一种基于视觉的机器人抓手及精准定位方法与流程

1.本发明涉及机器人抓手技术领域，尤其涉及一种基于视觉的机器人抓手及精准定位方法。


背景技术：

2.工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能，在自动化装配生产线中机器人抓手也多有应用。传统的自动化装配都是通过在料台上并上料保证工件姿态和位置的一致性，然后通过离线编程的方式使机器人从固定的位置夹取零件至固定的安装位置，之后重复固定的轨迹、执行固定的任务。
3.但现有的机器人抓手通用性不强，工件类型较多时，单个功能的抓手无法同时满足多类型工件，无法适应多工件混线生产的情况；此外，由于工件上料摆放位置不精准，存在一定位置或角度偏差，机器人抓手存在抓偏或者无法抓取的情况；而且，由于工件来料位置存在偏差，工件一致性等问题，放置的实际位置会与理论位置存在偏差，降低了生产线的产品质量。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于视觉的机器人抓手及精准定位方法，适用于多类型工件的混线生产，而且能对工件进行定位抓取，对工件的放置偏差进行纠偏。
5.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种基于视觉的机器人抓手，包括抓手模块、离线编程系统、中央控制系统和视觉识别系统，所述抓手模块、离线编程系统、视觉识别系统之间信号连接；所述抓手模块设有多组抓取组件，用于抓取不同类型的工件；所述离线编程系统预设有待抓取工件的视觉识别信息和相应工件的放置点位坐标信息；所述视觉识别系统设有空间坐标系，能基于离线编程系统的预设信息对工件进行识别，使所述中央控制系统控制抓手模块调用合适的抓取组件对工件进行抓取并放置到预设的工件放置点位。
6.作为上述方案的进一步改进：
7.所述视觉识别信息包括工件识别钢码、工件外形信息和工件重要特征点位信息；所述视觉识别系统通过工件识别钢码和/或工件外形信息识别工件种类，通过工件重要特征点位信息对工件放置位进行纠偏。
8.所述视觉识别系统包括第一相机，所述第一相机设置在待抓取工件的料台上，用于识别工件的初始点位坐标并将信息传输至抓手模块。
9.所述视觉识别系统包括第二相机，所述第二相机固定连接在抓手模块上，所述第二相机用于对工件识别钢码进行扫描识别。
10.所述视觉识别系统包括第三相机，所述第三相机为高精度相机，用于抓手模块抓
取工件后对工件重要特征点位的实际坐标进行扫描识别；所述中央控制系统计算工件重要特征点位实际坐标与理论坐标的差值，对工件放置点位坐标进行差值补偿纠偏。
11.所述抓手模块包括气动抓手组件、固定磁吸抓手组件和移动双磁吸抓手组件中的至少两种，所述气动抓手组件用于抓取小型上下平面不平整的小型异形工件，所述固定磁吸抓手组件用于抓取小型板类工件，所述移动双磁吸抓手组件用于窄长板类工件。
12.所述气动抓手组件包括两个夹爪与气动夹爪气缸，所述夹爪中部开有凹槽，凹槽中安装有用于增强摩擦力的摩擦凸块，所述气动夹爪气缸用于驱动夹爪对工件进行抓取。
13.所述固定磁吸抓手组件包括固定磁铁，通过磁铁控制器通电吸放工件。
14.所述移动双磁吸抓手组件设有两个能相对移动的移动磁铁，通过磁铁控制器通电吸放工件。
15.所述抓手模块包括整体框架，所述移动双磁吸抓手组件设置在整体框架的下端，所述气动抓手组件与固定磁吸抓手组件设置在整体框架的上端。
16.所述移动双磁吸抓手组件、气动抓手组件和固定磁吸抓手组件通过浮动机构与框架固定连接，所述浮动机构用于对工件施加预压。
17.一种基于视觉的精准定位方法，用上述的基于视觉的机器人抓手进行，包括以下步骤：
18.s1、设定空间坐标系：将第一相机固定在料台的上方，设定一固定点位为t2，将第三相机固定在t2附近。
19.s2、预设离线编程系统：将待抓取工件的视觉识别信息和相应工件的放置点位信息录入离线编程系统。
20.s3、运行机器人抓手：
21.s31、设置料台上的待抓取工件的位置信息为t1，第一相机扫描识别t1点位并传输至中央控制系统。
22.s32、中央控制系统控制抓手模块移动至t1点位附近，第二相机扫描识别待抓取工件上的工件识别钢码，核验该工件是否为第一相机所识别工件，中央控制系统控制合适的抓取组件对工件进行抓取。
23.s33、中央控制系统控制抓手模块移动至t2点位，第三相机对抓手模块上的工件进行扫描识其重要特征点位。
24.s34、中央控制系统计算工件重要特征点位的实际坐标与理论坐标差值，对抓手模块放置工件的运行路径进行纠偏，实现工件精准定位。
25.与现有技术相比，本发明的优点在于：
26.本发明提出了一种基于视觉的机器人抓手及精准定位方法，通过将多功能的抓手模块同离线编程系统、视觉识别系统、中央控制系统相协同，利用视觉识别系统对工件类别进行识别，并根据识别结果，中央控制系统调用合适的抓手组件对产品进行抓取，使对于具有多种类工件的流水线用单个机器人抓手既可以进行作业，适应多工件混线生产，有助于简化工艺流程，提高作业效率。
27.本发明的抓手模块集成有气动抓手组件、固定磁吸抓手组件和移动双磁吸抓手组件，可用于抓取小型异形工件、小型板类工件和窄长板类工件，可抓取零件种类多样，适用性广。
28.本发明将抓手模块在视觉识别系统的协同下，可以更精准的对工件进行抓取，减小抓取偏差，进一步利用视觉识别系统对工件的重要特征点位坐标进行扫描识别，计算其理论坐标与实际坐标的差值，对放置路径进行纠偏，提高工件装配精度。
附图说明
29.图1是本发明实施例中基于视觉的机器人抓手的结构示意图，图中(a)表示料台、(b)表示机器人、(c)表示第三相机、(d)表示第一相机。
30.图2是本发明实施例中抓手模块的结构示意立体图。
31.图3是本发明实施例中抓手模块的结构示意俯视图。
32.图4是图3的a-a剖视图。
33.图5是图4的i处放大图。
34.图6是本发明实施例中第三相机的结构示意图。
35.图7是本发明实施例中料台的结构示意图。
36.图中各标号表示：
37.1、抓手模块；11、气动抓手组件；111、抓夹；112、摩擦凸块；113、气动夹爪气缸；12、固定磁吸抓手组件；13、移动双磁吸抓手组件；131、移动磁铁；132、伺服电机；133、传动机构；134、丝杆机构；135、丝母座；14、浮动机构；15、整体框架；2、视觉识别系统；21、第一相机；22、第二相机；23、第三相机；3、机器人；4、工件；41、小型异形工件；42、小型板类工件；43、窄长板类工件；5、料台。
具体实施方式
38.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
39.装置实施例：
40.图1至图7示出了本发明的一种基于视觉的机器人抓手的一种实施例，包括抓手模块1、离线编程系统、中央控制系统和视觉识别系统2，抓手模块1、离线编程系统、视觉识别系统2和中央控制系统之间信号连接；抓手模块1设有多组抓取组件，用于抓取不同类型的工件4；离线编程系统预设有待抓取工件4的视觉识别信息和相应工件4的放置点位坐标信息；视觉识别系统2设有空间坐标系，能基于离线编程系统的预设信息对工件4进行识别，使中央控制系统控制抓手模块1调用合适的抓取组件对工件4进行抓取并放置到预设的工件4放置点位。
41.该结构中，通过将多功能的抓手模块1与离线编程系统和视觉识别系统2协同，利用视觉识别系统2进行工件4识别，根据识别的不同产品，调用相应的离线编程程序控制抓手模块1对工件4进行抓取和放置，使抓手模块1可以对多类型的工件4进行抓取，适应多工件4混线生产，有助于简化工艺流程，提高作业效率。
42.本实施例中，视觉识别信息包括工件识别钢码、工件外形信息和工件重要特征点位信息；视觉识别系统2通过工件识别钢码或工件外形信息识别工件4种类，通过工件重要特征点位信息对工件4放置位进行纠偏。该构中，工件4重要特征点位信息包括基准孔、基准面、基准线等，用以辅助视觉识别系统2对工件4所在的空间坐标进行精准的识别，使中央控制系统可以在抓手模块1放置工件4前对放置路径进行纠偏，使工件4能更精准的放置到预
设位置进行后续的焊接装配等动作，提高产品质量。
43.本实施例中，视觉识别系统2包括第一相机21、第二相机22和第三相机23，第一相机21设置在待抓取工件4的料台5上，用于识别工件4的初始点位坐标并将信息传输至抓手模块1，第二相机22固定连接在抓手模块1上，用于工件识别钢码进行扫描识别；第三相机23为高精度相机，用于抓手模块1抓取工件4后对工件4重要特征点位的实际坐标进行扫描识别；中央控制系统计算工件4重要特征点位实际坐标与理论坐标的差值，对工件4放置点位坐标进行差值补偿纠偏。
44.该结构中，第一相机21用于对工件4的初始位置坐标进行扫描识别，便于抓手模块1移动至工件4附近，避免由于工件4上料摆放位置不精准，机器人抓手抓偏或者无法抓取的情况；第二相机22固定连接在抓手模块1上，可跟随抓手模块1移动，便于对工件上的工件识别钢码进行扫描识别，核验第一相机21识别的工件4类别是否准确，并与离线编程系统中的预设程序进行对照，确认是否为生产所需工件4，避免因工件4放置错误而产生废件。第三相机23可固定在某处，抓手模块1根据预设的离线程序抓取零件后可在预设的固定点位进行停留，中央控制系统可计算出工件4的重要特征点位根据离线程序运行至此点位的理论坐标，第三相机23扫描识别此时工件4重要特征点位的实际坐标值，以计算出工件4的理论位置差值，进而运行程序对工件4的放置路径进行纠偏，以保证工件4能精准定位，提高产品质量。
45.本实施例中，抓手模块1包括气动抓手组件11、固定磁吸抓手组件12和移动双磁吸抓手组件13，气动抓手组件11用于抓取小型上下平面不平整的小型异形工件41，固定磁吸抓手组件12用于抓取小型板类工件42，移动双磁吸抓手组件13用于抓取窄长板类工件43。通过该结构，使抓手模块1可对小型异形工件41、小型板类工件42和窄长板类工件43进行抓取，具备多功能性，适合应用于道岔生产加工等工业领域，简化工艺流程，提高生产效率。抓手模块1的抓手组件也可在实际生产的流水线产品进行针对性的调整。
46.本实施中，气动抓手组件11包括两个夹爪与夹爪气缸，夹爪中部开有凹槽，凹槽中安装有摩擦凸块112，气动夹爪气缸113用于驱动夹爪对小型异形工件41进行抓取。固定磁吸抓手组件12包括固定磁铁，通过磁铁控制器通电吸放小型板类工件42。移动双磁吸抓手组件13设有两个能相对移动的移动磁铁131，通过磁铁控制器通电吸放窄长板类工件43。该结构中，小型异形工件41用抓夹111进行抓取，适用性广，摩擦凸块112用于增加夹紧摩擦力；摩擦凸块112可用聚氨酯等材料制成。小型板类工件42采用磁吸的方式进行抓取，安全性好，抓取方便，抓取效率和抓取精度高。其中，设有一固定磁铁用于抓取小型板类工件42，结构简单。设有一组可移动磁铁131用于抓取窄长板类工件43，适用性广。
47.本实施例中，移动双磁吸抓手组件13还包括伺服电机132、丝杆机构134、和滑块导轨；丝杆机构134包括丝杆和两个丝母座135，丝杆与伺服电机132传动连接，在伺服电机132的驱动下两个丝母座135可同时相向或相对直线移动，移动磁铁131固定在丝母座135下方，随丝母座135移动。
48.本实施例中，抓手模块1包括整体框架15，整体框架15上方设置有用于与机器人3相连的连接法兰，连接法兰侧面安装有伺服电机132，伺服电机132通过同步带、同步轮等传动机构133带动下方丝杆机构134运作，移动磁铁131设置在整体框架15的下端，夹爪气缸与固定磁铁通过浮动机构14固定连接在整体框架15的左右两端，第二相机22固定连接在整体
框架15上。
49.本实施例中，移动双磁吸抓手组件、气动抓手组件和固定磁吸抓手组件通过浮动机构14与框架固定连接，浮动机构14用于对工件施加预压。该结构中，通过浮动机构14在组对工件时对工件给予预压，使工件能紧密贴合，确保后续的焊接质量。
50.方法实施例：
51.一种基于视觉的精准定位方法，用方法实施例中的基于视觉的机器人抓手进行，包括以下步骤：
52.s1、设定空间坐标系：将第一相机21固定在料台5的上方，设定一固定点位为t2，将第三相机23固定在t2附近；
53.s2、预设离线编程系统：将待抓取工件4的视觉识别信息和相应工件4的放置点位信息录入离线编程系统；
54.s3、运行机器人抓手：
55.s31、设置料台5上的待抓取工件4的位置信息为t1，第一相机21扫描识别t1点位并传输至中央控制系统；
56.s32、中央控制系统控制抓手模块1移动至t1点位附近，第二相机22扫描识别待抓取工件4上的工件识别钢码，核验该工件4是否为第一相机21所识别工件4，中央控制系统控制合适的抓取组件对工件4进行抓取；
57.s33、中央控制系统控制抓手模块1移动至t2点位，第三相机23对抓手模块1上的工件4进行扫描识其重要特征点位；
58.s34、中央控制系统计算工件4重要特征点位的实际坐标与理论坐标差值，对抓手模块1放置工件4的运行路径进行纠偏，实现工件4精准定位。
59.第一相机21对工件4进行扫描，将工件4所在的位置信息t1传递给连接有抓手模块1的机器人3，机器人3通过计算t1与抓手模块1两点的运行路径，将抓手模块1带动到t1上方。可在离线编程系统中预设抓手模块1对不同类型工件4的抓取顺序，第二相机22进一步扫描工件上的工件识别钢码，对工件类别进行精准的识别，并调用相适配的抓取组件运行到合适的位置对工件4进行抓取。将任意一合适的空间点位设置为t2，将第三相机23固定在t2附近，抓手模块1抓取工件4后先移动到t2并停留，第三相机23对工件4的重要特征位置所在的空间坐标进行扫描识别，如预设好的基准面，基准孔等明显特征，设置根据预设程序工件4位于该位置时其重要特征点位的理论坐标为t3,第三相机23扫描到的实际坐标为t31，系统计算t31与t3的之间的差值，对抓手模块1的运行路径进行调整后控制抓手模块1放置工件4，实现工件4精准定位。
60.虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种基于视觉的机器人抓手，其特征在于：包括抓手模块(1)、离线编程系统、中央控制系统和视觉识别系统(2)，所述抓手模块(1)设有多组抓取组件，用于抓取不同类型的工件(4)；所述离线编程系统预设有待抓取工件(4)的视觉识别信息和相应工件(4)的放置点位坐标信息；所述视觉识别系统(2)设有空间坐标系，能基于离线编程系统的预设信息对工件(4)进行识别，使所述中央控制系统控制抓手模块(1)调用合适的抓取组件对工件(4)进行抓取并放置到预设的工件(4)放置点位。2.根据权利要求1所述的基于视觉的机器人抓手，其特征在于：所述视觉识别信息包括工件识别钢码、工件外形信息和工件重要特征点位信息；所述视觉识别系统(2)通过工件识别钢码和/或工件外形信息识别工件(4)种类，通过工件重要特征点位信息对工件(4)放置位进行纠偏。3.根据权利要求2所述的基于视觉的机器人抓手，其特征在于：所述视觉识别系统(2)包括第一相机(21)，所述第一相机(21)设置在待抓取工件(4)的料台(5)上，用于识别工件(4)的初始点位坐标并将信息传输至抓手模块(1)。4.根据权利要求3所述的基于视觉的机器人抓手，其特征在于：所述视觉识别系统(2)包括第二相机(22)，所述第二相机(22)固定连接在抓手模块(1)上，所述第二相机(22)用于对工件识别钢码进行扫描识别。5.根据权利要求3所述的基于视觉的机器人抓手，其特征在于：所述视觉识别系统(2)包括第三相机(23)，所述第三相机(23)为高精度相机，用于抓手模块(1)抓取工件(4)后对工件(4)重要特征点位的实际坐标进行扫描识别；所述中央控制系统计算工件(4)重要特征点位实际坐标与理论坐标的差值，对工件(4)放置点位坐标进行差值补偿纠偏。6.根据权利要求1所述的基于视觉的机器人抓手，其特征在于：所述抓手模块(1)包括气动抓手组件(11)、固定磁吸抓手组件(12)和移动双磁吸抓手组件(13)中的至少两种，所述气动抓手组件(11)用于抓取小型上下平面不平整的小型异形工件(41)，所述固定磁吸抓手组件(12)用于抓取小型板类工件(42)，所述移动双磁吸抓手组件(13)用于窄长板类工件(43)。7.根据权利要求6所述的基于视觉的机器人抓手，其特征在于：所述气动抓手组件(11)包括两个夹爪(111)与气动夹爪气缸(113)，所述夹爪(111)中部开有凹槽，凹槽中安装有用于增强摩擦力的摩擦凸块(113)，所述气动夹爪气缸(113)用于驱动夹爪(111)对工件(4)进行抓取。8.根据权利要求6所述的基于视觉的机器人抓手，其特征在于：所述固定磁吸抓手组件(12)包括固定磁铁，通过磁铁控制器通电吸放工件(4)。9.根据权利要求6所述的基于视觉的机器人抓手，其特征在于：所述移动双磁吸抓手组件(13)设有两个能相对移动的移动磁铁(131)，通过磁铁控制器通电吸放工件(4)。10.根据权利要求4所述的基于视觉的机器人抓手，其特征在于：所述抓手模块(1)包括整体框架(15)，所述移动双磁吸抓手组件(13)设置在整体框架(15)的下端，所述气动抓手组件(11)与固定磁吸抓手组件(12)设置在整体框架(15)的上端。11.根据权利要求10所述的基于视觉的机器人抓手，其特征在于：所述移动双磁吸抓手组件(13)、气动抓手组件(11)和固定磁吸抓手组件(12)通过浮动机构(14)与框架固定连接，所述浮动机构(14)用于对工件施加预压。
12.一种基于视觉的精准定位方法，其特征在于：用权利要求1至11任一项所述的基于视觉的机器人抓手进行，包括以下步骤：s1、设定空间坐标系：将第一相机(21)固定在料台(5)的上方，设定一固定点位为t2，将第三相机(23)固定在t2附近；s2、预设离线编程系统：将待抓取工件(4)的视觉识别信息和相应工件(4)的放置点位信息录入离线编程系统；s3、运行机器人抓手：s31、设置料台(5)上的待抓取工件(4)的位置信息为t1，第一相机(21)扫描识别t1点位并传输至中央控制系统；s32、中央控制系统控制抓手模块(1)移动至t1点位附近，第二相机(22)扫描识别待抓取工件(4)上的工件识别钢码，核验该工件(4)是否为第一相机(21)所识别工件(4)，中央控制系统控制合适的抓取组件对工件(4)进行抓取；s33、中央控制系统控制抓手模块(1)移动至t2点位，第三相机(23)对抓手模块(1)上的工件(4)进行扫描识其重要特征点位；s34、中央控制系统计算工件(4)重要特征点位的实际坐标与理论坐标差值，对抓手模块(1)放置工件(4)的运行路径进行纠偏，实现工件(4)精准定位。

技术总结
本发明公开了一种基于视觉的机器人抓手及精准定位方法，机器人抓手包括抓手模块、离线编程系统、中央控制系统和视觉识别系统；所述抓手模块设有多组抓取组件，用于抓取不同类型的工件；所述离线编程系统预设有待抓取工件的视觉识别信息和相应工件的放置点位坐标信息；所述视觉识别系统设有空间坐标系，能基于离线编程系统的预设信息对工件进行识别，使所述中央控制系统控制抓手模块调用合适的抓取组件对工件进行抓取并放置到预设的工件放置点位。方法用上述的机器人抓手进行。通过将多功能的抓手模块同离线编程系统、视觉识别系统相协同，对工件类别进行识别，适应多工件混线生产，对放置路径进行纠偏，提高工件装配精度。提高工件装配精度。提高工件装配精度。


技术研发人员：胡渊俊 苏俊伟 申鼎 胡泊宁
受保护的技术使用者：长沙天一智能科技股份有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/1