一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人制造技术

一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人，包括工业机器人控制系统、传感器系统、操控系统、网络集成控制系统、视觉跟踪系统以及执行机构，传感器系统与工业机器人控制系统连接，工件的图像识别的过程为：步骤1，灰度转换；步骤2，对比度均衡化；步骤3，对灰度图像进行中值滤波；步骤4，工件定位；步骤5，采用霍夫变换来检测矩形区域的倾斜角，再根据检测出来的倾斜角度进行插值旋转，使矩形区域中的工件水平排列；步骤6，形状识别。

A grabbing industrial robot with regular shape workpiece matching

【技术实现步骤摘要】
一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人
本专利技术属于工业机器人领域，特别涉及一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人。
技术介绍
随着当前工业自动化水平越来越高,在各行各业占有越来越重要的地位,它们能够娴熟、精准地执行多种复杂任务,这些任务由于环境或者其他因素的限制可能是人根本无法完成的。工业机器人的应用场景主要有汽车零部件制造和装配、机械自动化制造、有毒化工产品生产、标准流水线作业、高危环境设备安装、核辐射场地作业、极限环境作业等。现有技术中缺少对简单的工件进行形状匹配的抓取工业机器人
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何快速抓取规则形状的工件，对此本专利技术提供一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人，本专利技术的技术方案为：一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人，包括工业机器人控制系统、传感器系统、操控系统、网络集成控制系统、视觉跟踪系统以及执行机构，传感器系统与工业机器人控制系统连接，操控系统通过网络集成控制系统接收传感器系统和视觉跟踪系统的数据并向工业机器人控制系统发送控制指令，工业机器人控制系统控制执行机构，传感器系统安装在执行机构上，实时监控执行机构的位姿状态，传感器系统、视觉跟踪系统还与工业机器人控制系统连接用于实时反馈执行机构的工作状态以及监控周围环境，其中，工业机器人控制系统包括示教器、运动控制器，其中，操控系统包括工控机，其中，视觉跟踪系统包括RGB摄像机、激光扫描仪、跟踪摄像机，射频收发射装置，其中，传感器系统包括多个六轴传感器、光学传感器、运动传感器、霍尔电流传感器，其中，执行机构包括机械部分和电力部分，网络集成控制系统搜索局域网内存在的工业机器人并连接到相应的运动控制器，运行运动传感器并清零六轴传感器，运动传感器采集执行机构的末端执行器位姿信息来引导工业机器人的运动，并实时显示在示教器的屏幕上。工业机器人通信分为两级：第一级通信是操控系统与工业机器人控制系统的通信，采用串行通信技术或者网络通讯技术；第二级通信是工业机器人控制系统与传感器系统、视觉跟踪系统之间的通信，采用工业现场总线通信技术。其中，RGB摄像机与工件输送线、工件放置区、执行机构构成了工业机器人抓取系统，RGB摄像机实时得到的图像信息经工控机的图像处理后获得目标工件的形状及位置信息，上位机发送控制信息，让工业机器人执行指定的抓取放置操作。RGB摄像机观测工件进入视野范围，在视野范围内的工件输送线的中间放置触发器，当工件触碰到触发器时，RGB摄像机捕捉图像，并把捕捉到的图像传递到工控机进行图像处理，对图像进行分析处理后会得到目标工件的形状及抓取位置信息，发送给工业机器人，然后工业机器人指定位置进行抓取，并且根据形状不同，目标工件也会被码垛在工件放置区的不同地方。对采集得到的图像进行分析处理，识别出目标工件的形状，得到目标工件的中心位置。工件的图像识别的具体过程为：步骤1，灰度转换；步骤2，对比度均衡化；步骤3，对灰度图像进行中值滤波；步骤4，工件定位；步骤5，采用霍夫变换来检测矩形区域的倾斜角，再根据检测出来的倾斜角度进行插值旋转，使矩形区域中的工件水平排列；步骤6，形状识别。本专利技术的有益效果：(1)通过规则形状的匹配算法实现对简单工件的快速识别；(2)通过图像处理实现对工件的中心位置识别定位；(3)使用光耦隔离电路极大提高了硬件的可靠性；(4)使用二级通信,实现了对工业机器人的灵活控制；(5)执行机构使用平行四边形，增加了整个结构刚度,增加系统稳定性。附图说明图1为本专利技术的工业机器人系统框图；图2为本专利技术的执行机构的机械结构图；图3为本专利技术的工业机器人抓取工作示意图；图4为本专利技术的则形状的简单工件对比匹配方法流程图；图5为本专利技术的工件中心位置获取流程图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人，包括工业机器人控制系统、传感器系统、操控系统、网络集成控制系统、视觉跟踪系统以及执行机构，传感器系统与工业机器人控制系统连接，操控系统通过网络集成控制系统接收传感器系统和视觉跟踪系统的数据并向工业机器人控制系统发送控制指令，工业机器人控制系统控制执行机构，传感器系统安装在执行机构上，实时监控执行机构的位姿状态，传感器系统、视觉跟踪系统还与工业机器人控制系统连接用于实时反馈执行机构的工作状态以及监控周围环境，其中，工业机器人控制系统包括示教器、运动控制器，其中，操控系统包括工控机，其中，视觉跟踪系统包括RGB摄像机、激光扫描仪、跟踪摄像机，射频收发射装置，其中，传感器系统包括多个六轴传感器、光学传感器、运动传感器、霍尔电流传感器，其中，执行机构包括机械部分和电力部分，网络集成控制系统搜索局域网内存在的工业机器人并连接到相应的运动控制器，运行运动传感器并清零六轴传感器，运动传感器采集执行机构的末端执行器位姿信息来引导工业机器人的运动，并实时显示在示教器的屏幕上。工业机器人通信分为两级：第一级通信是操控系统与工业机器人控制系统的通信，采用串行通信技术或者网络通讯技术；第二级通信是工业机器人控制系统与传感器系统、视觉跟踪系统之间的通信，采用工业现场总线通信技术。其中，机械部分包括底座、连接件、大臂、小臂、腕部、末端执行器以及旋转关节，旋转关节分别位于底座与连接件之间、连接件与大臂之间、大臂与小臂之间以及腕部与末端执行器之间，底座是承重基础部件，固定在地面或支架上，连接件是大臂的支撑部件，实现机器人的回转功能，连接件在底座上进行旋转，大臂是小臂的支撑部件，大臂的摆动改变末端执行器在水平方向上的行程，小臂的俯仰实现末端执行器在垂直方向上的位置变换，腕部的末端执行器旋转关节调整承载目标的旋转角度和位置。底座的关节座与轴线垂直于地面的旋转关节联接，关节座安装在底座上，为大臂提供支撑，其上安装有大臂、小臂和保持腕部水平的连杆，大臂、小臂与连杆相互构成平行四边形，增加了整个臂部的刚度，通过串联平行四边形机构的叠加效应,满足腕部的易控性，腕部是法兰盘，根据用户的不同需要，在法兰盘上联接真空吸盘。该结构增加整个臂部的刚度，平行四边形的相互作用,增加了整个机器人传动系统的刚度,减小了启动与急停情况下造成的机器人颤动，行程放大，减小系统惯量，节约成本，同时增加了系统的稳定性，搬运机器人利用“平行四边形”原理简化了机器人位姿的控制,降低了过程控制的难度,可以缩短机器人的工作周期和研发设计成本。其中，电力部分包括编码器、解码电路、光耦隔离电路、永磁同步伺服电机(PMSM)、减速器以及智能功率控制模块(IPM)，霍尔电流传感器采集永磁同步伺服电机的U相和V相电流，反馈给运动控制器，编码器通过解码电路实时向运动控制器反馈永磁同步伺服电机实际位置，运动控制器通过串行总线接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人，包括工业机器人控制系统、传感器系统、操控系统、网络集成控制系统、视觉跟踪系统以及执行机构，传感器系统与工业机器人控制系统连接，工业机器人控制系统包括示教器、运动控制器，操控系统包括工控机，视觉跟踪系统包括RGB摄像机、激光扫描仪、跟踪摄像机，射频收发射装置，传感器系统包括多个六轴传感器、光学传感器、运动传感器、霍尔电流传感器，执行机构包括机械部分和电力部分，/nRGB摄像机与工件输送线、工件放置区、执行机构构成了工业机器人抓取系统，RGB摄像机实时得到的图像信息经工控机的图像处理后获得目标工件的形状及位置信息，上位机发送控制信息，让工业机器人执行指定的抓取放置操作，对采集得到的图像进行分析处理，识别出目标工件的形状，得到目标工件的中心位置，工件的图像识别的过程为：/n步骤1，灰度转换；/n步骤2，对比度均衡化；/n步骤3，对灰度图像进行中值滤波；/n步骤4，工件定位；/n步骤5，采用霍夫变换来检测矩形区域的倾斜角，再根据检测出来的倾斜角度进行插值旋转，使矩形区域中的工件水平排列；/n步骤6，形状识别。/n

【技术特征摘要】
20181107 CN 20181132052241.一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人，包括工业机器人控制系统、传感器系统、操控系统、网络集成控制系统、视觉跟踪系统以及执行机构，传感器系统与工业机器人控制系统连接，工业机器人控制系统包括示教器、运动控制器，操控系统包括工控机，视觉跟踪系统包括RGB摄像机、激光扫描仪、跟踪摄像机，射频收发射装置，传感器系统包括多个六轴传感器、光学传感器、运动传感器、霍尔电流传感器，执行机构包括机械部分和电力部分，
RGB摄像机与工件输送线、工件放置区、执行机构构成了工业机器人抓取系统，RGB摄像机实时得到的图像信息经工控机的图像处理后获得目标工件的形状及位置信息，上位机发送控制信息，让工业机器人执行指定的抓取放置操作，对采集得到的图像进行分析处理，识别出目标工件的形状，得到目标工件的中心位置，工件的图像识别的过程为：
步骤1，灰度转换；
步骤2，对比度均衡化；
步骤3，对灰度图像进行中值滤波；
步骤4，工件定位；
步骤5，采用霍夫变换来检测矩形区域的倾斜角，再根据检测出来的倾斜角度进行插值旋转，使矩形区域中的工件水平排列；
步骤6，形状识别。


2.根据权利要求1所述的一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人，其特征在于：RGB摄像机观测工件进入视野范围，在视野范围内的工件输送线的中间放置触发器，当工件触碰到触发器时，RGB摄像机捕捉图像，并把捕捉到的图像传递到工控机进行图像处理，对图像进行分析处理后会得到目标工件的形状及抓取位置信息，发送给工业机器人，然后工业机器人指定位置进行抓取，并且根据形状不同，目标工件也会被码垛在工件放置区的不同地方。


3.根据权利要求1所述的一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人，其特征在于步骤1具体为：采集到的工作空间图像是24位RGB格式的BMP位图，将彩色图像转换为灰度图后进行处理，用f(i,j)表示象素点(i,j)的灰度值，R(i,j)表示象素点(i,j)的红色分量，G(i,j)表示象素点(i,j)的绿色分量，B(i,j)表示象素点(i,j)的蓝色分量,灰度转换公式如下：
f(i,j)＝0.299×R(i,j)+0.587×G(i,j)+0.144×B(i,j)。


4.根据权利要求1所述的一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人，其特征在于步骤2具体为：
设g(i,j),(i＝1,2,...,M；j＝1,2,...,N)为灰度转换后的图像，其中，M、N分别为图像像素尺寸上的高和宽，图像的灰度变化范围为[0,255]，
步骤2.1，根据原图像[f(i,j)]M×N构建256维的hf(t),t＝0,1,2,...,255向量；
步骤2.2求原图像的灰度分布概率pf(t)向量，

其中，Nf为图像的总像素个数；
步骤2.3，计算图像各个灰度值的累计分布概率pa(k)，则，

其中，pa(0)＝0；
步骤2.4，直方图均衡化计算，得到处理后图像的像素值g(i,j)，则，g(i,j)＝255*pa(k)。


5.根据权利要求1所述的一种规则形状工件匹配的抓取工业机器人，其特征在于步骤4具体为：
步骤4.1，构建结构矩阵对图像进行闭运算，把工件区域填充成一个连通区域，消除小的区域，连通工件部分，标志出预选区域；
步骤4.2，将预选区域设置为白色，像素值为0，其他区域设为黑色,像素值为1；对图像中的每个封闭的白色区块进行标注，对图像进行扫描，遇到第一个像素值为1的标注为LAB，然后对其8邻域的对象进行扫描，如果这八个像素值均为1，则这些像素都在一个区域中，标注为LAB，然后继续扫描，直...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙法君，
申请(专利权)人：宁波赛朗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33