)及Z軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)構(gòu)成的四軸聯(lián)動運(yùn)動系統(tǒng)，X軸直線運(yùn)動系統(tǒng)包括設(shè)置在支撐架上端的平行的X軸導(dǎo)軌，X軸導(dǎo)軌為環(huán)繞滾動軸的同步帶，X軸導(dǎo)軌上端固定有橫梁，滾動軸一端連接有X軸電機(jī)和X軸減速器，橫梁中設(shè)置有沿橫梁方向的Y軸絲杠，橫梁一側(cè)設(shè)置有Z軸固定座，Z軸固定座設(shè)置有Y軸螺套與Y軸絲杠相配合，Y軸絲杠通過設(shè)置在橫梁一端的Y軸電機(jī)和Y軸減速器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，Z軸固定座另一側(cè)設(shè)置有滑動配合的Z軸導(dǎo)塊螺套和豎梁，豎梁中設(shè)置有Z軸絲杠與Z軸螺套滑動配合，豎梁上端設(shè)置有Z軸電機(jī)和Z軸減速器驅(qū)動Z軸絲杠轉(zhuǎn)動，Z軸電機(jī)上端連接有制動器，機(jī)械手通過Z軸電機(jī)和Z軸減速器連接于豎梁的下端。
[0008]所述的第一相機(jī)和第二相機(jī)為相同型號的相機(jī)。
[0009]所述的第一相機(jī)固定于豎梁的下端，所述的第二相機(jī)固定于托盤一側(cè)。
[0010]基于壓縮機(jī)抓取和放置的的系統(tǒng)進(jìn)行壓縮機(jī)抓取和放置的方法包括以下步驟:
[0011]步驟S1:第一相機(jī)拍攝托盤圖像并將圖像信息發(fā)送至壓縮機(jī)放置目標(biāo)的位置識別模塊，壓縮機(jī)放置目標(biāo)的位置識別模塊通過圖像信息得到托盤中三個放置點(diǎn)組成的三角形的中心的坐標(biāo)與托盤的角度；
[0012]步驟S2:第一相機(jī)拍攝位于原始位置的壓縮機(jī)圖像并將圖像信息發(fā)送至壓縮機(jī)原始位置的位置識別模塊，壓縮機(jī)原始位置的位置識別模塊通過圖像信息得到壓縮機(jī)的原始位置信息并發(fā)送至CPU，然后CPU控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過機(jī)械手抓取壓縮機(jī)并輸送至托盤上方；
[0013]步驟S3:第二相機(jī)拍攝壓縮機(jī)底面圖像并發(fā)送至壓縮機(jī)放置目標(biāo)的位置識別模塊，壓縮機(jī)放置目標(biāo)的位置識別模塊根據(jù)底面圖像信息得到壓縮機(jī)的角度信息并發(fā)送至CPU，CPU根據(jù)步驟SI中得到的托盤角度控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過機(jī)械手對壓縮機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得壓縮機(jī)角度與托盤角度相同，并根據(jù)壓縮機(jī)底部安裝孔組成的三角形中心坐標(biāo)以及步驟Si得到的托盤的三點(diǎn)中心坐標(biāo)計(jì)算出壓縮機(jī)的最終放置位置。
[0014]步驟S4:CPU控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)將壓縮機(jī)放置在步驟S3所得到的最終放置位置。
[0015]所述的步驟SI中壓縮機(jī)放置目標(biāo)的位置識別模塊獲取托盤位置與角度信息的步驟包括:
[0016]步驟Sll: CPU控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)將第一相機(jī)移動到托盤上方，拍攝托盤圖像；
[0017]步驟S12:將托盤圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換生成灰度圖像，灰度轉(zhuǎn)換方法公式為gray =I * R+0*G+0*B，gray代表灰度圖像，R，G，B分別代表紅，綠，藍(lán)三色光的亮度；
[0018]步驟S13:對灰度圖像進(jìn)行模板匹配(模板匹配的過程)，找到三個凸起放置點(diǎn)的大致位置，限定各個放置點(diǎn)周圍的一定范圍為有效區(qū)域；
[0019]步驟S14:分別將三個有效區(qū)域進(jìn)行二值化，并通過二值形態(tài)學(xué)處理，得到各個凸起放置點(diǎn)的中心點(diǎn)位置；
[0020]步驟S15:連接三個中心點(diǎn)得到三角形，計(jì)算三角形的中心點(diǎn)坐標(biāo)與三點(diǎn)中X坐標(biāo)較大的兩點(diǎn)連線與水平線的夾角；
[0021]步驟S16:計(jì)算三角形中心點(diǎn)坐標(biāo)與圖像中心的距離，并轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中(disXO, disYO)；
[0022]步驟S17:根據(jù)機(jī)械手當(dāng)前坐標(biāo)位置(xpl，ypl)，以及步驟S16中得到的距離，計(jì)算出托盤上三點(diǎn)組成的三角形中心與第一相機(jī)中心重合時機(jī)械手的坐標(biāo)(xl，yl)，公式為:xl = xpl+disXO，yl = ypl+disY0o
[0023]所述的壓縮機(jī)原始位置的位置識別模塊得到壓縮機(jī)原始位置的步驟包括:
[0024]步驟S21:將第一相機(jī)移動到壓縮機(jī)上方，拍攝壓縮機(jī)照片；
[0025]步驟S22:將壓縮機(jī)照片進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換生成灰度圖像，灰度轉(zhuǎn)換方法公式為gray=I卡R+0*G+0*B，gray代表灰度圖像，R，G，B分別代表紅，綠，藍(lán)三色光的亮度；
[0026]步驟S23..對灰度圖像進(jìn)行模板匹配(模板及其匹配的詳細(xì)信息)，找到匹配位置；
[0027]步驟S24:計(jì)算匹配位置與圖像中心的距離，并轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系(disXl, disYl)；
[0028]步驟S25:計(jì)算第一相機(jī)與機(jī)械手中心的距離(disX2，disY2);
[0029]步驟S26:根據(jù)當(dāng)前機(jī)械手位置坐標(biāo)(xp4，yp4)、步驟S24計(jì)算的距離(disXl, disYl)以及步驟S25中第一相機(jī)與機(jī)械手中心的距離(disX2，disY2)，得到壓縮機(jī)的準(zhǔn)確位置(X，y)，公式為:x = xp4+disXl+disX2，y = yp4+disYl+disY2，CPU 控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)移動機(jī)械手進(jìn)行壓縮機(jī)抓取并移動至托盤上方。
[0030]所述的步驟S3中壓縮機(jī)放置目標(biāo)的位置識別模塊獲得壓縮機(jī)角度及最終放置位置的步驟包括:
[0031]步驟S31:將第一相機(jī)移動到第二相機(jī)的拍攝的圖像中心，記此時的機(jī)械手坐標(biāo)(x2, y2)；
[0032]步驟S32:將抓取到的壓縮機(jī)移動到第二相機(jī)上方，拍攝壓縮機(jī)底部照片；
[0033]步驟S33:將壓縮機(jī)底部圖片進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換生成灰度圖像，灰度轉(zhuǎn)換方法公式為gray = I卡R+0*G+0*B，gray代表灰度圖像，R，G，B分別代表紅，綠，藍(lán)三色光的亮度；
[0034]步驟S34:對灰度圖像進(jìn)行模板匹配，找到三個安裝孔；
[0035]步驟S35:根據(jù)模板匹配的位置，定位安裝孔的邊界，通過最小二乘法確定更精確的安裝孔的圓心與半徑；
[0036]步驟S36:計(jì)算三點(diǎn)中X坐標(biāo)較大的兩點(diǎn)的連線與水平線夾角，根據(jù)此夾角與步驟Si中獲得的托盤夾角進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得旋轉(zhuǎn)后兩個夾角相同；
[0037]步驟S37:對旋轉(zhuǎn)后的圖像使用步驟S35中的方法重新計(jì)算三個安裝孔的圓心，連接三圓心得到三角形，計(jì)算三點(diǎn)中心坐標(biāo)位置，并計(jì)算此位置與圖像中心的距離，轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系；
[0038]步驟S38:根據(jù)機(jī)械手當(dāng)前坐標(biāo)位置(xp0，yp0)以及步驟S37中得到的距離(disX3, disY3)，計(jì)算得到壓縮機(jī)底面三安裝孔組成的三角形中心與第二相機(jī)中心重合時坐標(biāo)(x3, y3)，公式為:x3 = xpO+disX3，y3 = ypO+disY3 ；
[0039]步驟S39:根據(jù)步驟S18中得到的坐標(biāo)(xl, yl)，步驟S31中記錄的機(jī)械手坐標(biāo)(x2，y2)以及步驟S38中計(jì)算坐標(biāo)(x3，y3)，