一种基于混放物料信息采集的拆垛机器人系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于混放物料信息采集的拆垛机器人系统及方法，包括多自由度机器人，通过末端执行装置执行物料拆垛并将物料放置到指定位置；局部双目视觉装置，用于检测待抓取物料的三维形貌，获取物料的体积信息，识别标签条码信息；全局双目视觉装置，通过设置于拆垛工位上方至少两个相机对物料堆垛垛形进行拍摄，并提取待抓取物料的空间坐标位置和姿态信息；工控机，分别与多自由度机器人、全局双目视觉装置、局部双目视觉装置连接，用于数据等信息传输。该系统能够减少人工及设备投入；适用性更广泛，智能化程度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混放物料信息采集的拆垛机器人系统及方法
本专利技术属于自动化
，涉及一种基于混放物料信息采集的拆垛机器人系统及方法。
技术介绍
随着物流行业、电商行业、包装行业、制造业等的快速发展，仓储或物流中的拆垛工作的数量大幅增加。由于传统的拆垛工作是由人工完成，劳动强度大、工作效率低、人工出错率高、安全风险隐患大等缺点，目前越来越多的仓储或物流系统中采用机器人来进行拆垛作业。但针对物流或仓储转运分拣等行业的现状，包裹有箱装、袋装等多种形式，且规格多样、随机，现有机器人拆垛系统依然存在一些缺陷。(1)无法适用于不同物料、不同规格、不同垛形的拆垛工作现有的主流拆垛机器人多采用机械定位方式，通过前期位置示教进行拆垛作业。这种方式对物料堆垛的位置、垛形形状要求较高，只适用于单一规格或固定几种规格的物料堆垛的拆垛。一旦堆垛位置发生改变，或者垛形发生变化，或者物料规格发生改变，则需重新进行示教和编程，智能化程度较低。尤其是物流和仓储系统中，包裹形式规格多样、随机，这种弊端更加明显。(2)无法采集物料的标签条码信息在仓储或物流等系统中，包裹完成拆垛后，通常会被放置到输送线上，然后对包裹进行分拣。一般方法为：包裹经过扫码工位对包裹标签条码进行识别，根据条码信息对包裹进行分拣，输送到不同的通道。然而，现有拆垛系统仅能实现单一的拆垛工作，不具备物料信息的采集功能。通过查找，在拆垛的同时完成标签条码的识别，并直接进行分拣的相关应用或介绍还未见报道。(3)无法采集物料的体积信息在仓储、物流、电商、包装行业中，包裹分拣完成后需装车发运。货运公司则根据包裹体积及重量进行收费。目前，在物流或仓储转运行业中，包裹的体积测量一般需要人工采用专用测量设备进行外轮廓测量，或者在输送线上设置在线体积测量工位，以获取体积信息。现有的拆垛系统功能单一，不具备物料信息的采集功能。在拆垛的同时对物料的三维形貌进行识别以获取体积信息的方法，目前还未见相关专利公开或介绍。经对现有技术文献的检索发现，中国专利技术专利申请号为201810349886.9的专利，专利名称为：一种3D视觉纸箱拆垛系统，该专利提出了采用一个3D结构光和两个2D相机对纸箱堆进行拍照，并提取纸箱位置信息，指导机器人拆垛；但其2D相机仅对纸箱的平面位置信息进行测量，无法获得垛形的三维形貌和姿态；且该专利技术未涉及单个物料的三维形貌测量、体积测量和条码识别等信息的采集功能。中国专利技术专利申请号为201510678912.9的专利，专利名称为：一种新型的拆垛方法和系统，该专利公开了一种基于双目视觉的拆垛系统和方法，但该专利仅在机械臂前端安装双目相机，相机视野范围比较局限，需要先使用圆形模板进行扫描图像并定位，将堆垛进行分区拆垛，较为复杂；同时由于受到相机视野范围的限制，无法实时获取垛形的三维形貌；此外该专利未涉及单个物料的体积测量和条码识别等信息的采集功能。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种具有混放物料信息采集和拆垛机器人系统及方法，解决现有技术中存在的问题。该系统通过采用全局双目相机对堆垛垛形进行实时监测，获取垛形三维形貌和待抓取物料的高度位置、平面位置和姿态信息，以实现不同规格尺寸物料、不同堆垛形状的拆垛；该系统通过采用局部双目相机对待抓取的单个物料的三维形貌和标签条码进行识别以获取单个物料的体积信息和条码信息，并根据采集到的物料信息直接对混放物料进行分拣，打破了现有拆垛系统的单一拆垛功能，使其功能更加多样化、智能化。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种基于混放物料信息采集的拆垛机器人系统，包括:多自由度机器人，用于接收工控机坐标信息和指令，通过末端执行装置执行物料拆垛并将物料放置到指定位置；局部双目视觉装置，安装在多自由度机器人的末端轴上，用于检测待抓取物料的三维形貌，获取物料的体积信息，识别标签条码信息；全局双目视觉装置，通过设置于拆垛工位上方至少两个双目视觉装置对物料堆垛垛形进行拍摄，并提取待抓取物料的空间坐标位置和姿态信息；工控机，通过以太网分别与多自由度机器人、全局双目视觉装置、局部双目视觉装置连接，用于数据信息传输；所述工控机分别获取局部双目视觉装置和全局双目视觉装置分别传输的待抓取物料和物料堆垛信息，控制多自由度机器人通过末端执行装置执行物料拆垛和码放。进一步，所述全局双目视觉装置包括全局双目相机，所述全局双目相机通过全局双目相机安装支架交错设置在拆垛工位上方，对垛形进行同步拍摄；所述全局双目相机利用三角测量和双目相机交会原理，获取当前垛形的三维形貌；工控机采用最小体积计算方法求出堆垛体积；同时利用数目测量及视差原理测量生成深度图像，并根据深度信息进行排序，确定最高位置的物料，将其作为待抓取物料；图像处理软件提取待抓取物料的体积、姿态和所处高度位置信息，推算出待抓取物料上平面几何中心所处位置。进一步，所述局部双目视觉装置包括局部双目相机，所述局部双目相机通过局部双目相机安装支架固定在多自由度机器人的末端轴上，与所述末端执行装置保持同步运动；所述局部双目相机根据三角测量和双目相机交会原理，获得待抓取物料图像，工控机通过处理软件体积测量模块，解算出待抓取物料长、宽、高信息，采用最小体积计算方法，求出待抓取物料体积。进一步，所述局部双目相机获得条码区域图像，工控机通过图像处理软件标签条码识别模块，利用梯度算法锁定图像位置，并对条码区域图像进行分割，虚拟横行激光条形扫码线计算条码间距信息，依据一维码编码准则识别出条码信息。进一步，所述末端执行装置包括缓冲装置和吸盘；所述缓冲装置包括连接在多自由度机器人轴上的一对可伸缩臂，在可伸缩臂的顶部分别各连接一个局部双目相机；吸盘设在所述可伸缩臂的下方。进一步，所述吸盘的材质为海绵或者橡胶，吸盘内设置有单向阀。进一步，所述可伸缩臂呈倾斜角度设置，所述局部双目相机可沿360°翻转。本专利技术进而给出了一种基于混放物料信息采集的拆垛机器人拆垛方法，包括如下步骤：1)离线标定多自由度机器人、全局双目相机和局部双目相机；2)全局双目相机根据工控机指令对拆垛工位进行图像采集，获取同步图片，并上传至工控机；3)工控机根据图片的灰度阈值分离出拆垛工位托盘和物料信息，检测拆垛工位是否有物料；若有物料，执行步骤4)；若无物料，则提示放置物料；4)工控机根据待抓取物料的姿态、所处高度位置和当前垛形的三维形貌，确定最高位置物料作为待抓取物料；并推算出待抓取物料的上平面几何中心位置坐标，发送给多自由度机器人；5)多自由度机器人根据坐标信息和物料体积信息，运动至带抓取物料正上方,且吸盘方位与物料方位一致；6)局部双目相机根据工控机指令对待抓取物料的三维形貌进行拍摄，并拍摄物料上的标签条码，并上传至工控机；7)工控机接收局部双目相机拍摄的双目图片，控制多自由度机器人运动至待抓取物料位置，且吸盘方位与物料A方位保持一致：8)工控机控制末端执行装置内真空度，吸盘吸取物料，多自由度机器人根据指令将物料移动至指定位置，吸盘放下物料；9)多自由度机器人回到初始位置，完成单个物料的拆垛；循环往复直至完成所有物料拆垛。进一步，所述步骤1)中，离线标定多自由度机器人、全局双目相机和局部双目相机，步骤如下：1a)标定全局双目相机与机器人基坐标系，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混放物料信息采集的拆垛机器人系统，其特征在于，包括:多自由度机器人，用于接收工控机坐标信息和指令，通过末端执行装置执行物料拆垛并将物料放置到指定位置；局部双目视觉装置，安装在多自由度机器人的末端轴上，用于检测待抓取物料的三维形貌，获取物料的体积信息，识别标签条码信息；全局双目视觉装置，通过设置于拆垛工位上方至少两个相机对物料堆垛垛形进行拍摄，并提取待抓取物料的空间坐标位置和姿态信息；工控机，通过以太网分别与多自由度机器人、全局双目视觉装置、局部双目视觉装置连接，用于数据信息传输；所述工控机分别获取局部双目视觉装置和全局双目视觉装置分别传输的待抓取物料和物料堆垛信息，控制多自由度机器人通过末端执行装置执行物料拆垛和码放。

【技术特征摘要】
1.一种基于混放物料信息采集的拆垛机器人系统，其特征在于，包括:多自由度机器人，用于接收工控机坐标信息和指令，通过末端执行装置执行物料拆垛并将物料放置到指定位置；局部双目视觉装置，安装在多自由度机器人的末端轴上，用于检测待抓取物料的三维形貌，获取物料的体积信息，识别标签条码信息；全局双目视觉装置，通过设置于拆垛工位上方至少两个相机对物料堆垛垛形进行拍摄，并提取待抓取物料的空间坐标位置和姿态信息；工控机，通过以太网分别与多自由度机器人、全局双目视觉装置、局部双目视觉装置连接，用于数据信息传输；所述工控机分别获取局部双目视觉装置和全局双目视觉装置分别传输的待抓取物料和物料堆垛信息，控制多自由度机器人通过末端执行装置执行物料拆垛和码放。2.根据权利要求1所述的基于混放物料信息采集的拆垛机器人系统，其特征在于，所述全局双目视觉装置包括全局双目相机，所述全局双目相机通过全局双目相机安装支架交错设置在拆垛工位上方，对垛形进行同步拍摄；所述全局双目相机利用三角测量和双目相机交会原理，获取当前垛形的三维形貌；工控机采用最小体积计算方法求出堆垛体积；同时利用数目测量及视差原理测量生成深度图像，并根据深度信息进行排序，确定最高位置的物料，将其作为待抓取物料；图像处理软件提取待抓取物料的体积、姿态和所处高度位置信息，推算出待抓取物料上平面几何中心所处位置。3.根据权利要求1所述的基于混放物料信息采集的拆垛机器人系统，其特征在于，所述局部双目视觉装置包括局部双目相机，所述局部双目相机通过局部双目相机安装支架固定在多自由度机器人的末端轴上，与所述末端执行装置保持同步运动；所述局部双目相机根据三角测量和双目相机交会原理，获得待抓取物料图像，工控机通过处理软件体积测量模块，解算出待抓取物料长、宽、高信息，采用最小体积计算方法，求出待抓取物料体积。4.根据权利要求3所述的基于混放物料信息采集的拆垛机器人系统，其特征在于，所述局部双目相机获得条码区域图像，工控机通过图像处理软件标签条码识别模块，利用梯度算法锁定图像位置，并对条码区域图像进行分割，虚拟横行激光条形扫码线计算条码间距信息，依据一维码编码准则识别出条码信息。5.根据权利要求1所述的基于混放物料信息采集的拆垛机器人系统，其特征在于，所述末端执行装置包括缓冲装置和吸盘；所述缓冲装置包括连接在多自由度机器人轴上的一对可伸缩臂，在可伸缩臂的顶部分别各连接一个局部双目相机；吸盘设在所述可伸缩臂的下方。6.根据权利要求5所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军丽，张配配，韩兵安，张恒，张骁，
申请(专利权)人：西安中科光电精密工程有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61