CN104669281A - 基于3d机器视觉引导的工业机器人自动拆垛系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于3D机器视觉引导的工业机器人自动拆垛系统，包括立柱、横梁、扫描器、托盘和拆垛工业机器人，横梁固定在立柱上部位置，扫描器设置在横梁上；托盘设置在横梁下方位置；拆垛工业机器人设置在托盘一侧位置；横梁上设置有直线移动模组及编码器；扫描器内部设置有面阵式工业照相机和激光测距仪；托盘上部放置有编织袋包装品。该系统解决了传统拆垛机器人不能识别编织袋等不规则包装的难题，使机器人拆垛技术在行业领域中有了大幅度拓展，使饲料、化工等行业解放了大量拆垛的人工劳动，大幅降低了劳动成本，创造出极可观的经济效益。

Description

基于3D机器视觉引导的工业机器人自动拆垛系统

技术领域

本发明涉及一种机器视觉引导技术，特别是一种3D机器视觉引导工业机器人进行拆垛作业的系统。

背景技术

目前，各行业在编织袋包装类的拆垛作业中一般采用人工拆垛和自动拆垛两种形式。人工拆垛费事、费力，且劳动成本偏高。自动拆垛是各行业常用的一种形式。当前的自动拆垛一般采用对工业机器人编程的形式，首先被拆物的坐标位置需要精确固定，并将各被拆物品的坐标值设定在工业机器人的控制系统中，由控制系统发出的指令控制工业机器人的抓手来抓取被拆物。但在实际操作中，编织袋等不规则物品在托盘垛上的坐标位置是极不稳定的，编织袋的长度、厚度也是各有差异，且托盘垛的摆放位置并不绝对固定。该种编程形式往往会使机器人抓手抓取不准确，影响作业效果。所以预编程的形式在编织袋拆垛的应用中并不成熟。

发明内容

本发明的目的在于利用工业照相机和激光测距仪配合，共同扫描托盘垛的编织袋包装，将获取的图像进行计算机处理，获得编织袋的准确三维坐标位置，并将三维坐标位置传输给工业机器人控制系统，使机器人抓手去准确抓取各编织袋。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种基于3D机器视觉引导的工业机器人自动拆垛系统，包括立柱、横梁、扫描器、托盘和拆垛工业机器人，横梁固定在立柱上部位置，扫描器设置在横梁上；托盘设置在横梁下方位置；拆垛工业机器人设置在托盘一侧位置；横梁上设置有直线移动模组及编码器；扫描器内部设置有面阵式工业照相机和激光测距仪；托盘上部放置有编织袋包装品。

本系统采用一套高清工业照相机配合一套激光测距仪组合成扫描器，外加一台工业电脑组成扫描系统，扫描器采集编织袋的3D坐标位置，并将坐标位置传送给工业机器人的控制系统。

该系统中，在托盘置放区的正上方设置一横梁，横梁上设置伺服控制的行走小车，扫描器安置在行走小车上，如此扫描器可以再横梁上精确的往复运动，扫描器的扫描头正对托盘垛的上方。扫描器从始端运行到终端，即完成了托盘垛最上一层的扫描。其中工业照相机将各编织袋在此平面上的图像取得，激光扫描器将各编织袋的高度位置取得。并将采集的到原始数据传送到工业电脑。工业电脑通过相应的软件处理获取编织袋的几何中心位置坐标值和高度值，即3D信息。并将此坐标值传输给工业机器人的控制系统。工业机器人通过预先设定的程序，依据所得到的坐标值，依次抓取各编织袋。托盘垛上该层编织袋拆卸完毕后，扫描器会从此时的始端重新移动的终端，再次读取下一层的坐标值。如此往复，直至该托盘拆垛完成。

该发明的有益效果在于：在饲料、化工等行业，拆垛是一项繁重、重复的重体力劳动，3D视觉引导工业机器人拆垛技术的应用，将人从繁重的体力劳动中解放出来，并大幅度提升了拆垛的效率。尤其是，3D机器视觉引导技术在工业机器人上的应用，解决了传统拆垛机器人不能识别编织袋等不规则包装的难题，使机器人拆垛技术在行业领域中有了大幅度拓展，使饲料、化工等行业解放了大量拆垛的人工劳动，大幅降低了劳动成本，创造出极可观的经济效益。

附图说明

图1是本发明实施例中所使用系统结构设计示意图。

图中标记说明：1、立柱；2、横梁；3、扫描器；4、托盘；5、编织袋包装品；6、拆垛工业机器人。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

实施例

如图1所示的基于3D机器视觉引导的工业机器人自动拆垛系统，包括立柱1、横梁2、扫描器3、托盘4和拆垛工业机器人6，横梁2固定在立柱1上部位置，扫描器3设置在横梁2上；托盘4设置在横梁2下方位置；拆垛工业机器人6设置在托盘4一侧位置；横梁2上设置有直线移动模组及编码器；扫描器3内部设置有面阵式工业照相机和激光测距仪；托盘4上部放置有编织袋包装品5。

上述系统安装和具体工作流程为：

(1)托盘4放置于固定区域内，拆垛工业机器人6放置于托盘4一侧，靠近托盘4；

(2)横梁2架设于立柱1上，使横梁2位于托盘4正上方，横梁2上设置有直线移动模组，直线移动模组上带有编码器，可以记录直线移动模组的移动位置；

(3)扫描器3内含一个面阵式工业照相机和一个激光测距仪，扫描器3安装在横梁2的直线移动模组上，扫描器3可以在横梁2的直线模组上往复精确移动；

(4)设备开启后，扫描器3从横梁2始端移动到终端，完成对托盘4顶部的扫描，扫描过程中，激光测距仪发射垂直于扫描器3移动方向的条状激光，并不断触发，同时工业照相机进行拍摄，在整个移动过程中，照相机会获得一组图片，每张图片上都会有激光的影像信息，通过软件分析可以得到该条状激光截面的高度信息，将所有截面的高度信息合成，得出3D信息；

(5)工控机将各编织袋的3D信息传送给拆垛工业机器人6的控制系统，控制系统通过运算控制机器人抓手按照程序设定的顺序抓取每一个编织袋；

(6)该层编织袋抓取完毕后，扫描器3从此时的位置移动到横梁2另一端，完成新一次扫描，依次循环。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于3D机器视觉引导的工业机器人自动拆垛系统，其特征在于：包括立柱、横梁、扫描器、托盘和拆垛工业机器人，所述横梁固定在立柱上部位置，所述扫描器设置在横梁上；所述托盘设置在横梁下方位置；所述拆垛工业机器人设置在托盘一侧位置；所述横梁上设置有直线移动模组及编码器；所述扫描器内部设置有面阵式工业照相机和激光测距仪；所述托盘上部放置有编织袋包装品。

2.根据权利要求1所述的基于3D机器视觉引导的工业机器人自动拆垛系统，其特征在于：所述系统安装和具体工作流程为：

(1)托盘放置于固定区域内，拆垛工业机器人放置于托盘一侧，靠近托盘；

(2)横梁架设于立柱上，使横梁位于托盘正上方，横梁上设置有直线移动模组，直线移动模组上带有编码器，用以记录直线移动模组的移动位置；

(3)扫描器内含一个面阵式工业照相机和一个激光测距仪，扫描器安装在横梁的直线移动模组上，扫描器能在横梁的直线模组上往复精确移动；

(4)设备开启后，扫描器从横梁始端移动到终端，完成对托盘顶部的扫描，扫描过程中，激光测距仪发射垂直于扫描器移动方向的条状激光，并不断触发，同时工业照相机进行拍摄，在整个移动过程中，照相机会获得一组图片，每张图片上都会有激光的影像信息，通过软件分析可以得到该条状激光截面的高度信息，将所有截面的高度信息合成，得出3D信息；

(5)工控机将各编织袋的3D信息传送给拆垛工业机器人的控制系统，控制系统通过运算控制机器人抓手按照程序设定的顺序抓取每一个编织袋；

(6)该层编织袋抓取完毕后，扫描器从此时的位置移动到横梁另一端，完成新一次扫描，依次循环。