CN109051159A - 一种原单覆盖式在线打印贴标机器人及在线打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原单覆盖式在线打印贴标机器人及在线打印方法，包括皮带输送机、视觉系统、标签打印机、送标设备、贴标机器人、包装箱和标签，其中，皮带输送机设于支架上，视觉系统设于所述皮带输送机支架正上方，标签打印机和所述贴标机器人布置在所述皮带输送机同一侧；送标设备布置在标签打印机下方；控制系统通过获取视觉系统以及皮带输送机的数据信息，并将处理后的信息分别发送到标签打印机、送标设备以及贴标机器人，从而实现在线打印覆盖贴标过程。本发明一方面解决了不同尺寸包装箱的在线动态贴标，同时能够准确覆盖已有旧的标签；另一方面，贴标效率、自动化和智能化程度显著提高。
Description
技术领域
本发明属于物流行业打印贴标技术领域，涉及一种原单覆盖式在线打印贴标机器人及在线打印方法。
背景技术
目前，在跨境物流行业，普通包裹都是用纸箱包装，包装箱大小不一致，每个包装箱上的快递标签内容不同，而且对快递标签粘贴的位置有明确要求，必须覆盖包装箱表面已有的旧的快递标签。针对这种情况，多数情况是采用人工扫描，打印机在线打印标签，最后由人工取出标签完成贴标。目前有少数在线打印贴标设备，主要由打印和贴标两部分组成，打印部分能够满足在线打印标签，贴标部分用气缸作为执行机构完成贴标。该设备能够完成不同内容的在线打印，以及不同高度包裹的贴标，但是仍然无法满足原有标签的覆盖，同时整个贴标周期较长，无法满足速度日益增长的分拣设备。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的提供一种原单覆盖式在线打印贴标机器人及方法，一方面解决了不同尺寸包装箱的在线动态贴标，同时能够准确覆盖已有旧的标签；另一方面，贴标效率、自动化和智能化程度显著提高。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种原单覆盖式在线打印贴标机器人，包括：
控制系统，通过获取视觉系统以及皮带输送机的数据信息，并将处理后的信息分别发送到标签打印机、送标设备以及贴标机器人，从而实现在线打印覆盖贴标过程；
皮带输送机，用于将带有原始标签的包装箱输送经视觉系统、标签打印机、和贴标机器人，实现在线打印覆盖贴标；
视觉系统，采集皮带输送机上包装箱的图像信息，实时进行图像处理，计算出得到包装箱和原单的位姿信息，并将所述信息处理后传输至运动控制系统；
贴标机器人，接收控制系统指令，带有标签动态跟随包装箱移动完成贴标；
标签打印机，通过控制系统控制送标设备实现在线打印标签的定点输送。
优选的，所述皮带输送机设于支架上，所述视觉系统设于所述皮带输送机支架正上方，所述标签打印机和所述贴标机器人布置在所述皮带输送机同一侧；所述送标设备布置在标签打印机下方；主控制系统通过获取视觉系统以及皮带输送机的数据信息，并将处理后的信息分别发送到标签打印机、送标设备以及贴标机器人，从而实现在线打印覆盖贴标过程。
优选的，所述皮带输送机包括依次相对接的进料皮带输送机、贴标皮带输送机和出料皮带输送机，贴标皮带输送机位置与标签打印机和所述贴标机器人对应。
优选的，所述视觉系统包括设于机架上的光学成像相机，光学成像相机并排设于标签打印机和所述贴标机器人前方。
优选的，所述贴标机机器人包括设于机器人安装座上的多关节机器人和其端部的柔性贴标掌；
所述柔性贴标掌包括贴标掌，贴标掌上方的与其互通的真空腔体和其外侧的真空发生器，在真空腔体上方设有导向块，导向块上端紧固有机器人末端连接器。
优选的，在所述真空腔体和导向块中设有压缩弹簧，在贴标掌与真空腔体之间设置光电感应开关，在真空腔体内侧下端面设置有磁性块，在导向块正下方设置有霍尔传感器。
本发明进而给出了一种原单覆盖式在线打印贴标机器人的在线打印方法，包括如下步骤：
1)视觉系统中的光学成像相机采集通过其下方的带有原始标签的包装箱图像信息，并传输给控制系统进行图像处理，利用双目交汇算法得到包装箱的三维尺寸，并且解算出原有标签的二维尺寸和方位信息；
2)控制系统将所述包装箱对应的标签信息传输到标签打印机，标签打印机在线打印标签并通过送标设备输送到取标位置；
3)通过多关节机器人上的贴标掌吸取标签，控制系统根据光学成像相机图像处理信息，以及输送带编码器的信息，计算运动目标的抓取位置与抓取时刻；
4)多关节机器人带着标签动态跟随包装箱随贴标皮带输送机同步，然后贴标掌向下移动完成贴标。
进一步，所述步骤1)中，双目交汇算法如下：
A、相机内外参标定：内参：等效焦距(Fx，Fy)，图像主点(Cx,Cy)；外参：两相机位姿关系(R,T)；
B、采集矩形标签图像；
C、图像处理：过程如下：
a)对输入图像使用固定阈值二值化方法，将图像进行二值化；
b)使用形态学处理方法，去掉二值化图像中的噪声区域；
c)对图像进行边缘轮廓检测，得到图像中所有连通区域轮廓；
d)依据轮廓点数和所在位置对得到的轮廓进行筛选，得出目标区域；
e)使用霍夫变换方法检测目标区域中包含的直线；
f)得到的直线段分布散乱，需要根据斜率进行合并，合并后得到标签边缘所在的四条边平面直线方程；
g)计算四条边两两之间的交点，得到标签的角点；
h)两相机角点进行同名点匹配；
i)交汇算法得到空间目标点坐标；
j)根据标签的四个三维特征角点计算中心点和标签的旋转角；
k)将计算结果转换到机器人坐标系下。
进一步，所述步骤3)中，取标过程中，通过光电感应传感器537光束是否被遮挡进行检测是否取标成功；
贴标过程中，通过贴标掌下压动作，压缩弹簧变形，导向块下移，磁性块538触发霍尔传感器，从而检测是否完成贴标。
进一步，通过在皮带输送机上增设旋转编码器来检测目标跟随输送机的运动位移，将包装箱当前位置的坐标输送给贴标机器人。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
1、针对不同尺寸包装箱，可在1.5s内完成不同标签的在线打印以及对旧标签的准确覆盖，在同等条件下，相较于其他打印贴标设备工作周期至少缩短1s，提高了工作效率，从而能匹配整条分拣输送线的速度要求；
2、针对不同尺寸包装箱的在线动态贴标，对于原标签的覆盖精度达到1mm，实现了原标签的准确覆盖，有效减少了人工参与，从而降低了人员成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是一种原单覆盖式在线打印贴标机器人立体图(一)；
图2是一种原单覆盖式在线打印贴标机器人立体图(二)；
图3是柔性贴标掌立体图；
图4是柔性贴标掌剖视图；
图5是系统控制框图；
图1中：1皮带输送机、2视觉系统、3标签打印机、4送标设备、5贴标机器人、6包装箱、7标签；
图2中：110进料皮带输送机、120贴标皮带输送机、130出料皮带输送机、210光学成像相机+镜头、220机架、510机器人安装座、520多关节机器人、530柔性贴标掌；
图3、4中：531贴标掌、532真空发生器、533导向块、534真空腔体、535压缩弹簧、536机器人末端连接器、537光电感应开关、538磁性块、539霍尔传感器。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1、图2所示,本发明的一种原单覆盖式在线打印贴标机器人主要包括皮带输送机1、视觉系统2、标签打印机3、送标设备4、贴标机器人5、包装箱6、标签7。
控制系统，通过获取视觉系统以及皮带输送机的数据信息，并将处理后的信息分别发送到标签打印机、送标设备以及贴标机器人，从而实现在线打印覆盖贴标过程；皮带输送机，用于将带有原始标签的包装箱输送经视觉系统、标签打印机、和贴标机器人，实现在线打印覆盖贴标；视觉系统，采集皮带输送机上包装箱的图像信息，实时进行图像处理，计算出得到包装箱和原单的位姿信息，并将所述信息处理后传输至运动控制系统；贴标机器人，接收控制系统指令，带有标签动态跟随包装箱移动完成贴标；标签打印机，通过控制系统控制送标设备实现在线打印标签的定点输送。
其中，皮带输送机1布置在地面上，用地脚螺丝固定；视觉系统2布置在皮带输送机1正上方；标签打印机3、送标设备4、贴标机器人5布置在皮带输送机1同一侧；标签打印机3布置在送标设备4正上方。
如图2所示，皮带输送机1包括依次相对接的进料皮带输送机110、贴标皮带输送机120、出料皮带输送机130，贴标皮带输送机120位置与标签打印机3和所述贴标机器人5对应。
如图2所示，视觉系统2包括光学成像相机和镜头210、机架220，光学成像相机210并排设于标签打印机3和所述贴标机器人5前方；
如图2所示，贴标机机器人5包括：机器人安装座510、多关节机器人520、柔性贴标掌530；多关节机器人520固定在机器人安装座510上，机器人的执行端连接柔性贴标掌530。
如图3、4所示，柔性贴标掌530包括贴标掌531、真空发生器532、导向块533、真空腔体534、压缩弹簧535、机器人末端连接器536、光电感应开关537、磁性块538、霍尔传感器539。贴标掌531固定在真空腔体534下方与其互通，真空发生器532固定在真空腔体534外侧，导向块533在真空腔体534正上方，压缩弹簧535，导向块533和真空腔体534中间。机器人末端连接器536与导向块533上端紧固。光电感应开关537布置在贴标掌531与真空腔体534之间，磁性块538布置在真空腔体534内侧下端面，霍尔传感器539布置在导向块533正下方。
系统控制框图如图5所示，包装箱进入系统后，一方面由本地服务器发向打印机发送打印信息，完成标签打印，同时控制标签输送设备将标签送至指定位置；另一方面视觉系统利用双目相机采集输送带上包装箱的图像信息，实时进行图像处理，计算出得到包装箱和原单的位姿信息，并将这些信息规范化处理后传输给控制系统；控制系统根据视觉系统提供的信息，结合机器人的动作方式以及输送带编码器的信息，计算运动目标的抓取位置，最后通过控制系统控制机器人各个驱动关节，使其末端吸附手完成取标和动态贴标的操作。
本发明的工作过程如下：
1)带有原始标签的包装箱6，从进料皮带输送机110进入贴标皮带机120，包装箱6从相机210的下方通过，视觉系统2的光学成像相机210通过两组相机采集图像信息，进行图像处理利用双目交汇算法，得到包装箱的三维立体尺寸，并且解算出原有标签的二维尺寸信息和方位信息。
其中，双目交汇算法如下：
A、相机内外参标定：内参：等效焦距(Fx，Fy)，图像主点(Cx,Cy)；外参：两相机位姿关系(R,T)；
B、采集矩形标签图像；
C、图像处理：过程如下：
a)对输入图像使用固定阈值二值化方法，将图像进行二值化；
b)使用形态学处理方法，去掉二值化图像中的噪声区域；
c)对图像进行边缘轮廓检测，得到图像中所有连通区域轮廓；
d)依据轮廓点数和所在位置对得到的轮廓进行筛选，得出目标区域；
e)使用霍夫变换方法检测目标区域中包含的直线；
f)得到的直线段分布散乱，需要根据斜率进行合并，合并后得到标签边缘所在的四条边平面直线方程；
g)计算四条边两两之间的交点，得到标签的角点；
h)两相机角点进行同名点匹配；
i)交汇算法得到空间目标点坐标；
j)根据标签的四个三维特征角点计算中心点和标签的旋转角；
k)将计算结果转换到机器人坐标系下。
2)同时，服务器将该包装箱6对应的标签信息传输到标签打印机3，标签打印机3接收数据后开始在线打印；标签7打印完成后，标签7由送标设备4输送到取标位置。
3)通过多关节机器人520上的贴标掌531吸取标签7，控制系统根据光学成像相机210图像处理信息，以及输送带编码器的信息，计算运动目标的抓取位置与抓取时刻。
上述过程将打印贴标设备的一个周期包括“打印+取标+贴标”动作分解，增加了送标设备，“打印+送标”和“取标+贴标”同时进行，因此缩短了整个系统的工作周期。
上位机系统得到包装箱6以及原始标签的位置信息后，结合贴标皮带机120设定的速度，给多关节机器人520发送运动指令，多关节机器人520即将完成抓取标签7、动态跟随包装箱6、贴标、回到初始位置等动作。
4)多关节机器人520收到运动指令后，真空发生器532开始工作，在贴标掌531的下表面产生负压，贴标掌531向下移动，从而吸取已经打印好的标签7，之后多关节机器人520带着标签7动态跟随包装箱6，二者保持相对静止，然后贴标掌531向下移动完成贴标。
在取标过程中，为了检测是否取标成功，通过光电感应传感器537光束是否被遮挡进行检测。
贴标过程中，为了能保证标签7能完全贴在包装箱6表面，贴标掌531有一个下压动作，压缩弹簧535变形，导向块533下移，此时磁性块538触发霍尔传感器539，从而检测是否完成贴标。
包装箱在皮带输送机的带动下，其位置不断变化，通过在皮带输送机上增加旋转编码器来检测目标跟随输送机的运动位移，将包装箱当前位置的坐标给机器人，实现目标位置的实时精确跟踪，完成原单的准确覆盖。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种原单覆盖式在线打印贴标机器人，其特征在于，包括：
控制系统，通过获取视觉系统以及皮带输送机的数据信息，并将处理后的信息分别发送到标签打印机、送标设备以及贴标机器人，从而实现在线打印覆盖贴标过程；
皮带输送机，用于将带有原始标签的包装箱输送经视觉系统、标签打印机、和贴标机器人，实现在线打印覆盖贴标；
视觉系统，采集皮带输送机上包装箱的图像信息，实时进行图像处理，计算出得到包装箱和原单的位姿信息，并将所述信息处理后传输至运动控制系统；
贴标机器人，接收控制系统指令，带有标签动态跟随包装箱移动完成贴标；
标签打印机，通过控制系统控制送标设备实现在线打印标签的定点输送。
2.根据权利要求1所述的原单覆盖式在线打印贴标机器人，其特征在于，所述皮带输送机(1)设于地面上，所述视觉系统(2)设于所述皮带输送机(1)支架正上方，所述标签打印机(3)和所述贴标机器人(5)布置在所述皮带输送机(1)同一侧；所述送标设备(4)布置在标签打印机(3)下方；主控制系统通过获取视觉系统(2)以及皮带输送机(1)的数据信息，并将处理后的信息分别发送到标签打印机(3)、送标设备(4)以及贴标机器人(5)，从而实现在线打印覆盖贴标过程。
3.根据权利要求1所述的原单覆盖式在线打印贴标机器人，其特征在于，所述皮带输送机(1)包括依次相对接的进料皮带输送机(110)、贴标皮带输送机(120)和出料皮带输送机(130)，贴标皮带输送机(120)位置与标签打印机(3)和所述贴标机器人(5)对应。
4.根据权利要求1所述的原单覆盖式在线打印贴标机器人，其特征在于，所述视觉系统(2)包括设于机架(220)上的光学成像相机(210)，光学成像相机(210)并排设于标签打印机(3)和所述贴标机器人(5)前方。
5.根据权利要求1所述的原单覆盖式在线打印贴标机器人，其特征在于，所述贴标机机器人(5)包括设于机器人安装座(510)上的多关节机器人(520)和其端部的柔性贴标掌(530)；
所述柔性贴标掌(530)包括贴标掌(531)，贴标掌(531)上方的与其互通的真空腔体(534)和其外侧的真空发生器(532)，在真空腔体(534)上方设有导向块(533)，导向块(533)上端紧固有机器人末端连接器(536)。
6.根据权利要求5所述的原单覆盖式在线打印贴标机器人，其特征在于，在所述真空腔体(534)和导向块(533)中设有压缩弹簧(535)，在贴标掌(531)与真空腔体(534)之间设置光电感应开关(537)，在真空腔体(534)内侧下端面设置有磁性块(538)，在导向块(533)正下方设置有霍尔传感器(539)。
7.一种原单覆盖式在线打印贴标机器人的在线打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)视觉系统中的光学成像相机(210)采集通过其下方的带有原始标签的包装箱(6)图像信息，并进行图像处理，利用双目交汇算法得到包装箱的三维尺寸，并且解算出原有标签的尺寸和方位信息；
2)控制系统将所述包装箱(6)对应的标签信息传输到标签打印机(3)，标签打印机(3)在线打印标签(7)并通过送标设备(4)输送到取标位置；
3)通过多关节机器人(520)上的贴标掌(531)吸取标签(7)，控制系统根据光学成像相机(210)图像处理信息，以及输送带编码器的信息，计算运动目标的抓取位置与抓取时刻；
4)多关节机器人(520)带着标签(7)动态跟随包装箱(6)随贴标皮带输送机(120)同步运动，然后贴标掌(531)向下移动完成贴标。
8.根据权利要求7所述的原单覆盖式在线打印贴标机器人的在线打印方法，其特征在于，所述步骤1)中，双目交汇算法如下：
A、相机内外参标定：内参：等效焦距(Fx，Fy)，图像主点(Cx,Cy)；外参：两相机位姿关系(R,T)；
B、采集矩形标签图像；
C、图像处理：过程如下：
a)对输入图像使用固定阈值二值化方法，将图像进行二值化；
b)使用形态学处理方法，去掉二值化图像中的噪声区域；
c)对图像进行边缘轮廓检测，得到图像中所有连通区域轮廓；
d)依据轮廓点数和所在位置对得到的轮廓进行筛选，得出目标区域；
e)使用霍夫变换方法检测目标区域中包含的直线；
f)得到的直线段分布散乱，需要根据斜率进行合并，合并后得到标签边缘所在的四条边平面直线方程；
g)计算四条边两两之间的交点，得到标签的角点；
h)两相机角点进行同名点匹配；
i)交汇算法得到空间目标点坐标；
j)根据标签的四个三维特征角点计算中心点和标签的旋转角；
k)将计算结果转换到机器人坐标系下。
9.根据权利要求7所述的原单覆盖式在线打印贴标机器人的在线打印方法，其特征在于，所述步骤3)中，取标过程中，通过光电感应传感器(537)光束是否被遮挡进行检测是否取标成功；
贴标过程中，通过贴标掌(531)下压动作，压缩弹簧(535)变形，导向块(533)下移，磁性块(538)触发霍尔传感器(539)，从而检测是否完成贴标。
10.根据权利要求7所述的原单覆盖式在线打印贴标机器人的在线打印方法，其特征在于，通过在皮带输送机上增设旋转编码器来检测目标跟随输送机的运动位移，将包装箱当前位置的坐标输送给贴标机器人。
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