一种基于apriltag的车间零件定位系统的制作方法

本发明涉及工业制造加工工艺技术领域，尤其涉及工业生产自动化技术，具体是铸造车间对铸件进行自动定位的系统。

背景技术：

铸造是制造业中的一种重要的生产工艺，随着现代工业日趋自动化，零部件专业化分工是当下制造业的发展趋势，同类产品不同型号规格必须做到专业化分工。现有技术中车间对铸件等零部件的识别和分拣大多采用人工，且无法做到精准定位，这使得相应操作人员工作量大，效率低下，精确度方面远远达不到要求，这都严重影响了后续工作自动化生产产品的质量。

在视觉定位领域，有一种apriltag视觉定位系统，通过在目标物上设置简单的标记，然后通过对各种标记进行识别，来对目标物进行快速分类。在现有技术中，基于apriltag的视觉定位系统主要应用于行动机器人，通过行动机器人对特定标记的识别，来实现对行动机器人的定位导引。作为一项优秀的识别系统，apriltag视觉定位系统具有识别快速、准确，操作简单方便等优点，但作为一项新兴技术，现在并未得到完善的推广使用。

在一定程度上，apriltag视觉定位系统可以解决铸造车间零部件专业化分类的问题，因此，将两者有效的结合起来，利用apriltag视觉定位系统的优点，解决铸造车间零部件自动化专业化分工的实际问题，是一种优秀的技术研发方向。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提出一种基于apriltag的车间零件定位系统，利用apriltag视觉定位系统的优点，实现车间对零部件自动化专业化识别分类的目的。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，

一种基于apriltag的车间零件定位系统，包括扫描组件、移动组件和控制系统，其中移动组件包括支撑框架和设置在支撑框架上的三维导轨，三维导轨包括竖直固定在支撑框架上的上下导轨，相邻的上下导轨之间设置有沿着上下导轨升降的前后导轨，相邻的前后导轨之间设置有沿着前后导轨前后移动的左右导轨，所述扫描组件设置在左右导轨上，所述扫描组件与左右导轨的连接处、左右导轨两端与前后导轨连接处、前后导轨两端与上下导轨连接处均设置有步进电机，所述控制系统包括核心控制器和分别与核心控制器连接的输入系统、显示系统、图像处理器和步进电机驱动模块，所述步进电机驱动模块分别与每个步进电机相连接；在所述支撑框架下方，有待检零件由输送带传送通过，待检零件上设置有apriltag标志。

在本发明中，所述支撑框架包括竖直布置长方形分布的四根立柱，每根立柱上固定安装有一根上下导轨，于输送带穿过支撑框架下方的前后两处，上下导轨分为两组，每组两根导轨所在平面与输送带方向垂直，每组上下导轨之间设置有一根前后导轨，前后导轨有两根，平行布置且位于同一水平面上，前后导轨的两端分别搭接嵌合到上下导轨上，所述左右导轨有一根，其两端分别搭接嵌合到两根前后导轨上。

在本发明中，所述扫描组件包括工业高清摄像机，与图像处理器电连接，由步进电机带动依三维导轨进行水平、垂直方向移动及自身转动。

进一步的，所述扫描组件活动范围在待检零件所处平面上方10~15米，在保证扫描视野的同时提高扫描精度。

进一步的，所述扫描组件包括移动传感器，设置在工业高清摄像机处，用于感知工业高清摄像机的移动，并记录其移动时的位置和速度信息，并向核心控制器进行反馈，从而提高工业高清摄像机的移动精度。

在本发明中，所述输入系统包括键盘系统，键盘系统输入信息到核心控制器，进而控制步进电机驱动模块，使得步进电机的启动与暂停，以此来控制工业高清摄像机的的水平、竖直运动及暂停操作。

在本发明中，所述步进电机为混合式步进电机57byg250c，具有两相/四相运行能力，四拍工作时步距角为1.8°，八拍为0.9°。

在本发明中，所述步进电机驱动模块型号为hb202a，具备4/8拍转换控制信号、脱机控制信号、输入信号光电隔等功能，步进电机驱动模块在接收到来自核心控制器的脉冲信号后，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步步运行的。可通过控制脉冲个数来控制角位移量，达到准确定位的目的；同时可通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，达到调速的目的。

在本发明中，所述待检零件由输送带传送穿过支撑框架的下方，每个待检零件上分别按照类别张贴各自的apriltag标志，使得待检零件通过时，扫描组件通过识别各自的apriltag标志来对待检零件进行区分，进而实现对各待检零件的自动化专业化识别分类。

与现有技术相比，本发明利用apriltag视觉定位系统的识别功能，精准快速的提高对待检零件的识别，提高了铸造车间铸件定位的精确度，简化了获取零件位置信息的难度，减轻了操作人员的工作量，提高了工作效率，效果显著。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的控制系统原理图；

图3为本发明的工业高清摄像机装配关系图。

图中：工业高清摄像机1、待检零件2、支撑框架3、步进电机4、核心控制器5、步进电机驱动模块6、移动传感器7、图像处理器8、显示系统9、键盘系统10、上下导轨11、前后导轨12、左右导轨13、输送带14、apriltag标志15。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

参见图1-3所示的基于apriltag的车间零件定位系统，包括扫描组件、移动组件和控制系统。

所述移动组件包括支撑框架3和设置在支撑框架上的三维导轨，支撑框架3的下方设置有输送带13，三维导轨包括竖直固定在支撑框架3上的上下导轨11，相邻的上下导轨11之间设置有沿着上下导轨11升降的前后导轨12，相邻的前后导轨12之间设置有沿着前后导轨12前后移动的左右导轨13，所述支撑框架3包括竖直布置长方形分布的四根立柱，每根立柱上固定安装有一根上下导轨11，于输送带14穿过支撑框架3下方的前后两处，上下导轨11分为两组，每组两根上下导轨11所在平面与输送带14方向垂直，每组上下导轨11之间设置有一根前后导轨12，前后导轨12有两根，平行布置且位于同一水平面上，前后导轨12的两端分别搭接嵌合到上下导轨11上，所述左右导轨13有一根，其两端分别搭接嵌合到两根前后导轨12上。

所述扫描组件与左右导轨13的连接处、左右导轨13两端与前后导轨12连接处、前后导轨12两端与上下导轨11连接处均设置有步进电机4，所述控制系统包括核心控制器5和分别与核心控制器5连接的输入系统、显示系统9、图像处理器8和步进电机驱动模块6，所述步进电机驱动模块6分别与每个步进电机4相连接；

所述扫描组件包括工业高清摄像机1和移动传感器7，工业高清摄像机1与图像处理器8电连接，由步进电机4带动移动，所述移动传感器7设置在工业高清摄像机1后侧，对工业高清摄像机1的移动和位置信息进行感知；所述输入系统包括键盘系统10。

在本发明中，所述输送带13载有待检零件2穿过支撑框架3的下方，每个待检零件2上分别按照类别张贴各自的apriltag标志，所述工业高清摄像机1活动范围在待检零件2所处平面上方10~15米。

本发明所述的基于apriltag的车间零件定位系统在实际应用中，载有张贴apriltag标志的待检零件2从工业高清摄像机1下方通过，工业高清摄像机1对待检零件2进行扫描，扫描得到的图像送到图像处理器8中，图像处理器8对图像中待检零件2上的apriltag标志进行识别，并发送到核心控制器5，通过显示系统9予以显示；如果图像处理器8扫描到的图像中发现待检零件2位置存在偏差，使得apriltag标志无法识别，则由核心控制器5发送指令或者操作人员通过对键盘系统10的操作，为核心控制器5发送指令，使步进电机驱动模块6驱动相应的步进电机4，带动扫描组件进行水平、垂直方向的移动，以便重新拍摄出能够有效识别的图像，在这个过程中，移动传感器7感知工业高清摄像机1的移动、位置和速度信息，并向核心控制器5进行反馈，以提高工业高清摄像机的移动精度。

在本发明中，apriltag标志在同类标记中造型简单，易于识别，通过对不同的零件铸件张贴不同的apriltag标志，在对扫描的图像进行处理时很容易将不同的零件分辨识别出来，然后由机械臂进行夹取分离，就可以很轻易的实现不同零件的分拣工作，可以轻易的解决零部件专业化分类的问题。

因此，本发明的车间零件定位系统识别精确，定位准确，响应速度快，自动化程度高，工作效率高，与其它智能化设备配合好。