[发明专利]一种基于3D视觉识别的机器人手爪姿态校正系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于3D视觉识别的机器人手爪姿态校正系统，使用该系统进行机器人手爪姿态校正的方法。具体属于流水线生产的自动化控制领域。

背景技术

在流水线生产过程中，如何减少人工干预、提高过程的自动化控制水平，一直是人们不断追求的目标。与人不同，机器由于不具有智能，并且在空间结构识别方面存在严重欠缺，使用自动化设备完全替代人工并不现实。其中较为典型的情况是对于流水线中工件的抓取。

使用机器人手爪对工件进行抓取需要注意若干问题。其一是工件大部分情况下并非均匀体或具有良好对称结构，其二是工件不同部位承受压力的能力不同。两点结合，需要控制机器人手爪在恰当的位置以恰当的力度进行抓取，既要保证抓取的稳定，又要防止对于工件已有结构的损坏。对于后者而言，如果工件中存在完全不能受力的部分(例如花纹、薄壁等)，如果机器人手爪抓取点位于这些部位，甚至会直接造成工件的损坏。

现有技术中为了解决前述问题，主要改进方式在于对手爪本身的改进(CN101890722A)，包括提供灵活的姿态调整自由度、抓取力度控制手段、柔软的抓手等方式；但是往往需要使用精密复杂的手爪组件，不仅提高了成本，还提高了设备维修保养的难度。

3D视觉识别系统是近期发展起来的物体识别方式，并且已被应用于流水线上生产上。3D视觉识别技术的基本原理是，通过采集工件的图像，并通过一定的算法进行处理，获得工件轮廓、外貌、纹理、形态等物理信息，并将这些物理信息数字化、模型化，从而获得计算机可以识别和处理的数字信号，使得诸如机械手等设备能够根据这些数字信号识别并处理工件，从而达到自动化生产的目的(CN106251353A，CN106003093A，CN105021124A)。现有技术中公开了多种实现3D视觉识别的方法，例如通过双摄像头获得工件轴线特征(魏弦等，煤矿机械，2013,34(8)，72-73)，通过光栅投影获得3D工件表面形貌(CN102305601A)等。

现有技术中，对于形状规则的工件可以方便地利用3D视觉识别技术引导机器人手爪的姿态，例如CN105729472A公开了一种基于机器视觉的球泡灯分拣和装箱系统。但是工业生产中涉及的工件更多是不具有规则性状、甚至不具有对称轴的异形工件，这一问题在柔性生产系统中表现得更为突出。如何在应用环境下实现对于机器人手爪姿态的校正，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，对于特别是不具有规整性装的工件如何实现快速有效抓取的问题，提供一种对于机器人手爪姿态进行校正的系统，以及相应的校正方法，从而解决现有技术中存在的问题。

为解决前述技术问题，本发明提出了如下的基于3D视觉识别的机器人手爪姿态校正系统，其特征在于，所述系统包括以下组件：

(1)第一传送带，所述第一传送带用于工件的匀速传送；

(2)第一3D识别装置，所述第一3D识别装置安装于第一传送带上方，用于对第一传送带所传送工件的3D形貌进行第一次识别；

(3)挡板，所述挡板安装于第一传送带末端，用于改变工件的放置形态；所述挡板在垂直方向上与第一传送带呈垂直状态，在水平方向上与第一传送带的传送方向呈一定角度；

(4)第二传送带，所述第二传送带用于工件继续匀速传送，第二传送带在垂直方向上位于第一传送带下方并具有一定落差，第二传送带的传送方向与第一传送带的传送方向相同；

(5)第二3D识别装置，所述第二3D识别装置安装于第二传送带上方，用于对第二传送带所传送工件的3D形貌进行第二次识别；

(6)计算装置，所述计算装置用于对第一3D识别装置和第二3D识别装置采集到的图像信号进行处理，计算得到对应的工件形貌，获得工件识别位点，并根据识别位点信息控制机器人手爪的姿态校正。

为了保证工件能够被准确识别，需要控制其运动速度、防止在传送带上的颠簸；同时也要从效率的角度考虑，不能使传输速度过低。优选所述第一传送带和所述第二传送带的传送速度相同，并进一步优选该传送速度为1m/s。

所述挡板在水平方向上与第一传送带的传送方向所呈角度范围在85～55°即可，其目的在于对工件水平放置姿态进行调节，保证其在两个传送带上具有不同的形态。为了进一步保证形貌的差别，所述第一传送带与所述第二传送带应具有落差，其范围优选为5～50cm，从而利用工件的下落大幅度调节其形态。

所述3D结构构建组件没有特别限制，只要是现有技术中公开的能够对被识别组件的3D信息予以识别的设备和/或方法均可使用。