[发明专利]一种三维视觉配合机器人实施铸件自动下料的方法

权利要求书

1.一种三维视觉配合机器人实施铸件自动下料的方法，其步骤如下：

步骤1.针对所用机器人的夹具设置机器人抓取姿态：

设置机器人夹具的tcp，设定夹具末端点与六轴法兰中心的偏移量及角度；

示教机器人铸件放置点，设定抓取后的工件放置位置；

步骤 2.对三维相机进行标定，使相机坐标系与机器人坐标系重合；

步骤3.使用三维相机随机获取传送机构上的一个铸件的实时三维点云数据及纹理图信息；

步骤4.调试并设置三维图像处理的参数并根据设置的参数对三维点云模型数据进行噪声处理、点云裁剪和体素滤波；其步骤如下：

步骤4.1 降噪:采用在设定邻域范围内去除邻域个数小于所设阈值的点的方法去除噪声点云；

步骤4.2 点云剪裁:将工作区域外的点云去除；

步骤4.3 体素滤波:在点云数据中创建一个三维体素栅格，把体素栅格设定为微小的空间三维立方体的集合，然后在每个体素内，用体素中所有点的重心来近似体素中所有点，这样该体素内所有点就用一个重心点最终表示；在保证所需精度的前提下，通过体素滤波降低点云的数据量；

步骤5.识别铸件和计算铸件的空间位置信息；其步骤是：

步骤5.1三维相机拍照时在获取三维点云时，同时获取纹理图二维视觉信息；使用二维图像模板匹配方法完成二维粗配准；

步骤5.2应用三维视觉中的迭代最近点算法进行精配准，来获取铸件三维模型与目标铸件点云间的空间变换矩阵；得到铸件空间位姿信息后，通过与铸件三维模型数据的比对，获取铸件中心点空间坐标(P_x, P_y, P_z)，铸件中心点法向(N_x, N_y, N_z)和转换矩阵；

其中，P_x-铸件中心点空间坐标的x值；P_y-铸件中心点空间坐标的y值；P_z-铸件中心点空间坐标的z值；N_x-铸件中心点法向的x值；N_y-铸件中心点法向的y值；N_z-铸件中心点法向的z值；旋转矩阵则由铸件中心点空间坐标(P_x, P_y, P_z)、铸件中心点法向(N_x, N_y, N_z)通过SVD奇异值分解的方法求出；

步骤6.根据对应铸件型号的机器人抓取点的设置得到机器人抓取点：

机器人tcp与铸件中心点的空间位置偏差(d_x, d_y, d_z, r_x, r_y, r_z)，其中，d_x为相机坐标系下沿x轴的偏移，d_y为相机坐标系下沿y轴的偏移，d_z为相机坐标系下沿z轴的偏移，r_x为相机坐标系下绕x轴的旋转，r_y为相机坐标系下绕y轴的旋转，r_z为相机坐标系下绕z轴的旋转；

通过上述空间位置偏差(d_x, d_y, d_y, d_z, r_x, r_y, r_z)计算得到机器人的抓取点，再推算机器人从机器人的起始点至铸件抓取点的轨迹再到机器人的放置点的抓取放置轨迹，其中包括轨迹中的过渡点；三维视觉系统推算轨迹中每个点的空间坐标和姿态，机器人根据点位进行解码自行转换为六自由度的运动状态；

步骤7.机器人在抓取运动过程中，离开三维相机拍照区域时，机器人发送信号给工控机通知三维相机拍照获取传送机构上堆叠铸件的三维点云数据并识别和计算机器人抓取运动轨迹，重复步骤4至步骤6；

步骤8.当三维系统无法识别出铸件时，三维系统将再次拍照确认是否存在没有识别的铸件，如果依旧没有可识别的铸件，三维系统则认为传送机构上所有铸件已经抓取完成，工控机通过IO发送抓取完成信号给plc并由plc控制传送机构进行补料。

2.根据权利要求1所述三维视觉配合机器人实施铸件自动下料的方法，其特征是：所述使用三维相机随机获取传送机构上的一个铸件的实时三维点云数据及纹理图信息，传感器检测到铸件则发送脉冲信号给plc，再由plc控制传送装置停止并通过IO通讯通知工控机触发三维相机拍照。