[0004] 为此，本发明提供一种基于双目视觉的机器人全自动无序上料系统。用以克服现有技术中工业自动化水平过低导致的人力浪费的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种基于双目视觉的机器人全自动无序上料系统，包括：
[0006] 上料装置，其至少包括一上料传送带，其用以传送待排序物料；
[0007] 下料装置，其至少包括一下料传送带，设置在所述上料装置的尾端，其用以传送已排序物料；
[0008] 摄影装置，其包括双目摄影机以及下料监控摄影机，所述双目摄影机设置在所述上料装置的上方，用以拍摄所述上料装置上的物料，并将拍摄的图像信息发送至中控系统，所述下料监控摄影机设置在所述下料传送带上方，以检测所述下料传送带上物料的数目；
[0009] 活动机械手，其设置在所述上料装置的尾端，其用以抓取所述上料传送带上的物料，并将物料摆放至所述下料传送带上；
[0010] 缺陷物料收集箱，其设置在所述活动机械手的一侧，用以收纳存在缺陷的物料；
[0011] 中控系统，其与所述上料装置、下料装置、摄影装置和活动机械手电性连接并实时完成数据交换，以实时控制所述上料装置、下料装置、摄影装置和活动机械手；所述中控系统包括：
[0012] 触摸显示屏，其用以操控上料系统；
[0013] 图像处理模块，其用以接收所述双目摄影机发出的图像信息，并根据所述图像信息判定所述上料传动带上的物料的摆放信息，所述图像处理模块确定所述摆放信息时包括物料朝向面信息和物料实时三维坐标信息，同时，生成第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3），i=1，2...Q，其中：Pi1表示第i物料表面朝向信息，Pi2表示第i物料实时坐标信息，Pi3表示物料缺陷信息，其初始值等于0当物料存在缺陷时，Pi3等于1；
[0014] 所述图像处理模块使用前需采集预设物料信息，其过程包括：
[0015] S1，通过所述显示屏操作进入物料信息采集模式，选取一标准物料，将所述标准物料放置在所述摄影装置下；
[0016] S2，调整物料的朝向，使所述摄影装置采集到物料的空间六面的特征信息，以使所述图像处理模块能通过物料的图像信息识别出物料的表面朝向，形成标准物料信息矩阵B（B1,B2,B3,B4,B5,B6）其中：B1表示标准物料底面特征信息，B2表示标准物料顶面特征信息，B3表示标准物料前面特征信息，B4表示标准物料后面特征信息，B5表示标准物料左面特征信息，S6表示标准物料右面特征信息；
[0017] S3，选择物料的一个面作为预设摆放面，通过所述显示屏操作退出物料信息采集模式；
[0018] 缺陷检测模块，其用以接收所述双目摄影机发出的图像信息，并根据所述图像信息建立物料的实际三维坐标，将所述物料的实际三维坐标与预设标准三维坐标对比判定物料是否存在明显缺陷，若物料存在缺陷，则标记缺陷物料并将缺陷信息在所述第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3）内更新；
[0019] 控制模块，其用以接收图像处理模块和缺陷检测模块发出的信息，同时，根据设定的物料摆放方向以及第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3）内的信息，控制所述活动机械手将缺陷物料抓取移动至所述缺陷物料收集箱内，控制所述活动机械手将待排序的物料抓取并调整物料朝向面后有序摆放至所述下料传送带上，同时，所述控制模块根据所述上料传送带上物料的杂乱程度实时调节传送带运行速度以及机械手的抓取速度。
[0020] 进一步地、所述图像处理模块获取所述双目摄影机拍摄的图像信息后，提取所述图像信息内物料的各个表面的特征信息，同时，所述图像处理模块从所述标准物料信息矩阵B（B1,B2,B3,B4,B5,B6）内选取一个表面特征信息作为预设特征，将待排序物料的各个表面的特性信息与所述预设特征做匹配，并将与所述预设特征相匹配的表面作为预选择面，并将所述预选择面的朝向记录进第i物料表面朝向信息Pi1，其中：检测待排序物料表面时，优先检测待排序物料顶面，当待排序物料顶面特征信息与所述预设特征相匹配时，停止后续检测，确定当前待排序物料顶面为预设面，若待排序物料顶面特征信息与预先选择的物料摆放朝向顶面的表面特征信息不匹配时，再继续对待检测物料的其他表面进行检测，以确定当前待排序物料具备所述预设特征的表面的朝向，并将检测后的物料的表面朝向信息记录进所述第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3）内。
[0021] 进一步地、所述控制模块根据所述预设特征控制所述活动机械手的运转方式，使得经所述活动机械手放置在所述下料传送带上的物料顶面为所述预设面。
[0022] 进一步地、根据权利要求1所述基于双目视觉的机器人全自动无序上料系统，其特征在于，所述缺陷检测模块内预先设置有物料标准外形轮廓坐标集合f0（x，y，z），所述缺陷检测模块根据所述图像信息建立物料实际外形轮廓三维坐标集合f（x，y，z），将所述实际外形轮廓三维坐标集合f（x，y，z）与所述物料标准外形轮廓坐标集合f0（x，y，z）进行差值比较，确定存在差异的区域，并记录所述区域形成第i区域差异坐标集合Ci（x，y，z）i=1，2...Q，若所述第i区域差异坐标集合Ci（x，y，z）表示的空间范围超过了预设缺陷对比阙值则判定待排序物件有缺陷。
[0023] 进一步地、所述预设对比阙值可预先设置，以调节所述缺陷检测模块的精度。
[0024] 进一步地、所述控制模块内部设有物料摆放判断矩阵Q0、上料传送带速度调节参数矩阵C0、机械手运行速度矩阵V0和下料传送带运行速度矩阵W0：
[0025] 对于物料摆放判断矩阵Q0，Q0（Q1,Q2,Q3,Q4）, 其中，Q1为第一预设区间，Q2为第二预设区间，Q3为第三预设区间，Q4为第四预设区间，各参数具体数值按照顺序依次增加；
[0026] 对于上料传送带速度调节参数矩阵C0，C0(C1,C2,C3,C4),其中，C1为第一预设上料传送带速度调节参数，C2为第二预设上料传送带速度调节参数，C3为第三预设上料传送带速度调节参数，C4为第四预设上料传送带速度调节参数；
[0027] 对于机械手运行速度矩阵V0，V0(V1,V2,V3,V4),其中，V1为第一预设机械手运行速度，V2为第二预设机械手运行速度，V3为第三预设机械手运行速度，V4为第四预设机械手运行速度，各参数具体数值按照顺序依次增大；
[0028] 对于下料传送带运行速度矩阵W0，W0(W1,W2,W3,W4),其中，W1为第一预设下料传送带运行速度，W2为第二预设下料传送带运行速度，W3为第三预设下料传送带运行速度，W4为第四预设下料传送带运行速度，各参数具体数值按照顺序依次增大；
[0029] 所述控制模块根据第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3）内的信息实时确定上料传送带上物料的数目N，以及顶面为预选面的物料的数量n，物料正确朝向面比例Q，
[0030]
[0031] 在确定物料正确朝向面比例Q后，所述控制模块将正确朝向面比例Q与预设物料摆放判断矩阵Q0内参数做对比：
[0032] 当0＜Q≤Q1时，控制模块从所述C0矩阵中选取C1、从所述V0矩阵中选取V1、从所述W0矩阵中选取W1生成第一运行参数矩阵E1(C1,V1,W1),中控系统根据E1中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C1，将机械手运行速度调整为V1，将下料传送带运行速度调整为W1;
[0033] 当Q1＜Q≤Q2时，控制模块从所述C0矩阵中选取C2、从所述V0矩阵中选取V2、从所述W0矩阵中选取W2生成第二运行参数矩阵E2(C2,V2,W2),中控系统根据E2中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C2，将机械手运行速度调整为V2，将下料传送带运行速度调整为W2;
[0034] 当Q2＜Q≤Q3时，控制模块从所述C0矩阵中选取C3、从所述V0矩阵中选取V3、从所述W0矩阵中选取W3生成第三运行参数矩阵E3(C3,V3,W3),中控系统根据E3中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C3，将机械手运行速度调整为V3，将下料传送带运行速度调整为W3;
[0035] 当Q3＜Q≤Q4时，控制模块从所述C0矩阵中选取C4、从所述V0矩阵中选取V4、从所述W0矩阵中选取W4生成第四运行参数矩阵E4(C4,V4,W4),中控系统根据E4中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C4，将机械手运行速度调整为V4，将下料传送带运行速度调整为W4；
[0036] 设置检测周期t，当完成对所述上料传送带运行速度、机械手运行速度、下料传送带运行速度调节并经过时间t后重复，进行新一轮监测调节。
[0037] 进一步地、所述中控系统内还设有预设下料传送带摆放密度矩阵Q0、运送带运送密度差矩阵组F0和运行速度二级调节矩阵组C0;
[0038] 对于下料传送带摆放密度矩阵Q0 ,(Q1,Q2,Q3,Q4),其中，Q1为控制模块运行第一运行参数矩阵E1时下料传送带摆放密度的标准密度，Q2为控制模块运行第二运行参数矩阵E2时下料传送带摆放密度的标准密度，Q3为控制模块运行第三运行参数矩阵E3时下料传送带摆放密度的标准密度，Q4为控制模块运行第四运行参数矩阵E4时下料传送带摆放密度的标准密度;
[0039] 对于运送带运送密度差矩阵组F0，F0（F1,F2,F3,F4）,其中，F1为中控系统运行第一运行参数矩阵E1时的运送带第一密度差矩阵，F2为中控系统运行第二运行参数矩阵E2时的运送带第二密度差矩阵，F3为中控系统运行第三运行参数矩阵E3时的运送带第三密度差矩阵，F4为中控系统运行第四运行参数矩阵E4时的运送带第四密度差矩阵；
[0040] 对于运送带第i密度差矩阵Fi，i=1，2，3，4，Fi（Fi1,Fi2,Fi3,Fi4）,其中Fi1为运送带第i密度差矩阵第一预设密度差，其中Fi2为运送带第i密度差矩阵第二预设密度差，其中Fi3为运送带第i密度差矩阵第三预设密度差，其中Fi4为运送带第i密度差矩阵第四预设密度差；
[0041] 对于运行速度二级调节矩阵组C0，C0(C1,C2,C3,C4),其中，C1为中控系统运行第一运行参数矩阵E1时的运行速度二级调节矩阵组第一矩阵组，C2为中控系统运行第二运行参数矩阵E2时的运行速度二级调节矩阵组第二矩阵组，C3为中控系统运行第三运行参数矩阵E3时的运行速度二级调节矩阵组第三矩阵组，C4为中控系统运行第四运行参数矩阵E4时的运行速度二级调节矩阵组第四矩阵组；
[0042] 对于运行速度二级调节第i矩阵组Ci，Ci(Ci1,Ci2,Ci3,Ci4),其中，Ci1为运行速度二级调节矩阵组第i矩阵组第一调节矩阵，Ci2为运行速度二级调节矩阵组第i矩阵组第二调节矩阵，Ci3为运行速度二级调节矩阵组第i矩阵组第三调节矩阵，Ci4为运行速度二级调节矩阵组第i矩阵组第四调节矩阵；
[0043] 对于Cij，Cij (vij,wij),其中， vij为Cij内第i预设机械手运行速度Vi调节参数,wij为C11内第i预设下料传送带运行速度Wi调节参数；
[0044] 所述下料传送带摄像头实时检测下料传送带的物料的数量n，计算摆放密度Q，[0045]
[0046] 其中，N0表示预设参数，n表示下料传送带上物料的数量，所述控制模块将摆放密度Q与预设下料传送带摆放密度矩阵Q0内参数做对比：
[0047] 当中控系统运行第i运行参数矩阵Ei且Q＝Qi时，中控系统不对机械手的运行速度V1和下料传送带运行速度W1进行调节；
[0048] 当中控系统运行第i运行参数矩阵Ei且Q≠Qi时，中控系统计算下料传送带上的物料密度差F，F=Qi-Q，计算完成后中控系统将F与运送带第i密度差矩阵Fi内的数值进行对比：
[0049] 当F≤Fi1时，中控系统选取Ci1对机械手运行速度和下料传送带运行速度进行调节，减小机械手运行速度至V1-v11,减小下料传送带运行速度至W1-w11；
[0050] 当Fi1＜F≤Fi2时，中控系统选取Ci2对机械手运行速度和下料传送带运行速度进行调节，减小机械手运行速度至Vi-vi2,减小下料传送带运行速度至Wi-wi2；
[0051] 当Fi2＜F≤Fi3时，中控系统选取Ci3对机械手运行速度和下料传送带运行速度进行调节，减小机械手运行速度至Vi-vi3,减小下料传送带运行速度至Wi-wi3；
[0052] 当Fi3＜F≤Fi4时，中控系统选取Ci4对机械手运行速度和下料传送带运行速度进行调节，减小机械手运行速度至Vi-vi4,减小下料传送带运行速度至Wi-wi4。
[0053] 进一步地、在所述上料传送带尾端设有承接盘，当机械手未在指定的抓取区域内将物料抓取至所述下料传送带时，上料传送带将该物料输送至上料传送带尾端并将物料输出至所述承接盘内。
[0054] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过所述双目摄像头检测上料传送带上物料的摆放密度与单个物料的位置和空间摆放方向，并将相关数据信息传递至所述中控系统，中控系统能过根据接收到的控制活动机械手运转、上料传送带运送速度和下料传送带运送速度，提高装置运转过程中的稳定性和可靠性，减少了人力操作，提高了工业自动化的程度。
[0055] 尤其，本发明设置图像识别模块，对上料传送带上的物料进行监测，根据标准物料信息矩阵B（B1,B2,B3,B4,B5,B6）识别物料表面特征物料当前摆放的朝向，方便后续控制活动机械手调整物料的方向。
[0056] 进一步地，中控系统内部设有物料摆放判断矩阵Q0（Q1,Q2,Q3,Q4）、上料传送带速度调节参数矩阵C0(C1,C2,C3,C4)、机械手运行速度矩阵V0(V1,V2,V3,V4)和下料传送带运行速度矩阵W0(W1,W2,W3,W4)，所述中控系统根据上料传送带物料摆放的情况，调节上料传送带运行速度、机械手搬运速度和下料传送带传送速度，保证传送带物料较少或物料本身摆放朝向正确时传送带能够有较高的传送速度，同时，若物料本身摆放朝向正确时活动机械手就没有了调整物料方向的过程，直接将待排序物料移动至下料传送带上即可，活动机械手搬用速度也较快，因此提高传送带速度将有利于提高整个装置的搬用速率，相反的，若物料较多或摆放朝向不满足预设情况的物料较多，机械手需调整其方向搬用较慢，因此，适当做出调整，防止机械手物料过多出现堆积，机械手无法搬用的情况，提高了上料系统可靠性和工作效率，进一步减少了人力操作，加大了工业自动化水平。
[0057] 进一步地，在所述上料传送带尾端设有接盘，当机械手未在指定的抓取区域内将物料抓取至所述下料传送带时，上料传送带将该物料输送至上料传送带尾端并将物料输出至所述接盘承内，减少物料损失，提高经济效益。
