基于机器视觉的并联机器人理瓶系统及其控制方法

摘要

本发明提供一种基于机器视觉的并联机器人理瓶系统及其控制方法，在所述系统中，第一洗衣液瓶流水线用于将无序的洗衣液瓶运输至第一视觉检测区；转向盘用于将第一洗衣液瓶流水线上反向的洗衣液瓶转向并导出至第二洗衣液瓶流水线上；第二洗衣液瓶流水线用于将洗衣液瓶传输至第二视觉检测区；瓶托流水线用于将无序的瓶托移动至第二视觉检测区下方；第一视觉检测区用于检测第一洗衣液瓶流水线上的洗衣液瓶，并引导其内部的第一并联机器人将洗衣液瓶的角度进行调整，以及将正向的洗衣液瓶搬运至第二洗衣液瓶流水线的放置区；第二视觉检测区用于检测瓶托流水线上的瓶托，并引导其内部的第二并联机器人对瓶托的角度进行调整以及将洗衣液瓶抓取至瓶托内。

说明书

技术领域

本发明涉及装备控制与生产工艺技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的并联机器人理瓶系统及其控制方法。

背景技术

并联机器人拥有精度较高，动态响应好，结构紧凑，刚度高，承载能力大等优点，因此常常被用于工业生产中。然而，由于并联机器人的工作空间较小导致其并不能很好的完成理瓶入托工作。例如洗衣液瓶等非对称的包装瓶，机器人整理其正反面时的翻转工作时，并联机器人的自由度有限所以不能完成翻转动作，要想利用并联机器人占地空间小的优点就必须采用非标生产线从而增加占地空间与成本，影响经济效益。

从库中出来的无序洗衣液瓶有时正面朝上，有时反面朝上，为了完成准确灌装需要统一洗衣液瓶的握把方向。

发明内容

本发明为解决如何统一洗衣液瓶握把方向的技术问题，提供了一种基于机器视觉的并联机器人理瓶系统及其控制方法，能够保证洗衣液瓶自动地顺利进入瓶托，并保证洗衣液瓶以统一的位姿进入灌装区，从而能够大大提高自动化灌装的成功率和效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于机器视觉的并联机器人理瓶系统，包括第一洗衣液瓶流水线、转向盘、第二洗衣液瓶流水线、瓶托流水线、第一视觉检测区和第二视觉检测区，其中，所述第一洗衣液瓶流水线用于将无序的洗衣液瓶运输至所述第一视觉检测区；所述转向盘用于将所述第一洗衣液瓶流水线上反向的洗衣液瓶转向并导出至所述第二洗衣液瓶流水线上；所述第二洗衣液瓶流水线用于将洗衣液瓶传输至所述第二视觉检测区；所述瓶托流水线用于将无序的瓶托移动至所述第二视觉检测区下方并将组合好的洗衣液瓶与瓶托传输至灌装区；所述第一视觉检测区位于所述第一洗衣液瓶流水线与所述第二洗衣液瓶流水线上方，所述第一视觉检测区用于检测所述第一洗衣液瓶流水线上的洗衣液瓶，并引导其内部的第一并联机器人将洗衣液瓶的角度进行调整，以及将调整角度后正向的洗衣液瓶搬运至所述第二洗衣液瓶流水线的放置区；所述第二视觉检测区位于所述第二洗衣液瓶流水线与所述瓶托流水线上方，所述第二视觉检测区用于检测所述瓶托流水线上的瓶托，并引导其内部的第二并联机器人对瓶托的角度进行调整以及将洗衣液瓶抓取至瓶托内。

所述第一洗衣液瓶流水线包括：第一引导板，所述第一引导板安装在所述第一洗衣液瓶流水线末端，所述第一引导板用于引导所述第一并联机器人调整角度后的反向的洗衣液瓶站立；第一电机，所述第一电机用于驱动所述第一洗衣液瓶流水线运动。

所述转向盘包括转向盘轨和转向盘挡板，所述转向盘挡板固定安装于所述转向盘轨上，所述转向盘挡板用于在所述转向盘运行过程中将洗衣液瓶推出。

所述第二洗衣液瓶流水线包括：第二引导板，所述第二引导板安装在所述第二洗衣液瓶流水线末端，所述第二引导板用于引导正向的洗衣液瓶站立；第二电机，所述第二电机用于驱动所述第二洗衣液瓶流水线运动；第一传感器，所述第一传感器安装在所述第二洗衣液瓶流水线的等待区，所述第一传感器用于检测所述等待区是否有洗衣液瓶，所述放置区和所述等待区均位于所述第一视觉检测区内，且所述等待区位于所述第二洗衣液瓶流水线首端，所述放置区位于所述等待区之后预设距离处；第二传感器，所述第二传感器安装在所述第二洗衣液瓶流水线末端且位于所述第二视觉检测区内，所述第二传感器用于检测是否有洗衣液瓶需要所述第二并联机器人抓取至瓶托内。

所述第一视觉检测区包括：所述第一并联机器人；第一工业相机，所述第一工业相机安装在所述第一并联机器人上，所述第一工业相机用于采集所述第一洗衣液瓶流水线上洗衣液瓶的图像；第一补光灯，所述第一补光灯用于提供所述第一工业相机采集图像时补光。

所述第二视觉检测区包括：第二并联机器人；第二工业相机，所述第二工业相机安装在所述第二并联机器人上，所述第二工业相机用于采集所述瓶托流水线上瓶托的图像；第二补光灯，所述第二补光灯用于提供所述第二工业相机采集图像时补光。

所述的基于机器视觉的并联机器人理瓶系统还包括：控制单元，所述控制单元用于根据所述洗衣液瓶的图像和所述第一传感器的检测结果对所述第一并联机器人进行控制，并根据所述瓶托的图像和所述第二传感器的检测结果对所述第二并联机器人进行控制。

一种所述的基于机器视觉的并联机器人理瓶系统的控制方法，包括：所述第一洗衣液瓶流水线将无序的洗衣液瓶传输至所述第一视觉检测区；在所述第一视觉检测区经过视觉检测后得出洗衣液瓶的方向信息和角度信息，所述方向信息包括正向与反向；若洗衣液瓶为正向，则所述第一并联机器人将正向的洗衣液瓶调整角度后搬运至所述第二洗衣液瓶流水线的放置区，待判断所述第二洗衣液瓶流水线的等待区内没有洗衣液瓶后的预设时间，所述第一并联机器人将正向的洗衣液瓶平铺至放置区，平铺的正向洗衣液瓶传输至所述第二视觉检测区；若洗衣液瓶为反向，则所述第一并联机器人将反向的洗衣液瓶调整角度后经由所述第一洗衣液瓶流水线进入所述转向盘，并经所述第二洗衣液瓶流水线传输至所述第二视觉检测区；所述瓶托流水线将瓶托传输至所述第二视觉检测区；在所述第二视觉检测区经过视觉检测后得出瓶托的角度信息；所述第二并联机器人完成瓶托的角度调整后，将洗衣液瓶抓取至瓶托内，由瓶托流水线传输至灌装区。

在所述第一视觉检测区实施的图像处理流程包括：首先创建标准洗衣液瓶正反向模板，然后采集洗衣液瓶的图像，通过预处理后对图像进行多模板匹配输出检测的洗衣液瓶的正反向，洗衣液瓶坐标以及其角度。

在所述第二视觉检测区实施的图像处理流程包括：采集瓶托的图像，通过预处理后提取图像的ROI(Region of Interest，感兴趣区域)，然后计算出瓶托中心坐标及其角度。

本发明的有益效果：

本发明通过设置第一洗衣液瓶流水线、转向盘、第二洗衣液瓶流水线、瓶托流水线、第一视觉检测区和第二视觉检测区，能够保证洗衣液瓶自动地顺利进入瓶托，并保证洗衣液瓶以统一的位姿进入灌装区，从而能够大大提高自动化灌装的成功率和效率。

附图说明

图1为本发明一个实施例的基于机器视觉的并联机器人理瓶系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的转向盘的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的基于机器视觉的并联机器人理瓶系统的控制方法的流程图。

附图标记：

第一洗衣液瓶流水线1、转向盘2、第二洗衣液瓶流水线3、瓶托流水线4、第一视觉检测区5、第二视觉检测区6；第一引导板11、第一电机12；转向盘轨21、转向盘挡板22；第二引导板31、第二电机32、第一传感器33、第二传感器34；第一并联机器人51；第二并联机器人61。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的基于机器视觉的并联机器人理瓶系统包括第一洗衣液瓶流水线1、转向盘2、第二洗衣液瓶流水线3、瓶托流水线4、第一视觉检测区5和第二视觉检测区6。其中，第一洗衣液瓶流水线1用于将无序的洗衣液瓶运输至第一视觉检测区5；转向盘2用于将第一洗衣液瓶流水线1上反向的洗衣液瓶转向并导出至第二洗衣液瓶流水线3上；第二洗衣液瓶流水线3用于将洗衣液瓶传输至第二视觉检测区6；瓶托流水线4用于将无序的瓶托移动至第二视觉检测区6下方并将组合好的洗衣液瓶与瓶托传输至灌装区；第一视觉检测区5位于第一洗衣液瓶流水线1与第二洗衣液瓶流水线3上方，第一视觉检测区5用于检测第一洗衣液瓶流水线1上的洗衣液瓶，并引导其内部的第一并联机器人51将洗衣液瓶的角度进行调整，以及将调整角度后正向的洗衣液瓶搬运至第二洗衣液瓶流水线3的放置区；第二视觉检测区6位于第二洗衣液瓶流水线3与瓶托流水线4上方，第二视觉检测区6用于检测瓶托流水线4上的瓶托，并引导其内部的第二并联机器人61对瓶托的角度进行调整以及将洗衣液瓶抓取至瓶托内。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，第一洗衣液瓶流水线1包括第一引导板11和第一电机12。第一引导板11安装在第一洗衣液瓶流水线1末端，第一引导板11用于引导第一并联机器人调整角度后的反向的洗衣液瓶站立；第一电机12用于驱动第一洗衣液瓶流水线1运动。

如图1和图2所示，转向盘2包括转向盘轨21和转向盘挡板22，转向盘挡板22固定安装于转向盘轨21上，转向盘挡板22用于在转向盘2运行过程中将洗衣液瓶推出。

如图1所示，第二洗衣液瓶流水线3包括第二引导板31、第二电机32、第一传感器33和第二传感器34。第二引导板31安装在第二洗衣液瓶流水线2末端，第二引导板31用于引导正向的洗衣液瓶站立；第二电机32用于驱动第二洗衣液瓶流水线3运动；第一传感器33安装在第二洗衣液瓶流水线3的等待区，第一传感器33用于检测等待区是否有洗衣液瓶，放置区和等待区均位于第一视觉检测区5内，且等待区位于第二洗衣液瓶流水线3首端，放置区位于等待区之后预设距离处；第二传感器34安装在第二洗衣液瓶流水线3末端且位于第二视觉检测区6内，第二传感器34用于检测是否有洗衣液瓶需要第二并联机器人61抓取至瓶托内。

如图1所示，第一视觉检测区5包括第一并联机器人51、第一工业相机和第一补光灯。第一并联机器人51底部安装有导轨，可以沿着Y轴方向平移；第一工业相机安装在第一并联机器人51上，第一工业相机用于采集第一洗衣液瓶流水线1上洗衣液瓶的图像；第一补光灯用于提供第一工业相机采集图像时补光。

如图1所示，第二视觉检测区6包括第二并联机器人61、第二工业相机和第二补光灯。第一并联机器人61底部安装有导轨，可以沿着X轴方向平移；第二工业相机安装在第二并联机器人61上，第二工业相机用于采集瓶托流水线4上瓶托的图像；第二补光灯用于提供第二工业相机采集图像时补光。

在本发明的实施例中，基于机器视觉的并联机器人理瓶系统还包括控制单元，控制单元用于根据洗衣液瓶的图像和第一传感器33的检测结果对第一并联机器人51进行控制，并根据瓶托的图像和第二传感器34的检测结果对第二并联机器人61进行控制。

具体地，控制单元可对第一工业相机采集的洗衣液瓶的图像进行处理，例如首先创建标准洗衣液瓶正反向模板，正向洗衣液瓶模板为模板一，反向洗衣液瓶模板为模板二，然后对第一工业相机采集的洗衣液瓶的图像进行灰度转换、阈值分割等预处理后，与上述的正反向模板做模板匹配，确定第一洗衣液瓶流水线1上洗衣液瓶的方向、角度。

同时，控制单元可结合第一传感器33的检测结果，如果第一洗衣液瓶流水线1上洗衣液瓶为正向，那么控制第一并联机器人51将正向的洗衣液瓶调整角度后拿起，如果第一传感器33检测等待区有洗衣液瓶，那么控制第一并联机器人51保持等待，如果第一传感器33检测等待区没有洗衣液瓶，那么控制第一并联机器人51在预设时间后将洗衣液瓶放置在第二洗衣液瓶流水线3的放置区。其中，预设时间为预设距离与第二洗衣液瓶流水线3运行速度之比。

如果第一洗衣液瓶流水线1上洗衣液瓶为反向，则控制第一并联机器人51将反向的洗衣液瓶调整角度后经由第一洗衣液瓶流水线1进入转向盘2，在转向盘2将洗衣液瓶转为正向后，经第二洗衣液瓶流水线3传输至第二视觉检测区6。

然后，控制单元可对第二工业相机采集的瓶托的图像进行处理，例如在对第二工业相机采集的瓶托的图像进行灰度变换滤波等预处理后，提取图像的ROI，最后计算出瓶托的中心坐标和角度。

同时，控制单元可结合第二传感器34的检测结果，如果第二传感器34检测有洗衣液瓶，那么可控制第二并联机器人61调整瓶托角度后，拿起洗衣液瓶，放入瓶托内。最后，由瓶托流水线将入托的洗衣液瓶传输至灌装区，进行洗衣液的灌装。

需要说明的是，本发明实施例中的正向，可以指由第一洗衣液瓶流水线1搬运至第二洗衣液瓶流水线3时，握把朝向X方向的反方向。洗衣液瓶或瓶托的角度，是指相对于标准方向偏转的角度，标准方向为洗衣液瓶的顶端，或瓶托的长边朝向Y方向。

本发明实施例中的第一传感器33和第二传感器34均可为光电传感器，光电传感器的发射单元和接收单元分别位于第二洗衣液瓶流水线3的两侧。

此外，在本发明的一个实施例中，第一洗衣液瓶流水线1两侧设有栏杆，第二洗衣液瓶流水线3两侧设有栏杆，以防止洗衣液瓶偏出流水线。

在本发明的一个实施例中，在第一洗衣液瓶流水线1的入口，也即包装瓶区出口处可设置软挡板，用以避免洗衣液瓶出库时上下重叠的情况；在瓶托流水线4的入口，也即与瓶托区出口处可设置软挡板，用以避免瓶托出库时的上下重叠的情况。

根据本发明实施例的基于机器视觉的并联机器人理瓶系统，通过设置第一洗衣液瓶流水线、转向盘、第二洗衣液瓶流水线、瓶托流水线、第一视觉检测区和第二视觉检测区，能够保证洗衣液瓶自动地顺利进入瓶托，并保证洗衣液瓶以统一的位姿进入灌装区，从而能够大大提高自动化灌装的成功率和效率。

针对上述实施例的基于机器视觉的并联机器人理瓶系统，本发明还提出一种基于机器视觉的并联机器人理瓶系统的控制方法。

如图3所示，本发明实施例的基于机器视觉的并联机器人理瓶系统的控制方法包括以下步骤：第一洗衣液瓶流水线将无序的洗衣液瓶传输至第一视觉检测区；在第一视觉检测区经过视觉检测后得出洗衣液瓶的方向信息和角度信息，方向信息包括正向与反向；若洗衣液瓶为正向，则第一并联机器人将正向的洗衣液瓶调整角度后搬运至第二洗衣液瓶流水线的放置区，待判断第二洗衣液瓶流水线的等待区内没有洗衣液瓶后的预设时间，第一并联机器人将正向的洗衣液瓶平铺至放置区，平铺的正向洗衣液瓶传输至第二视觉检测区；若洗衣液瓶为反向，则第一并联机器人将反向的洗衣液瓶调整角度后经由第一洗衣液瓶流水线进入转向盘，并经第二洗衣液瓶流水线传输至第二视觉检测区；瓶托流水线将瓶托传输至第二视觉检测区；在第二视觉检测区经过视觉检测后得出瓶托的角度信息；第二并联机器人完成瓶托的角度调整后，将洗衣液瓶抓取至瓶托内，由瓶托流水线传输至灌装区。

其中，在第一视觉检测区实施的图像处理流程包括：首先创建标准洗衣液瓶正反向模板，然后采集洗衣液瓶的图像，通过预处理后对图像进行多模板匹配输出检测的洗衣液瓶的正反向，洗衣液瓶坐标以及其角度。

在第二视觉检测区实施的图像处理流程包括：采集瓶托的图像，通过预处理后提取图像的ROI，然后计算出瓶托中心坐标及其角度。

更具体的实施方式可参照上述基于机器视觉的并联机器人理瓶系统的实施例，在此不再赘述。

根据本发明实施例的基于机器视觉的并联机器人理瓶系统的控制方法，能够保证洗衣液瓶自动地顺利进入瓶托，并保证洗衣液瓶以统一的位姿进入灌装区，从而能够大大提高自动化灌装的成功率和效率。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。