基于双目视觉引导的自动抓取档案机器人控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双目视觉识别的自动抓取档案机器人控制系统及方法。该系统包括双目视觉、机械臂、夹具和AGV。方法为：抓取档案时，机器人根据上位机传输的目标档案数量和位置信息，运动到目标档案柜前，计算机器人相对档案柜的偏差，机械臂调整角度，识别档案标签，判断是否所需的档案，如果是则计算档案相对档案柜的偏角，调整机械臂抓取目标档案；存放档案时，机器人接收上位机传输的目标档案数量和位置信息，将档案放到机器人的收纳盒中，运动到第一个目标档案柜前，计算机器人相对档案柜的偏差，调整机械臂角度，将机器人收纳盒中的相应档案放入该位置。本发明专利技术提高了自动抓取档案机器人系统的容错性，增强了机器人的可靠性和鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
基于双目视觉引导的自动抓取档案机器人控制系统及方法
本专利技术涉及双目视觉
、AGV导航
和机械臂控制
，特别是一种基于双目视觉引导的自动抓取档案机器人控制系统及方法。
技术介绍
随着科技的迅速发展，大量的技术被广泛的应用到我们的生产、生活、学习和工作中，档案的管理就是其中的一个应用。在以往的档案管理中，人们将档案放到仓库的档案柜上，拿取和放回档案都是人工操作，这样带来的不便就是，在寻找档案的时候会花费很多的时间，而且记录和放回都比较麻烦，且容易造成放回出错。当放回出错时，会使得下次取档案变得更加的不方便。随着时间的推移，档案的数量越来越多，进一步提高了档案管理的难度。另外，当有些档案需要不同的保密级别时，就会使得档案的管理变得更难，传统的方法是另开一间仓库来存储保密的档案，但是由于档案的保密的等级不同，不同权限级别的人只能查看相应保密等级的档案，这样档案的管理只能在不同的保密等级下建立不同的仓库，当某些保密文件不是很多时，也要占用一个仓库，造成了仓库资源的浪费。所以在这种情况下，如何高效科学的对档案进行管理变成了一个难题。主要的难点在于：(1)当取出档案或放回档案时，如何高效记录档案的存取信息、存取位置、存取时间和保密等级；(2)如何高效的使用档案存储仓库，使得不同人查阅不同保密等级档案的同时，最大程度的有效利用仓库；(3)当想要查阅一些档案时，如何根据要取放档案的先后顺序，选择一个最佳路径，使得取放档案变得又快又准。解决这些问题的方法是使用自动抓取档案机器人。首先建立一个大型的无人库房，只允许机器人和固定的维护人员进出，然后建立数据库，当机器人取放档案时，会将档案的信息、取放的位置信息、取放的时间和档案的保密等级都存入数据库。当人们取放档案时，机器人会根据查阅人的权限和档案的安全等级来判断查阅人是否可以取放目标档案，如果满足要求，机器人会去取放档案。这样，因为人们不能进入无人库房，所有不同的保密等级的档案都可以存放在一起，大大减少了库房的个数，同时也解决不同的人参阅不同等级档案的问题。在取放档案的时候，机器人会根据要取放档案的位置，通过算法计算出最佳的路线，根据最佳路线来取放档案，使得档案的存放变得又快又准。但是在机器人长时间运行的时候，会带来一些不可避免的误差。第一，由于AGV是通过贴在地上的二维码标签进行导航的，长时间的运行会造成二维码标签的磨损，降低AGV定位的准确度，带来的角度和位置的偏差；第二，由于档案柜的位置移动，会使得机器人与档案柜之间的相对位置发生了变化，造成定位误差；第三，档案在入柜的时候，由于各种原因，使得档案放偏，造成档案位置的误差。这些误差在自动抓取档案的控制系统中会造成插坏档案、损坏文件的后果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种准确度高、容错性强、抓取效率高、速度快的自动抓取档案机器人控制系统及方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于双目视觉引导的自动抓取档案机器人控制系统，包括双目视觉、机械臂、夹具和AGV；所述双目视觉，用于识别档案二维码标签的内容、定位档案所在的位置以及位姿、进行抓取档案的机器人和档案柜之间相对位置的校准；所述机械臂和夹具，用于抓取档案，将档案放入指定的收纳盒中；所述AGV，用于存放档案和带动整个设备运动。进一步地，所述AGV通过二维码进行导航；上位机系统控制AGV行进、转向、避障和急停；当AGV的电量不足时，上位机系统控制AGV进行自动充电。一种基于双目视觉引导的自动抓取档案机器人控制方法，包括以下步骤：步骤1、机器人获取上位机指令，如果是抓取档案指令则进入步骤2，如果是存放指令则进入步骤6；步骤2、机器人获取上位机传输的目标档案的数量和位置信息，计算出AGV的最优路径，AGV根据计算的结果，运动到第一个目标档案柜前；步骤3、机器人的机械臂运动到能够拍到档案柜上相应两个标签的位置，拍摄一张图片，计算机器人相对档案柜的偏差，并计算出目标档案的位置；步骤4、机械臂调整角度，运动到目标档案前，拍摄一张图片，识别档案标签，判断是否所需的档案，如果是则计算档案相对档案柜的偏角，调整机械臂；否则向上位机反馈错误信息，进入下一个目标位置；步骤5、抓取档案放入收纳盒，抓取下一个目标档案，如果已抓取完所有目标档案则将档案放到指定窗口供人参阅；步骤6、机器人获取上位机传输的目标档案的数量和位置信息，运动到窗口，将档案放到机器人的收纳盒中，计算出AGV的最优路径，AGV根据计算的结果，运动到第一个目标档案柜前；步骤7、机器人的机械臂运动到能够拍到档案柜上相应两个标签的位置，拍摄一张图片，计算机器人相对档案柜的偏差，并计算出目标档案的位置；步骤8、机械臂调整角度，运动到目标档案前，拍摄一张图片，判断档案所在的位置是否为空，如果为空，则将机器人收纳盒中的相应档案放入该位置；否则向上位机反馈错误信息，进入下一个目标位置；步骤9、存放下一个目标档案，如果已存放完所有目标档案则返回待机；步骤10、判断机器人系统电量，当机器人系统电量低于设定的时候，自动行走到充电桩进行充电，充电完成后进入待机状态，等待上位机的任务指令。进一步地，步骤3中所述的计算机器人相对档案柜的偏差，具体如下：步骤3.1、将档案柜的边框贴上两个小标签，标签之间设置一定的距离；步骤3.2、机械臂运动到拍摄两个小标签的位置，拍摄一张图片，进行图像处理，计算出两个小标签中心位置的三维坐标，两个坐标分别记为(Xa,Ya,Za),(Xb,Yb,Zb)；步骤3.3、设定从机械臂末端左相机中心点垂直指向档案柜的方向为x的正方向，垂直指向地面的方向为z轴的正方向，y轴的正方向根据坐标系的右手定则水平向左；当档案柜与机器人的相对位置平行时，所拍摄的两个小标签的三维坐标中的x和z值应该是相同的；当档案柜与机器人的相对位置不平行时，两个小标签的x和z值会有一定的偏差，记为dx和dz；步骤3.4、将偏差dx和dy转换为机械臂的位姿角度θx和θy，将θx和θz传送到机械臂的第4和第5个关节，从而调整机器人与档案柜之间的误差。进一步地，步骤4中所述的拍摄一张图片，识别档案标签，判断是否所需的档案，具体如下：步骤4.1.1、机械臂运动到需要识别的档案区域，拍摄一张图片，对图像进行中值滤波；步骤4.1.2、通过Retinex图像增项算法，增强二维码图像的对比度；步骤4.1.3、通过大津算法算法，对图像进行自适应二值化处理；步骤4.1.4、使用canny算子对图像进行边缘提取，获得所有的轮廓；步骤4.1.5、通过轮廓之间的层级关系，以及二维码标签的特殊层级关系，找到二维码的轮廓；步骤4.1.6、通过识别算法，识别出目标档案二维码内容，及目标档案所在的位置信息。进一步地，步骤4中所述的计算档案相对档案柜的偏角，具体如下：步骤4.2.1、截取二维码所在档案的区域；步骤4.2.2、通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双目视觉引导的自动抓取档案机器人控制系统，其特征在于，包括双目视觉、机械臂、夹具和AGV；/n所述双目视觉，用于识别档案二维码标签的内容、定位档案所在的位置以及位姿、进行抓取档案的机器人和档案柜之间相对位置的校准；/n所述机械臂和夹具，用于抓取档案，将档案放入指定的收纳盒中；/n所述AGV，用于存放档案和带动整个设备运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉引导的自动抓取档案机器人控制系统，其特征在于，包括双目视觉、机械臂、夹具和AGV；
所述双目视觉，用于识别档案二维码标签的内容、定位档案所在的位置以及位姿、进行抓取档案的机器人和档案柜之间相对位置的校准；
所述机械臂和夹具，用于抓取档案，将档案放入指定的收纳盒中；
所述AGV，用于存放档案和带动整个设备运动。


2.根据权利要求1所述的基于双目视觉引导的自动抓取档案机器人控制系统，其特征在于，所述AGV通过二维码进行导航；上位机系统控制AGV行进、转向、避障和急停；当AGV的电量不足时，上位机系统控制AGV进行自动充电。


3.一种基于双目视觉引导的自动抓取档案机器人控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、机器人获取上位机指令，如果是抓取档案指令则进入步骤2，如果是存放指令则进入步骤6；
步骤2、机器人获取上位机传输的目标档案的数量和位置信息，计算出AGV的最优路径，AGV根据计算的结果，运动到第一个目标档案柜前；
步骤3、机器人的机械臂运动到能够拍到档案柜上相应两个标签的位置，拍摄一张图片，计算机器人相对档案柜的偏差，并计算出目标档案的位置；
步骤4、机械臂调整角度，运动到目标档案前，拍摄一张图片，识别档案标签，判断是否所需的档案，如果是则计算档案相对档案柜的偏角，调整机械臂；否则向上位机反馈错误信息，进入下一个目标位置；
步骤5、抓取档案放入收纳盒，抓取下一个目标档案，如果已抓取完所有目标档案则将档案放到指定窗口供人参阅；
步骤6、机器人获取上位机传输的目标档案的数量和位置信息，运动到窗口，将档案放到机器人的收纳盒中，计算出AGV的最优路径，AGV根据计算的结果，运动到第一个目标档案柜前；
步骤7、机器人的机械臂运动到能够拍到档案柜上相应两个标签的位置，拍摄一张图片，计算机器人相对档案柜的偏差，并计算出目标档案的位置；
步骤8、机械臂调整角度，运动到目标档案前，拍摄一张图片，判断档案所在的位置是否为空，如果为空，则将机器人收纳盒中的相应档案放入该位置；否则向上位机反馈错误信息，进入下一个目标位置；
步骤9、存放下一个目标档案，如果已存放完所有目标档案则返回待机；
步骤10、判断机器人系统电量，当机器人系统电量低于设定的时候，自动行走到充电桩进行充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云飞，袁帅，邹卫军，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32