[发明专利]一种基于机器视觉的机械臂定位抓取方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，特别涉及一种适用于高速流水线作业的基于机器视觉的机械臂定位抓取方法。

背景技术

自20世纪50代世界上诞生了第一台机器人以来，机器人技术经历了一个缓慢的发展过程。之后随着计算机技术、微电子技术的发展在20世纪80年代出现了机器视觉，并于90年代得到了迅猛发展。这时机器视觉也从科研领域延伸向应用领域。

在现代工业自动化生产过程中，机器视觉已得到了广泛的应用，比如机械零件的自动检测、智能控制及生产线的自动监控、运动目标的自动跟踪与识别等，然而机器视觉与机械臂的配合还处在一个起步阶段，多是传感器与机械臂的配合，这样不免就会存在灵活性差、反应慢、精度要求高等缺点。

目前市面上已有一种手眼式伺服机器人，即眼在机械臂上。其抓取原理如图1所示，其具体步骤如下：

步骤1机械臂上的摄像机捕捉目标物体；

步骤2判断目标是否在摄像机视场中，否则移动机械臂；

步骤3判断目标是否在摄像机正下方，否则移动机械臂；

步骤4机械臂接受信号移向目标物体，实现抓取。

总结这种手眼式伺服机器人的抓取原理为：由摄像机拍摄图像，并从中提取目标物体的信息，然后计算摄像机与物体之间的相对位姿，最后通过移动机械臂实现抓取。由此可见，此抓取过程中需要摄像机和机械臂的高度配合，实时性较差，不易用在高速流水线上。并且每个机械臂上需安装一个摄像机，成本较高，不适合大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有机械臂抓取方法中存在的实时性差、成本高的缺点，提供一种基于机器视觉的机械臂定位抓取方法。

为达上述目的，本发明的技术方案采取以下步骤：

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。

优选的，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输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，计算机械臂坐标系与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。

优选的，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。

优选的，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+Δy，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为机械臂触发摄相机的序列，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形心坐标，α是摄像机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