基于视觉的电梯门板定位与抓取装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于视觉的电梯门板定位与抓取装置及方法，所述装置由视觉系统装置、图像采集卡、机器人和工控机组成。所述系统方法分为三个模块：S1，视觉定位模块；S2，坐标系转换模块；S3，系统软件设计模块。所述系统采用双相机，并基于康耐视VisionPro视觉开发软件设计电梯门板的特征识别和定位程序，具有很好的定位效果，能够引导机器人快速、准确地抓取电梯门板完成上料任务，满足工业实际应用的需求。

Vision based elevator door panel positioning and grasping device and method

The invention discloses an elevator door plate positioning and grasping device and a method based on vision. The device is composed of a visual system device, an image acquisition card, a robot and an industrial control machine. The system method is divided into three modules: S1, visual location module, S2, coordinate conversion module, S3, system software design module. The system uses two cameras, and based on the visual VisionPro visual development software to design the feature recognition and positioning procedure of the elevator door board. It has a good positioning effect. It can guide the robot to quickly and accurately grab the elevator door board to complete the feeding task and meet the needs of industrial practice.

【技术实现步骤摘要】
基于视觉的电梯门板定位与抓取装置及方法
本专利技术涉及机器人视觉定位及抓取领域，特别是涉及一种基于视觉的电梯门板定位与抓取装置及方法。
技术介绍
工件的识别和定位是工业机器人在生产线上有效应用的重要环节。目前机器人已广泛应用于工业生产线上，但很多都是在示教人员的示教编程或离线编程下完成一些预先设定的固定动作和功能。如果工件周围的环境发生了变化，则就很可能导致机器人任务失败。机器视觉是使机器人具有像人一样的视觉功能，从客观事物的图像中提取出有用的信息，从而实现各种检测、判断、识别和测量等功能。将机器视觉技术和机器人技术相结合，利用机器视觉的定位功能使机器人具有自己的“眼睛”以获取工件的位置信息，引导机器人完成抓取、搬运等工作。目前，机器人抓取定位系统大多采用PLC控制器来实现操作，有的通过各种传感器来协助工件抓取过程中需检测的参数，这就容易受外界因素干扰，且导致所需硬件较多，使系统成本增加。申请公布号为CN102794763A的专利技术专利申请公开了一种“基于线结构光视觉传感器引导的焊接机器人系统标定方法”，该系统标定方法通过相机获取圆靶标图像，并利用矩阵转换、Hough变换等方法对图像进行处理计算，最终获得工件在不同位姿下的位移值。该专利技术专利申请实现了机器人基于线结构光视觉传感器的手眼关系矩阵和传感器参数的快速标定，但其需采用多种算法对图像进行处理，且标定算法较为复杂。申请公布号为CN104369188B的专利技术专利申请公开了一种“基于机器视觉和超声波传感器的工件抓取装置及方法”，该专利技术专利使用单目相机采集工件轮廓图像，使用超声波传感器测距，实现了机器人对工件的抓取。但其装置由相机、传感器、液晶显示屏、PLC等硬件构成，设备所需硬件多且成本较高。申请公布号为CN103558850A的专利技术专利申请公开了一种“一种激光视觉引导的焊接机器人全自动运动自标定方法”，该方法涉及相机成像原理、激光结构光测量原理和手眼系统工作原理，实现激光结构光引导的焊接机器人系统的全自动标定。此系统需通过相机在三维空间做两组平移运动来实现相机参数的标定，并判断每次运动是否符合标定要求，操作方法略累赘。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于视觉的电梯门板定位与抓取装置及方法，该装置针对电梯门板尺寸较大，单相机定位精度差、不稳定的难题，提出了采用双相机的方法，保证定位的精确性和稳定性。本专利技术的另一个目的在于提供一种应用上述基于视觉的电梯门板定位与抓取装置实现的定位与抓取方法，其分为三个模块：S1，视觉定位模块；S2，坐标系转换模块；S3，系统软件设计模块；并基于康耐视VisionPro视觉开发软件设计电梯门板的特征识别和定位程序，具有很好的定位效果，能够引导机器人快速、准确地抓取电梯门板完成上料任务，满足工业实际应用的需求。本专利技术解决上述技术问题的技术方案为：基于视觉的电梯门板定位与抓取装置及方法，其特征在于，所述装置包括视觉系统装置、图像采集卡、工控机和机器人。其中，所述的视觉系统装置由相机、镜头和光源构成，作为系统中的视觉传感器，用于捕捉电梯门板来料的状态图像；所述的图像采集卡安装在工控机PCI插槽中，用于采集视觉系统装置捕捉到的图像并将其输入到工控机；所述的工控机是系统的核心，承担着图像处理、界面显示和通信的重要任务，用于将计算处理后的结果反馈给机器人；所述的机器人用于完成抓取工作，当其抓手到达图像采集位置后，将发出图像采集信号返回到相机控制其采集图像。所述定位与抓取方法分为三个模块：S1，视觉定位模块；S2，坐标系转换模块；S3，系统软件设计模块。其中：所述的S2，坐标系转换模块，包括以下步骤：S21，相机标定，即实现图像坐标系到世界坐标系的转换，S22，手眼标定，即实现世界坐标系到机器人工件坐标系的转换。所述的S3,系统软件设计模块，包括以下步骤：S31，提取特征点坐标，S32，计算偏移量；其中，S31，提取特征点坐标包括三个步骤：(1)转换坐标系，(2)模板匹配，(3)提取特征点A、B。本专利技术与现有技术相比具有以下的有益效果：1、采用了双相机的方法，解决了电梯门板尺寸较大单相机定位精度差、不稳定的难题，保证定位的精确性和稳定性；2、基于康耐视VisionPro视觉开发软件设计电梯门板的特征识别和定位程序，具有很好的定位效果，能够引导机器人快速、准确地抓取电梯门板完成上料任务，满足工业实际应用的需求；3、系统参数标定方法简便易行，能够满足工业现场标定要求，且无需用到传感器、PLC等硬件设备，减少系统成本。附图说明图1为本专利技术的基于视觉的电梯门板定位与抓取装置的一个具体实施方式的结构示意图。图2为本专利技术的基于视觉的电梯门板定位与抓取方法的模块流程图。图3为视觉定位的原理示意图。图4为视觉定位模块的流程示意图。图5为视觉定位系统的安装方式示意图。图6为图像坐标系、世界坐标系和机器人工件坐标系三大坐标系的关系示意图。图7为世界坐标系和工件坐标系的关系示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术的基于视觉的电梯门板定位与抓取装置由视觉系统装置、图像采集卡、工控机和机器人构成，其中：参见图1，所述的视觉系统装置包括相机1和2、镜头3和4、光源5和6；其中，所述的两个相机1和2、镜头3和4安装在机器人9的吸盘抓手一端，光源5安装在相机1和镜头3下面，光源6安装在相机2和镜头4下面；相机1和镜头3、相机2和镜头4均用于在其工作范围内拍摄图像，捕捉需要处理的电梯门来料状态图像；光源5和6用于打光，增强图像的对比度；所述的图像采集卡7安装在工控机8的PCI插槽中，用于采集视觉系统装置捕捉到的图像并将其输入到工控机8；所述的机器人9抓手到达图像采集位置后，发出图像采集信号控制相机1和相机2采集图像，采集的图像通过千兆以太网传送给工控机8；工控机8获取图像后通过图像处理算法计算出位置偏移量并发送给机器人9，引导机器人9调整自己的抓取位姿，如果定位失败则需要人工调整门板位置重新定位，工控机8和相机1和2，工控机8和机器人9都通过以太网相连接，工控机8是系统的核心，承担着图像处理、界面显示和通信的重要任务。图中10为机器人控制柜，是机器人9的一部分，11为电梯门板的来料台面。参见图2，所述的基于视觉的电梯门板定位与抓取方法的流程，包括以下步骤：S1：视觉定位模块，即实现对电梯门板来料状态图像的捕捉、定位，视觉定位原理及流程详细描述如下：S11：视觉定位原理及流程：参见图3，电梯门板来料的标准位置是偏移量为零的位置，实际生产中工人通过吊装设备将电梯门板放置在来料台面上，每次放置的位置都有变化。由于电梯门板尺寸较大为2120*430mm，角度计算偏差稍大经过坐标系原点旋转后会在门板的另一端造成较大偏差，且门板越长偏差就越大；而相机的视野有限，再加上不同门板采集图像时噪声的干扰，会使得单相机定位精确度不够、稳定性不高。为解决此问题，本系统采用双相机定位的方法，通过求取两个相距较远的点拟合的直线角度保证定位的精度和稳定性；因机器人上料时电梯门板一端距离地面较近，则两相机只能安装在吸盘抓手的一端，因此两个点分别取电梯门板一端两个矩形孔的左上顶点A和B。参见图1，两个相机分别采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于视觉的电梯门板定位与抓取装置，其特征在于，该装置包括视觉系统装置、图像采集卡、机器人和工控机；其中，所述的视觉系统装置用于捕捉电梯门板来料的状态图像，包括相机、镜头和光源；所述图像采集卡用于采集视觉系统装置捕捉到的图像并将其输入到工控机；所述工控机用于处理图像，并将计算后的结果发给机器人，引导机器人调整抓取位姿；所述机器人用于完成抓取工作，当其抓手到达图像采集位置后，将发出图像采集信号控制相机采集图像。

【技术特征摘要】
1.基于视觉的电梯门板定位与抓取装置，其特征在于，该装置包括视觉系统装置、图像采集卡、机器人和工控机；其中，所述的视觉系统装置用于捕捉电梯门板来料的状态图像，包括相机、镜头和光源；所述图像采集卡用于采集视觉系统装置捕捉到的图像并将其输入到工控机；所述工控机用于处理图像，并将计算后的结果发给机器人，引导机器人调整抓取位姿；所述机器人用于完成抓取工作，当其抓手到达图像采集位置后，将发出图像采集信号控制相机采集图像。2.一种应用权利要求1所述的基于视觉的电梯门板定位与抓取装置实现的定位与抓取方法，其特征在于，该方法由三个模块组成：S1，视觉定位模块；S2，坐标系转换模块；S3，系统软件设计模块。3.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃争鸣，何中平，李康，
申请(专利权)人：广州映博智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44