一种基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统及方法，通过双相机和线激光扫描结合的方式获得鞋底点云数据，结合线扫激光的特点提取鞋底涂胶轮廓，相比在涂胶平台上的鞋底放置区用治具固持鞋底的方式对鞋底涂胶，该方法对鞋底放置状态要求相对宽松，有效降低了鞋底自动涂胶设备的复杂性，具有更快的测量速度。本方法采用实时处理的方式处理图像，对每条激光线图像做去噪处理，获取鞋底轮廓三维点云数据，并计算出鞋底的边缘点。当鞋底被扫描完时能立即给出鞋底的边缘轨迹及涂胶位姿。通过上述方式对鞋底三维数据快速准确的扫描测量，实现机器人自动涂胶，能够有效提高企业生产效率，增加企业竞争力。

An automatic gelatinizing system and method of robot sole based on 3D scanning

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统及方法
本专利技术属于鞋底涂胶领域，具体涉及一种基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统及方法。
技术介绍
在靴革加工制造行业中，目前的鞋底涂胶工序大多由人工来完成，费时费力且质量不均。另外，该工序涉及到气体、液体等多种介质，其多变的性能使得涂胶工艺变得复杂。而随着绿色环保和改善劳动者的工作环境要求越来越高，这不断促使了生产商对新技术的尝试与使用。在国内机器人的研究开发工作已有多年，其研究成果已相继应用到实际生产中。因此，在涂胶工艺中引入机器人技术是实在必行的，涂胶机器人的研究与开发对我国轻工支柱产业之一的制鞋行业来说具有巨大的经济价值和社会效益。在制鞋行业里涂胶机器人已经应用于生产中，对机器人来说，如何在复杂的工艺中实现高精度与高稳定性的涂胶是一个具有挑战性的问题。中国专利公开号CN105342070A公开了一种鞋底三维涂胶方法及装置，该装置和方法是先将鞋底固定好；然后通过三维激光扫描系统对上述的鞋底扫描,获取鞋底的待涂胶部位的三维坐标,存储在电脑中；再由电脑依据获取的三维坐标驱动涂胶胶嘴给待涂胶的鞋底涂胶。这种涂胶方式的缺陷在于扫描涂胶前必须先将鞋子固定好，这就要求必须要有一道负责固定鞋子的工序，从而增加了人力成本，降低了生产效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统，可以使鞋子随意摆放也能实现扫描涂胶，本专利技术同时提供了一种使用上述系统的机器人鞋底自动涂胶方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：一种基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统，包括视觉处理单元，所述视觉处理单元包括上位机及与其通讯连接的三维传感器，所述三维传感器固定于传感器安装架上，三维传感器下方设有用于放置待涂胶工件的工件放置机构，工件放置机构的一侧设有用于对待涂胶工件进行涂胶操作的涂胶机器人，所述涂胶机器人包括胶枪和用于与上位机通讯驱动连接以控制其运动的机械手，所述胶枪安装于机械手的末端；所述三维传感器包括两个相机和一个线激光器，所述线激光器用于与对应的驱动电机连接，所述相机和驱动电机均与上位机通讯连接，所述三维传感器获取待涂胶工件的信息传输给所述上位机，所述上位机控制所述驱动电机运动以使线激光器扫描待涂胶工件。在本专利技术另一个实施例中，所述工件放置机构为传送带传动机构以用于将工件沿传送带移动方向传动。在本专利技术另一个实施例中，所述传送带传动机构还包括用于检测传送带运动的编码器。本专利技术基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶方法的技术方案包括如下步骤：(1)安装三维传感器，标定坐标系：将三维传感器安装于工件放置机构扫描点上方设定位置处，标定相机坐标系与涂胶机器人的机械手工具坐标系的关系；(2)采集数据：将工件移送至工件放置机构上的扫描点处，利用三维传感器拍摄图像、扫描数据；(3)判断有无工件：根据三维传感器所拍摄的图像和数据信息判断是否存在工件，如果不存在则返回上一步骤，如果存在则将工件移至涂胶机器人的涂胶位置处；(4)工件数据处理：对三维传感器扫描的三维数据进行处理，提取轮廓点，处理获取待涂胶工件的外轮廓数据，并进一步生成涂胶轨迹数据；(5)坐标转换：将获取的涂胶轨迹数据转换至机械手工具坐标系下，得到机器人涂胶轨迹，再实时计算得到工件位置信息并保存，同时准备发送轨迹数据给涂胶机器人；(6)涂胶：确认涂胶机器人是否可以接收数据，得到许可后将机器人涂胶轨迹数据发送给机器人，之后涂胶机器人再判断涂胶位置处是否有工件，如果没有则返回步骤(2)，如果有，涂胶机器人根据接收到的轨迹数据对静止的工件进行涂胶，涂胶完毕后返回步骤(2)。在本专利技术另一个实施例中，所述步骤(1)中是利用圆形编码点标定相机坐标系与机械手工具坐标系的关系，通过三维传感器的相机采集编码点图像，得到各编码点的坐标，再利用涂胶机器人去分别接触对应的编码点，计算出各个编码点组图中心处圆形编码点在机械手工具坐标系下的灰度重心，从而求出相机坐标系与机械手工具坐标系之间的转换关系并进行标定。在本专利技术另一个实施例中，所述步骤(2)中利用三维传感器拍摄图像、扫描数据是通过驱动电机驱动线激光器做弧面扫描运动，同时两个相机分别从左右两个视角拍摄工件；再分别提取投射到工件上的激光线条，并通过求解极线方程确定两条激光线匹配的同名点，然后采用三角测量原理计算出匹配激光线上每个点的三维坐标。在本专利技术另一个实施例中，所述步骤(4)对工件数据处理的过程如下：首先对原始数据进行整体分割去噪，去除噪声及杂点，然后分别提取各个激光线左右两侧的峰值点作为鞋底的外轮廓上的点，将各个激光线上的峰值点相互连接，经过平滑滤波，获得鞋底的外轮廓数据；再将提取到的鞋底外轮廓进行等距收缩，相似的轮廓轨迹处于鞋底内侧，从而生成涂胶轨迹数据。在本专利技术另一个实施例中，所述工件放置机构为传送带传动机构，工件的移送是通过传送带传送的，传送带的移动为定距传送，在扫描工件和对工件涂胶时均保持工件静止。本专利技术基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统的有益效果是：(1)通过双相机和线激光扫描结合的方式获得鞋底点云数据，结合线扫激光的特点提取鞋底涂胶轮廓，相比在涂胶平台上的鞋底放置区用治具固持鞋底的方式对鞋底涂胶，该方法对鞋底放置状态要求相对宽松，有效降低了鞋底自动涂胶设备的复杂性，具有更快的测量速度。同时，相比基于机器视觉的鞋底边缘轨迹及涂胶位姿提取方法，本方法采用实时处理的方式处理图像，对每条激光线图像做去噪处理，获取鞋底轮廓三维点云数据，并计算出鞋底的边缘点。当鞋底被扫描完时能立即给出鞋底的边缘轨迹及涂胶位姿。通过上述方式对鞋底三维数据快速准确的扫描测量，实现机器人自动涂胶，能够有效提高企业生产效率，增加企业竞争力。(2)使客户能够在设计制造鞋子生产流水线设备时，为客户提供了易于操作的交互界面。(3)能直观的显示点云扫描过程，以及鞋底扫描结果，便于操作人员了解系统的运行状况，使操作人员实时掌握系统的工作状态，使生产过程安全可控，提高了系统的可维护性。附图说明图1是本专利技术基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统实施例的结构示意图；图2是本专利技术三维传感器实施例的结构示意图；图3是本专利技术标定板实施例的结构示意图；图4是本专利技术实施例中待处理图像的示意图；图5是本专利技术实施例中外轮廓提取示意图；图6是本专利技术实施例中获取的外轮廓点示意图；图7是本专利技术本专利技术实施例中等距收缩轨迹示意图；图8是本专利技术本专利技术实施例中机器人涂胶轨迹示意图；图9是本专利技术基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶方法实施例的流程图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例，对本专利技术进行更详细的说明。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统，其特征在于，包括视觉处理单元，所述视觉处理单元包括上位机及与其通讯连接的三维传感器，所述三维传感器固定于传感器安装架上，三维传感器下方设有用于放置待涂胶工件的工件放置机构，工件放置机构的一侧设有用于对待涂胶工件进行涂胶操作的涂胶机器人，所述涂胶机器人包括胶枪和用于与上位机通讯驱动连接以控制其运动的机械手，所述胶枪安装于机械手的末端；所述三维传感器包括两个相机和一个线激光器，所述线激光器用于与对应的驱动电机连接，所述相机和驱动电机均与上位机通讯连接，所述三维传感器获取待涂胶工件的信息传输给所述上位机，所述上位机控制所述驱动电机运动以使线激光器扫描待涂胶工件。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统，其特征在于，包括视觉处理单元，所述视觉处理单元包括上位机及与其通讯连接的三维传感器，所述三维传感器固定于传感器安装架上，三维传感器下方设有用于放置待涂胶工件的工件放置机构，工件放置机构的一侧设有用于对待涂胶工件进行涂胶操作的涂胶机器人，所述涂胶机器人包括胶枪和用于与上位机通讯驱动连接以控制其运动的机械手，所述胶枪安装于机械手的末端；所述三维传感器包括两个相机和一个线激光器，所述线激光器用于与对应的驱动电机连接，所述相机和驱动电机均与上位机通讯连接，所述三维传感器获取待涂胶工件的信息传输给所述上位机，所述上位机控制所述驱动电机运动以使线激光器扫描待涂胶工件。


2.根据权利要求1所述的基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统，其特征在于，所述工件放置机构为传送带传动机构以用于将工件沿传送带移动方向传动。


3.根据权利要求2所述的基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶系统，其特征在于，所述传送带传动机构还包括用于检测传送带运动的编码器。


4.一种基于3D扫描的机器人鞋底自动涂胶方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)安装三维传感器，标定坐标系：将三维传感器安装于工件放置机构扫描点上方设定位置处，标定相机坐标系与涂胶机器人的机械手工具坐标系的关系；
(2)采集数据：将工件移送至工件放置机构上的扫描点处，利用三维传感器拍摄图像、扫描数据；
(3)判断有无工件：根据三维传感器所拍摄的图像和数据信息判断是否存在工件，如果不存在则返回上一步骤，如果存在则将工件移至涂胶机器人的涂胶位置处；
(4)工件数据处理：对三维传感器扫描的三维数据进行处理，提取轮廓点，处理获取待涂胶工件的外轮廓数据，并进一步生成涂胶轨迹数据；
(5)坐标转换：将获取的涂胶轨迹数据转换至机械手工具坐标系下，得到机器人涂胶轨迹，再实时计算得到工件位置信息并保存，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗庆伟，邵军强，王志飞，
申请(专利权)人：埃视森智能科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31