工业机械臂是将机械、控制、计算机、传感器、电子和机器学习等多个学科和领域的先进技术结合到一起的现代重要制造业装备。在筒子纱染色机的工业生产中,装笼过程需要机械臂放置锁扣至纱笼的纱杆以盖压纱线卷,倒筒过程需要抓取锁扣以便取出染好色的纱线。在纱笼经过长时间的使用后,纱笼中的纱杆会倾斜而使得纱杆顶端偏离原来的位置,此时机械臂按照原来设定的坐标进行锁扣放置与抓取时便会造成损坏。因此获取机械臂及纱杆锁扣的相对位置实现机械臂的精确定位和抓取目标是染色过程的关键技术。本文设计了结构简单、小型的基于单目视觉的机械臂定位系统,该系统由图像采集模块、图像处理模块和机械臂控制模块组成。根据工作模式及精度要求,对系统中的工业相机、工业镜头和辅助光源等部件参数进行了计算与选择。对于拍摄得到的锁扣目标图像,首先对图像进行边缘检测,然后通过霍夫变换检测圆的方法,对图像中的锁扣区域进行检测,得到锁扣目标在图像中的像素坐标及尺寸。根据系统参数,结合图像分析算法解算出目标的空间位置以及目标与机械臂的相对位置。针对不同分辨率相机采集多个锁扣图像和单个锁扣图像两种定位方案,分别在实验室和工业现场进行了锁扣定位实验,对比了两种方案在定位精度、定位效果、成本等方面性能。基于单个锁扣图像的定位方案有较大优势,机械臂定位系统的定位误差在2mm范围内,满足抓取的精度要求。计算了锁扣目标图像分析及位置解算和系统数据通讯所用的时间,进行目标定位的时间平均约为165ms,可以满足机械臂工作时对目标定位计算的时间要求。通过工控机的图像分析算法得到目标的空间位置信息后,利用OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)技术进行工控机与机械臂控制模块之间的数据交互与通讯,将目标的空间位置信息传输给机械臂控制模块并控制机械臂的运动实现目标的抓取。