基于上下料机器人的单目视觉定位系统技术方案

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本技术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。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
本技术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，以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。本技术技术方案如下：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PLC控制器，所述环形光源和相机均正面朝上设置。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。所述环形光源为环形低角度LED视觉光源。本技术有益效果在于：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。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1是本技术结构示意图。图2是本技术所定义的坐标投影图。图3是本技术厚度补偿原理图。图4是本技术工件相机图像示意图。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。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细的说明。参阅图1至图4。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PLC控制器，所述环形光源4和相机5均正面朝上设置。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x和，所述四自由度机器人机械臂1的末端可进行旋转运动Δ，所述四自由度机器人机械臂1的根部也可进行旋转运动。本技术工作原理是：机器人系统首先根据工件的目标方位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与目标方位自动计算出所需的平移量、和旋转角、，对应的机械臂所需的移动量和转角坐标如图2所示。具体步骤如下：步骤1、四自由度机器人机械臂1从已堆垛的工件库中抓取工件，码垛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。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。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；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。由角点在这两个坐标系的坐标，可确定标定相机与工业机器人的相对位置关系。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。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，即由这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。步骤3、如图4，由工件下侧边缘的图像信息，提取工件中心和方位方向上的另一点。根据单目视觉原理可计算点M、N的相机系坐标。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M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0和几何中心点的坐标。步骤5、根据工件点的当前方位信息与上料目标位置的方位信息，计算机器人所需的平移量和旋转量、。Z方向的平移量则根据工件的上料动作具体要求进行计算。步骤6、根据步骤5确定的机器人的平移量、和旋转量、，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。上述附图及实施例仅用于说明本技术，任何所属
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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：董升升，刘宣宣，
申请(专利权)人：亚智系统科技苏州有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32