CN109605381A - 一种三维定位取料系统及取料方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维定位取料系统及取料方法，包括感知定位模块、执行模块和抓取模块；所述感知定位模块包括图像获取模块和激光测距模块，所述图像获取模块用于在所述执行模块的控制下在物料上方获取所述物料在水平面上的图像，以得到所述物料的水平坐标信息；所述激光测距模块用于在所述执行模块的控制下在所述物料上方获取所述物料在垂直方向上的距离，以得到所述物料的垂直坐标信息；所述执行模块用于根据所述物料的水平坐标信息和垂直坐标信息控制所述抓取模块进行所述物料的抓取。本发明的三维定位取料系统及取料方法能够实现不同批次物料、多种规格、非固定点上料的物料抓取存取工作。

Description

一种三维定位取料系统及取料方法

技术领域

本发明涉及机械自动化的技术领域，特别是涉及一种三维定位取料系统及取料方法。

背景技术

在物流仓储流程中，物料的存取以上下料环节作为流程的开始。目前的物流仓储中的上下料工作主要包括以下两种方式：

(1)利用人工对物料进行搬运、摆放、码垛

该方式可适用于各种规格、各种路径、各种动作要求的上下料工作。然而，该方式需要大量的人力资源，且生产效率较低，无法大批量、快速、随时随地进行上下料工作。

(2)利用叉车等机动设备进行物料的搬运与排货

该方式不受场地和时间限制，可大批量进行上下料工作。但是，由于现有机动设备不具备感知能力，无法针对目标的变化进行自适应调整，故只适合于规格单一、流量稳定、执行动作一致、动作路径一致、重复性劳作频繁的工作，无法适应多种规格、执行动作一致，运行路径具有一定偏移量的复杂性流程。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三维定位取料系统及取料方法，通过感知定位模块获取物料的三维定位信息，并通过执行模块控制抓取模块以实现物料的准确抓取，从而能够实现不同批次物料、多种规格、非固定点上料的物料抓取存取工作。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三维定位取料系统，包括感知定位模块、执行模块和抓取模块；所述感知定位模块包括图像获取模块和激光测距模块，所述图像获取模块用于在所述执行模块的控制下在物料上方获取所述物料在水平面上的图像，以得到所述物料的水平坐标信息；所述激光测距模块用于在所述执行模块的控制下在所述物料上方获取所述物料在垂直方向上的距离，以得到所述物料的垂直坐标信息；所述执行模块用于根据所述物料的水平坐标信息和垂直坐标信息控制所述抓取模块进行所述物料的抓取。

于本发明一实施例中，所述图像获取模块采用工业照相机。

于本发明一实施例中，所述执行模块采用工业机器人。

于本发明一实施例中，所述图像获取模块设置在所述抓取模块所在坐标系的原点位置处。

于本发明一实施例中，所述激光测距模块设置在所述抓取模块所在坐标系的原点位置处。

于本发明一实施例中，所述抓取模块采用真空吸盘。

于本发明一实施例中，所述抓取模块采用机械抓手。

于本发明一实施例中，所述执行模块还用于先将抓取的物料移动至扫描区以进行物料的标识信息的扫描，再将抓取的物料移动至放料区。

于本发明一实施例中，所述执行模块还用于在抓取预设数量的物料之后，发出通知信息。

同时，本发明还提供一种三维定位取料方法，包括以下步骤：

基于图像获取模块在物料上方获取所述物料在水平面上的图像，以得到所述物料的水平坐标信息；

基于激光测距模块在所述物料上方获取所述物料在垂直方向上的距离，以得到所述物料的垂直坐标信息；

基于执行模块根据所述物料的水平坐标信息和垂直坐标信息控制抓取模块进行所述物料的抓取。

如上所述，本发明的三维定位取料系统及取料方法，具有以下有益效果：

(1)通过感知定位模块获取物料的三维定位信息，并通过执行模块控制抓取模块以实现物料的准确抓取；

(2)能够实现不同批次物料、多种规格、非固定点上料的物料抓取存取工作，且动作定位精度高、运行稳定、适用性强；

(3)节省了人力资源，提高了上下物料过程中的取料效率。

附图说明

图1显示为本发明的三维定位取料系统于一实施例中的框架示意图；

图2显示为本发明的三维定位取料系统于一实施例中的结构示意图；

图3显示为本发明的三维定位取料方法于一实施例中的流程图。

元件标号说明

1 感知定位模块

11 图像获取模块

12 激光测距模块

2 执行模块

3 抓取模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明的三维定位取料系统及取料方法通过感知定位模块获取物料的三维定位信息，并通过执行模块控制抓取模块以实现物料的准确抓取，从而能够实现不同批次物料、多种规格、非固定点上料的物料抓取存取工作，极大地提高了工作效率。

如图1所示，于一实施例中，本发明的三维定位取料系统包括感知定位模块1、执行模块2和抓取模块3。

感知定位模块1包括图像获取模块11和激光测距模块12，所述图像获取模块11用于在所述执行模块2的控制下在物料上方获取所述物料在水平面上的图像，以得到所述物料的水平坐标信息；所述激光测距模块12用于在所述执行模块2的控制下在所述物料上方获取所述物料在垂直方向上的距离，以得到所述物料的垂直坐标信息。

优选地，感知定位模块1设置在抓取模块3上，抓取模块3与执行模块2相连。在执行模块2的驱动下，感知定位模块1能够移动至物料的上方，从而能够在物料上方获取物料的水平面上的图像和垂直方向上的距离。通过对物料在水平面上的图像和垂直方向上的距离的处理，能够得到物料的水平坐标信息和垂直坐标信息，即物料的三维坐标信息。优选地，在本发明中，所采用的坐标系为笛卡尔坐标系。需要说明的是，凡是能够确定物料具体位置的其他坐标系均在本发明的保护范围之列，在此不一一列出。

于本发明一实施例中，为了便于计算物料的水平坐标信息和垂直坐标信息，通常将所述图像获取模块11和所述激光测距模块12设置在所述抓取模块3所在坐标系的原点位置处。当然，所述图像获取模块11和所述激光测距模块12设置在所述抓取模块3所在坐标系的其他位置处，只需根据相应的偏移坐标来校正得到水平坐标信息和垂直坐标信息即可。

于本发明一实施例中，设置在所述抓取模块所在坐标系的原点位置处。

于本发明一实施例中，图像获取模块11采用工业照相机，以能够获取一定清晰度的物料图像，进而保证所获取的物料的水平坐标信息的准确度。激光测距模块12采用激光测距仪。激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。由于激光测距的高精确度，故得到的物料的垂直坐标信息也是高精度的。

执行模块2与感知定位模块1和抓取模块3相连，用于根据所述物料的水平坐标信息和垂直坐标信息控制所述抓取模块3进行所述物料的抓取。

具体地，当感知定位模块1获得物料的水平坐标信息和垂直坐标信息后，将其传送至执行模块2。执行模块2根据物料的水平坐标信息和垂直坐标信息准确控制抓取模块3移动至物料所在位置进行抓取操作，从而实现了本发明的自动化的三维定位取料。同时，执行模块2根据物料的水平坐标信息和垂直坐标信息判断物料的大小，进而采用对应的控制算法控制抓取模块3的抓取操作，从而能够实现不同批次物料、多种规格、非固定点上料的物料抓取存取工作，灵活性高，适用性强。

于本发明一实施例中，所述执行模块2采用工业机器人。优选地，所述工业机器人可采用六轴工业机器人，从而具有精确且灵活的动作执行能力。

于本发明一实施例中，抓取模块3可采用真空吸盘或者机械抓手。

于本发明一实施例中，所述执行模块3还用于先将抓取的物料移动至扫描区以进行物料的标识信息的扫描，再将抓取的物料移动至放料区，从而能够在物料抓取的过程中实现物料的信息记录，便于进行物流跟踪。优选地，物料的标识信息可以为二维码、条形码、数字编码中的一种或多种组合。

于本发明一实施例中，所述执行模块3还用于在抓取预设数量的物料之后，发出通知信息，以便于下级机构根据所述通知信息执行对应的操作。

下面通过具体实施例来进一步阐述本发明的三维定位取料系统。

如图2所示，在该实施例中，执行模块采用六轴工业机器人，感知定位模块采用2D工业照相机和激光测距仪，抓取模块采用平面真空吸盘。

图2中工业机器人两侧为物料摆放区域，不同规格、尺寸大小的物料可以批量化的摆放在这个区域，等待取料。本实施例中物料为从运输车直接卸下的每台由长方体包装箱包裹的物料包装垛，包装垛分为5层，每层四个物料，单个物料重量约为20公斤。所采用平面真空吸盘带有保压功能，适用于包装箱包裹的物料，吸力最大约为40公斤。2D照相机与激光测距仪安装于真空吸盘所在坐标系的原点处。

下面基于物料的上下料过程，对该实施例的工作流程进行阐述。

首先，将待取走物料包装垛放置于摆放区内，触发工业机器人自动取料命令。工业机器人收到命令后进行响应，进入取料过程。取料过程包括三个步骤：

(1)探料过程

工业机器人将安装于真空吸盘上的2D照相机及激光测距仪放置于物料摆放区上空进行位置识别。首先，激光测距仪对物料高度进行测量，得到物料的垂直方向坐标并传递给工业机器人，工业机器人获得垂直轴方向的抓取偏移量；2D照相机对平面物料拍照进行位置识别，将各个物料的位置的图像信息转化为坐标值，并传递给工业机器人。工业机器人控制系统计算出相对于取料全局基准坐标系的平面两轴的偏移量。

(2)取料过程

工作机器人按照获得的物料的三维坐标，即水平坐标信息和垂直坐标信息，将真空吸盘高速运行于待取料上方，慢速下行，压紧物料，打开真空泵，吸紧物料，将物料慢速抬离包装垛，高速运行至物料二维码信息扫描区，对物料信息进行录入，收到信息录入成功信号后，工业机器人将物料高速运送至放料区域，进入放料过程。

(3)放料过程

工业机器人将物料运送至输送线上料点，关闭真空泵，将物料下放至输送线上料托盘上。之后重复上述探料、取料过程，并在上料托盘固定码垛位置进行码垛处理。码垛完成后，机器人向输送线系统发送上料完成信号，以令输送线将物料运走。机器人取料系统完成一次取料循环后，等待下一个上料托盘到位，从而启动下一次取料循环。

如图3所示，于一实施例中，本发明还提供一种三维定位取料方法，包括以下步骤：

步骤S1、基于图像获取模块在物料上方获取所述物料在水平面上的图像，以得到所述物料的水平坐标信息；

步骤S2、基于激光测距模块在所述物料上方获取所述物料在垂直方向上的距离，以得到所述物料的垂直坐标信息；

步骤S3、基于执行模块根据所述物料的水平坐标信息和垂直坐标信息控制抓取模块进行所述物料的抓取。

本发明的三维定位取料方法其原理与三维定位取料系统相同，故在此不再赘述。

综上所述，本发明的三维定位取料系统及取料方法通过感知定位模块获取物料的三维定位信息，并通过执行模块控制抓取模块以实现物料的准确抓取；能够实现不同批次物料、多种规格、非固定点上料的物料抓取存取工作，且动作定位精度高、运行稳定、适用性强；节省了人力资源，提高了上下物料过程中的取料效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种三维定位取料系统，其特征在于：包括感知定位模块、执行模块和抓取模块；

所述感知定位模块包括图像获取模块和激光测距模块，所述图像获取模块用于在所述执行模块的控制下在物料上方获取所述物料在水平面上的图像，以得到所述物料的水平坐标信息；所述激光测距模块用于在所述执行模块的控制下在所述物料上方获取所述物料在垂直方向上的距离，以得到所述物料的垂直坐标信息；

所述执行模块用于根据所述物料的水平坐标信息和垂直坐标信息控制所述抓取模块进行所述物料的抓取。

2.根据权利要求1所述的三维定位取料系统，其特征在于：所述图像获取模块采用工业照相机。

3.根据权利要求1所述的三维定位取料系统，其特征在于：所述执行模块采用工业机器人。

4.根据权利要求1所述的三维定位取料系统，其特征在于：所述图像获取模块设置在所述抓取模块所在坐标系的原点位置处。

5.根据权利要求1所述的三维定位取料系统，其特征在于：所述激光测距模块设置在所述抓取模块所在坐标系的原点位置处。

6.根据权利要求1所述的三维定位取料系统，其特征在于：所述抓取模块采用真空吸盘。

7.根据权利要求1所述的三维定位取料系统，其特征在于：所述抓取模块采用机械抓手。

8.根据权利要求1所述的三维定位取料系统，其特征在于：所述执行模块还用于先将抓取的物料移动至扫描区以进行物料的标识信息的扫描，再将抓取的物料移动至放料区。

9.根据权利要求1所述的三维定位取料系统，其特征在于：所述执行模块还用于在抓取预设数量的物料之后，发出通知信息。

10.一种三维定位取料方法，其特征在于：包括以下步骤：

基于图像获取模块在物料上方获取所述物料在水平面上的图像，以得到所述物料的水平坐标信息；

基于激光测距模块在所述物料上方获取所述物料在垂直方向上的距离，以得到所述物料的垂直坐标信息；

基于执行模块根据所述物料的水平坐标信息和垂直坐标信息控制抓取模块进行所述物料的抓取。