(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210386972.3 (22)申请日 2022.04.14 (71)申请人 烟台南山学院 地址 265713 山东省烟台市龙口市徐福街 道东海旅游度假区大 学路12号 (72)发明人 孙巧妍　张德军　林春梅　高长旭　 裴进涛　张洋　姚绪强　刘金海　 衣玉杰　 (74)专利代理 机构 烟台智宇知识产权事务所 (特殊普通 合伙) 3723 0 专利代理师 李增发 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 19/02(2006.01) B65G 47/90(2006.01) (54)发明名称 一种基于单目视 觉的搬箱机 械手 (57)摘要 本发明是一种基于单目视觉的搬箱机械手， 包括计算机， 3轴机械手， 安装在搬运场地上方、 与计算机相连的单目摄像头和超声波传感器， 按 照如下步骤执行： S1， 单目摄像头对场地内的箱 子进行俯视采集图像； S2， 计算机对单目摄像头 采集的箱子的图像进行处理和识别， 得到一个适 合搬运的箱 子； S3， 计算机根据箱子的图像， 确定 待搬运箱子的平面质心坐标 （ ） ； S4， 计算机 控制3轴搬运机械手到达待搬运箱子的平面质心 正上方； S5， 超声波传感器对待搬运箱子的顶面 进行距离测量， 计算机计算出机械手下降的距 离； S6， 3轴机械手搬运该箱子； 重复步骤S1 ‑S5， 直至搬运完所有的箱子。 本发明方法独特， 造价 低廉， 但能够达 到搬运要求。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 114800494 A 2022.07.29 CN 114800494 A 1.一种基于单目视觉的箱式货物搬运机械手， 包括计算机， 3轴机械手， 其特征在于， 还 包括安装在搬运场地上方、 与计算机相连的单目摄像头和超声波传感器， 按照如下步骤执 行： S1， 机械手初始位置坐标记定义为(0,0)， 单目摄像头对场地 内的箱子进行俯视采集图 像； S2， 计算机对单目摄像头采集的箱子的图像进行处理和识别， 得到一个适合搬运的箱 子； S3， 计算机根据第一个箱子的图像， 确定待搬运箱子的平面质心坐标(xc,yc)； S4， 计算机控制3轴搬运机 械手到达待搬运箱子的平面质心正上 方； S5， 超声波传感器对待搬运箱子的顶面进行距离测量， 计算机计算出机械手下降的距 离； S6， 3轴机 械手搬运该箱子； 重复步骤S1 ‑S5， 直至搬运完所有的箱子 。 2.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的箱式货物搬运机械手， 其特征在于， 在步 骤S2中， 对图像识别和处 理包括如下步骤： S21， 二值化处理， 将采集图像的RGB三色数据按照下述权值 折算处理： S22， 边缘检测， 使用edge函数默认的Sobel算子， 将0.2到0.6之间的灰度扩展到0到1整 个范围； S23， 降噪滤波， 用5 ×5的方形结构元对上一步处理后的图像进行2次腐蚀操作， 使边界 点向内收缩， 消除小且无意 义的杂点； S24， 寻找完整图像， 首先上步的图像进行 “填孔洞”操作， 只有没有被遮挡的箱子才会 有完整清晰的边界， 执行填孔洞操作时会有变化， 被遮挡的箱子对应的边缘图像无孔可填； 再对图像进行减法操作， 剔除部分被遮挡的箱子图像， 计算剩余图像的面积； 最后用 bwareaopen函数从上一步处理后的图像中移除所有面积小于阈值的连通图像， 进一步将噪 声图像和部分被遮挡的箱子图像剔除； S25， 得到搬运目标， 将上一步处理后的图像先标记连通区域， 然后计算每个连通区域 的面积， 取 所有面积中最小的那个面积作为本次搬运目标。 3.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的箱式货物搬运机械手， 其特征在于， 在步 骤S3中， 箱子的平面质心按照如下算法： 其中(xc,yc)为光斑的中心坐标， Iij为二维图像上每个像素点所接收到的光强， 将识别 出的质心在采集到的原图上做出 标识。 4.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的箱式货物搬运机械手， 其特征在于， 在步 骤S4中， 3轴搬运机械手对目标抓取并搬运， 采用逆解建模， 通过建模计算得出的数据调整 各数字舵机的角度， 控制机 械臂动作完成动作， 逆解过程包括： S51， 求B点 坐标， 根据下式权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114800494 A 2S52， 求出理想的θ1， 根据余弦定理 所以得出θ1＝α +β； S53， 求出理想的θ2， 根据三角函数关系和余弦定理， 第四步， 求出θ3 通过γ＝θ1+θ2+θ3， 求出θ3＝γ‑θ1‑θ2； 其中， l1、 l2、 l3分别为第一、 第二、 第三机械臂的尺寸； xA,yA为A点坐标， 即是由图像处理 算法得到的数据； γ为第三机械臂与水平面的夹角； α 为第一机械臂与水平面的夹角； β 为第 三机械臂外端与水平面的夹角； θ1、 θ2和θ3分别为第一机械臂与水平面的夹角、 第二机械臂 与第一机 械臂延长线的夹角和第三机 械臂与第二机 械臂延长线的夹角。 5.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的箱式货物搬运机械手， 其特征在于， 在步 骤S5中， 机 械手下降的距离根据下式计算： d＝(ton×v声 音)/2 式中， v声 音取340m/s， ton为高电平时间。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114800494 A 3