一种用于袋料拆垛的机械手视觉引导方法技术

本发明专利技术公开了一种用于袋料拆垛的机械手视觉引导方法，包括以下步骤：第1步骤，计算传感器距料垛顶层的平均有效距离；第2步骤，计算拍照点位并移动相机至该位置；第3步骤，采集料垛顶层图像并进行预处理；第4步骤，计算袋体表面中心点像素坐标；第5步骤，坐标转换。第6步骤，机械手携真空吸盘移至袋体上方吸起料袋，实现拆垛。本方法实现了基于2D视觉引导的袋料拆垛，具有结构精简、故障率低、硬件成本低、识别速度快等优点，可有效提升袋料自动拆垛的效率及精准度，同时利于企业降低人力成本、提升产线智能化水平。产线智能化水平。产线智能化水平。

【技术实现步骤摘要】
一种用于袋料拆垛的机械手视觉引导方法


[0001]本专利技术属于机械手视觉控制
，具体涉及一种用于袋料拆垛的机械手视觉引导方法。

技术介绍

[0002]袋料通常是由塑料编织袋或薄膜袋等袋体包装的颗粒状或粉状物料，袋料是工业生产及食品加工等行业常见的原料供给形式，其通常是以料垛的形式出现在生产线的上料端，料垛多采用两横三竖的形式交叉层叠，多数的拆垛环节仍靠人力拆运，由于袋料往往较重，导致工人劳动强度大且效率较低，虽然当前出现了部分采用3D或2D+3D的识别定位及拆垛方式，但3D传感器价格通常略高，并且3D点云数据的处理会占用较多算力及时间，影响拆垛效率的进一步提升，同时算力和速度的要求又体现在对计算机更高的硬件配置要求。
[0003]在专利[CN202010159834.2]中，提出了一种基于3D视觉引导的拆垛方法和系统，在专利[CN202010189907.2]中，提出了一种工业机器人应用软包拆垛卸车码垛装置及拆垛卸车码垛的方法，在专利[CN201510114278.6]中，提出了一种基于3D机器视觉引导的工业机器人自动拆垛系统，在专利[CN201410665285.0]中，提出了一种基于双目立体视觉的机器人拆垛方法，在专利[CN201811297323.6]中，提出了一种基于机器视觉的柔性拆垛码垛机器人系统及方法，在专利[CN202111615890.3]中，提出了一种基于视觉引导的机器人拆码垛系统及其拆垛和码垛方法，在专利[CN201910613517.0]中，提出了一种2D与3D视觉结合的拆垛方法。但以上基于视觉的拆垛专利均采用了3D视觉技术，且多数是针对堆叠箱体的识别拆垛。
[0004]在专利[CN201911107619.1]中，提出了一种智能输送料系统，系统采用了机械手、摄像头和测距仪，但只是围绕结构分布和功能做简要描述，未体现视觉系统对机械手引导的方法描述。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于袋料拆垛的机械手视觉引导方法，可实现袋料拆垛过程中的无人化，解决现有拆垛环节人力成本消耗过大的问题，与现有3D视觉方法相比，本专利技术拥有结构精简、故障率低、硬件成本低、识别速度快等优点。
[0006]本专利技术的用于袋料拆垛的机械手视觉引导方法，其硬件组成包括六轴机械手、真空吸盘、设备支架、工业相机、激光位移传感器。
[0007]在某些实施例中，真空吸盘安装于机械手末端第六关节上。
[0008]进一步地，真空吸盘与地面平行，吸口方向朝下。
[0009]在某些实施例中，设备支架安装于机械手第五关节上，
[0010]进一步地，设备支架安装中心与第六关节中心均位于同一条垂线上，两者绕第五关节轴心呈180
°
分布。
[0011]在某些实施例中，工业相机与激光位移传感器均安装于设备支架上。
[0012]进一步地，工业相机与激光位移传感器的检测方向均垂直于地面，由袋料组成的料垛摆放于托盘上，置于工业相机下方且在工业相机的成像范围内。
[0013]本专利技术的用于袋料拆垛的机械手视觉引导方法，通过激光位移传感器对料垛顶层的距离识别，计算相机的理想拍照位置并在该位置完成图像采集，通过图像处理实现袋体所在区域中心点的像素坐标提取，再通过坐标转换计算对应的机械手坐标，机械手携真空吸盘完成吸取和拆垛操作。
[0014]在某些实施例中，一种用于袋料拆垛的机械手视觉引导方法包括如下步骤：a、料垛顶层的平均有效距离计算；b、相机拍照位置坐标计算；c、图像采集及图像预处理；d、袋体上表面中心像素坐标计算；e、像素坐标至机械手坐标转换；f、机械手根据坐标完成袋体吸取及拆垛。
[0015]在某些实施例中，步骤c中图像预处理包括图像灰度化和图像滤波。
[0016]在某些实施例中，步骤d中袋体上表面中心像素坐标计算包括图像特征边缘提取、封闭及非封闭区域像素点提取、有效封闭区域识别、有效封闭区域质心像素坐标计算。
[0017]本专利技术的有益技术效果包括：(1)采用2D工业相机与激光位移传感器结合的检测方式，结合六轴机械手和真空吸盘，可实现多姿态下料垛中袋体的定位和拆垛，方法的识别速度快；(2)本专利技术方法所需结构精简，硬件成本低，部署便捷且对相应现场应用环境要求较低，具有较强的适应性和移植性。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的用于袋料拆垛的机械手视觉引导方法所需硬件的总体结构示意图；
[0019]图2是本专利技术的方法流程示意图；
[0020]图3是本专利技术的激光位移传感器测量路径示意图；
[0021]图4是本专利技术的种子点扩散寻点算法示意图。
具体实施方式
[0022]下面以聚乙烯袋料为例来介绍本专利技术，结合附图1～4对本专利技术做具体描述。
[0023]如图1所示为本专利技术的总体结构示意图，包括六轴机械手1，真空吸盘2，设备支架3，工业相机4，激光位移传感器5，托盘6，袋料7。
[0024]在本实施例中，拆垛机构由六轴机器人1、真空吸盘2、设备支架3、工业相机4和激光位移传感器5构成，真空吸盘2位于机械手1末端的第六关节上，吸口向下，设备支架3固定于机械手1的第五关节上，工业相机4与激光位移传感器5同在设备支架3上，检测方向均垂直于地面。由袋料7组成的料垛放置于托盘6上，位于工业相机4的下方，在工业相机4的成像范围内。
[0025]在本实施例中，工业相机4的选择根据袋体尺寸、测量精度和成像速度等条件综合
确定，本应用的袋料7重量为50Kg，最大长度900mm，最大宽度600mm，考虑到袋体摆放可能存在间隙或不整齐等因素，料垛水平截面尺寸至少为1800mm
×
1800mm，又因托盘6通常为叉车搬运，位置并不精准，故长宽均留出200mm的余量，则工业相机4的实际拍摄尺寸为2000mm
×
2000mm。测量精度设为1mm，首先进行像素估算，相机靶面通常为4:3矩形，以靶面短边为参考，短边像素应大于2000/1＝2000，根据估算的像素可选择海康威视CMOS相机MV
‑
CA050
‑
12UC，靶面尺寸2/3"(8.8mm
×
6.6mm)，分辨率为2448
×
2048，像元尺寸为3.45μm，最大帧频47fps。工业相机4与料垛顶层间距不大于1500mm，焦距f通过f＝Wh/w计算，其中靶面宽W＝6.6mm，间距h＝1500mm，采集宽度w＝2000mm，经计算f＝4.95mm，可选焦距为4mm的海康威视MVL
‑
C0420
‑
5MP镜头。
[0026]激光位移传感器5根据测量距离和重复精度等条件来综合确定，未拆料垛的顶层与激光位移传感器5的距离大于1500mm，设常规料垛高度约1500mm，则料垛底层与激光位移传感器5的距离小于3000mm，可选取BANNER的激光位移传感器LTF12IC2LDQ，其有效测量距离为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于袋料拆垛的机械手视觉引导方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：第1步骤：激光位移传感器距料垛顶层的平均有效距离计算；第2步骤：相机拍照位置坐标计算；第3步骤：图像采集及图像预处理；第4步骤：袋体上表面中心像素坐标计算；第5步骤：像素坐标至机械手坐标转换；第6步骤：机械手根据坐标完成袋体吸取及拆垛。2.根据权利要求1所述的一种用于袋料拆垛的机械手视觉引导方法，其特征在于：第3步骤中所述图像预处理包括图像灰度化和图像滤波。3.根据权利要求1所述的一种用于袋...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东哲，张震，刘申，王任，秦亚敏，高林鹤，马铁军，贾英新，靳晔，杜卫达，
申请(专利权)人：河北省机电一体化中试基地有限公司，
类型：发明
国别省市：