CN109081026B - 基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统及方法，它解决了现有技术中拆垛机器人工作范围受限，堆垛高度受限的问题，具有提高整个系统运行效率，适用场合多的有益效果，其方案如下：基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统，包括升降机构，带动测距部件在竖直平面内往复移动实现测距部件在竖直方向移动且实现垛堆区域内设定位置的准确定位，且升降机构设于垛堆区域一侧的垛堆对角线延长线；搬运机器人，包括用于抓取垛堆的抓手，搬运机器人设于垛堆区域一侧，且与升降机构间隔设定距离设置；控制单元，与升降机构、测距部件和搬运机器人分别单独电性连接，测距部件逐层进行扫描，直至检测到物品。

Description

基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统及方法

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，特别是涉及基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统及方法。

背景技术

食品、饮料等商品大多采用纸箱或袋包装，以托盘垛的方式存储于仓库。出库外运时，需要从垛堆上逐件拆分商品并搬运至指定位置，即拆垛。

拆垛作业重复性高、劳动强度大，机器人比人更适合完成此类工作。然而，由于拆垛作业的某些不确定性，长久以来，机器人又一直无法很好的胜任此类工作。这些不确定性主要指：托盘垛的垛型和层高、待拆垛商品的数量和位置等信息未知。近年来，人们开始尝试利用智能传感器进行上述信息的识别，以提高机器人拆垛系统的实用性。

现有技术中有利用安装在垛堆上方的2台工业相机构建双目视觉，通过双目图像对拆垛区物品进行目标识别，进而实现对物品的机器人拆垛任务。该方法能够获得物品的深度信息并进行三维目标定位，但系统受环境尤其是光照影响大，且立体视觉算法过于复杂。

也有在托盘垛上方安装往复运动的工业相机和激光传感器，分别获取编织袋平面图像和高度位置，经计算机处理得到整层编织袋的三维坐标，并将数据传输给控制系统，引导机器人抓手准确抓取各编织袋。系统采用多传感器实现三维目标定位，简化了识别算法，但光照对系统的影响依然存在。上述系统或方法，无论是视觉还是激光方案，用于识别定位的传感器都是固定在堆垛上方，进行整层扫描识别，识别完成后机器人再逐个物品搬运，不仅缩小了拆垛机器人的工作范围和堆垛的高度，还降低了系统的整体运行效率，限制了机器人拆垛系统的使用场合。

因此，需要对拆垛系统进行新的研究设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统，利用安装于垛堆一侧的升降机构带动测距机构运动，逐批、逐层获取物品三维坐标，实时传送给机器人控制系统并引导机器人自动拆垛。

基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统的具体方案如下：

基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统，包括：

升降机构，带动测距部件在竖直平面内往复移动实现测距部件在竖直方向移动且实现垛堆区域内设定位置的准确定位，且升降机构设于垛堆区域一侧的垛堆对角线延长线；

搬运机器人，包括用于抓取垛堆的抓手，搬运机器人设于垛堆区域一侧，且与升降机构间隔设定距离设置；

控制单元，与升降机构、测距部件和搬运机器人分别单独电性连接，测距部件逐层进行扫描，直至检测到物品，控制单元根据扫描数据得到物品数量及三维位姿，并将信息发送给搬运机器人。

该机器人拆垛系统通过升降机构带动测距部件移动，测距部件进行扫描，可以逐层获取需要搬运物品的位置，由搬运机器人进行搬运，整个系统不受环境光照的影响，扫描设备的安装不限制机器人工作范围和堆垛高度，实时局部扫描与机器人搬运作业同步使得系统整体运行效率高，因而极大地提高了系统的使用场合。

进一步地，所述升降机构包括由电机驱动的直线导轨和设于直线导轨的移动滑块，所述测距部件设于移动滑块，直线导轨底部固定于地面，且直线导轨距离堆垛的距离由测距部件的测量范围进行确定。

进一步地，所述测距部件为2D激光测距雷达，朝向堆垛设置，2D激光测距雷达的测量范围为扇形区域，接收控制单元下达指令，在量程范围内扫描探测障碍物，并实时地将角度数据和测量距离发送给控制单元。

进一步地，为了实现对测距部件的固定，所述移动滑块表面设置卡槽，所述测距部件设于卡槽内，移动滑块侧部设置锁紧螺栓，锁紧螺栓穿过卡槽与测距部件相抵。

进一步地，所述搬运机器人还包括机器人本体和机器人控制器，机械臂与所述的抓手连接，机器人本体底部固定于地面或工作台，且机器人本体包括至少两段相互连接的所述机械臂，相邻的两机械臂能够旋转设置，机器人控制器控制机器人本体到达指定位置，并向抓手下达抓取或释放的指令。

进一步地，为了保证对物品的抓取和释放，所述抓手为真空吸盘或为与机械臂连接的水平工作臂，抓手不限于真空吸盘，可实现抓取或释放物品的动作；

或者，所述控制单元包括决策控制器和与决策控制器连接的触摸屏，决策控制器与机器人控制器连接，触摸屏相当于人机界面，用于启动、停止、物品尺寸、托盘高度、最大码垛层高等任务指令的输入，以及拆垛数量、测量识别结果等控制状态的显示。

进一步地，所述决策控制器采用工业计算机，接收人机界面的输入指令，据此确定整个装置所要执行的控制指令，分别下发给升降机构和测距机构，并根据反馈回来的测量结果，计算已测量物品的三维坐标位置，实时下发给搬运机器人。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了基于测距雷达定位引导的机器人拆垛系统的拆垛方法，包括如下步骤：

1)将待拆的垛堆放置在拆垛系统工作范围内，操作者通过控制单元输入参数信息，并启动升降机构、搬运机器人和测距部件；

2)控制单元根据输入的参数信息，计算得到升降机构的F(最大层数)个测量点P₁，…P_i，…P_F，i为自然数，其中Pi点的位置参数为B+H/2+(F-i)*H，H为物品的高度，B为托盘摆放平面相对于升降机构零位点的垂直距离，并按照拆垛系统工作流程规划相应的控制指令；

3)升降机构根据控制单元的控制指令由上至下的顺序，依次到达相应测量点P_i(i＝1，2，…F)；

4)测距部件在测量点P_i接收控制单元下达的指令，启动一次扫描，并将得到的一组点云数据{S_j|j＝1，2，…J}发送至控制单元，其中，S_j＝(D_j，THETA_j)，D_j为测距部件测量的障碍物的距离值，THETA_j为对应于该距离值的测距部件工作角度；

5)控制单元根据接收到的扫描数据，首先确定在该测量点是否检测到物品，当无物品且i<F，进入下一个测量点，即i＝i+1，返回步骤3)；当无物品且i＝F，即P_F测量点未检测到物品，表示拆垛完成；当检测到物品时，控制单元根据扫描数据计算得到物品数量及三维位姿，并将信息发送给搬运机器人；

6)搬运机器人接收到控制单元发送的物品数量及位姿数据，逐件搬运物品到指定位置，在搬运本次的最后一件物品离开堆垛的同时，向控制单元发送搬运完成信号；

7)当控制单元接收到搬运完成信号时，向测距部件再次发送启动扫描指令，返回步骤4)。

进一步地，所述步骤1)中参数信息包括物品尺寸、设长、宽、高分别为L、W、H，堆垛可能的最大层数F。

进一步地，所述步骤5)中按照如下方式判断该测量点是否检测到物品：根据激光雷达量程和垛堆区域，设定D_j的有效范围为(D_min，D_max)，THETA_j的有效范围为(THETA_min，THETA_max)，如果在有效范围内存在若干点云数据，则判断为检测到物品，否则判断为未检测到物品。

进一步地，所述步骤5)中对于在测量点P_i(i＝1，2，…F)进行扫描得到的数据，控制单元是按照如下的方法计算物品数量及三维位姿的：

1-1)对点云数据进行预处理，将超出有效范围的数据剔除；

1-2)通过坐标变换得到剩余K组有效数据在测距部件直角坐标系下的形式{P_k|k＝1，2，…K}，其中P_k＝(X_k，Y_k)，X_k为激光雷达坐标系中X方向的值，Y_k为激光雷达坐标系中Y方向的值；

1-3)从上述数据中找到M个角点特征，将数据分割成M+1组并分别拟合为直线段{Line_m|m＝1，2，…M+1}，其中Line_m＝k_m+b_m；

1-4)计算出相邻直线段Line_m和Line_m+1的交点坐标(x_m，y_m)，即为角点C_m的坐标；

1-5)对于任一角点特征C_m，进一步判断是否为凸形角点，凸形角点的数量即为此处扫描识别出的物品数量；

1-6)对于凸形角点特征C_m，所代表物品在测距部件直角坐标系中的位姿表示为POS_M_m＝[x_m；y_m；H/2；arctan(k_m+1)]；

1-7)物品在搬运机器人坐标系中的位姿表示为POS_R_m＝f(POS_M_m)，其中变换函数f表示机器人坐标系和激光雷达坐标系之间的相对关系，通过标定方法即可获得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明利用机器人替代人工拆垛作业，主要适用于外部尺寸一致的产品，通过智能传感器识别垛型垛位等未知信息，提高了生产自动化和智能化水平，降低了工人劳动强度，提升了生产效率和产品质量。

2)本发明与视觉传感器定位引导方法相比较，基于激光测距雷达的定位引导方法具有更高的精度和处理速度，且不受环境光照的影响，能够识别无显著图形特征的箱状物品，使用场合更为广泛。

3)与传感器固定安装于堆垛上方的方案相比较，激光测距雷达安装于垛堆一侧，堆垛的高度不受限制，机器人的工作空间范围也不受影响。

4)与整层全局扫描方法相比较，本方法逐批、逐层获取物品三维坐标，并实时传送给机器人控制系统并引导机器人自动拆垛，实时局部扫描与机器人搬运作业同步，使得系统整体运行效率高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

附图1为机器人拆垛系统组成示意图；

附图2为激光雷达测量装置结构示意图；

附图3为机器人系统拆垛方法的工作流程图；

附图4为升降机构上的测量点示意图；

附图5为激光测距雷达扫描数据及有效范围示意图；

附图6为第4层第1次激光扫描示意图；

附图7为第4层第2次激光扫描示意图；

附图8为第4层第3次激光扫描示意图；

其中：1激光雷达测量装置、2搬运机器人、3控制单元；101升降机构、1022D激光测距雷达、101-1直线导轨、101-2移动滑块、101-3电机；201机器人本体、202抓手、203机器人控制器；301人机界面、302决策控制器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统，包括升降机构101，带动测距部件在竖直平面内往复移动实现垛堆区域内设定位置的准确定位，且升降机构101设于垛堆区域一侧；搬运机器人2，包括用于抓取垛堆的抓手202，搬运机器人2设于垛堆区域一侧，且与升降机构101间隔设定距离设置；控制单元3，与升降机构101、测距部件和搬运机器人2分别单独电性连接。

该机器人拆垛系统通过升降机构带动测距部件移动，测距部件进行扫描，可以逐层获取需要搬运物品的位置，由搬运机器人2进行搬运，整个系统不受环境光照的影响，扫描设备的安装不限制机器人工作范围和堆垛高度，实时局部扫描与机器人搬运作业同步使得系统整体运行效率高，因而极大地提高了系统的使用场合。

升降机构101包括由电机101-3驱动的直线导轨101-1和设于直线导轨101-1的移动滑块101-2，直线导轨101-1竖直安装，根据垛堆的最大高度确定其长度；测距部件设于移动滑块101-2，移动滑块101-2在电机101-3驱动下可沿直线导轨101-1运动，并实现任意位置上的准确定位；电机101-3通常采用但不限于伺服电机，它的控制指令由控制单元3下达；升降机构101设于垛堆区域对角线延长线。

移动滑块101-2表面设置卡槽，测距部件设于卡槽内，移动滑块101-2侧部设置锁紧螺栓，锁紧螺栓穿过卡槽与测距部件相抵，用于紧固测距部件。

搬运机器人2还包括机器人本体201和机器人控制器，机械臂与所述的抓手202连接，机器人本体底部固定于地面或工作台，运动范围覆盖整个垛堆区域，搬运机器人2包括至少两段相互连接的机械臂201，相邻的两机械臂201能够旋转设置，机械臂的结构与现有技术相同，不再赘述。

抓手202为真空吸盘或为与机械臂连接的水平工作臂，真空吸盘可实现抓取或释放；测距部件为2D激光测距雷达，选用SICK的LMS500型，其测量范围为扇形区域，接收系统控制单元3下达指令，在量程范围内扫描探测障碍物，并实时地将角度数据和测量距离发送给控制单元3，水平工作臂包括两个，水平工作臂通过螺栓固定于机械臂的端部，用于从物品底部对物品进行搬运。

控制单元3包括人机界面301和决策控制器302，人机界面301硬件采用触摸屏，可选用型号DOP-W105B，与决策控制器302电连接，决策控制器可选用研华工控机，型号UNO-3083G，用于启动、停止、物品尺寸、托盘高度、最大码垛层高等任务指令的输入，以及拆垛数量、测量识别结果等控制状态的显示；决策控制器302可以是工业计算机，它接收人机界面的输入指令，据此确定激光雷达测量装置1所要执行的控制指令，分别下发给升降机构101和2D激光测距雷达102，并根据反馈回来的测量结果，计算已测量物品的三维坐标位置，实时下发给搬运机器人2。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了基于测距雷达定位引导的机器人拆垛系统的拆垛方法，包括如下步骤：

1)将待拆的垛堆放置在拆垛系统工作范围内，操作者通过控制单元输入参数信息，并启动升降机构、搬运机器人和测距部件；

2)控制单元根据输入的参数信息，计算得到升降机构的F个测量点P₁，…P_i，…P_F，其中Pi点的位置参数为B+H/2+(F-i)*H，B为托盘摆放平面相对于升降机构零位点的垂直距离，并按照拆垛系统工作流程规划相应的控制指令；

3)升降机构根据控制单元决策控制器的控制指令由上至下的顺序，依次到达相应测量点P_i(i＝1，2，…F)；

4)测距部件在测量点P_i接收控制单元下达的指令，启动一次扫描，并将得到的一组点云数据{S_j|j＝1，2，…J}发送至控制单元，其中，S_j＝(D_j，THETA_j)，D_j为测距部件测量的障碍物的距离值，THETA_j为对应于该距离值的测距部件工作角度；

5)控制单元决策控制器根据接收到的扫描数据，首先确定在该测量点是否检测到物品，当无物品且i<F，进入下一个测量点，即i＝i+1，返回步骤3)；当无物品且i＝F，即P_F测量点未检测到物品，表示拆垛完成；当检测到物品时，控制单元根据扫描数据计算得到物品数量及三维位姿，并将信息发送给搬运机器人；

6)搬运机器人接收到决策控制器发送的物品数量及位姿数据，逐件搬运物品到指定位置，在搬运本次的最后一件物品离开堆垛的同时，向控制单元发送搬运完成信号；

7)当控制单元接收到搬运完成信号时，向测距部件再次发送启动扫描指令，返回步骤4)。

其中，步骤1)中参数信息包括物品尺寸、设长、宽、高分别为L、W、H，堆垛可能的最大层数F。

本实施例中，设最大层数F＝4，最上层即第4层如附图6所示摆放了15件物品。以下结合实施例对步骤5)进行详细说明。

在上述的步骤5)中，是按照如下方式判断该测量点是否检测到物品的：根据激光雷达量程和垛堆区域，设定D_j的有效范围为(D_min，D_max)，THETA_j的有效范围为(THETA_min，THETA_max)，如附图5所示，如果在有效范围内存在若干点云数据，则判断为检测到物品，否则判断为未检测到物品。在测量点P₁即第4层进行第1次扫描时，如附图5所示，有效范围内明显存在若干点云数据，判断为检测到物品。

对于在测量点P₁即第4层进行第1次扫描得到的数据，如附图6，决策控制器302是按照如下的方法计算物品数量及三维位姿的：

①对点云数据进行预处理，将超出有效范围的数据剔除；

②通过坐标变换得到剩余K组有效数据在2D激光测距雷达直角坐标系下的形式{P_k|k＝1，2，…K}，其中P_k＝(X_k，Y_k)，X_k为激光雷达坐标系中X方向的值，Y_k为激光雷达坐标系中Y方向的值；

③从上述数据中找到1个角点特征，将数据分割成2组并分别拟合为直线段Line₁和Line₂，其中Line₁＝k₁+b₁，Line₂＝k₂+b₂；

④计算出相邻直线段Line₁和Line₂的交点坐标(x₁，y₁)，即为角点C₁的坐标；

⑤C₁为凸形角点，本次扫描识别出的物品数量为1个，即物品1，物品1在2D激光测距雷达直角坐标系中的位姿表示为POS_M₁＝[x₁，y₁，arctan(k₂)]；

⑥将POS_M₁变换为搬运机器人坐标系统中的位姿POS_R₁。

对于在测量点P₁即第4层进行第2次扫描得到的数据，如附图7，决策控制器302是按照如下的方法计算物品数量及三维位姿的：

①对点云数据进行预处理，将超出有效范围的数据剔除；

②通过坐标变换得到剩余K组有效数据在直角坐标系下的形式{P_k|k＝1，2，…K}，其中P_k＝(X_k，Y_k)，X_k为激光雷达坐标系中X方向的值，Y_k为激光雷达坐标系中Y方向的值；

③从上述数据中找到3个角点特征，将数据分割成4组并分别拟合为直线段{Line_m|m＝1，2，3，4}，其中Line_m＝k_m+b_m；

④计算出相邻直线段Line_m和Line_m+1的交点坐标(x_m，y_m)，即为角点C_m的坐标；

⑤其中C₁和C₃是凸形角点；

⑥角点特征C₁和C₃代表被识别出的物品，即物品2和物品3，本次扫描识别出的物品数量为2；

⑦凸形角点C₁和C₃所代表的物品在2D激光测距雷达直角坐标系中的位姿分别表示为POS_M₁＝[x₁，y₁，arctan(k₂)]，POS_M₃＝[x₃，y₃，arctan(k₄)]；

⑧通过标定方法将POS_M_m变换为搬运机器人坐标系统中的位姿POS_R_m。

对于在测量点P₁即第4层进行第3次扫描得到的数据，如附图8，决策控制器302是按照如下的方法计算物品数量及三维位姿的：

①对点云数据进行预处理，将超出有效范围的数据剔除；

②通过坐标变换得到剩余K组有效数据在直角坐标系下的形式{P_k|k＝1，2，…K}，其中P_k＝(X_k，Y_k)，X_k为激光雷达坐标系中X方向的值，Y_k为激光雷达坐标系中Y方向的值；

③从上述数据中找到5个角点特征，将数据分割成6组并分别拟合为直线段{Line_m|m＝1，2，3，4，5，6}，其中Line_m＝k_m+b_m；

④计算出相邻直线段Line_m和Line_m+1的交点坐标(x_m，y_m)，即为角点C_m的坐标；

⑤其中C₁、C₃和C₅是凸形角点；

⑥角点特征C₁、C₃和C₅代表被识别出的物品，即物品4、物品5和物品6，本次扫描识别出的物品数量为3；

⑦C₁、C₃和C₅所代表的物品在2D激光测距雷达直角坐标系中的位姿分别表示为POS_M₁＝[x₁，y₁，arctan(k₂)]，POS_M₃＝[x₃，y₃，arctan(k₄)]，POS_M₅＝[x₅，y₅，arctan(k₆)]；

⑧将POS_M_m变换为搬运机器人坐标系统中的位姿POS_R_m。

上述方法逐批、逐层获取物品三维坐标，并实时传送给机器人控制系统并引导机器人自动拆垛，实时局部扫描与机器人搬运作业同步，使得系统整体运行效率高。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统，其特征在于，包括：

升降机构，带动测距部件在竖直平面内往复移动实现测距部件在竖直方向移动且实现垛堆区域内设定位置的准确定位，且升降机构设于垛堆区域一侧的垛堆对角线延长线，所述测距部件为激光测距雷达；

搬运机器人，包括用于抓取垛堆的抓手，搬运机器人设于垛堆区域一侧，且与升降机构间隔设定距离设置；

控制单元，与升降机构、测距部件和搬运机器人分别单独电性连接，测距部件逐层进行扫描，直至检测到物品，控制单元根据扫描数据得到物品数量及三维位姿，并将信息发送给搬运机器人；

将待拆的垛堆放置在拆垛系统工作范围内，操作者通过控制单元输入参数信息，并启动升降机构、搬运机器人和测距部件；

控制单元根据输入的参数信息，计算得到升降机构的F个测量点P ₁ ，…P _i ，…P _F ，i为自然数，其中Pi点的位置参数为B+H/2+(F-i)*H，B为托盘摆放平面相对于升降机构零位点的垂直距离，H为物品尺寸的高度值，并按照拆垛系统工作流程规划相应的控制指令；

升降机构根据控制单元的控制指令由上至下的顺序，依次到达相应测量点P _i （i=1，2，… F）；

测距部件在测量点P _i 接收控制单元下达的指令，启动一次扫描，并将得到的一组点云数据{S _j |j=1，2，…J}发送至控制单元，其中，S _j =（D _j ，THETA _j ），D _j 为测距部件测量的障碍物的距离值，THETA _j 为对应于该距离值的测距部件工作角度；

控制单元根据接收到的扫描数据，首先确定在该测量点是否检测到物品，当无物品且i < F，进入下一个测量点，即i = i+1，按照由上至下的顺序，继续检测；当无物品且i = F，即P _F 测量点未检测到物品，表示拆垛完成；当检测到物品时，控制单元根据扫描数据计算得到物品数量及三维位姿，并将信息发送给搬运机器人；

搬运机器人接收到控制单元发送的物品数量及位姿数据，逐件搬运物品到指定位置，在搬运本次的最后一件物品离开堆垛的同时，向控制单元发送搬运完成信号；

当控制单元接收到搬运完成信号时，向测距部件再次发送启动扫描指令，继续进行下一个测量点扫描。

2.根据权利要求1所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统，其特征在于，所述升降机构包括由电机驱动的直线导轨和设于直线导轨的移动滑块，所述测距部件设于移动滑块上。

3.根据权利要求1所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统，其特征在于，所述测距部件为2D激光测距雷达。

4.根据权利要求2所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统，其特征在于，所述移动滑块表面设置卡槽，所述测距部件设于卡槽内，移动滑块侧部设置锁紧螺栓，锁紧螺栓穿过卡槽与测距部件相抵。

5.根据权利要求1所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统，其特征在于，所述搬运机器人还包括机器人本体和机器人控制器，机器人本体底部固定于地面或工作台，且机器人本体包括至少两段相互连接的机械臂，机械臂与所述的抓手连接，相邻的两机械臂能够旋转设置。

6.根据权利要求5所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统，其特征在于，所述抓手为真空吸盘或为与机械臂连接的水平工作臂。

7.根据权利要求5所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统，其特征在于，所述控制单元包括决策控制器和与决策控制器连接的触摸屏，决策控制器与机器人控制器连接。

8.基于权利要求1所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统的拆垛方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将待拆的垛堆放置在拆垛系统工作范围内，操作者通过控制单元输入参数信息，并启动升降机构、搬运机器人和测距部件；

2）控制单元根据输入的参数信息，计算得到升降机构的F个测量点P ₁ ，…P _i ，…P _F ，i为自然数，其中Pi点的位置参数为B+H/2+(F-i)*H，B为托盘摆放平面相对于升降机构零位点的垂直距离，H为物品尺寸的高度值，并按照拆垛系统工作流程规划相应的控制指令；

3）升降机构根据控制单元的控制指令由上至下的顺序，依次到达相应测量点P _i （i=1， 2，…F）；

4）测距部件在测量点P _i 接收控制单元下达的指令，启动一次扫描，并将得到的一组点云数据{S _j |j=1，2，…J}发送至控制单元，其中，S _j =（D _j ，THETA _j ），D _j 为测距部件测量的障碍物的距离值，THETA _j 为对应于该距离值的测距部件工作角度；

5）控制单元根据接收到的扫描数据，首先确定在该测量点是否检测到物品，当无物品且i< F，进入下一个测量点，即i = i+1，返回步骤3）；当无物品且i = F，即P _F 测量点未检测到物品，表示拆垛完成；当检测到物品时，控制单元根据扫描数据计算得到物品数量及三维位姿，并将信息发送给搬运机器人；

6）搬运机器人接收到控制单元发送的物品数量及位姿数据，逐件搬运物品到指定位置，在搬运本次的最后一件物品离开堆垛的同时，向控制单元发送搬运完成信号；

7）当控制单元接收到搬运完成信号时，向测距部件再次发送启动扫描指令，返回步骤4）。

9.根据权利要求8所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统的拆垛方法，其特征在于，所述步骤1）中参数信息包括物品尺寸、设长、宽、高分别为L、W、H，堆垛可能的最大层数F。

10.根据权利要求8所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统的拆垛方法，其特征在于，所述步骤5）中按照如下方式判断该测量点是否检测到物品：根据激光测距雷达量程和垛堆区域，设定D _j 的有效范围为（D _min ，D _max ），THETA _j 的有效范围为（THETA _min ， THETA _max ），如果在有效范围内存在若干点云数据，则判断为检测到物品，否则判断为未检测到物品。

11.根据权利要求10所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统的拆垛方法，其特征在于，所述步骤5）中对于在测量点P _i （i=1，2，…F）进行扫描得到的数据，控制单元是按照如下的方法计算物品数量及三维位姿的：

5-1）对点云数据进行预处理，将超出有效范围的数据剔除；

5-2）通过坐标变换得到剩余K组有效数据在测距部件直角坐标系下的形式{P _k |k=1， 2，…K}，其中P _k =（X _k ，Y _k ），X _k 为激光测距雷达坐标系中X方向的值，Y _k 为激光测距雷达坐标系中Y方向的值；

5-3）从上述数据中找到M个角点特征，将数据分割成M+1组并分别拟合为直线段{Line _m |m=1，2，…M+1}，其中Line _m =k _m +b _m ；

5-4）计算出相邻直线段Line _m 和Line _m+1 的交点坐标（x _m ，y _m ），即为角点C _m 的坐标；

5-5）对于任一角点特征C _m ，进一步判断是否为凸形角点，凸形角点的数量即为此处扫描识别出的物品数量；

5-6）对于凸形角点特征C _m ，所代表物品在测距部件直角坐标系中的位姿表示为POS_M _m =[x _m ；y _m ；H/2；arctan(k _m+1 )]；

5-7）物品在搬运机器人坐标系中的位姿表示为POS_R _m =f(POS_M _m )，其中变换函数f表示机器人坐标系和激光测距雷达坐标系之间的相对关系，通过标定方法即可获得。

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