[实用新型]抓取在线工件的机器人位姿及运动轨迹定位系统

说明书

技术领域

本实用新型机器人运动控制以及视觉定位领域，特别涉及一种抓取在线工件的机器人位姿及运动轨迹定位系统。

背景技术

目前，工业机器人在各工业领域中获得了广泛应用，其可代替人工做出可重复的精确的运动。机器人要完成三维工件的智能抓取，必须沿特定轨迹、采用相应的位姿及运动轨迹进行运动。目前在静态三维工件的抓取中，工业机器人抓取位姿及运动轨迹的定位有在线示教、离线编程；在运动工件的在线实时抓取中，目前有单目视觉引导系统、双目视觉引导系统以及结构光与视觉结合的引导系统。然而，现有工业机器人三维位姿及运动轨迹定位技术，存在多方面的不足：

1)在线示教不需标定机器人的工具坐标系，机器人的位姿、运动轨迹及夹紧参数依靠示教工程人员的经验目测获取，系统精度较低、在线编程繁琐、占用生产时间，难以满足当今快速而多品种变换的柔性生产需求，特别是不能满足自动抓取位姿不确定的在线输送工件的需求。

2)为了获得真实的机器人位置空间模型必须对机器人进行标定。常用的标定设备有三坐标测量机、关节臂测量机和激光跟踪仪，但用于对工作场景中的机器人标定受限制，位置标定误差仍较大。

3)单目视觉系统通常用于二维平面上的信息提取，无法获取工件在Z轴(深度方向)上的信息，传递给机器人的只有平面上的位置和角度量。相机光轴必须与工件平面保持严格垂直，深度位置只能靠经验值人为预先设定固定值。

4)结构光与单相机相结合获取工件信息的方式，需进行图形学解码运算。为保证解算精度，必须保持相机与工件相对位置固定，难以适用于运动工件的抓取，而且涉及三维点云计算，运算复杂耗时。

5)双目立体视觉系统，利用两个相机呈固定角度从不同视角拍摄工件图像，计算工件的三维坐标。要经过双目视觉标定、深度信息提取等过程，运算比较复杂，耗时较长，成本较高，而且鲁棒性较差。

因此，对于工业机器人自动抓取在线运动的三维工件，有发展工件位姿及运动轨迹在线快速识别装置的需求，以改善上述缺点与不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种抓取在线工件的机器人位姿及运动轨迹定位系统，该系统基于单目视觉系统，适用于利用工业机器人智能、快速地抓取制造车间最常见的生产输送线上已知形状而位姿不确定的中小型工件(可以不同形状、规格、材质的多种工件混合)。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：抓取在线工件的机器人位姿及运动轨迹定位系统，包括用于实时拍摄工件的相机、用于抓取工件的机器人系统、用于根据相机所拍摄图像得到机器人系统抓取坐标的图像处理器、工作台，所述相机固定在一相机支架上，相机支架和机器人系统分别设置于工作台的两侧；所述图像处理器分别与相机和机器人系统中的机器人控制装置相连；所述工作台上设有工件传输带，工件在工件传输带上运动；所述机器人系统的末端设有用于夹紧及旋转工件的末端执行器；所述相机的光轴与工件运动的方向垂直，相机用于获取工件的轴侧图像。本实用新型采用单相机获取输送运动中不确定位姿的工件信息并计算得到其三维坐标，引导机器人采用正确的末端执行器位姿和运动轨迹智能地对工件进行准确抓取。

优选的，在所述工件传输带的两端设有用于探测工件是否进入相机视场的光电传感器，该光电传感器与相机外接触发头连接。从而可以通过传感器信号触发相机拍照。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)使机器人智能化自动工作，抓取精度高。本实用新型采用单相机获取输送运动中不确定位姿的工件信息并计算得到其三维坐标，引导机器人采用正确的末端执行器位姿和运动轨迹智能地对工件进行准确抓取。

(2)可多种目标混合识别，适应多品种柔性化生产需求。本实用新型设计单目视觉获取工件轴侧图像，根据不同的已知形状物体找出其特征，可适应于不同形状、规格、材质的多种工件混合输送场合的工件识别和机器人抓取引导。

(3)适应性广，应用条件宽泛。本实用新型对识别对象工件无材质、形状、尺寸的特定限制(但以中小型物体为佳)，对工件随传送带运动的速度以及在传 送带上的位置偏差大小也有比较大的适应性。

(4)结构简单，成本低廉。本实用新型采用单个普通相机，配用普通PC机，与常规工业机器人组成智能识别与抓取系统，无需其他辅助器件和软件平台。

附图说明

图1是本实用新型系统硬件总体结构示意图。

图2-1是本实用新型平面点在垂直方向上的深度定位模型原理图。

图2-2是本实用新型空间点在垂直方向上的深度定位模型原理图。