一种基于视觉定位的电机端盖搬运机器人及工作方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是指一种基于视觉定位的电机端盖搬运机器人及工作方法。

背景技术

电机端盖用于通过端盖连接到固定电机定子的外壳上，保证转子与定子的间隙，一般是铸铁工艺或者板材冲压成型。在传统技术中，电机端盖在仓库、生产车间等室内的搬运一般通过人工进行搬运，其耗费的人力较多。

为了解决上述传统技术中的问题，现有技术提出了用于搬运电机端盖的电机端盖搬运机器人。在现有的电机端盖搬运机器人中，一般是在自动导引车(英文全称：AutomatedGuided Vehicle，简称：AGV)上安装机械臂，机械臂上设有夹取装置(如夹爪或机械手)，通过夹取装置来对电机端盖进行夹取并搬运，但是采用这种现有的电机端盖搬运机器人进行电机端盖夹取和搬运时，存在以下缺陷：

(1)难以控制夹取装置对电机端盖对夹持力度，且容易损坏电机端盖。如，当夹取装置对电机端盖夹持的力度过大，则容易压伤电机端盖导致产生碎屑污染、甚至压坏电机端盖的现象发生；而当夹取装置对电机端盖夹持的力度过小，则会降低夹持装置夹持电机端盖的稳固可靠性，从而容易发生电机端盖从夹持装置上滑脱跌落、进而导致电机端盖损坏的现象。(2)自动导引车运动精度不高，机械臂按预定轨迹难以将电机端盖放置到预定位置，容易在放置时发生磕碰导致电机端盖发生损坏，在电机端盖产生划痕。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中电机端盖搬运机器人夹取不便、搬运精度不高、易发生搬运事故等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于视觉定位的电机端盖搬运机器人，包括：

自动导引车；

电机端盖承载装置，用于装载电机端盖，其设置在自动导引车上由所述自动导引车控制运动；

托持装置，设置在电机端盖承载装置的上方，用于夹取电机端盖；所述托持装置包括夹持装置和视觉定位检测系统，所述视觉定位检测系统设置在所述托持装置的顶部，并通过视觉定位方法反馈托持装置的位置信息，精确控制托持装置运动至电机端盖的位置处进行夹取电机端盖和精确控制托持装置夹持电机端盖运动至指定位置进行放置电机端盖；所述视觉定位方法包括：通过对图像采集系统采集的图像进行预处理和图像优化，获得理想的目标区域；采用视觉定位算法获取标记点的位置信息和角度信息，再与基准位置作对比，获得坐标差值和角度差值；其中，所述标记点为料板上用于定位电机端盖的定位孔；

机械臂，包括底座和六轴机械臂，所述底座与所述电机端盖承载装置连接，所述六轴机械臂的一端固定在所述底座上，另一端与所述托持装置连接，用于驱动所述托持装置运动。

在本发明的一个实施例中，所述电机端盖承载装置包括座体以及设置在所述座体内的电机端盖承载平台，所述电机端盖承载平台内设有电机端盖容置槽和用于监测容置槽内是否装载有电机端盖以及定位其位置的检测组件；其中，所述容置槽具有用于支撑所述电机端盖的槽底壁和凸设于所述槽底壁边缘以用于对所述电机端盖进行限位的槽侧壁；所述检测组件包括一个探测器，所述探测器则设置在槽底壁正中心，用于精确的定位电机端盖相对于容置槽的位置。

在本发明的一个实施例中，所述座体包括第一竖向延伸部，第二竖向延伸部、横向延伸部和机架顶罩；所述第一竖向延伸部、所述第二竖向延伸部通过所述横向延伸部连接在一起，所述机架顶罩设置在所述第一竖向延伸部、所述第二竖向延伸部和所述横向延伸部的上方构成容纳所述电机端盖承载平台的容腔。

在本发明的一个实施例中，所述探测器为漫反射式光电传感器或者光耦合器或者超声波传感器。由于漫反射式光电传感器或者光耦合器或者超声波传感器等具有快速反应、探测准确等特点，可以快速、精准地探测到容置槽内是否承载有电机端盖；通过在容置槽里设置探测器可以有效判断容置槽里是否装载了电机端盖，当电机端盖承载装置用于自动化搬运的场景时，可以快速判断哪个容置槽里已经装载了电机端盖，从而减少搬运动作，提高搬运效率。

在本发明的一个实施例中，所述夹持装置包括四个夹爪和夹爪连接装置，四个夹爪间隔相对设置，夹爪连接装置将四个夹爪连接在一起；所述夹爪上设有槽口，所述夹爪侧端上分别设有第一光电传感器和第二光电传感器；所述夹爪末端设置锯齿。当夹持装置采用环抱夹取的方式夹取电机端盖，电机端盖处于四个夹爪形成的空腔中，因此可以有效避免了由于托持装置对夹取力度控制不当导致电机端盖脱落等不良现象的发生，保障电机端盖承夹于托持装置上的稳固可靠性。电机端盖包括四个电机端盖外凸，为了避免四个夹爪侧端夹取电机端盖外凸；第一光电传感器和第二光电传感器用于判断夹爪侧端是否会夹取电机端盖上一侧的电机端盖外凸，确保电机端盖在正向放置与反向放置的情况下，电机端盖外凸都不会被夹取，从而充分保证电机端盖承夹于托持装置上的稳固可靠性。当电机端盖滑落时，可由锯齿夹紧，在垂直方向不会进行滑动，有效地防止电机端盖在搬运过程中脱落。

在本发明的一个实施例中，所述图像优化方法为直方图均衡化处理。

在本发明的一个实施例中，所述视觉定位获取标记点位置定位方法的具体步骤为：首先通过图像采集系统拍摄图像，对标记点边缘的图像进行处理，然后基于边缘提取技术获得圆边缘的图像信息，结合图像处理算法拟合出圆，计算出圆心的坐标和孔的直径等目标数据，实现了标记点的位置定位；其中，圆形拟合算法步骤为：

1)：从所有n个轮廓点中随机的选取3个轮廓点；

2)：根据所选轮廓点的坐标，求得圆的三个模型参数；

3)：计算所有n个轮廓点与第2步所求模型参数的拟合残差，当残差的大小低于所设阈值ε

4)：当内点的个数K大于或等于所设阈值n

5)：当内点的个数K小于所设阈值n

在本发明的一个实施例中，所述视觉定位获取标记点角度定位方法具体步骤为：首先进行预处理滤波，然后进行图像分割以及灰度变换，再经过形态学处理后进行直线边缘提取；根据拟合的直线边缘，通过数学运算求得此时标记点的实际角度，从而与基准位置的角度进行对比，得到需要旋转的角度大小进行位置的修正，完成标记点的角度定位。

基于上述机构，电机端盖搬运机器人的工作方法，具体步骤如下：

(a)、电机端盖搬运机器人行驶至装载有电机端盖的货架旁侧，自动导引车停止运动，机械臂启动；

(b)、机械臂在托持装置上的视觉定位检测系统的导引下动作并驱动托持装置运动，直至托持装置的两个夹爪侧端运动至一个电机端盖的正上方；

(c)、机械臂再驱动托持装置下降运动，进行托持装置的夹取动作，同时通过视觉定位检测系统对电机端盖进行检测定位；

(d)、机械臂驱动托持装置夹取电机端盖运动，并将电机端盖夹取至座体的一个容置槽中；

(e)、当电机端盖放置于座体的一个容置槽后，机械臂控制托持装置下降运动以松开对电机端盖的夹取，这样即完成了装载一个电机端盖的动作；

(f)、机械臂继续控制托持装置进行其他电机端盖的夹取和搬运，直至电机端盖承载装置上的容置槽已经满载电机端盖，随后机械臂收缩至电机端盖搬运系统1中，在机械臂占据空间达到最小状态后，机械臂停止运动，自动导引车启动，电机端盖搬运系统搭载电机端盖行驶至目的地；

(g)、机械臂启动，并按步骤(b)至(f)的动作，将电机端盖从电机端盖承载装置中卸下，并放至指定的目的地，即可完成电机端盖的搬运。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的本发明提供了一种基于视觉定位的电机端盖搬运机器人及工作方法，将AGV小车与机械臂结合在一起作为电机端盖搬运系统，该系统实现了技术的结合，发挥了各自的优点，同时弥补了各方所存在的不足，能够快速准确放置电机端盖，实现了对电机端盖的搬运、抓取以及放置，实现电机端盖的自动化上下料，大大降低人力搬运成本，在实际应用中具有极大的经济效益；托持装置的视觉定位系统能够获得完整的图像信息，有效提高视觉定位的效率，减少了系统算法耗时，提高了电机端盖下料过程中的系统稳定性，大大提高了电机端盖的成品率。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的电机端盖搬运机器人的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的座体示意图；

图3为本发明实施例提供的电机端盖承载装置的立体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的检测组件示意图；

图5为本发明实施例提供的机械臂立体结构示意图；

图6为本发明实施例提供的托持装置的整体结构示意图；

图7为本发明实施例提供的电机端盖的立体结构示意图；

图8是本发明的优选实施例的位置定位算法流程图；

图9是本发明的优选实施例的角度定位算法流程图；

说明书附图标记说明：1、电机端盖搬运机器人；10、自动引导车；20、电机端盖承载装置；210、座体；211、第一竖向延伸部；212、第二竖向延伸部；213、横向延伸部；214、机架顶罩；220、电机端盖承载平台；221、容置槽；2211、槽底壁；2212、槽侧壁；222、检测组件；2221、探测器；30、机械臂；310、机械臂底座；40、托持装置；410、夹持装置；411、夹爪；412、夹爪连接装置；413、第一光电传感器；414、力传感器；415、接近开关；416、第二接近开关420、视觉定位检测系统；50、电机端盖；501电机端盖外凸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1、图5和图7，本发明所述的一种基于视觉定位的电机端盖搬运机器人，包括自动导引车10、电机端盖承载装置20、机械臂30和托持装置40。其中，自动导引车10用于搭载电机端盖承载装置20运动，电机端盖承载装置20用于装载电机端盖50，托持装置40用于夹取电机端盖50，机械臂30用于驱动托持装置40运动，通过机械臂30的驱动作用，可以将电机端盖50夹取至托持装置40上，并由托持装置40将夹取的电机端盖50转移至电机端盖承载装置20上或者将电机端盖50从电机端盖承载装置20上取下。所述托持装置40包括夹持装置410和视觉定位检测系统420，所述视觉定位检测系统420设置在所述夹持装置410的顶部，并通过视觉定位方法反馈托持装置40的位置信息，精确控制托持装置40运动至电机端盖50的位置处进行夹取电机端盖50和精确控制托持装置40夹持电机端盖50运动至指定位置进行放置电机端盖50；所述视觉定位方法包括：通过对图像采集系统采集的图像进行预处理和图像优化，获得理想的目标区域；采用视觉定位算法获取标记点的位置信息和角度信息，再与基准位置作对比，获得坐标差值和角度差值；其中，所述标记点为料板上用于定位电机端盖的定位孔；机械臂30，包括底座和六轴机械臂，所述底座与所述电机端盖承载装置20连接，所述六轴机械臂的一端固定在所述底座上，另一端与所述托持装置40连接，用于驱动托持装置40运动。

请参阅图1、图2和图3，电机端盖承载装置20包括座体210及设置在座体210内的电机端盖承载平台220，请参阅图2和图3，电机端盖承载平台220设于座体210空腔中，并且每个电机端盖承载平台220上形成有六个用于承载电机端盖50的容置槽221，同一个电机端盖承载平台220上设有六个容置槽221。

请参阅图3，所述容置槽221上具有槽底壁2211和槽侧壁2212。其中，槽底壁2211用于支撑电机端盖50，而槽侧壁2212凸设在槽底壁2211的边缘，以用于对电机端盖50进行限位，避免装载在容置槽221里的电机端盖50发生移动。

请参阅图3和图4，在一种可能的实施方式中，每个电机端盖承载平台220都包括有用于监测容置槽221内是否装载有电机端盖50以及定位其位置的检测组件222。其中，检测组件222包括一个探测器2221，探测器2221精确的定位电机端盖50相对于容置槽221的位置。

请参阅图2，所述座体210包括第一竖向延伸部211，第二竖向延伸部212、横向延伸部213和机架顶罩214；所述第一竖向延伸部211、所述第二竖向延伸部212通过所述横向延伸部213连接在一起，所述机架顶罩214设置在所述第一竖向延伸部211、所述第二竖向延伸部212和所述横向延伸部213的上方构成容纳所述电机端盖承载平台220。

在一些实施例方式中，探测器2221则设置在槽底壁2211正中心。在一种可能的实施方式中，探测器2221为漫反射式光电传感器或者光耦合器或者超声波传感器，由于漫反射式光电传感器或者光耦合器或者超声波传感器等具有快速反应、探测准确等特点，可以快速、精准地探测到容置槽221内是否承载有电机端盖50。通过在容置槽221里设置探测器2221可以有效判断容置槽221里是否装载了电机端盖50，当电机端盖承载装置20用于自动化搬运的场景时，可以快速判断哪个容置槽221里已经装载了电机端盖50，从而减少搬运动作，提高搬运效率。

请参阅图6和图7，托持装置40用于夹取电机端盖50。其中，所述夹持装置410包括四个夹爪411，并且四个夹爪411间隔相对设置以作用于电机端盖50，而夹爪连接装置412用于连接四个夹爪411；四个夹爪411间隔相对设置，夹爪连接装置412将四个夹爪411连接在一起；所述夹爪411上设有槽口，所述夹爪411侧端上分别设有第一光电传感器413和第二光电传感器416；所述夹爪411末端设置锯齿。

具体的应用中，四个夹爪411分别同时从电机端盖50的四侧夹取电机端盖50。本发明实施例托持装置40的设置，由于托持装置40的四个夹爪411设置有槽口，当托持装置40采用环抱夹取的方式夹取电机端盖50，电机端盖50处于四个夹爪411形成的空腔中，因此可以有效避免了由于托持装置40对夹取力度控制不当导致电机端盖50脱落等不良现象的发生，保障电机端盖50承夹于托持装置40上的稳固可靠性。

电机端盖50包括四个电机端盖外凸501，在一种可能的实施方式中，为了避免四个夹爪411侧端夹取电机端盖外凸501，四个夹爪411侧端上分别设有第一光电传感器413和第二光电传感器416，第一光电传感器413和第二光电传感器416用于判断夹爪411侧端是否会夹取电机端盖50上一侧的电机端盖外凸501，确保电机端盖50在正向放置与反向放置的情况下，电机端盖外凸501都不会被夹取，从而充分保证电机端盖50承夹于托持装置40上的稳固可靠性。

在一种可能的实施方式中，夹爪411末端设置有锯齿，当电机端盖50滑落时，可由锯齿夹紧，在垂直方向不会进行滑动，有效地防止电机端盖50在搬运过程中脱落。

请参阅图6，在一种可能的实施方式中，托持装置40还包括用于探测电机端盖50是否承托于夹爪411上的力传感器414，主要用于反馈托持装置40上是否夹取有电机端盖50，从而便于控制托持装置40将电机端盖50夹取、放置至指定的位置。

在一种可能的实施方式中，夹爪连接装置412上都设有一个接近开关415，从而可以确保夹爪连接装置412接近一个电机端盖50时都有一个反馈信号，使得在夹爪连接装置412都准确到达夹取电机端盖50的位置后才控制托持装置40运动。

在一种可能的实施方式中，视觉定位检测系统420为3D相机，其内部采用视觉定位方法。请参阅图6，视觉定位检测系统420主要用于反馈托持装置40的位置信息，从而利于精确控制托持装置40运动至电机端盖50的位置处进行夹取电机端盖50和精确控制托持装置40夹持电机端盖50运动至指定位置进行放置电机端盖50。

在一种可能的实施方式中，视觉定位方法通过对图像采集系统采集的图像进行预处理和图像优化，获得理想的目标区域，采用视觉定位算法获取标记点的位置信息和角度信息，与基准位置作对比，获得坐标差值和角度差值。

在一种可能的实施方式中，图像预处理方法所采用的图像降噪算法为：

式中，i，j为当前像素坐标点，k，l为邻域像素坐标点，g(i，j)为当前像素滤波后的灰度值，f(k，l)为邻域像素的灰度值，w(i，j，k，l)为权重系数，σ

在一种可能的实施方式中，图像优化方法为直方图均衡化处理。

请参阅图8，在一种可能的实施方式中，获取标记点位置定位算法为：首先通过图像采集系统拍摄图像，对标记点边缘的图像进行处理，然后基于边缘提取技术获得圆边缘的图像信息，结合图像处理算法拟合出圆，计算出圆心的坐标和孔的直径等目标数据，实现了标记点的位置定位。

请参阅图9，在一种可能的实施方式中，获取标记点角度定位方法具体步骤为：首先进行预处理滤波，然后进行图像分割以及灰度变换，再经过形态学处理后进行直线边缘提取；根据拟合的直线边缘，通过数学运算求得此时标记点的实际角度，从而与基准位置的角度进行对比，得到需要旋转的角度大小进行位置的修正，完成标记点的角度定位。

当采集的图像噪声较多或者图像处理不当时，图像会出现较多无用数据，现有的圆拟合算法容易出现较大偏差，采用本实施例中的圆拟合法可以确保所拟合圆的精度，圆形拟合算法步骤具体如下：

1：从所有n个轮廓点中随机的选取3个轮廓点；

2：根据所选轮廓点的坐标，求得圆的三个模型参数；

3：计算所有n个轮廓点与第2步所求模型参数的拟合残差，当残差的大小低于所设阈值ε

4：当内点的个数K大于或等于所设阈值n

5：当内点的个数K小于所设阈值n

在一种可能的实施方式中，座体210设有用于控制机械臂30运动的第一控制器(图中未标示)，自动导引车10设有电池(图中未标示)和用于控制自动导引车10运动的第二控制器(图中未标示)。

当然，在具体的应用中，第一控制器和第二控制器也可以集成设计为一体；或者，自动导引车10和机械臂30的运动也可以通过外置的工控机控制运动。

下面结合图1至图9简述本发明实施例的电机端盖搬运机器人的工作原理：

(a)、电机端盖搬运机器人1行驶至装载有电机端盖50的货架旁侧，自动导引车10停止运动，机械臂30启动；

(b)、机械臂30在托持装置40上视觉定位检测系统420的导引下动作并驱动托持装置40运动，直至托持装置40的两个夹爪侧端4111运动至一个电机端盖50的正上方；

(c)、机械臂30再驱动托持装置40下降运动，进行托持装置40的夹取动作，同时通过视觉定位检测系统412对电机端盖50进行检测定位；

(d)、机械臂30驱动托持装置40夹取电机端盖50运动，并将电机端盖50夹取至座体210的一个容置槽221中；

(e)、当电机端盖50放置于座体210的一个容置槽221后，机械臂30控制托持装置40下降运动以松开对电机端盖50的夹取，这样即完成了装载一个电机端盖50的动作；

(f)、机械臂30继续控制托持装置40进行其他电机端盖50的夹取和搬运，直至电机端盖承载装置20上的容置槽221已经满载电机端盖50，随后机械臂30收缩至电机端盖搬运机器人1中，在机械臂30占据空间达到最小状态后，机械臂30停止运动，自动导引车10启动，电机端盖搬运机器人搭载电机端盖50行驶至目的地；

(g)、机械臂30启动，并按步骤(b)至(f)的动作，将电机端盖50从电机端盖承载装置20中卸下，并放至指定的目的地，即可完成电机端盖50的搬运。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。