本发明涉及工件抓取技术领域，尤其是涉及一种基于视觉系统的工件抓取方法及装置。
背景技术：
随着工业智能制造的快速发展，自动化和智能化工件上下料得到快速的发展，其中一种常见的设备是将视觉和磁吸工具进行结合，实现智能排布磁吸点矩阵关系，以配合机械手完成工件的抓取工作。该种智能视觉引导磁吸工具的设备，通过视觉拍照，拍照完成后，处理器实时分析图像信息，计算出工件位置和配备磁吸点的信息等。其中，在实时分析图像信息得到配备磁吸点信息的过程中，至少要根据工件的形状等计算出工件的重心，而后根据工件形状和重心分析配备磁吸点的信息，计算量较大，尤其是对于异型工件，重心计算繁琐，不仅占用处理器较大的运行空间，且需要的时间较长。
这种采用实时拍照、实时大量数据分析的技术，系统响应和运算占用大量的时间，不利于缩短自动化生产的节拍，从而影响生产线产量和效率。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于视觉系统的工件抓取方法及装置，以缓解现有技术中采用实时拍照、实时大量数据分析的技术，系统响应和运算占用大量的时间，不利于缩短自动化生产的节拍，从而影响生产线产量和效率的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于视觉系统的工件抓取方法，包括：
接收视觉系统采集的工件的实际图像信息，将所述实际图像信息与该工件的预设图像信息进行拟合对比，获取该工件的实际图像信息与预设图像信息的矫正数据；
根据所述矫正数据，规划执行机构抓取该工件的实际移动路径；
控制执行机构沿所述实际移动路径移动到抓取位置，并根据执行机构抓取该工件的预设抓取动作信息，控制执行机构动作以抓取工件；其中，所述预设抓取动作信息是所述执行机构对应于该工件的所述预设图像信息预先规划的抓取动作信息。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括预先获取工件的预设图像信息：
获取每个工件的工件图纸以及工件所在工作环境的图纸，根据所述工件的工件图纸识别工作环境中的工件，获取识别出的工作环境中的工件的图像信息，该图像信息即为预设图像信息。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述每个工件的工件图纸是通过获取人工导入的工件的图纸数据分析得出，或通过获取上位机发送的工件的图纸数据分析得出；
所述工件所在环境的图纸是通过获取人工导入的工件所在环境的图纸数据分析得出，或通过获取上位机发送的工件所在环境的图纸数据分析得出。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括预先获取所述执行机构抓取工件的预设抓取动作信息：
根据工件的所述预设图像信息，计算该工件的重心；
根据该工件的重心以及工件的预设图像信息所对应的工件的形状，规划抓取该工件时的抓取点信息，其中，所述抓取点信息包括抓取点在工件的位置以及抓取点的数量；
根据抓取点信息规划所述执行机构的抓取组件的控制信息，其中，所述抓取组件的控制信息也即为所述执行机构抓取工件的预设抓取动作信息，所述抓取组件的控制信息包括抓取组件的位置以及抓取组件的数量。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述执行机构包括负载设备以及设置在所述负载设备上的多个抓取组件；
所述抓取组件的位置为所述抓取组件在所述负载设备上的位置。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方，其中，多个所述抓取组件呈矩阵布置；
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方，其中，所述抓取组件为电永磁铁。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，根据所述矫正数据，规划执行机构抓取该工件的实际移动路径包括：
根据矫正数据计算工件的实际位置信息，根据所述实际位置信息分析所述执行机构抓取该工件的实际移动路径。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，在所述接收视觉系统采集的工件的实际图像信息的步骤之前，还包括：
控制所述视觉系统以及执行机构移动到预设工作位置。
第二方面，本发明实施例还提供一种基于视觉系统的工件抓取方法，包括：视觉系统、执行机构和控制器；
所述视觉系统用于采集工件的实际图像信息，并将实际图像信息发送给所述控制器；
所述控制器用于接收所述视觉系统采集的工件的实际图像信息，将所述实际图像信息与该工件的预设图像信息进行拟合对比，获取该工件的实际图像信息与预设图像信息的矫正数据；根据所述矫正数据，规划所述执行机构抓取该工件的实际移动路径；控制所述执行机构沿所述实际移动路径移动到抓取位置，并根据所述执行机构抓取该工件的预设抓取动作信息，控制执行机构动作以抓取工件；其中，所述预设抓取动作信息是所述执行机构对应于该工件的所述预设图像信息预先规划的抓取动作信息；
所述执行机构用于接收所述控制器的控制信息以抓取工件。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例基于视觉系统的工件抓取方法，通过接收视觉系统采集的工件的实际图像信息，将实际图像信息与该工件的预设图像信息进行拟合对比，获取该工件的实际图像信息与预设图像信息的矫正数据，并根据矫正分析执行机构抓取该工件的实际移动路径；而后控制执行机构沿所述实际移动路径移动到抓取位置，并根据执行机构抓取该工件的预设抓取动作信息，控制执行机构动作以抓取工件。由于预设抓取动作信息是执行机构对应于该工件的预设图像信息预先规划的抓取动作信息，所以在实际生产过程中，系统(也即控制器的系统)只需要计算分析执行机构抓取该工件的实际移动路径，而后调用处理好的执行机构对应该工件的预设抓取动作信息即可，采用后台预先处理的技术，实时作业时数据分析量较小，大大缩短了系统响应和运算占用的时间，有利于缩短自动化生产的节拍，从而提高生产线的生产效率以及产量。
本发明实施例基于视觉系统的工件抓取装置，包括视觉系统、执行机构和控制器，其中，控制器用于接收视觉系统采集的工件的实际图像信息，将实际图像信息与该工件的预设图像信息进行拟合对比，获取该工件的实际图像信息与预设图像信息的矫正数据；根据矫正数据，规划执行机构抓取该工件的实际移动路径；控制执行机构沿实际移动路径移动到抓取位置，并根据执行机构抓取该工件的预设抓取动作信息，控制执行机构动作以抓取工件；其中，预设抓取动作信息是执行机构对应于该工件的预设图像信息预先规划的抓取动作信息。与本发明实施例基于视觉系统的工件抓取方法具有相同的有益效果，具体分析可参见本发明实施例基于视觉系统的工件抓取方法的有益效果，在此不再赘述。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于视觉系统的工件抓取方法的套料图的示意图；
图2为本发明实施例提供的基于视觉系统的工件抓取方法生成的钢板全图的示意图；
图3为本发明实施例提供的基于视觉系统的工件抓取方法生成的各个工件图；
图4为本发明实施例提供的基于视觉系统的工件抓取方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的基于视觉系统的工件抓取方法的预设步骤的流程图；
图6为本发明实施例提供的基于视觉系统的工件抓取装置的示意图。
图标：1-视觉系统；2-控制器；3-执行机构。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
目前利用智能视觉引导磁吸工具等实现智能抓取作业的过程中，采用的是通过视觉拍照，拍照完成后，处理器实时分析图像信息计算出工件位置和配备磁吸点的信息。其中，在实时分析图像信息得到配备磁吸点信息的过程中，至少要根据工件的形状等计算出工件的重心，而后根据工件形状和重心分析配备磁吸点的信息，计算量较大，尤其是对于异型工件，重心计算繁琐，不仅占用处理器较大的运行空间，且需要的时间较长。基于此，本发明实施例提供一种基于视觉系统的工件抓取方法及装置。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于视觉系统的工件抓取方法进行详细介绍，该基于视觉系统的工件抓取方法，应用于控制器，如图4或图5所示，该方法包括：
步骤s100：接收视觉系统采集的工件的实际图像信息，将实际图像信息与该工件的预设图像信息进行拟合对比，获取该工件的实际图像信息与预设图像信息的矫正数据。
其中，将实际图像信息与该工件的预设图像信息进行拟合对比的过程中，实际上是将实际图像信息对应的实际图像进行位置的校正，以使其能够与预设图像信息对应的预设图像重合，该过程中可能涉及的矫正数据包括旋转角度、工件在三维方向的移动距离等。具体可通过控制器内置的软件预先建立坐标系的方式，获取到矫正数据，这属于现有常规手段，在此不再赘述。
步骤s200：根据矫正数据，规划执行机构抓取该工件的实际移动路径。
具体而言，该步骤的一种实现方式是根据矫正数据计算工件的实际位置信息，根据该实际位置信息分析执行机构抓取该工件的实际移动路径。实际位置信息可理解为在坐标系内的坐标数据，实际移动路径包括执行机构到达工件抓取位实际需要移动的距离以及方向等。
在实际应用中，本实施例在接收视觉系统采集的工件的实际图像信息的步骤之前，可先控制视觉系统以及执行机构移动到预设工作位置。
该步骤的另一种实现方式是，根据预设工作位置与预计的工件位置，预先建立执行机构的预设移动路线，并存储在控制器内；然后在控制器获取到矫正数据后，利用矫正数据校正预设移动路线以获得实际移动路径。
其中，预设工作位置是实际生产中，根据需要对视觉系统与执行机构规划好的工作位；预计的工件位置也即视觉系统以及执行机构处于预设工作位置时，工件所处的标准位置。
步骤s300：控制执行机构沿所述实际移动路径移动到抓取位置，并根据执行机构抓取该工件的预设抓取动作信息，控制执行机构动作以抓取工件；其中，预设抓取动作信息是执行机构对应于该工件的预设图像信息预先规划的抓取动作信息。
其中，预设图像信息是预先存储在控制器内，具体的，预先获取工件的预设图像信息的步骤可以是：
s001：获取每个工件的工件图纸以及工件所在工作环境的图纸，根据工件的工件图纸识别工作环境中的工件，获取识别出的工作环境中的工件的图像信息，该图像信息即为预设图像信息。
在本实施例中，每个工件的工件图纸可以通过获取人工导入的工件的图纸数据分析得出，或通过获取上位机发送的工件的图纸数据分析得出。工件所在环境的图纸可以通过获取人工导入的工件所在环境的图纸数据分析得出，或通过获取上位机发送的工件所在环境的图纸数据分析得出。其中，工件所在环境的图纸也即是工件与其安装设备或者其他相关构件构成的图纸，简单理解为，工件所在位置以及附近位置各构件形成的图纸；如果工件是一个成套设备中的其中一个零件，工件所在环境的图纸，也即是成套设备的套料图。
上位机是存储有工件图纸或工件所在环境的图纸的智能设备或系统，具体可为mes(manufacturingexecutionsystem，即制造企业生产过程执行系统，是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统)。
下面以一个具体实施例，具体说明步骤s001的实际操作过程：
第一步：上位机或人工导入套料图。
通过上位机或者人工，将工件本身的图纸和工件在一定区域的相对位置图纸进行整理，形成套料图，图纸形式包括但不限于dwg格式、dxf格式，然后由上位机的系统下发套料图或人工导入套料图至本实施例的控制器的系统中。图纸示意图如图1所示。
第二步：解析套料图，生成工件图和钢板全图；本实施例是以工件在钢板上的形式为例进行的说明，所以钢板全图实际上即为工件所在环境的图。
通过控制器的软件计算，将其中的工件自动识别出来，并显示出来。然后提取其中的各个工件图。其中，钢板全图如图2所示，各个工件图如图3所示，其中，工件的形状和数量一般有多个，控制器应当对于需抓取的所有工件均具有预设的预设图像信息以及执行机构抓取该工件的预设抓取动作信息，图2和图3所示的是五种不同的工件。
进一步地，执行机构抓取工件的预设抓取动作信息也是预先设置在控制器内，具体的，预先获取执行机构抓取工件的预设抓取动作信息的步骤包括：
步骤s002：根据工件的预设图像信息，计算该工件的重心。
其中，工件的预设图像信息包括工件宽度、工件高度以及工件形状等多个参数，控制器应当对应多种不同形状的工件具有相应的重心计算公式。重心计算公式采用现有常规技术即可。
步骤s003：根据该工件的重心以及工件的预设图像信息所对应的工件的形状，规划抓取该工件时的抓取点信息，其中，抓取点信息包括抓取点在工件的位置以及抓取点的数量。
基于目前经常用的到执行机构包括机械手、自动桁架、机器人、人工辅助装置等负载设备以及设置在负载设备上的多个抓取组件。其中，负载设备用于带动抓取组件进行三维空间的移动，本实施例负载设备以机械手为例进行说明。
对应于一个机械手上安装多个抓取组件的方式，实际上抓取组件的位置也即为抓取组件在机械手上的位置，也即选择在机械手上的哪个位置上的抓取组件进行作业。
一般在铁质或钢制工件的抓取过程中，抓取组件一般是磁吸件，多个磁吸件呈矩阵形式布置，形成吸盘，所以抓取点信息的确认也会参照着抓取该工件的执行机构的磁吸件的位置而定，也即，抓取点在工件的位置应当在机械手带动矩阵形式的吸盘移动到工件抓取位置后，有相应的磁吸件与该抓取点的位置对应。
现有常规技术中，磁吸件为电磁铁，本实施例基于视觉系统的工件抓取方法可以应用在电磁铁形式的执行机构中，作为一种优选，本实施例还提供一种应用在执行机构中的新的磁吸件，也即电永磁铁。电永磁铁的工作方式为：通电瞬间充磁，此时断电，仍有磁力；反向通电退磁，此时断电，磁力消失。电永磁铁应用于此结构中，能够很好的避免线体异常断电，造成工件的脱落的问题发生。
步骤s004：根据抓取点信息规划执行机构的抓取组件的控制信息，其中，抓取组件的控制信息也即为执行机构抓取工件的预设抓取动作信息，抓取组件的控制信息包括抓取组件的位置以及抓取组件的数量。
也即，控制器的系统根据抓取点在工件的位置以及抓取点的数量，结合吸盘的上各个磁吸件的位置信息，分析需要哪几个位置的磁吸件动作。
步骤s002、步骤s003以及步骤s004实际上也即是确认工件信息和配置电永磁铁的过程。
需要说明的是，本实施例基于视觉系统的工件抓取方法适用的控制器可以是具有信息计算、识别、分析、存储，信息接收与发送等等智能功能的web(网页)管理程序，或者在控制器上设置该web管理程序。
需要说明的是，本实施例中，控制视觉系统以及执行机构移动到预设工作位置的步骤，可以是视觉系统以及执行机构安装在负载设备上，通过生产线的plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)进行机械手和电永磁点的控制规划，使其到指定位置。到指定位置后，视觉系统进行工件精确位置的视觉识别，而后通过视觉系统识别的数据与该系统中的数据进行拟合对比，矫正工件的准确位置，发送该工件的位置信息给机械手和电永磁抓手，进行工件的抓取。
本实施例控制器还可连接人机交互界面，用于显示各个步骤的分析数据信息，其中，人机交互界面上显示工件的图像信息时，应当包括工件位置、旋转角度、工件宽度、工件高度、工件重心位置等信息。
本实施例基于视觉系统的工件抓取方法不同于实时拍照实时解析的方法，此方法可预先解析，随时调用。采用后台预先处理数据的方式，利用人工或者系统，将基础数据发送给该控制器的系统中，通过软件预先配比好磁吸点和工件重心位置，系统运行过程中，可直接调取，也即，先对拾取工件的数据分析计算，后与视觉系统拍摄工件的真实位置进行对比，然后调取关键参数，大大缩减了生产过程中的软件计算时间，不用再进行大量计算，减少了生产线节拍，提高了生产效率。
如图6所示，本实施例还提供一种基于视觉系统的工件抓取装置，包括：视觉系统1、执行机构3和控制器2。
其中，视觉系统1用于采集工件的实际图像信息，并将该实际图像信息发送给控制器2。视觉系统1可以是摄像系统等。
控制器2用于接收视觉系统1采集的工件的实际图像信息，将实际图像信息与该工件的预设图像信息进行拟合对比，获取该工件的实际图像信息与预设图像信息的矫正数据；根据矫正数据，规划执行机构抓取该工件的实际移动路径；制执行机构沿所述实际移动路径移动到抓取位置，并根据执行机构抓取该工件的预设抓取动作信息控制执行机构3动作以抓取工件；其中，预设抓取动作信息是执行机构3对应于该工件的预设图像信息预先规划的抓取动作信息。
执行机构3用于接收控制器2的控制信息以抓取工件。具体执行机构3包括负载设备以及抓取组件，优选的，负载设备为机械手，抓取组件为设置在机械手上的矩阵形式的吸盘。
本实施例基于视觉系统的工件抓取装置的具体使用方法可参照本发明实施例基于视觉系统的工件抓取方法，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
1.一种基于视觉系统的工件抓取方法，其特征在于，包括：
接收视觉系统采集的工件的实际图像信息，将所述实际图像信息与该工件的预设图像信息进行拟合对比，获取该工件的实际图像信息与预设图像信息的矫正数据；
根据所述矫正数据，规划执行机构抓取该工件的实际移动路径；
控制执行机构沿所述实际移动路径移动到抓取位置，并根据执行机构抓取该工件的预设抓取动作信息，控制执行机构动作以抓取工件；其中，所述预设抓取动作信息是所述执行机构对应于该工件的所述预设图像信息预先规划的抓取动作信息。
2.根据权利要求1所述的基于视觉系统的工件抓取方法，其特征在于，还包括预先获取工件的预设图像信息：
获取每个工件的工件图纸以及工件所在工作环境的图纸，根据所述工件的工件图纸识别工作环境中的工件，获取识别出的工作环境中的工件的图像信息，该图像信息即为预设图像信息。
3.根据权利要求2所述的基于视觉系统的工件抓取方法，其特征在于，所述每个工件的工件图纸是通过获取人工导入的工件的图纸数据分析得出，或通过获取上位机发送的工件的图纸数据分析得出；
所述工件所在环境的图纸是通过获取人工导入的工件所在环境的图纸数据分析得出，或通过获取上位机发送的工件所在环境的图纸数据分析得出。
4.根据权利要求2或3所述的基于视觉系统的工件抓取方法，其特征在于，还包括预先获取所述执行机构抓取工件的预设抓取动作信息：
根据工件的所述预设图像信息，计算该工件的重心；
根据该工件的重心以及工件的预设图像信息所对应的工件的形状，规划抓取该工件时的抓取点信息，其中，所述抓取点信息包括抓取点在工件的位置以及抓取点的数量；
根据抓取点信息规划所述执行机构的抓取组件的控制信息，其中，所述抓取组件的控制信息也即为所述执行机构抓取工件的预设抓取动作信息，所述抓取组件的控制信息包括抓取组件的位置以及抓取组件的数量。
5.根据权利要求4所述的基于视觉系统的工件抓取方法，其特征在于，所述执行机构包括负载设备以及设置在所述负载设备上的多个抓取组件；
所述抓取组件的位置为所述抓取组件在所述负载设备上的位置。
6.根据权利要求5所述的基于视觉系统的工件抓取方法，其特征在于，多个所述抓取组件呈矩阵布置。
7.根据权利要求6所述的基于视觉系统的工件抓取方法，其特征在于，所述抓取组件为电永磁铁。
8.根据权利要求1所述的基于视觉系统的工件抓取方法，其特征在于，根据所述矫正数据，规划执行机构抓取该工件的实际移动路径包括：
根据矫正数据计算工件的实际位置信息，根据所述实际位置信息分析所述执行机构抓取该工件的实际移动路径。
9.根据权利要求1所述的基于视觉系统的工件抓取方法，其特征在于，在所述接收视觉系统采集的工件的实际图像信息的步骤之前，还包括：
控制所述视觉系统以及执行机构移动到预设工作位置。
10.一种基于视觉系统的工件抓取装置，其特征在于，包括：视觉系统、执行机构和控制器；
所述视觉系统用于采集工件的实际图像信息，并将实际图像信息发送给所述控制器；
所述控制器用于接收所述视觉系统采集的工件的实际图像信息，将所述实际图像信息与该工件的预设图像信息进行拟合对比，获取该工件的实际图像信息与预设图像信息的矫正数据；根据所述矫正数据，规划所述执行机构抓取该工件的实际移动路径；控制所述执行机构沿所述实际移动路径移动到抓取位置，并根据所述执行机构抓取该工件的预设抓取动作信息，控制执行机构动作以抓取工件；其中，所述预设抓取动作信息是所述执行机构对应于该工件的所述预设图像信息预先规划的抓取动作信息；
所述执行机构用于接收所述控制器的控制信息以抓取工件。
技术总结