一种基于视觉引导的薄片状物体抓取系统的制作方法

一种基于视觉引导的薄片状物体抓取系统
1.技术领域本发明涉及机器视觉和工业机器人应用领域，具体涉及一种基于视觉引导的薄片状物体抓取系统。

背景技术：

2.当前工业识别与抓取是生产线上工业机器人的一个重要作用，多数的生产线上机器人使用的离线编程的方式，这种机器人工作模式比较固化，在不变的工作环境或者固定的目标对象时，能进行按照预定指令进行工作，一旦工作环境或者目标对象发生变化时，这种离线编程的机器人不会进行及时调整。目前也有不少引入机器视觉的工业机器人，即使在工作环境或者目标对象发生变化时，这种工业机器人也能通过视觉引导能快速的进行抓取搬运等工作，提高了工业机器人的灵活性和工作效率。
3.虽然当前引入机器视觉的工业机器人不在少数，但大部分都是针对体积较大或者质量较大的目标进行抓取等处理，对质量小的目标处理方案的较少。

技术实现要素：

4.本发明针对质量轻体积小的薄片状物体生产包装问题，开发出一套视觉引导的薄片状物体抓取系统，可以快速准确的实现薄片状物体抓取。
5.为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，包括图像采集模块、控制器和机械臂，图像采集模块设置于传送带上方，用于采集待抓取薄片状物体的图像，并传输至控制器，控制器内存有待抓取薄片状物体的模板图像，对于图像采集模块传输过来的实时图像进行预处理、模式匹配和位姿估计，控制器根据待抓取薄片状物体的位姿信息计算出机械臂对应的角度信息，控制器将角度信息发送至机械臂的驱动机构，对机械臂进行姿态调整，进行抓取。
6.进一步的，控制器接收图像采集模块传输过来的图像后进行目标的特征提取和模板匹配，通过模板匹配的方式计算出薄片状物体的中心位置，通过前后两帧图像在运动方向上的位置和拍摄时间间隔计算出薄片状物体的运动速度，通过卡尔曼滤波估算出下一个时钟周期内薄片状物体的位置，并且规划机械臂的运动轨迹，当薄片状物体进入机械臂抓取区域内时，机械臂末端的位姿态与目标位姿态重合，再将位姿态信息换算成角度信息，从而引导机械臂准确抓取薄片状物体。
7.进一步的，通过原始图像构建模板图像，过程为：对原始图像作中低通滤波，进行图像的预处理，降低或去除噪声，在原始图像中选择目标薄片状物体的图像作为模板图像，在原始图像中定义一个搜索区域，已模板图像作为模板，通过灰度相关匹配，在搜索区域内到一个或多个薄片状物体，计算出他们的图像坐标。
8.进一步的，机械臂前端采用吸盘抓取薄片状物体。
9.进一步的，薄片状物体有正反两面，两个面颜不同，控制器内设有正反面对应的参数，当前薄片状物体正面朝上时，机械臂抓取的薄片状物体对齐角度后直接放入包装盒
内；而当前薄片状物体反面朝上时，机械臂抓取的薄片状物体先在待处理区域内进行反转操作，等待空闲时进行二次抓取后放入包装盒内。
10.进一步的，模板匹配的准则包括标图像的轮廓、形状、灰度值、颜。
11.进一步的，图像采集模块采用ccd相机，控制器采用工业计算机。
12.进一步的，图像采集模块和控制器通过gige接口进行信息传输。
13.进一步的，控置业和机械臂驱动装置之间通过can总线通信。
14.进一步的，图像采集装置通过定时器或者光电开关触发。
15.本发明的有益效果：本发明针对质量轻体积小的薄片状物体抓取包装问题，进行了发明设计。
16.视觉引导的薄片状物体抓取系统利用机器视觉动态的调整机械臂姿态，能快速准确的实现薄片状物体抓取。机械臂的末端采用吸盘的形式，不会对薄片状物体造成损伤，不留下划痕，可实现传送带上的薄片状物体无损的生产包装。另外针对薄片状物体的正反面问题，本发明通过先把薄片状物体放置到待反转区域，再等待空闲时进行二次抓取的方案。针对传送带上其他类质量轻体积小的工件，该发明也适用。
附图说明
17.图1是实施例1的结构示意图；图2是实施例1的总体框图；图中：1、薄片状物体，2、ccd相机，3、工业计算机，4、传送带，5、机械臂。
具体实施方式
18.下面以具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例。
19.实施例1本实施例公开一种基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，如图1所示，包括图像采集模块、控制器和机械臂，本实施例中，图像采集模块采用ccd相机1，型号ui-1220-c 752x480 ，cmos 整帧快门、帧率 87fps 、彩、 4mb帧存，支持halcon软件驱动开发。ccd相机1设置于传送带4上方，用于采集待抓取薄片状物体1（例如药品）的图像，并传输至控制器。控制器采用工业计算机3，该计算机双核四线程，3g触摸屏幕，并且有抗震防水防尘、宽温宽压等特点，灵活可控的人机界面。工业计算机3内存有待抓取薄片状物体1的模板图像，对于图像采集模块传输过来的实时图像进行预处理、模式匹配和位姿估计，工业计算机3根据待抓取薄片状物体的位姿信息计算出机械臂5对应的角度信息，机械臂将角度信息发送至机械臂的驱动机构，对机械臂5进行姿态调整，进行抓取。
20.本实施例中，ccd相机2和工业计算机3通过gige接口进行信息传输。gige接口速率较高，类似千兆以太网。工业计算机3和机械臂驱动装置之间通过can总线通信。can总线系统可扩充性好，高效可靠，操作简单。一个c络可挂载多个伺服电机。机械臂5中的旋转关节，通过交流伺服电机驱动，该电机速度控制性能好，能实现高精度位置控制。工业计算机采用halcon编译环境。使用c#编程语言操作。
21.如图1所示，当薄片状物体1进入传送带4时，先经过相机视野区域（由图1中1围成）
内，工业计算机3设置定时器，每隔一段时间触发相机采集一帧图像（也可通过光电开关触发），通过模板匹配的方式计算出薄片状物体的中心位置，通过前后两帧图像在运动方向上的位置和拍摄时间间隔计算出薄片状物体的运动速度，通过卡尔曼滤波估算出下一个时钟周期内薄片状物体的位置，并且规划机械臂的运动轨迹。这样当薄片状物体进入机械臂抓取区域（由图1中b围成）内时，机械臂末端的位姿态与目标位姿态重合，再将位姿态信息换算成角度信息，从而引导机械臂准确抓取薄片状物体。
22.ccd相机采集的一帧图像，通过gige千兆接口将信息传送给控制器工业计算机，控制器内先进行目标的特征提取和模板匹配，目标图像的轮廓、形状、灰度值、颜等都可作为模板匹配的准则，采用基于灰度相关模板匹配算法。
23.本实施例通过原始图像构建模板图像，过程为：对原始图像作中低通滤波，进行图像的预处理，降低或去除噪声，在原始图像中选择目标薄片状物体的图像作为模板图像，在原始图像中定义一个搜索区域，已模板图像作为模板，通过灰度相关匹配，在搜索区域内到一个或多个实体，计算出他们的图像坐标。所述实体指的就是传送带上的实际薄片状物体，它们在运动中，需要计算出其坐标，方便后面的机械臂抓取。
24.通过ccd相机和模板匹配方式得出了拍照时刻的薄片状物体在传送带上的位置，而薄片状物体在传送带上时运动的，并且机械臂抓取也需要一段时间准备，一般传输带都是匀速直线运动，所以采用卡尔曼滤波器来完成，卡尔曼滤波是获知前一时刻的估算值和当前时刻的观测值，就能计算出当前状态的估算值的一种线性的滤波器。这样根据ccd相机前后两次捕获的薄片状物体图像，就能预估出下一时刻的薄片状物体的位置。控制器将薄片状物体的位置信息计算出对应的角度信息，通过can总线，驱动伺服电机，对应机械臂进行姿态调整，做抓取准备。
25.薄片状物体有正反两个面的颜不同。工业计算机对ccd相机模块上传图像处理时，设有正反面对应的一个参数。当前薄片状物体正面朝上时，机械臂抓取的薄片状物体对齐角度后直接放入包装盒内；而当前薄片状物体反面朝上时，机械臂抓取的薄片状物体先在待处理区域内进行反转操作，在进行二次抓取后放入包装盒内。
26.机械臂部分通过交流伺服电机驱动，由工业计算机进行控制。由于薄片状物体质量较轻，尖锐的机械手可能对薄片状物体造成损伤，留下划痕，故机械臂前端采用吸盘的形式。
27.人机交互方面，涉及的相关控制信息，通过触摸显示屏显示出来，工作人员可修改相关参数，也外置机械按键，当触摸显示屏不灵敏时，可通过按键控制。当出现异常情况时，可通过按键对传送带、或者机械臂进行制动操作，如图2所示。
28.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，其特征在于：包括图像采集模块、控制器和机械臂，图像采集模块设置于传送带上方，用于采集待抓取薄片状物体的图像，并传输至控制器，控制器内存有待抓取薄片状物体的模板图像，对于图像采集模块传输过来的实时图像进行预处理、模式匹配和位姿估计，控制器根据待抓取薄片状物体的位姿信息计算出机械臂对应的角度信息，控制器将角度信息发送至机械臂的驱动机构，对机械臂进行姿态调整，进行抓取。2.根据权利要求1所述的基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，其特征在于：控制器接收图像采集模块传输过来的图像后进行目标的特征提取和模板匹配，通过模板匹配的方式计算出薄片状物体的中心位置，通过前后两帧图像在运动方向上的位置和拍摄时间间隔计算出薄片状物体的运动速度，通过卡尔曼滤波估算出下一个时钟周期内薄片状物体的位置，并且规划机械臂的运动轨迹，当薄片状物体进入机械臂抓取区域内时，机械臂末端的位姿态与目标位姿态重合，再将位姿态信息换算成角度信息，从而引导机械臂准确抓取薄片状物体。3.根据权利要求1所述的基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，其特征在于：通过原始图像构建模板图像，过程为：对原始图像作中低通滤波，进行图像的预处理，降低或去除噪声，在原始图像中选择目标薄片状物体的图像作为模板图像，在原始图像中定义一个搜索区域，已模板图像作为模板，通过灰度相关匹配，在搜索区域内到一个或多个薄片状物体，计算出他们的图像坐标。4.根据权利要求1所述的基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，其特征在于：机械臂前端采用吸盘抓取薄片状物体。5.根据权利要求1所述的基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，其特征在于：薄片状物体有正反两面，两个面颜不同，控制器内设有正反面对应的参数，当前薄片状物体正面朝上时，机械臂抓取的薄片状物体对齐角度后直接放入包装盒内；而当前薄片状物体反面朝上时，机械臂抓取的薄片状物体先在待处理区域内进行反转操作，等待空闲时进行二次抓取后放入包装盒内。6.根据权利要求2所述的基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，其特征在于：模板匹配的准则包括标图像的轮廓、形状、灰度值、颜。7.根据权利要求1所述的基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，其特征在于：图像采集模块采用ccd相机，控制器采用工业计算机。8.根据权利要求1所述的基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，其特征在于：图像采集模块和控制器通过gige接口进行信息传输。9.根据权利要求1所述的基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，其特征在于：控置业和机械臂驱动装置之间通过can总线通信。10.根据权利要求1所述的基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，其特征在于：图像采集装置通过定时器或者光电开关触发。

技术总结

本发明公开一种基于视觉引导的薄片状物体抓取系统，可以快速准确的实现薄片状物体抓取。包括图像采集模块、控制器和机械臂，图像采集模块设置于传送带上方，用于采集待抓取薄片状物体的图像，并传输至控制器，控制器内存有待抓取薄片状物体的模板图像，对于图像采集模块传输过来的实时图像进行预处理、模式匹配和位姿估计，控制器根据待抓取薄片状物体的位姿信息计算出机械臂对应的角度信息，机械臂将角度信息发送至机械臂的驱动机构，对机械臂进行姿态调整，进行抓取。进行抓取。进行抓取。