[發明專利]一種工業機器人視覺系統及其示教方法

有效

• 申請號: 201710352991.3
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107169519B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 黃宇
• 申請（專利權）人: 重慶卓來科技有限責任公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06N3/04
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發明涉及工業機器人視覺系統及示教方法，屬于自動化控制技術領域。

背景技術

現有技術中，工業機器人視覺識別系統的應用越來越普遍，但是使用者需提前進行復雜、專業且長時間的軟件編程，要求使用者具備機器視覺方面的專業知識。現有的視覺識別系統一般使用特征匹配或模板匹配等傳統算法來實現物體識別。這類算法基本要求純色背景，對光照變化敏感。應用場景基本為純工業場合，需要人為限制場景復雜程度和光照變化。部署時間長、成本高。如果使用傳統特征匹配法進行識別(如通過識別軸承的內圓來間接識別軸承)，需要用戶對關鍵特征進行抽象提取和編程工作，準備時間長。如果使用傳統模板匹配法進行直接識別，在光照出現變化或被測物體上有雜質或劃痕等干擾時，算法準確度會明顯降低，即算法魯棒性差。傳統算法對非剛性物體如人手的識別差強人意。使用傳統機器視覺系統需要機器視覺領域的專業知識和編程知識。

以往的神經網絡網絡類算法訓練比較復雜，需要用戶手工編寫軟件代碼，輸入命令行參數等。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種工業機器人的機器視覺示教方法，解決系統復雜，需要用戶編程等問題。

實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種工業機器人視覺系統，其特征在于，包括攝像頭、視覺控制器、以太網交換機、機器人控制器和機器人示教器；其中，攝像頭為多個，設置于工作場景中的任意固定位置或置于機器人手臂末端隨機械手臂一起移動，視覺控制器和機器人控制器通過以太網交換機由千兆以太網絡進行通信，機器人控制器與機器人示教器連接；

由攝像頭提前拍攝被測對象的圖片并存入視覺控制器，視覺控制器利用用戶標定的對象圖片數據集，使用深度學習算法訓練專用神經網絡模型；視覺控制器加載訓練好的神經網絡模型，實時識別被測對象的在攝像頭回傳圖像中的位置、姿態和尺寸，并疊加于圖像上顯示出來；用戶在機器人示教器上選擇想要識別的對象的名稱，由機器人控制器實時地從視覺控制器獲知該對象在工作場景中的數量、位置、姿態和尺寸等信息。

進一步，本發明還提出一種工業機器人視覺系統的示教方法，采用上述工業機器人視覺系統，示教方法包括如下步驟：

1）確認視覺識別的對象，將被識別對象置于工作場景中；

2）改變識別對象在工作場景中的位置和姿態；

3）用場景攝像頭拍攝包含識別對象的圖片存入視覺控制器；

4）用戶在圖像標注界面中，從保存的照片中，在屏幕上逐一框選出同類被測對象，最后為該類被測對象分配一個唯一名稱；

5）視覺控制器利用用戶標定的對象圖片數據集，使用深度學習算法訓練其神經網絡模型；

6）視覺控制器加載訓練好的神經網絡模型，實時識別被測對象在攝像頭回傳圖像中的位置、姿態和尺寸，并疊加于圖像上顯示出來；

7）在示教器上選擇想要識別的對象的名稱，此時機器人控制器便可從視覺控制器實時地獲知該對象在工作場景中的數量、位置、姿態和尺寸等信息；這些信息作為機器人運動路徑的參考依據，或作為機器人邏輯行為的觸發條件。

進一步，所述步驟2）改變識別對象在工作場景中的位置和姿態，由拖動小臂或使用示教器移動小臂，改變小臂攝像頭的位置和姿態，由不同距離和角度對準識別對象；

步驟3）用場景攝像頭拍攝包含識別對象的圖片存入視覺控制器，用手臂攝像頭拍攝包含識別對象的圖片，存入視覺控制器；

并且重復步驟2）和步驟3）多次，直至充分收集的被測對象各個角度和尺寸圖片。

進一步，使用神經網絡和深度學習算法對被測對象的形狀、顏色、邊緣等關鍵特征進行自動提取。

相比現有技術，本發明具有如下有益效果：

1、視覺系統將視覺采集、標注、訓練和識別系統整合在了一個視覺控制器中，降低了系統復雜度、現場部署難度，用于工業機器人現場的視覺示教流程，不需要用戶編程。

2、本發明通過示教而不是編程的方法，便利地為工業機器人加入視覺識別能力，不需要用戶具備專業的機器視覺領域知識，降低了為工業機器人配套的機器視覺產品在物體識別、質量檢測、位置檢測、過程檢測和安全防護等領域的運用難度。