[发明专利]一种基于视觉测速定位的机械臂引导系统和方法

权利要求书

1.一种基于视觉测速定位的机械臂引导系统，其特征在于：包括机械臂、传送带、摄像机和上位机控制器，所述传送带放置在机械臂活动范围内，所述摄像机安装在传送带上方，所述上位机控制器连接摄像机和机械臂，用于接收摄像机获取的图像数据，并通过视觉软件测速定位后，发送控制指令给机械臂，引导机械臂抓取传送带上的工件；所述上位机控制器包括视觉标定模块、视觉识别定位模块、视觉测速模块和视觉引导机械臂模块；

所述视觉标定模块，用于建立坐标系，并记录机械臂的初始坐标，完成工件视觉坐标到机械臂的坐标的转换；

所述视觉识别定位模块，用于获得目标工件的位置以及摆放角度；

所述视觉测速模块，用于确定目标工件位于传送带的位置以及运动速度；

所述视觉识别定位模块和视觉测速模块将摄像机的视野分成定位部分以及测速部分，所述定位部分位于传送带前端，所述测速部分位于传送带后端，在定位部分获得目标工件的位置以及摆放角度，在确定目标工件位于传送带的位置以及运动速度；

所述视觉引导机械臂模块，用于根据视觉标定模块、视觉识别定位模块和视觉测速模块所得到的数据引导机械臂前去抓取目标工件。

2.一种基于视觉测速定位的机械臂引导方法，其特征在于：包括机械臂、传送带和摄像机，传送带放置在机械臂活动范围内，摄像机安装在传送带上方；

该方法包括以下步骤：

步骤S1、在摄像机的视野内标出原点、x轴、y轴，建立坐标系，在摄像机的视野内设定定位部分和测速部分，定位部分位于传送带前端，测速部分位于传送带后端；

步骤S2、记录机械臂的初始坐标，完成工件视觉坐标到机械臂的坐标的转换；

步骤S3、获得模板工件的原图模板和缩放图模板；

步骤S4、在目标工件出现在定位部分时，通过对比模板工件的原图模板和缩放图模板，获得目标工件的位置以及摆放角度；

步骤S5、在目标工件出现在测速部分时，确定目标工件位于传送带的位置以及运动速度，在定位部分获取到目标工件中心位置，并记录此时时间，再在测速部分获取到目标工件中心位置，并记录此时时间，通过计算获得距离差和传送速度；

步骤S6、根据机械臂的位置与目标工件位置、摆放角度和运动速度引导机械臂抓取目标工件。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉测速定位的机械臂引导方法，其特征在于：步骤S2中，控制机械臂运动到坐标系对应的坐标位置，该位置作为机械臂的初始位置，并记录当前位置的机械臂的坐标，通过计算获得坐标系到机械臂的坐标的转换矩阵。

4.根据权利要求2所述的一种基于视觉测速定位的机械臂引导方法，其特征在于：步骤S3中，对待抓取模板工件进行拍照，并对原图进行缩放处理，再对原图及缩放图做Sobel梯度处理，求出模板中X方向的梯度方向图之和与Y方向的梯度方向图之和，再分别求出不同角度的梯度图之和，累加作为最终的原图模板和缩放图模板。

5.根据权利要求4所述的一种基于视觉测速定位的机械臂引导方法，其特征在于：步骤S4中，获取目标工件的图像，获得该图像的缩放图，计算该缩放图的特征与缩放图模板的差异，获取目标区域，将目标区域映射至原图模板，提取原图模板的相应区域的图像特征与待检测工件的图像特征作比对,如果差异在规定阈值内，则选择差异最小的目标区域作为最终位置，如果差异超出规定阈值，则判定为非目标，重新获取目标区域，在最终区域，将目标工件的图像与原图模板进行360°旋转匹配，选择匹配值最高的角度及位置作为最终位置，提取该位置中心及角度。