[发明专利]基于机器视觉的机器人分拣系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，特别是涉及一种基于机器视觉的机器人分拣系统及方法。 

背景技术

分拣作业是大多数流水化生产线上的一个重要环节。基于机器视觉的机器人分拣与人工分拣作业相比，不但高效、准确，而且在质量保障、卫生保障等方面有着人工作业无法替代的优势；与传统的机械分拣作业相比，基于机器视觉的机器人分拣则有着适应范围广、随时能变换作业对象和变换分拣工序的优势。机器人分拣技术是机器人技术和机器视觉技术的有机结合，日本以及欧美一些发达国家，在机械、食品、医药、化妆品等生产领域应用机器人分拣已经相当普及，而我国目前真正付诸实施的机器人分拣系统还几乎是空白。根据目前我国的市场需求状况和相关技术基础，研究、开发和应用机器人分拣技术有着十分重要的意义。 

国内也有一部分人针对基于机器视觉的机器人分拣系统进行了研究并取得了一定的成果，目前研制的分拣系统绝大多数架构模式为使用知名厂家的现有工业机器人系统，通过串口、以太网等通信息方式，与机器视觉系统进行数据通信，实现分拣系统的集成，而这样的系统架构使得机器视觉系统和机器人系统相对独立，灵活性差，开放性低，依赖性高，操作不方便，可移植性差，同时在进行这两个系统通信对接过程中难度大，研发周期长。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的机器人分拣系统及方法，在分拣作业中提高工作效率、减少操作工人，降低生产成本。 

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于机器视觉的机器人分拣系统，包括控制单元、相机单元、机器人单元和治具单元，其中控制单元包括工业计算机、交换机，相机单元包括CCD数字相机、镜头和光源，机器人单元包括六轴关节机器人本体和电气控制柜，治具单元包括真空吸盘； 

CCD数字相机通过交换机与工业计算机连接，六轴关节机器人本体与电气控制柜 相连，电气控制柜接入交换机，真空吸盘刚性固定在六轴关节机器人本体的末端，且与六轴关节机器人本体的前臂共轴； 

相机单元进行被分拣物品的图片拍摄、数据采集，并将拍摄的图片和采集的数据通过交换机传输至工业计算机；工业计算机对采集到的被分拣物品图片进行图像处理和精确定位后，通过交换机向电气控制柜发送控制信号；电气控制柜根据收到的控制信号操纵六轴关节机器人本体执行相应的分拣动作。 

一种基于机器视觉的机器人分拣方法，包括以下步骤： 

步骤1，确定被分拣的目标物品，将被分拣物品的特征选择或输入工业计算机； 

步骤2，调整镜头和光源的角度使二者对准待分拣物品放置区，CCD数字相机进行被分拣物品的图片拍摄、数据采集，并将拍摄的图片和采集的数据通过交换机传输至工业计算机； 

步骤3，工业计算机的图像处理模块对被分拣物品图片进行图像处理，判断图像中是否有目标物品：如果没有，则返回步骤2；如果有，则将所有目标物品提取出来，并进入下一步； 

步骤4，工业计算机的机器人控制模块对CCD数字相机和六轴关节机器人本体进行手眼标定后，根据图像坐标系、相机坐标系及机器人坐标系之间的转换关系确定各个目标物品在机器人坐标系的位置和姿态信息，将获取的各个目标物品的位置与姿态信息储存到文件中； 

步骤5，确定所分拣的目标物品进行堆放的目标位置即分拣目标物品放置区，并通过机器人控制模块求取各个目标物品位置与姿态运动学逆解，进行六轴关节机器人本体的动作轨迹规划； 

步骤6，通过交换机向电气控制柜发送控制信号，电气控制柜根据收到的控制信号操纵六轴关节机器人本体执行相应的分拣动作，引导六轴关节机器人本体完成所有目标物品的吸取、搬运和堆放。 

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）同时具备机器人控制功能和图像处理功能灵活性好，开放性高；（2）在分拣作业中提高工作效率、减少操作工人；（3）降低生产成本，且可移植性强、适应性广。 

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 

附图说明

图1是本发明基于机器视觉的机器人分拣系统结构图。 

图2是本发明基于机器视觉的机器人分拣方法流程图。 

图3是本发明图像坐标系、相机坐标系及机器人坐标系之间的转换示意图。 

图4是实施例1中对被分拣物品图片进行图像处理过程示意图，其中(a)为原始图像，(b)为阈值分割后的图像，(c)为连通区域提取后的图像，(d)为特征提取后的图像。