[发明专利]一种基于机器视觉的机械臂定位抓取方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的机械臂定位抓取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对摄像机及机械臂进行参数标定，建立图像坐标系与传送带坐标系、机械臂坐标系与传送带坐标系的关系；

S2：对图像中的目标工件进行识别，计算目标工件的形心及偏转角度；

S3：将S2中计算出的目标工件的形心及偏转角度信息发送给机械臂，并计算目标工件在机械臂坐标系下的位置坐标，完成目标工件的抓取；

其中，所述步骤S3中计算目标工件在机械臂坐标系下的位置坐标的步骤包括：

S31：计算目标工件在机械臂坐标系下的纵坐标：

d_y＝L-(b_n-a_n)×cosβ+△y，其中Δy＝y₀×cos(α+β)-x₀×sin(α+β)；

上式中，d_y为目标工件在机械臂坐标系下的纵坐标，L为机械臂坐标系与世界坐标系的平移矢量，即摄像机到机械臂的距离，a_n为机械臂触发摄像机的序列，b_n为机械臂抓取时刻的序列，(x₀,y₀)为图像坐标系下目标工件的形心坐标，α是图像坐标系和世界坐标系的夹角，β是世界坐标系和机械臂坐标系的夹角；

S32：计算目标工件在机械臂坐标系下的横坐标：

其中

x′₁＝x₁cos(α+β)+y₁sin(α+β)

x′₂＝x₂cos(α+β)+y₂sin(α+β)

x′＝x₀cos(α+β)+y₀sin(α+β)

上式中，d_x为目标工件在机械臂坐标系下的横坐标，X₁与X₂分别为机械臂坐标系下两个标定块的横坐标，且所述两个标定块的纵坐标相同，x₁、x₂分别为两个标定块对应在摄像机下的图像坐标系中的横坐标，y₁、y₂分别为两个标定块对应在摄像机下的图像坐标系中的纵坐标，(x₀,y₀)为图像坐标系下目标工件的形心坐标，x′₁、x′₂和x′为中间变量。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的机械臂定位抓取方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11：定义世界坐标系，摄像机像面中心点对应传送带上的位置为世界坐标系原点，工件运动方向为世界坐标系Y轴方向；

S12：对摄像机参数标定，建立图像坐标系与世界坐标系的关系；

S13：对机械臂参数标定，建立机械臂坐标系与世界坐标系的关系，计算机械臂坐标系、世界坐标系的平移矢量和旋转矩阵；

S14：图像坐标系转换成机械臂坐标系。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的机械臂定位抓取方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21：利用图像分割技术，提取目标工件；

S22：计算目标工件的形心，计算公式为：

其中(x₀,y₀)为图像坐标系下目标工件的形心坐标，(x,y)代表目标工件的图像坐标，sum代表目标工件的像素点数量；

S23：计算目标工件的偏转角度，即物体长轴与世界坐标系Y轴的夹角；

S24：对计算得到的目标工件的形心和偏转角度进行数据格式化。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的机械臂定位抓取方法，其特征在于，步骤S21中分割目标工件的方法包括：

S211：基于图像分割技术提取目标工件；

S212：按照从上到下、从左到右的顺序逐行扫描目标工件，得到多个扫描行；每一个扫描行和前一扫描行进行比较，通过判断左右范围是否有交集来判断图像的连通性，判断为有连通时及时合并相关扫描行；

S213：累积扫描过程中的像素点个数及图像坐标系下的X轴坐标和、Y轴坐标和。

5.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的机械臂定位抓取方法，其特征在于，步骤S23中计算目标工件偏转角度的方法包括：

S231：利用步骤S21提取出的目标工件轮廓和步骤S22计算出的目标工件形心，过形心做一条平行于目标工件运动方向的直线，并将轮廓投影到该直线上，投影线段的长度即是工件在该直线上的投影范围；

S232：以形心为中心，按1度的步长旋转该直线，并将轮廓投影到旋转后的直线上，得到新的投影范围；

S233：遍历180度后，找出投影范围最小的直线及其所对应的偏转角θ，该直线经过工件的短轴，过形心垂直于该直线的便是目标工件的长轴，则目标工件的偏转角为±|90°-θ|，偏左为负，偏右为正。