激光扫描自动拆垛装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光扫描自动拆垛装置和控制方法，拆垛装置包括安装于货物堆放处周围的立体滑动导轨，立体滑动导轨上设置有与之滑动配合的移动滑块，移动滑块上设置有激光扫描仪、抓斗和嵌入式处理器。本发明专利技术在滑动导轨上设有连接于嵌入式处理器的激光扫描仪，将各个方向测得的数据传递到嵌入式处理器，通过对这些数据进行处理得到扫描货物的轮廓和与激光扫描仪之间的距离，并通过抓斗根据控制指令移动到目标位置进行抓取工作，激光扫描仪不停地扫描，实时更新拆垛情况。本发明专利技术无论在明亮或者黑暗的环境下都能正常工作，适用于复杂的拆垛工作，弥补了传统拆垛机适应能力弱、功能单一和视觉能力差的缺点，智能化得到了很大的提升。

Automatic stacking device and method for laser scanning

The invention discloses a laser scanning automatic unstacking apparatus and control method, unstacking apparatus includes a mounting stereo slide guide in goods dump around the stereo slide rail is arranged on the slide slide fit with the slider is arranged on the laser scanner, a grab bucket and embedded processor. The invention is provided with a laser scanner connected to the embedded processor in each direction on the slide guide, the measured data is transferred to the embedded processor, through the processing of goods between the scanning profile and laser scanner distance of these data, and through the grab control command according to move to grab the target position, the laser scanner does not stop scanning, real-time update unstacking conditions. The present invention in bright or dark environment can work normally, suitable for unstacking complex work, make up the traditional unstacker adaptation ability is weak, single function and poor visual ability, intelligence has been greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
激光扫描自动拆垛装置及方法
本专利技术涉及物流自动化控制
，具体地指一种激光扫描自动拆垛装置及方法。
技术介绍
近年来，国内众多的企业对成品库自动化物流系统的改造方兴未艾，而拆垛、码垛机器人是其中必不可少的单机设备，主要承担着物流系统中成品入库、出库的码垛、拆垛工作，其实质也是一种通用的工业搬运机器人。而且只需对该类机器人手爪卡具作简单改型，就可以广泛应用于家电、食品、汽车等行业的自动化物流系统中，因此开发高性能、低成本、具有自主知识产权的码垛拆垛机器将有广阔的市场前景。其中，拆垛机是现代企业成品仓库的主要作业机械，广泛应用于粮油、面粉、饲料、食盐以及化肥、水泥等行业成品库的各种包装袋堆垛后的拆垛及装车。虽然国内现在具备多种功能各异的拆垛机设备，但多数存在着结构简单、功能单一、移动不便、操作困难等缺点。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中的不足之处，提出了一种激光扫描自动拆垛装置及方法，实现在暗黑环境下的自动拆垛工作。为实现上述目的，本专利技术所设计的激光扫描自动拆垛装置，其特殊之处在于，所述拆垛装置包括安装于货物堆放处周围的立体滑动导轨，所述立体滑动导轨上设置有与之滑动配合的移动滑块，所述移动滑块上设置有激光扫描仪、抓斗和嵌入式处理器，所述激光扫描仪：用于采集与货物的距离信息并传输至嵌入式处理器；所述抓斗：包括舵机、机械臂和传感器，所述舵机用于根据嵌入式处理器传输的控制指令调节控制机械臂的伸缩与开合；所述机械臂用于根据控制指令对货物进行拆卸；所述传感器用于采集距离值；所述嵌入式处理器：用于将激光扫描仪采集的与货物的距离信息转换为图像信息，并计算出货物大小、与抓斗的距离，向抓斗、立体滑动导轨传输控制指令，并根据抓斗上传感器的采集值判断是否抓到货物；所述立体滑动导轨：包括横向导轨和纵向导轨，所述横向导轨和纵向导轨分别在横向步进电机和纵向步进电机的驱动下滑动，所述横向步进电机和纵向步进电机根据嵌入式处理器传输的控制指令驱动导轨。进一步地，所述嵌入式处理器包括UART模块、图像转化模块、外部存储器、图像处理模块、PWM模块；所述UART模块：用于将获取的激光扫描仪采集的与货物的距离与角度信息发送至图像转换模块、激光扫描仪的角度信息发送至存储器；所述图像转换模块：用于将激光扫描仪采集的与货物的距离与角度信息经过计算转换为图像灰度值，形成货物图像信息；所述外部存储器：用于存储货物图像信息；所述图像处理模块：用于根据存储器里的存储信息，经过动态二值化处理得到货物所在位置、轮廓以及与抓斗的平均距离，计算激光扫描仪的旋转角度、抓斗机械臂的伸缩长度与开合大小、立体滑动导轨的横向步进电机和纵向步进电机的驱动力大小，并发送至PWM模块；所述PWM模块：用于发送PWM波至激光扫描仪、抓斗舵机和立体滑动导轨的横向步进电机和纵向步进电机。更进一步地，所述激光扫描仪包括安装在激光头上的伺服电机，所述伺服电机根据嵌入式处理器的控制指令调整激光头的旋转速度，并将激光头的角度信息通过串口通讯发送至嵌入式处理器。更进一步地，所述嵌入式处理器还包括PID模块和定时器中断模块，所述PID模块用于对抓斗的运动进行控制，达到闭环控制的目的，使得抓斗精确并快速地进行货物的拆卸，所述定时器中断模块用于控制PID模块的运行周期。更进一步地，所述嵌入式处理器还包括DMA模块：用于将图像转换模块转换后的图像信息快速传输至外部存储器中。更进一步地，所述立体滑动导轨包括用于固定和支撑的四个底座，所述横向导轨和纵向导轨安装于底座上。更进一步地，所述激光扫描自动拆垛装置还包括蓝牙模块和WIFI模块：所述蓝牙模块用于将图像转换模块转换出的图像信息发送至上位机，所述WIFI模块用于与PC通讯。一种用于上述激光扫描自动拆垛装置的方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：1)所述激光扫描仪采集与货物的距离信息并发送至嵌入式处理器；2)所述嵌入式处理器根据激光扫描仪与货物的距离信息转为为图像信息，并对图像进行动态二值化处理，获得货物的大小、与抓斗的距离；3)所述嵌入式处理器计算抓斗机械臂的伸缩长度与开合大小、立体滑动导轨的横向步进电机和纵向步进电机的驱动力大小，并转换为控制指令；4)所述横向导轨和纵向导轨分别在横向步进电机和纵向步进电机的驱动下滑动；所述抓斗根据控制指令对货物进行拆卸；5)所述抓斗的传感器采集距离值，并传输至嵌入式处理器，所述嵌入式处理器判断是否抓到货物，是则拆垛结束，否则返回步骤3)。优选地，所述步骤1)的具体步骤包括：11)控制横向步进电机、纵向步进电机，使激光扫描仪位于横向导轨的中部、纵向导轨的顶部；12)所述激光扫描仪采集旋转－45°～+45°的距离信息并发送至嵌入式处理器；13)所述嵌入式处理器控制纵向步进电机步进，步进数量加1；14)重复步骤12)、13)直至步进数量达到设定值，此时激光扫描仪位于纵向导轨的底部。优选地，所述步骤5)中通过抓斗上的传感器获得机械臂与实际货物之间的距离误差，嵌入式处理器通过增量式PID算法消除误差并对货物进行准确的抓取，增量式PID算法的公式如下所示：PrevError＝LastError；LastError＝Error；Error＝Get_value；iIncpid＝(Proportion*(Error-LastError)+Integral*LastError+Derivative*(Error-2*LastError+PrevError))；其中，Get_value是传感器测得的距离误差值，Error是本次的误差值，LastError是上个测量周期的误差值，PrevError是上上个测量周期的误差值，iIncpid是需要增加的输出量。Proportion是比例系数，作用是对偏差瞬间作出反应；Integral是积分系数，作用是消除静态误差；Derivative是微分系数，作用是阻止偏差的变化。三个系数协调作用达到消除误差的目的。本专利技术在滑动导轨上设有连接于嵌入式处理器的激光扫描测距传感器，激光扫描仪可将各个方向测得的数据传递到嵌入式处理器，嵌入式处理器通过对这些数据进行处理得到扫描货物的轮廓和与激光扫描仪之间的距离，并通过抓斗根据嵌入式处理器的控制指令移动到目标位置进行抓取工作，激光扫描仪不停地扫描，实时更新拆垛情况，并将该情况通过蓝牙传输实时传递到电脑上供操作人员监控。本专利技术无论在明亮或者黑暗的环境下都能正常工作，适用于复杂的拆垛工作，弥补了传统拆垛机适应能力弱、功能单一和视觉能力差的缺点，智能化得到了很大的提升。本专利技术与现有技术相比具有如下突出特点：1)将激光头不停地旋转从而达到全方位扫描的目的，并且可以通过PWM控制激光头扫描的速度，使得激光头在不丢失数据的情况下，达到最佳的扫描状态。2)立体滑动导轨采用横纵均可移动的导轨，是抓斗能够达到平面内的各个位置。3)激光扫描仪相比于摄像头，能够更好的适应黑暗的环境，并且基本上不受环境温度的影响。4)激光扫描拆剁机相比于传统拆剁机，能够及时发现因为抓斗失误而未被拆卸下来的货物。5)此拆剁装置装有蓝牙模块，能够实时的将扫描数据传递到电脑，方便了操作人员的实时监控，能够及时的处理紧急情况。6)处理多个距离数据时采用了动态阈值的方法，使得单片机能够快速得到货物的准确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光扫描自动拆垛装置，其特征在于：所述拆垛装置包括安装于货物堆放处(A)周围的立体滑动导轨(4)，所述立体滑动导轨(4)上设置有与之滑动配合的移动滑块(5)，所述移动滑块(5)上设置有激光扫描仪(1)、抓斗(2)和嵌入式处理器(3)，所述激光扫描仪(1)：用于采集与货物的距离信息并传输至嵌入式处理器(3)；所述抓斗(2)：包括舵机、机械臂和传感器，所述舵机用于根据嵌入式处理器(3)传输的控制指令调节控制机械臂的伸缩与开合；所述机械臂用于根据控制指令对货物进行拆卸；所述传感器用于采集重力值或者距离值；所述嵌入式处理器(3)：用于将激光扫描仪(1)采集的与货物的距离信息转换为图像信息，并计算出货物大小、与抓斗(2)的距离，向抓斗(2)、立体滑动导轨(4)传输控制指令，并根据抓斗(2)上传感器的采集值判断是否抓到货物；所述立体滑动导轨(4)：包括横向导轨(4‑1)和纵向导轨(4‑2)，所述横向导轨(4‑1)和纵向导轨分别(4‑2)在横向步进电机(4‑3)和纵向步进电机(4‑4)的驱动下滑动，所述横向步进电机(4‑3)和纵向步进电机(4‑4)根据嵌入式处理器(3)传输的控制指令驱动导轨。

【技术特征摘要】
1.一种激光扫描自动拆垛装置，其特征在于：所述拆垛装置包括安装于货物堆放处(A)周围的立体滑动导轨(4)，所述立体滑动导轨(4)上设置有与之滑动配合的移动滑块(5)，所述移动滑块(5)上设置有激光扫描仪(1)、抓斗(2)和嵌入式处理器(3)，所述激光扫描仪(1)：用于采集与货物的距离信息并传输至嵌入式处理器(3)；所述抓斗(2)：包括舵机、机械臂和传感器，所述舵机用于根据嵌入式处理器(3)传输的控制指令调节控制机械臂的伸缩与开合；所述机械臂用于根据控制指令对货物进行拆卸；所述传感器用于采集重力值或者距离值；所述嵌入式处理器(3)：用于将激光扫描仪(1)采集的与货物的距离信息转换为图像信息，并计算出货物大小、与抓斗(2)的距离，向抓斗(2)、立体滑动导轨(4)传输控制指令，并根据抓斗(2)上传感器的采集值判断是否抓到货物；所述立体滑动导轨(4)：包括横向导轨(4-1)和纵向导轨(4-2)，所述横向导轨(4-1)和纵向导轨分别(4-2)在横向步进电机(4-3)和纵向步进电机(4-4)的驱动下滑动，所述横向步进电机(4-3)和纵向步进电机(4-4)根据嵌入式处理器(3)传输的控制指令驱动导轨。2.根据权利要求1所述的激光扫描自动拆垛装置，其特征在于：所述嵌入式处理器(3)包括UART模块(3-1)、图像转化模块(3-2)、外部存储器(3-3)、图像处理模块(3-4)、PWM模块(3-5)；所述UART模块(3-1)：用于将获取的激光扫描仪(1)采集的与货物的距离与角度信息发送至图像转换模块(3-2)、激光扫描仪(1)的角度信息发送至存储器(3-3)；所述图像转换模块(3-2)：用于将激光扫描仪(1)采集的与货物的距离与角度信息经过计算转换为图像灰度值，形成货物图像信息；所述外部存储器(3-3)：用于存储货物图像信息；所述图像处理模块(3-4)：用于根据存储器(3-4)里的存储信息，，经过动态二值化处理得到货物所在位置、轮廓以及与抓斗的平均距离，计算激光扫描仪(1)的旋转角度、抓斗(2)机械臂的伸缩长度与开合大小、立体滑动导轨(4)的横向步进电机和纵向步进电机的驱动力大小，并发送至PWM模块(3-5)；所述PWM模块(3-5)：用于发送PWM波至激光扫描仪(1)、抓斗(2)舵机和立体滑动导轨(4)的横向步进电机(4-3)和纵向步进电机(4-4)。3.根据权利要求2所述的激光扫描自动拆垛装置，其特征在于：所述激光扫描仪(1)包括安装在激光头上的伺服电机，所述旋伺服电机根据嵌入式处理器(3)的控制指令调整激光头的旋转速度，并将激光头的角度信息发送至嵌入式处理器(3)。4.根据权利要求2所述的激光扫描自动拆垛装置，其特征在于：所述嵌入式处理器(3)还包括PID模块(3-6)和定时器中断模块(3-7)，所述PID模块(3-6)用于对抓斗(2)的运动状态进行控制，所述定时器中断模块(3-7)用于控制PID模块(3-6)的运行周期。5.根据权利要求3所述的激光扫描自动拆垛装置，其特征在于：所述嵌入式处理器(3)还包括DMA模块(3-8)：用于将图像转换模块(3-2)转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，彭业昌，王露缙，陈政，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42