基于视觉引导机械臂抓取炉具的方法技术

本发明专利技术公开一种基于视觉引导机械臂抓取炉具的方法，包括以下步骤：制作炉具工件的匹配模板；图像预处理，包括图像矫正、消除噪声，为后续处理提供高质量图像；通过匹配算法计算得出炉具工件的坐标参数；利用手眼标定参数通过多次测量计算补偿量计算出机械臂抓取位姿。本发明专利技术针对可靠、快速和精确的机械臂抓取工作，通过搭建相机光源系统，利用相机的高精度，获得了物体的高精度三维信息。为了精确计算炉具的姿态，对二维图像进行滤波处理，然后采用匹配算法对场景和模型进行精确匹配。炉具位姿可以通过坐标系变换确定,以便机器人正确地抓取炉具。该系统能够在各种角度及各种距离的物体中以准确位姿抓取炉具，可靠、快速和精确的完成机械臂抓取工作。完成机械臂抓取工作。完成机械臂抓取工作。

【技术实现步骤摘要】
基于视觉引导机械臂抓取炉具的方法


[0001]本专利技术涉及机械臂抓取控制
，特别是涉及一种基于视觉引导机械臂抓取炉具的方法。

技术介绍

[0002]工业生产过程中，如冲压、重复装配、焊接、喷漆等工作中，由于工作环境恶劣、劳动性质单一且技术含量低，导致很多人不愿意从事该类工作。企业迫切希望能够使用机械臂代替人工作业，降低工人劳动强度，提高产品生产质量，实现自动化生产。机械臂在现在工业领域得到广泛的应用，如分拣、搬运、装配等。但传统机械臂采用离线编程方式，将机械臂提前规划好运动路线及工作动作，不具备实时调整功能，只能进行简单动作，不能满足实际生产需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于视觉引导机械臂抓取炉具的方法，通过视觉引导使得机械臂在日常工作中能够更智能化，能够感知工作环境的变化做出相应的调整，提高企业的自动化生产水平，推动劳动密集型企业自动化智能化改造进程。
[0004]为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
[0005]一种基于视觉引导机械臂抓取炉具的方法，包括：
[0006]S1.根据不同炉具设计制作不同的抓取模板；
[0007]S2.对采集得到的图像预处理，确定炉具件是否存在，对包含炉具的炉具图像进行ROI区域定位；
[0008]S3.将抓取模板与预处理后的炉具图像输入至检测算法中匹配处理，匹配成功后，输出匹配结果；
[0009]S4.将匹配结果发送给机械臂，所述机械臂根据输出的匹配结果对炉具进行抓取。
[0010]其中，步骤S2中，对包含炉具的炉具图像进行ROI区域定位，包括：
[0011]通过颜色空间转换，增强炉具图像边缘特征；对现场环境对拍摄产生的椒盐噪声预处理，进行消噪；对消完噪的炉具图像进行ROI分割，定位兴趣区。
[0012]其中，步骤S3中，将所述抓取模板与预处理后的炉具图像输入至检测算法中匹配处理，由所述检测算法对预处理定位后的炉具图像与抓取模板进行匹配，经过仿射变换以及最小二成法约束，得到匹配后炉具件的坐标。
[0013]其中，所述仿射变换采用如下的旋转矩阵进行，得到匹配后炉具件坐标：
[0014][0015]其中，x，y为抓取模板坐标值，x
′
，y
′
为匹配后炉具件的坐标，θ为匹配后炉具件与
抓取模板间的旋转角度。
[0016]其中，步骤S4中，所述机械臂根据输出的匹配结果对炉具进行抓取包括：
[0017]所述机械臂根据匹配后炉具件的坐标、炉具件与抓取模板间的旋转角度以及高度差调整其位姿，调整位姿完成后对待抓取炉具件进行抓取。
[0018]本专利技术通过使用视觉算法引导机械臂进行工作，可根据实时的工作环境进行调整工作状态，如抓取坐标的改变以及角度的变化，使得机械臂在实际工作中能够更加智能化；能提高机械臂在实际工作中的抓取精度，更好应对工作环境的变化，可应用于装配、上料等工业自动化领域，以提高现有生产线的性能。
附图说明
[0019]图1是本专利技术视觉引导机械臂抓取炉具的方法的流程图；
[0020]图2a
‑
图2b是本专利技术得模板匹配方法匹配结果与传统匹配方法得匹配结果对比图；
[0021]图3a
‑
图3b是本专利技术使用空间转换边缘匹配结果与普通图像匹配边缘结果对比图；
[0022]图4四个角点在图上位置示意图。
[0023]图5a
‑
图5b是本专利技术视觉检测系统与机械臂的实物示意图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]本专利技术将视觉引导系统与机械臂抓取系统相结合，对炉具件进行快速定位，提高抓取精度，可以应对炉具件的位姿发生变化。
[0026]本专利技术能够在各种角度及各种距离的物体中以准确位姿抓取炉具，可靠、快速和精确的完成机械臂抓取工作。
[0027]本专利技术的基于视觉引导机械臂抓取炉具的方法，包括以下步骤：
[0028]制作适应炉具工件的所需要的匹配模板；
[0029]对通过机器视觉获取的炉具件的图像预处理，包括图像矫正、消除噪声，为后续处理提供高质量图像；
[0030]通过模板匹配算法计算得出炉具工件的坐标参数等；
[0031]利用手眼标定参数通过多次测量计算补偿量，计算出机械臂抓取位姿。
[0032]本专利技术针对可靠、快速和精确的机械臂抓取工作，通过搭建相机光源系统，利用相机的高精度，获得物体(炉具体)的高精度三维信息，用于确定炉具件的位姿，然后利用标定参数通过多次测量计算补偿量，从而可以实现根据计算获得的炉具件的位姿，计算出机械臂抓取位姿，从而实现炉具件进行快速定位，提高抓取精度。
[0033]为了精确计算炉具的姿态，对获取的炉具的二维图像进行滤波处理，然后采用匹配算法对场景和模型进行精确匹配。
[0034]其中，炉具的位姿可以通过坐标系变换确定,以便机器人能正确地抓取炉具。
[0035]具体的，如图1所示，本专利技术实施例的基于视觉引导机械臂抓取炉具的方法，采取
以下步骤进行：
[0036]步骤S1：制作抓取模板；
[0037]步骤S1具体为：
[0038]针对不同的种类、不同样式的炉具抓取件进行分割，对分割后的采集图制作匹配用的抓取模板，这样可以提升算法在匹配过程中的精度与鲁棒性，提高算法在不同的场景，不同产品线的使用中都能够有很好的匹配效果及精度，如图2a所示，示出民传统模板匹配方法，在边缘部分存在匹配偏差，图2b为本专利技术所用的模板匹配方法，在传统匹配容易出现偏差的边缘部分本专利技术的匹配方法能够很好的进行匹配，能够较大程度提高匹配的精度与检测的正确率。
[0039]步骤S2：对采集的图像消噪、区域定位、记录坐标以及高度数据。
[0040]步骤S2具体为：
[0041]对采集图像首先进行初步的检测，判断是否存在待抓取炉具件，如果未存在炉具工件则拍摄下一张图。
[0042]如果存在待抓取炉具件，则对拍摄的炉具件图像进行预处理操作，为降低环境的影响，通过颜色空间转换，增强炉具图像边缘特征。对现场环境对拍摄产生的椒盐噪声进行预处理，对消完噪的图像进行ROI区域分割，定位兴趣区，提高下一步骤的匹配成功率，图3a所示为普通图像匹配边缘结果，图3b为空间转换边缘匹配结果，能够较大程度提高匹配的精度与检测的正确率。
[0043]步骤S3：将分割好的图像输入到匹配函数中，通过匹配计算得出待抓取炉具件的坐标与相对于模板的旋转角度或是变化角度；
[0044]所述步骤S3具体为：
[0045]将经过步骤S2预处理的图像输入至检测函数\匹配函数中，在相应的检测函数\匹配函数中使用本专利技术的匹配算法/检测算法，通过模板对待匹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于视觉引导机械臂抓取炉具的方法，其特征在于，包括：S1.根据不同炉具设计制作不同的抓取模板；S2.对采集得到的图像预处理，确定炉具件是否存在，对包含炉具的炉具图像进行ROI区域定位；S3.将抓取模板与预处理后的炉具图像输入至检测算法中匹配处理，匹配成功后，输出匹配结果；S4.将匹配结果发送给机械臂，所述机械臂根据输出的匹配结果对炉具进行抓取。2.根据权利要求1所述基于视觉引导机械臂抓取炉具的方法，其特征在于，步骤S2中，对包含炉具的炉具图像进行ROI区域定位，包括：通过颜色空间转换，增强炉具图像边缘特征；对现场环境对拍摄产生的椒盐噪声预处理，进行消噪；对消完噪的炉具图像进行ROI分割，定位兴趣区。3.根据权利要求2所述基于视觉引导机械臂抓取炉具的方法，其特征在于，步骤S3中，将所述抓取模板与预处理后的炉具图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：张堃博，李亚彬，孟令波，杨程午，
申请(专利权)人：天津中科智能识别有限公司，
类型：发明
国别省市：