CN107150911B - 一种袋状物料装车机器人车辆识别与控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种袋状物料装车机器人车辆识别与控制系统，其包括：二维激光扫描仪、云台传动机构、云台支架、云台零点开关、定距吐包缓存装置、激光对射传感器、行走机构、摆臂机构以及提升机构，本发明可以将识别系统获取的三维点云进行提取与处理，对车辆进行识别与定位，通过定距吐包装置对输送带传送的水泥包进行排序处理，保证下料的顺序性，通过运动学求解计算出装车机器人到达预订装车起始点以及各个轨迹各伺服电机所需要转动的角度，进而来对机器人进行精确控制，保证装车的顺利进行。同时，系统机械结构模块化，方便维修；工作过程半自动化，把工人从繁重的体力劳动工作环境中解放出来，极大地提高劳动生产率。

Description

一种袋状物料装车机器人车辆识别与控制系统

技术领域

本发明涉及自动化装车领域，尤其涉及智能车辆识别系统。

背景技术

目前装车行业为高危型，重体力行业，尤其是以水泥为代表的作业过程中产生高粉的行业，其劳动强度高，对人的危害大，劳动效率低，设计一种能够用机器替代人的自动化系统显得尤为重要。

为了弥补国内对自动化装车行业的缺陷，将激光激光测距仪自动化检测设备与机器人技术相结合，通过对车辆的识别与定位进而来指导机器人进行装车作业，从而实现机器替代工人来完成装车作业，提高装车效率。

发明内容

（一）要解决的技术问题：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于激光扫描仪的车辆识别与定位系统，并且控制直角坐标柔性机器人来进行装车作业。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种袋状物料装车机器人车辆识别与控制系统，它由以下技术方案实现：一种袋状物料装车机器人车辆识别与控制系统，其包括：二维激光扫描仪、云台传动机构、云台支架、云台零点开关、定距吐包缓存装置、激光对射传感器、行走机构、摆臂机构以及提升机构。本系统通过OpengL进行车厢底座进行三维重建，该传感器通信模式为TCP+HTTP模式；开发平台为VS2010。本发明可以将识别系统获取的三维点云进行提取与处理，对车辆进行识别与定位，通过定距吐包装置对输送带传送的水泥包进行排序处理，保证下料的顺序性。通过运动学求解计算出装车机器人到达预订装车起始点以及各个轨迹各伺服电机所需要转动的角度，进而来对机器人进行精确控制，保证装车的顺利进行。

本发明的有益效果如下：

本设备利用R2000倍加福激光扫描仪以360°50HZ 对车辆进行测距扫描，扫描识别与定位，精确扫描出车长、车宽与车高，误差在0.1cm以内，对平板车、工程车等不同车辆的卸料位置加以区分，合理安排物料位置，实现有限空间最大化利用，有效的避免了因人工操作而造成的物料安排不合理所导致的空间不合理利用、因路况导致物料掉落等缺陷。

另外，控制系统由包括三轴同步移动X方向精确移动机构，Z方向伺服卷帘提升机构，Y方向丝杠平移机构，分别对应了扫描仪所扫描出的车长、车高、车宽进行精确操作。三维立体操作，通过定距吐包装置对输送带传送的水泥包进行排序处理，保证下料的顺序性，更易于控制卸料的位置，从而更容易优化装车工艺。

此外，本系统通过OpengL进行车厢底座的三维重建，OpenGL独立于窗口系统和操作系统，是一个开放的三维图形软件包。以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；OpenGL可以与 Visual C++紧密接口，便于实现工业机器人的有关计算和图形算法，可保证算法的正确性和可靠性；OpenGL使用简便，效率高。

此外，该传感器通信模式为TCP+HTTP模式，TCP最大的优点是可靠，HTTP协议支持客户/服务器模式，操作起来简单快速，非常灵活。两者结合的通信模式操作简单并且非常可靠。

此外，该控制系统的开发平台为VS2010，该平台全面兼容win7、Vista，加入了更多功能更加稳定，不会出现崩溃，编译也不会出错，优化编译，让程序执行起来效率更高，调试过程中的“逐调试”、“断点”等功能稳定且强大，大大缩短调试时间，更加全面的错误提示，并提供几种修改方案，使操作系统更可靠。

附图说明

本发明的目的、特征以及优点根据与附图相关联的以下实施方式的说明会变的更清楚。在该附图中：

图1是机器人车辆识别与控制系统扫描和识别结构图；

图2是机器人车辆识别与控制系统结构图；

图3是机器人车辆识别与控制系统控制、识别、开始停止结构图；

图4是机器人车辆识别与控制系统控制皮带机、滚筒结构图；

图5是机器人车辆识别与控制系统控制面板、传感器、开始停止结构图；

图6是机器人车辆识别与控制系统识别、传感器结构图；

图7是机器人车辆识别与控制系统传感器、控制、开始停止结构图；

图8是袋状物料装车机器人机械结构图；

图9是扫描算法程序框图；

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明所涉及的袋状物料装车机器人车辆识别与控制系统。

首先，说明本发明的第一实施例所涉及的袋状物料装车机器人车辆识别与控制系统。图2示出本发明的第一实施例所涉及的袋状物料装车机器人车辆识别与控制系统结构图。本发明的第一实施例所涉及的袋状物料装车机器人车辆识别与控制系统的特征在于，具有：袋状物料装车机器人12上的线上拖拽引导装置2，料袋转位装置3，料袋输送皮带机装置4，料袋缓存装置5，料袋挤压整形装置6、料袋精确调整装置7，料袋投放坐标码垛装置8，投放坐标码垛升降摆动装置9，R2000倍加福激光扫描仪10、总控制器11；R2000倍加福激光扫描仪10，其用来扫描待装车辆14的位置及尺寸；车辆识别与定位系统15，与扫描仪10之间用以太网通信；设备的开始、停止与回零系统16，通过动力与编码器专用线缆控制自动装车机器人12的开始、停止与回零；设备报警、急停装置，与自动装车机器人12通过动力与编码器专用线缆进行交互通信；装车信息控制面板18，通过485通信与工控机进行通信。 控制系统上位系统由工控机、端子板、IO扩展板、235-422转换器、触摸屏、液晶显示器、24V开关电源和滤波器组成。

如图1、图8、图9所示，首先，把袋状物料装车机器人车辆识别与控制系统初始化，初始化完成之后等待待装车辆14进入等候区域，车辆进入等候区域之后R2000倍加福激光扫描仪13开始扫描，扫描数据以以太网通信传输到工控机的车辆识别与定位系统15，系统读取第一标定点距离D，按照协议读取顺序距离点d1，如果D减去d1大于m，则记录x1，如果D减去d1小于m，继续进行判断。按照笛卡尔坐标特征读取d2，如果D2减去d2大于n，则记录x2，如果D2减去d2小于n，继续判断。启动云台转向90度运动，读传感器初始位置的距离，根据编码器的角度实时求解d3，以及根据激光扫描仪的度数求解Y1，如果D减去d3大于k，则记录Y1，如果D减去d3小于k，继续判断。同上所述记录Y2,输出车辆位置、大小坐标。操作人员对扫描数据进行判断，如果正确则开始让工控机进行数据处理，如果错误重新扫描数据重复扫描之后的步骤，不再累述。

如图3、图9所示，当工控机数据处理完成之后，在装车信息控制面板18输入车辆类型、装车吨数和行包数，点击装车信息控制面板18上的开始装车按钮，将数据通过485通信传输到工控机上。然后，设备的开始、停止与回零系统16启动自动装车机器人12上的料袋投放坐标码垛装置8上的定位电机，自动装车机器人12运行到初始装车位置。

如图4、图8所示，自动装车机器人12运行至初始位置后通过动力与编码器专用线缆与设备的开始、停止与回零系统16进行通信，其控制自动装车机器人12上的开始工作铃发出响声，然后袋状物料装车机器人12上的线上拖拽引导装置2，料袋输送皮带机装置4，料袋缓存装置5，料袋挤压整形装置6、料袋精确调整装置7开始运行。

如图5、图8所示，当物料传送到自动装车机器人12的小摆臂，其上的计数器一开始计数通过动力与编码器专用线缆与工控机的控制面板通信，数量显示到控制面板上。物料进入自动装车机器人12的料袋缓存装置5后，其上的激光对射计数器二感应物料开始计数，通过动力与编码器专用线缆与工控机的控制面板通信，数量显示到控制面板上。自动装车机器人12的缓存伺服电机快速旋转额定脉冲，吐出物料，并且计数，当计数器满足匹数，缓存停止，等待。物料进入下滑道，激光对射传感器三，等待物料，当物料从中间经过，计数器加1，通过动力与编码器专用线缆与工控机的控制面板通信，数量显示到控制面板上。工控机上的开始、停止与回零系统16启动料袋输送皮带机装置4、料袋投放坐标码垛装置8上的三个行走伺服电机同步运动一个包的距离脉冲等待并等待激光对射传感器三加1。

如图6、图8所示，等待计数器3计数满足匹数后通过动力与编码器专用线缆与工控机的车辆识别与定位系统15通信，其控制自动装车机器人12的料袋转位装置3进行摆臂运动，准开始下料第二列，重复铃响之后的步骤，不再累述。

如图6、图8所示，当第一层下料完成之后车辆识别与定位系统15通信，其控制自动装车机器人12进行提升运动，重复铃响之后的步骤不再累述。

如图7、图8所示，当自动装车机器人12上的激光对射 一计数完毕，工控机的开始、停止与回零系统16控制响铃 ，停止装包。当自动装车机器人12上的激光对射传感器二，计数满足装车要求，其通过动力与编码器专用线缆与工控机的开始、停止与回零系统16控制料袋缓存装置5停止运动，缓存停止。当自动装车机器人12上的激光对射传感器三 ，计数满足装车需要，其通过动力与编码器专用线缆与工控机的开始、停止与回零系统16控制线上拖拽引导装置2，料袋输送皮带机装置4，料袋缓存装置5，料袋挤压整形装置6、料袋精确调整装置7停止运动，装车完成。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种袋状物料装车机器人识别与控制系统，其特征是包括袋状物料装车机器人(12)上的线上拖拽引导装置(2)，料袋转位装置(3)，料袋输送皮带机装置(4)，料袋缓存装置(5)，料袋挤压整形装置(6)、料袋精确调整装置(7)，料袋投放坐标码垛装置(8)，投放坐标码垛升降摆动装置(9)，R2000倍加福激光扫描仪、总控制器，R2000倍加福激光扫描仪，其用来扫描待装车辆的位置及尺寸；车辆识别与定位系统(15)，与R2000倍加福激光扫描仪之间用以太网通信；设备的开始、停止与回零系统(16)，通过动力与编码器专用线缆控制袋状物料装车机器人(12)的开始、停止与回零；设备报警、急停装置，与袋状物料装车机器人(12)通过动力与编码器专用线缆进行交互通信；装车信息控制面板(18)，通过485通信与工控机进行通信。

2.根据权利要求1所述的一种袋状物料装车机器人识别与控制系统，其特征在于，控制系统通过以太网将扫描系统获取的电机角度以及距离点数据通过极坐标系与笛卡尔坐标系的转换来判断车辆的位置。

3.根据权利要求2所述的一种袋状物料装车机器人识别与控制系统，其特征在于，控制系统上位系统由工控机、端子板、IO扩展板、235-422转换器、触摸屏、液晶显示器、24V开关电源和滤波器组成。

4.根据权利要求3所述的一种袋状物料装车机器人识别与控制系统，其特征在于，当物料传送到袋状物料装车机器人(12)的小摆臂，其上的计数器一开始计数通过动力与编码器专用线缆与工控机的控制面板通信，数量显示到控制面板上；物料进入袋状物料装车机器人(12)的料袋缓存装置(5)后，其上的激光对射计数器二感应物料开始计数，通过动力与编码器专用线缆与工控机的控制面板通信，数量显示到控制面板上；袋状物料装车机器人(12)的缓存伺服电机快速旋转额定脉冲，吐出物料，并且计数，当计数器满足匹数，缓存停止，等待；物料进入下滑道，激光对射传感器三，等待物料，当物料从中间经过，计数器加1，通过动力与编码器专用线缆与工控机的控制面板通信，数量显示到控制面板上；工控机上的开始、停止与回零系统(16)启动料袋输送皮带机装置(4)、料袋投放坐标码垛装置(8)上的三个行走伺服电机同步运动一个包的距离脉冲等待并等待激光对射传感器三加1。

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