CN109941650B - 一种机器人对位货架的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人对位货架的方法及系统，机器人对位货架的方法包括步骤：机器人根据行进路径靠近货架，后设于货架底部的导向通道修正所述行进路径使所述机器人潜入所述货架，其中，所述导向通道由分设于所述行进路径两侧的导轨围设形成；摄像头识别设于所述货架底部的识别标签以实现所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔；其中，所述摄像头于所述机器人，且当所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应时，所述摄像头位于所述识别标签的正下方。本发明在机器人行进的同时修正对位偏差，缩短了顶升杆和牵引孔的精准对位所耗时间，提高了顶升杆和牵引孔的对准效率。

Description

一种机器人对位货架的方法及系统

技术领域

本发明涉及机器人与货架对接技术领域，尤指一种机器人对位货架的方法及系统。

背景技术

潜伏式机器人在拖挂一些如货架等载体时，需要用顶升杆来固定及拖动可移动货架等载体，机器人底盘上需要有一组或多组顶杆；机器人在自动装卸货架时，顶升杆需要伸入货架底部的牵引孔内实现货架的牵引，但由于牵引孔与顶升杆的对接允许误差过不能过大，导致顶升杆对位牵引孔难度系数很大，导致机器人与货架对准过程过于漫长，大大降低了智能仓储的效率，严重影响了智能仓储的发展，因此，本领域技术人员亟需提供一种提高机器人和货架对位的精准度的方法，以缩短对接时长，提高智能仓储的效率和吞吐量。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人对位货架的方法及系统，通过三次路径优化(行进路径-导向通道-识别标签)，使得机器人行进的同时修正对位偏差，缩短了顶升杆和牵引孔的精准对位所耗时间，提高了顶升杆和牵引孔的对准效率。

本发明提供的技术方案如下：

一种机器人对位货架的方法，包括步骤：

机器人根据行进路径靠近货架，后设于货架底部的导向通道修正所述行进路径使所述机器人潜入所述货架，其中，所述导向通道由分设于所述行进路径两侧的导轨围设形成；

摄像头识别设于所述货架底部的识别标签以实现所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔；其中，所述摄像头于所述机器人，且当所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应时，所述摄像头位于所述识别标签的正下方。

本技术方案中，机器人沿行进路径可初步靠近货架，当机器人进入货架底部时，进一步通过货架下的导向通道调整机器人的实际行走路径，确保机器人进入货架底部的误差范围，实现机器人与货架的初步限位和对接；最后，通过识别标签实现顶升杆和牵引孔的精准定位和对接，从而确保顶升杆和牵引孔在较短的时间内实现精准定位(如导向通道在机器人潜入货架底部过程便实现了顶升杆和牵引孔的水平对准粗限位，缩短了机器人水平修正量(降低了顶升杆偏离牵引孔的距离，使得机器人走位路径缩短)，还缩短了摄像头识别识别标签的时间和过程(导向通道局限了摄像头和识别标签的水平距离，降低了摄像头因水平偏离识别标签过远而无法识别识别标签的概率)，从而降低了顶升杆对位牵引孔的难度和时长)。

进一步优选地，所述导向通道的宽度尺寸沿所述行进路径渐缩，所述导向通道的宽度尺寸与所述机器人的宽度尺寸的差值的最小值为0-4cm。

本技术方案中，通过导向通道的渐缩形状实现货架对机器人于货架底部行进路径的缓和微调，提高机器人与货架对接稳定性；更优的，通过限制导向槽与机器人的尺寸差值，在保证机器人潜入货架的顺畅性的同时限定了顶升杆与牵引孔的平移偏差量。

进一步优选地，所述摄像头识别设于所述货架底部的识别标签以实现所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔包括步骤：

所述摄像头获取所述识别标签的当前图像帧，当所述当前图像帧与所述识别标签的正仰视图的相似度超出预设值时，所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔。

本技术方案中，当当前图像帧与识别标签的正仰视图相似度在误差允许范围内时，则表明顶升杆可顺利伸入牵引孔，值得说明的是，摄像头获得的识别标签的图像帧和识别标签的正仰视图的允许误差百分比优选与顶升杆和牵引孔对接的允许误差百分比相同，如当预设值为95％时，则说明识别标签的图像帧和识别标签的正仰视图的允许误差百分比优选与顶升杆和牵引孔对接的允许误差百分比均为5％；具体可根据不同顶升杆和牵引孔的误差进行设置，以确保顶升杆在误差允许范围内伸入牵引孔。

进一步优选地，所述摄像头识别设于所述货架底部的识别标签以实现所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔包括步骤：

所述摄像头获取所述识别标签的当前图像帧，当所述当前图像帧与所述识别标签的正仰视图的相似度小于预设值时，通过刚体转换和透视投影并依据所述当前图像帧计算出所述摄像头相对于所述摄像头位于所述识别标签的正下方时的当前平移矢量，所述机器人根据所述当前平移矢量调整位置，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔。

本技术方案中，通过刚体转换和透视投影原理并结合当前图像帧计算出机器人的当前平移矢量，使得机器人根据当前平移矢量调整位置以实现顶升杆位于牵引孔的正下方，确保顶升杆与牵引孔的精准对位。

进一步优选地，所述机器人根据行进路径靠近货架，后设于货架底部的导向通道修正所述行进路径使所述机器人潜入所述货架之前包括步骤：

设定所述机器人靠近所述货架的规划路径。

本技术方案中，通过规划路径机器人可靠近需要其进行对接的货架，确保机器人与货架的对应准确性，避免机器人装载货架出现失误。

进一步优选地，所述机器人根据行进路径靠近货架，后设于货架底部的导向通道修正所述行进路径使所述机器人潜入所述货架之前还包括步骤：

根据所述货架轮廓设定所述机器人进入所述货架的行进路径。

本技术方案中，通过货架轮廓设定机器人进入货架的行进路径，使得机器人根据规划路行至离货架的一定距离的位置处，然后获取货架轮廓设定机器人进入货架的行进路径，实现了机器人与货架对接的进一步调整，从而实现了机器人与货架对接的四次优化，确保了机器人与货架的对位顺利性和顺畅性。

本发明还提供了一种机器人对位货架的系统，包括：

机器人和货架；

所述机器人包括机器人本体、顶升机构和摄像头，所述摄像头和顶升机构均设于所述机器人本体；

所述货架包括货架本体，所述货架本体的底部设有、识别标签、导轨和牵引孔；相对间隔设置的两个导轨围设形成导向通道；

所述机器人根据行进路径靠近货架，后所述导向通道修正所述行进路径使所述机器人潜入所述货架；所述机器人根据所述摄像头识别所述识别标签以实现所述顶升机构的顶升杆与所述牵引孔的位置对应，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔；当所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应时，所述摄像头位于所述识别标签的正下方。

本技术方案中，机器人沿行进路径可初步靠近货架，当机器人进入货架底部时，进一步通过货架下的导向通道调整机器人的实际行走路径，确保机器人进入货架底部的误差范围，实现机器人与货架的初步限位和对接；最后，通过识别标签实现顶升杆和牵引孔的精准定位和对接，从而确保顶升杆和牵引孔在较短的时间内实现精准定位(如导向通道在机器人潜入货架底部过程便实现了顶升杆和牵引孔的水平对准粗限位，缩短了机器人水平修正量(降低了顶升杆偏离牵引孔的距离，使得机器人走位路径缩短)，还缩短了摄像头识别识别标签的时间和过程(导向通道局限了摄像头和识别标签的水平距离，降低了摄像头因水平偏离识别标签过远而无法识别识别标签的概率)，从而降低了顶升杆对位牵引孔的难度和时长)。

进一步优选地，所述导向通道的宽度尺寸沿所述行进路径渐缩，所述导向通道的宽度尺寸与所述机器人的宽度尺寸的差值的最小值为0-4cm。

本技术方案中，通过导向通道的渐缩形状实现货架对机器人于货架底部行进路径的缓和微调，提高机器人与货架对接稳定性；更优的，通过限制导向槽与机器人的尺寸差值，在保证机器人潜入货架的顺畅性的同时限定了顶升杆与牵引孔的平移偏差量。

进一步优选地，还包括处理模块，所述摄像头获取所述识别标签的当前图像帧，当所述当前图像帧与所述识别标签的正仰视图的相似度超出预设值时，所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔；当所述当前图像帧与所述识别标签的正仰视图的相似度小于预设值时，通过刚体转换和透视投影并依据所述当前图像帧计算出所述摄像头相对于所述摄像头位于所述识别标签的正下方时的当前平移矢量，所述机器人根据所述当前平移矢量调整位置，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔。

本技术方案中，当当前图像帧与识别标签的正仰视图相似度在误差允许范围内时，则表明顶升杆可顺利伸入牵引孔，值得说明的是，摄像头获得的识别标签的图像帧和识别标签的正仰视图的允许误差百分比优选与顶升杆和牵引孔对接的允许误差百分比相同，如当预设值为95％时，则说明识别标签的图像帧和识别标签的正仰视图的允许误差百分比优选与顶升杆和牵引孔对接的允许误差百分比均为5％；具体可根据不同顶升杆和牵引孔的误差进行设置，以确保顶升杆在误差允许范围内伸入牵引孔。当当前图像帧与识别标签的正仰视图相似度在误差允许范围之外时，通过刚体转换和透视投影原理并结合当前图像帧计算出机器人的当前平移矢量，使得机器人根据当前平移矢量调整位置以实现顶升杆位于牵引孔的正下方，确保顶升杆与牵引孔的精准对位。

进一步优选地，还包括控制模块，设定所述机器人靠近所述货架的规划路径；和/或，规划模块，根据所述货架轮廓设定所述机器人进入所述货架的行进路径。

本技术方案中，通过规划路径机器人可靠近需要其进行对接的货架，确保机器人与货架的对应准确性，避免机器人装载货架出现失误。更优的，通过货架轮廓设定机器人进入货架的行进路径，使得机器人根据规划路行至离货架的一定距离的位置处，然后获取货架轮廓设定机器人进入货架的行进路径，实现了机器人与货架对接的进一步调整，从而实现了机器人与货架对接的四次优化，确保了机器人与货架的对位顺利性和顺畅性。

本发明提供的一种机器人对位货架的方法及系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本发明中，机器人沿行进路径可初步靠近货架，当机器人进入货架底部时，进一步通过货架下的导向通道调整机器人的实际行走路径，确保机器人进入货架底部的误差范围，实现机器人与货架的初步限位和对接；最后，通过识别标签实现顶升杆和牵引孔的精准定位和对接，从而确保顶升杆和牵引孔在较短的时间内实现精准定位(如导向通道在机器人潜入货架底部过程便实现了顶升杆和牵引孔的水平对准粗限位，缩短了机器人水平修正量(降低了顶升杆偏离牵引孔的距离，使得机器人走位路径缩短)，还缩短了摄像头识别识别标签的时间和过程(导向通道局限了摄像头和识别标签的水平距离，降低了摄像头因水平偏离识别标签过远而无法识别识别标签的概率)，从而降低了顶升杆对位牵引孔的难度和时长)。

2、本发明中，通过导向通道的渐缩形状实现货架对机器人于货架底部行进路径的缓和微调，提高机器人与货架对接稳定性；更优的，通过限制导向槽与机器人的尺寸差值，在保证机器人潜入货架的顺畅性的同时限定了顶升杆与牵引孔的平移偏差量。

3、本发明中，当当前图像帧与识别标签的正仰视图相似度在误差允许范围内时，则表明顶升杆可顺利伸入牵引孔；当当前图像帧与识别标签的正仰视图相似度在误差允许范围之外时，通过刚体转换和透视投影原理并结合当前图像帧计算出机器人的当前平移矢量，使得机器人根据当前平移矢量调整位置以实现顶升杆位于牵引孔的正下方，确保顶升杆与牵引孔的精准对位。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对机器人对位货架的方法及系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明的机器人对位货架的方法第一种实施例流程图；

图2是本发明的机器人对位货架的方法第二种实施例流程图；

图3是本发明的机器人与货架处于对接状态时的一种实施例结构示意图；

图4是本发明的机器人的一种实施例结构示意图；

图5是本发明的货架的一种实施例结构示意图；

图6是本发明的机器人潜入货架底部时的一种实施例结构示意图；

图7是本发明的货架的一种仰视图结构示意图；

图8是本发明的顶升机构的一种实施例结构示意图；

图9是本发明顶升机构的另一种实施例结构示意图。

附图标号说明：

1.机器人，11.顶升机构，111.顶升杆，121.法兰，1211.法兰孔，1212.法兰安装孔，123.球头螺丝，124.连接座，125.适配件，126.直线电机，1261.推杆，127.轴套，131.第一磁性件，132.第二磁性件，14.机器人本体，141.底板，142.顶板，1421.顶升孔，15.摄像头，161.驱动轮，162.从动轮，2.货架，21.货架底框，211.导轨，212.导向通道，213.识别标签，214.牵引孔，215.万向轮。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在实施例一中，如图1所示，一种机器人对位货架的方法，包括步骤：

机器人根据行进路径靠近货架，后设于货架底部的导向通道修正所述行进路径使所述机器人潜入所述货架，其中，所述导向通道由分设于所述行进路径两侧的导轨围设形成；

摄像头识别设于所述货架底部的识别标签以实现所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔；其中，所述摄像头于所述机器人，且当所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应时，所述摄像头位于所述识别标签的正下方。

本实施例中，机器人沿行进路径可初步靠近货架，当机器人进入货架底部时，进一步通过货架下的导向通道调整机器人的实际行走路径，确保机器人进入货架底部的误差范围，实现机器人与货架的初步限位和对接；最后，通过识别标签实现顶升杆和牵引孔的精准定位和对接，从而确保顶升杆和牵引孔在较短的时间内实现精准定位(如导向通道在机器人潜入货架底部过程便实现了顶升杆和牵引孔的水平对准粗限位，缩短了机器人水平修正量(降低了顶升杆偏离牵引孔的距离，使得机器人走位路径缩短)，还缩短了摄像头识别识别标签的时间和过程(导向通道局限了摄像头和识别标签的水平距离，降低了摄像头因水平偏离识别标签过远而无法识别识别标签的概率)，从而降低了顶升杆对位牵引孔的难度和时长)。

在实施例二中，如图1所示，在实施例一的基础上，一种机器人对位货架的方法，所述导向通道的宽度尺寸沿所述行进路径渐缩，所述导向通道的宽度尺寸与所述机器人的宽度尺寸的差值的最小值为0-4cm。在实际应用中，货架一般为矩形，因此货架的底部的每一个边优选均设有导向通道，且每一个导向通道的宽度尺寸优选相同，从而便于机器人从不同的方向潜入货架，更优的，便于根据货架轮廓设定更适于机器人进入货架的行进路径，特别是货架放置于有遮挡物的位置时，如多个货架堆放一起，导致货架的至少一个边被其他的货架遮挡，这样，在设定行进路径时，可放弃被遮挡的那些个边，而选择没有被遮挡便于机器人潜入的其他边进入货架，保证机器人能够顺利进入货架；当货架有两个边可进入时，则可选定进入更为便捷的行进路径，如行进路径与规划路径能够光滑过渡，无需机器人转向直接顺着规划路径的前进方向顺利进入行进路径。值得说明的是，规划路径和行进路径优选以机器人的中间位置为基准，从而便于基于货架轮廓计算处货架某一个边的中间点位于行进路径上。优选地，还可进一步限定摄像头的工作范围以进一步控制机器人的平移误差量，降低机器人于货架底部的水平移动量，避免机器人与货架的碰撞。如限定摄像头的水平工作范围为以识别标签的正下方为基准的水平偏移量为0-6cm，从而控制机器人水平偏移范围控制在0-6cm范围内，降低机器人与货架对接的误差允许范围，提高对接精准度。

在实施例三中，如图1所示，在实施例一或二的基础上，一种机器人对位货架的方法，所述摄像头识别设于所述货架底部的识别标签以实现所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔包括步骤：

所述摄像头获取所述识别标签的当前图像帧，当所述当前图像帧与所述识别标签的正仰视图的相似度超出预设值时，所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔；当所述当前图像帧与所述识别标签的正仰视图的相似度小于预设值时，通过刚体转换和透视投影并依据所述当前图像帧计算出所述摄像头相对于所述摄像头位于所述识别标签的正下方时的当前平移矢量，所述机器人根据所述当前平移矢量调整位置，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔。

本实施例中，由于摄像头位于识别标签的正下方时获取的识别标签的当前图像帧与识别标签的正仰视图相同，说明当当前图像帧与识别标签的正仰视图的相似度超出预设值时则说明顶升杆与牵引孔位置对应，此时顶升杆可上升并可顺利进入牵引孔。由于顶升杆与牵引孔具有一定的对接允许误差，因此，当摄像头在识别标签的正下方偏离一定距离时也可以的。因此预设值的设置可根据不同的顶升杆和牵引孔的误差允许范围来设置，如当顶升杆与牵引孔的对接允许误差为0-10％时，则预设值可为90-100％，即当顶升杆与牵引孔的对接允许误差与预设值的和为100％。但当摄像头偏离识别标签过大时，这时，顶升杆与牵引孔无法对接，则此时可通过刚体转换和透视投影并结合当前图像帧计算出摄像头相对于摄像头位于识别标签的正下方时的当前平移矢量，使得机器人可根据当前平移矢量移动直到摄像头位于识别标签的正下方，则表明顶升杆与识别标签位置对应，此时，顶升杆可上升伸入牵引孔。值得说明的是，在判断当前图像帧与识别标签的正仰视图是否相似时，可直接对比当前图像帧与识别标签的正仰视图的重合度或者当前图像帧经过二值分割后形成的外形轮廓与识别标签的正仰视图的外形轮廓的相似度或重合度。

具体地，所述通过刚体转换和透视投影并依据所述当前图像帧计算出所述摄像头相对于所述摄像头位于所述识别标签的正下方时的当前平移矢量包括步骤：

以所述识别标签的已知点为原点建立世界坐标系；

读取所述识别标签的多个第一预设点在像素坐标系中的预设点像素坐标，以及所述多个第一预设点在世界坐标系中的预设点世界坐标；

将所述第一预设点像素坐标、所述第一预设点世界坐标以及预先获取的所述摄像头的内参矩阵分别带入下述公式(1)和(2)，再结合公式(3)得到所述摄像头的当前视场的旋转矩阵和平移向量：

其中，(u，v，1)表示所述平面标识物中所述第一预设点在摄像机的像素坐标系中像素坐标的齐次坐标，(Xw，Yw，Zw，1)表示所述第一预设点在所述世界坐标系中世界坐标的齐次坐标，(Xc，Yc，Zc)表示所述第一预设点在摄像机的相机坐标系中的相机坐标；fx表示摄像机透镜的物理焦距F与成像仪在X轴方向每个单元尺寸的乘积，fy表示摄像机透镜的物理焦距F与成像仪在y轴方向每个单元尺寸的乘积，cx表示成像仪中心与光轴在X轴方向上的偏移，cy表示由于成像仪成像仪中心与光轴在Y轴方向上的偏移；R表示世界坐标系到相机坐标系的旋转矩阵，T表示所述世界坐标系到所述相机坐标系的平移向量；

根据所述旋转矩阵R和所述平移向量T计算出所述所述摄像头相对于所述摄像头位于所述识别标签的正下方时的当前平移矢量。

在实际应用中，由于识别标签的尺寸均为可知，因此，识别标签的任意一点均可为已知点(如识别标签的中心点、角点等)；且第一预设点也可为任意点(如角点、边上的中心点)，值得说明的是，为了便于计算，已知点和第一预设点可为便于计算的点，如识别标签的中心点、角点、边上的中点等等。且由于摄像头是固定于机器人，因此，摄像头的当前平移矢量即为机器人的当前平移矢量，机器人根据当前平移矢量可平移至顶升杆与牵引孔对应的位置处。

优选地，所述通过刚体转换和透视投影并依据所述当前图像帧计算出所述摄像头相对于所述摄像头位于所述识别标签的正下方时的当前平移矢量还包括步骤：

获取当前图像帧的外形轮廓；

读取所述外形轮廓的多个第二预设点的像素坐标；

定义所述外形轮廓经过透视投影变换后形成的正仰视图后的所述多个第二预设点的像素坐标为预存的所述识别标签的正仰视图的所述多个第二预设点的像素坐标；

将所述读取的多个第二预设点的像素坐标，以及所述定义的多个第二预设点的像素坐标分别带入平面透视投影变化公式(4)，求取透视投影变换矩阵M：

其中，X为外形轮廓第二预设点的齐次像素坐标，其非齐次像素坐标为

X′为射影变换后第二预设点的齐次坐标，其非齐次像素坐标为

根据所述射影变换矩阵M，对所述外形轮廓对应的所有像素都执行透视投影变换，获得所述外形轮廓对应的正仰视图。

值得说明是，当前图像帧的外形轮廓可通过对当前图像帧进行二值分割得到；而摄像头的内参矩阵可采用张正友的棋盘标定法对摄像头进行标定而得到摄像头的内参矩阵。第一预设点和第二预设点可为同一预设点或不同点。

在实施例四中，如图2所示，一种机器人对位货架的方法，在实施例一、二或三的基础上，所述机器人根据行进路径靠近货架，后设于货架底部的导向通道修正所述行进路径使所述机器人潜入所述货架之前包括步骤：

设定所述机器人靠近所述货架的规划路径；

根据所述货架轮廓设定所述机器人进入所述货架的行进路径。

本实施例中，通过规划路径机器人可靠近与其即将对接的货架，在机器人靠近货架之前，可通过该货架的货架轮廓设定机器人进入货架的行进路径，从而使得机器人的规划路径的末端将成为行进路径的起始点，使得机器人在规划路径和行进路径的交接点处可重新规划一次进入货架的路径，改善了机器人与货架对接方式，降低了机器人与货架对接的难度。

在实施例五中，如图3-9所示，一种机器人对位货架的系统，包括：机器人1和货架2；机器人1包括机器人本体14、顶升机构11和摄像头15，摄像头15和顶升机构11均设于机器人本体14；货架2包括货架本体，货架本体的底部设有、识别标签213、导轨211和牵引孔214；相对间隔设置的两个导轨211围设形成导向通道212；机器人1根据行进路径靠近货架2，后导向通道212修正行进路径使机器人1潜入货架2；机器人1根据摄像头15识别识别标签213以实现顶升机构11的顶升杆111与牵引孔214的位置对应，后顶升杆111上升并伸入牵引孔214；当机器人1的顶升杆111与货架2的牵引孔214的位置对应时，摄像头15位于识别标签213的正下方。在实际应用中，机器人1沿行进路径可初步靠近货架2，当机器人1进入货架2底部时，进一步通过货架2下的导向通道212调整机器人1的实际行走路径，确保机器人1进入货架2底部的误差范围，实现机器人1与货架2的初步限位和对接；最后，通过识别标签213实现顶升杆111和牵引孔214的精准定位和对接，从而确保顶升杆111和牵引孔214在较短的时间内实现精准定位。

在实施例六中，如图3-9所示，在实施例五的基础上，导向通道212的宽度尺寸沿行进路径渐缩，导向通道212的宽度尺寸与机器人1的宽度尺寸的差值的最小值为0-4cm。在实际应用中，货架2一般为矩形，因此货架2的底部的每一个边优选均设有导向通道212，且每一个导向通道212的宽度尺寸优选相同，从而便于机器人1从不同的方向潜入货架2，更优的，便于根据货架轮廓(货架底框21的轮廓)设定更适于机器人1进入货架2的行进路径，特别是货架2放置于有遮挡物的位置时，如多个货架2堆放一起，导致货架2的至少一个边被其他的货架2遮挡，这样，在设定行进路径时，可放弃被遮挡的那些个边，而选择没有被遮挡便于机器人1潜入的其他边进入货架2，保证机器人1能够顺利进入货架2；当货架2有两个边可进入时，则可选定进入更为便捷的行进路径，如行进路径与规划路径能够光滑过渡，无需机器人1转向直接顺着规划路径的前进方向顺利进入行进路径。值得说明的是，规划路径和行进路径优选以机器人1的中间位置为基准，从而便于基于货架轮廓计算处货架2某一个边的中间点位于行进路径上。优选地，还可进一步限定摄像头15的工作范围以进一步控制机器人1的平移误差量，降低机器人1于货架2底部的水平移动量，避免机器人1与货架2的碰撞。如限定摄像头15的水平工作范围为以识别标签213的正下方为基准的水平偏移量为0-6cm，从而控制机器人1水平偏移范围控制在0-6cm范围内，降低机器人1与货架2对接的误差允许范围，提高对接精准度。

在实施例七中，如图3-9所示，在实施例五或六的基础上，还包括处理模块，摄像头15获取识别标签213的当前图像帧，当当前图像帧与识别标签213的正仰视图的相似度超出预设值时，顶升杆111上升并伸入牵引孔214；当当前图像帧与识别标签213的正仰视图的相似度小于预设值时，通过刚体转换和透视投影并依据当前图像帧计算出摄像头15相对于摄像头15位于识别标签213的正下方时的当前平移矢量，机器人1根据当前平移矢量调整位置，后顶升杆111上升并伸入牵引孔214。

本实施例中，由于摄像头15位于识别标签213的正下方时获取的识别标签213的当前图像帧与识别标签213的正仰视图相同，说明当当前图像帧与识别标签213的正仰视图的相似度超出预设值时则说明顶升杆111与牵引孔214位置对应，此时顶升杆111可上升并可顺利进入牵引孔214。由于顶升杆111与牵引孔214具有一定的对接允许误差，因此，当摄像头15在识别标签213的正下方偏离一定距离时也可以的。因此预设值的设置可根据不同的顶升杆111和牵引孔214的误差允许范围来设置，如当顶升杆111与牵引孔214的对接允许误差为0-10％时，则预设值可为90-100％，即当顶升杆111与牵引孔214的对接允许误差与预设值的和为100％。但当摄像头15偏离识别标签213过大时，这时，顶升杆111与牵引孔214无法对接，则此时可通过刚体转换和透视投影并结合当前图像帧计算出摄像头15相对于摄像头15位于识别标签213的正下方时的当前平移矢量，使得机器人1可根据当前平移矢量移动直到摄像头15位于识别标签213的正下方，则表明顶升杆111与识别标签213位置对应，此时，顶升杆111可上升伸入牵引孔214。值得说明的是，在判断当前图像帧与识别标签213的正仰视图是否相似时，可直接对比当前图像帧与识别标签213的正仰视图的重合度或者当前图像帧经过二值分割后形成的外形轮廓与识别标签213的正仰视图的外形轮廓的相似度或重合度。

具体地，通过刚体转换和透视投影并依据当前图像帧计算出摄像头15相对于摄像头15位于识别标签213的正下方时的当前平移矢量包括步骤：

以识别标签213的已知点为原点建立世界坐标系；

读取识别标签213的多个第一预设点在像素坐标系中的预设点像素坐标，以及多个第一预设点在世界坐标系中的预设点世界坐标；

将预设点像素坐标、预设点世界坐标以及预先获取的摄像头15的内参矩阵分别带入下述公式(1)和(2)，再结合公式(3)得到摄像头15的当前视场的旋转矩阵和平移向量：

其中，(u，v，1)表示平面标识物中第一预设点在摄像机的像素坐标系中像素坐标的齐次坐标，(Xw，Yw，Zw，1)表示第一预设点在世界坐标系中世界坐标的齐次坐标，(Xc，Yc，Zc)表示第一预设点在摄像机的相机坐标系中的相机坐标；fx表示摄像机透镜的物理焦距F与成像仪在X轴方向每个单元尺寸的乘积，fy表示摄像机透镜的物理焦距F与成像仪在y轴方向每个单元尺寸的乘积，cx表示成像仪中心与光轴在X轴方向上的偏移，cy表示由于成像仪成像仪中心与光轴在Y轴方向上的偏移；R表示世界坐标系到相机坐标系的旋转矩阵，T表示世界坐标系到相机坐标系的平移向量；

根据旋转矩阵R和平移向量T计算出摄像头15相对于摄像头15位于识别标签213的正下方时的当前平移矢量。

在实际应用中，由于识别标签213的尺寸均为可知，因此，识别标签213的任意一点均可为已知点(如识别标签213的中心点、角点等)；且第一预设点也可为任意点(如角点、边上的中心点)，值得说明的是，为了便于计算，已知点和第一预设点可为便于计算的点，如识别标签213的中心点、角点、边上的中点等等。且由于摄像头15是固定于机器人1，因此，摄像头15的当前平移矢量即为机器人1的当前平移矢量，机器人1根据当前平移矢量可平移至顶升杆111与牵引孔214对应的位置处。

优选地，通过刚体转换和透视投影并依据当前图像帧计算出摄像头15相对于摄像头15位于识别标签213的正下方时的当前平移矢量还包括步骤：

获取当前图像帧的外形轮廓；

读取外形轮廓的多个第二预设点的像素坐标；

定义外形轮廓经过透视投影变换后形成的正仰视图后的多个第二预设点的像素坐标为预存的识别标签213的正仰视图的多个第二预设点的像素坐标；

将读取的多个第二预设点的像素坐标，以及定义的多个第二预设点的像素坐标分别带入平面透视投影变化公式(4)，求取透视投影变换矩阵M：

其中，X为外形轮廓第二预设点的齐次像素坐标，其非齐次像素坐标为

X′为射影变换后第二预设点的齐次坐标，其非齐次像素坐标为

根据射影变换矩阵M，对外形轮廓对应的所有像素都执行透视投影变换，获得外形轮廓对应的正仰视图。

值得说明是，当前图像帧的外形轮廓可通过对当前图像帧进行二值分割得到；而摄像头15的内参矩阵可采用张正友的棋盘标定法对摄像头15进行标定而得到摄像头15的内参矩阵。第一预设点和第二预设点可为同一预设点或不同点。在实际应用中，处理模块可设置于机器人1上也可设置于智能仓储系统内。

在实施例八中，如图3-9所示，在实施例五、六或七的基础上，还包括控制模块，设定机器人1靠近货架2的规划路径。优选地，还包括规划模块，根据货架轮廓设定机器人1进入货架2的行进路径。值得说明的是，控制模块和/或规划模块可设置于机器人1上也可设置于智能仓储系统内。且处理模块、控制模块和规划模块可为相互单独的模块，也可为两两一起或三个一起为同一模块。具体根据实际需要进行设置。

在实施例九中，如图3-9所示，在实施例五、六、七或八的基础上，顶升机构11包括顶升杆111；法兰121；调节组件；以及用于驱动顶升杆111升降的直线驱动机构；法兰121和直线驱动机构相对设置；顶升杆111活动插设于法兰121的法兰孔1211；调节组件设于顶升杆111和直线驱动机构的推杆1261之间，使得顶升杆111的中心线与推杆1261的中心线位于同一直线上或呈角度设置，且顶升杆111的中心线与法兰孔1211的中心线位于同一直线上。在实际应用中，通过调节组件调整顶升杆111的中心线的位置，以保证顶升杆111的中心线、推杆1261的中心线和法兰孔1211的中心线不管不位于同一直线上还是位于同一直线时顶升杆111的中心线和法兰孔1211的中心线始终能够位于同一直线，使得顶升杆111与法兰孔1211不存在无法安装或存在径向冲撞力的情况，使得机器人本体14的顶板142的顶升孔1421的中心线即使不与直线驱动机构的推杆1261的中心线重合也无需调整顶板142或直线驱动机构的安装位置，减免了调整顶板142和直线驱动机构的安装位置的步骤流程，大大降低了机器人本体14安装精度的高要求，保证了顶升机构11于底盘顺利安装和使用的高效率性，大大降低了机器人1的生产成本和后期维护成本。值得说明的是，顶升杆111、法兰孔1211、推杆1261的截面形状可为圆形、方形等规则形状，也可为不规则形状，但应该相适配。顶升杆111的中心线与推杆1261的中心线所形成的角度范围可根据机器人1实际应用中的加工和组装误差进行设置。优选地，顶升杆111的中心线与推杆1261的中心线所形成的角度范围为0-30°，优选为0-15°。

在实施例十中，如图3-9所示，在实施例九的基础上，调节组件包括球头螺丝123；球头螺丝123包括连接端和球头端；连接端的径向尺寸小于球头端的径向尺寸；连接端与顶升杆111连接；球头端活动安装于推杆1261，使得连接端可绕球头端转动。优选地，推杆1261靠近顶升杆111一侧的端面凹设有球状凹槽，使得球头端活动容设于球状凹槽内且无法于球状凹槽内脱离，进而实现连接端绕球头端作径向偏转以实现顶升杆111的中心线的偏转。优选地，调节组件还包括连接座124；连接座124设有与球头端相适配的凹槽，使得球头端活动容设于凹槽；连接座124与推杆1261连接。优选地，凹槽形状为球型且球形端无法脱离凹槽，在实际应用中，凹槽可为两部分构成，一个为设有容设球形端的槽的底座，另一个为径向尺寸小于球头端的径向尺寸但大于连接端的径向尺寸的抵接板，该抵接板盖设于槽的开口端，从而避免球头端于槽脱离，优选地，抵接板与底座可拆卸式连接。

值得说明的是凹槽的结构也适用于球头端值得设于推杆1261，即推杆1261开有用于容设球头端的槽，抵设板安装于槽的开口端。优选地，连接座124与推杆1261可拆卸式连接。优选地，连接座124与顶升杆111可拆卸式连接。优选地，调节组件还包括适配件125，适配件125分别与连接座124和推杆1261可拆卸式连接。值得说明的是，本文中所提到的可拆卸式连接(如适配件125和连接座124、适配件125和推杆1261、连接座124与顶升杆111、连接座124与推杆1261)可为螺接(适配件125可调整推杆1261螺纹孔径与顶升杆111(或连接座124)螺纹直径不适配的情况)、螺丝、螺栓、卡合等中的一种或多种连接方式。优选地，顶升杆111和法兰121之间设有轴套127，轴套127与法兰孔1211过盈配合；顶升杆111活动插设于轴套127。轴套127可为T型轴套或直筒轴套，且可于顶板142的上方安装于法兰121，也可于顶板142的下方安装于法兰121。优选地，法兰121设有法兰安装孔1212，使得法兰121可拆卸式安装于顶板142。在实际应用中，直线驱动机构可为气缸或直线电机126。

在实施例十一中，如图3-9所示，在实施例五、六、七或八的基础上，顶升机构11包括：顶升杆111；法兰121；调节组件；以及用于驱动顶升杆111升降的直线驱动机构；法兰121和直线驱动机构相对设置；顶升杆111活动插设于法兰121的法兰孔1211；调节组件设于顶升杆111和直线驱动机构的推杆1261之间，使得顶升杆111的中心线与推杆1261的中心线位于同一直线上或平行设置，且顶升杆111的中心线与法兰孔1211的中心线位于同一直线上。在实际应用中，调节组件可沿顶升杆111的径向方向调整顶升杆111相对于推杆1261的位置，通过调节组件调整顶升杆111的中心线的位置，以保证顶升杆111的中心线、推杆1261的中心线和法兰孔1211的中心线不管不位于同一直线上还是位于同一直线时顶升杆111的中心线和法兰孔1211的中心线始终能够位于同一直线，使得顶升杆111与法兰孔1211不存在无法安装或存在径向冲撞力的情况，使得机器人本体14的顶板142的顶升孔1421的中心线即使不与直线驱动机构的推杆1261的中心线重合也无需调整顶板142或直线驱动机构的安装位置，减免了调整顶板142和直线驱动机构的安装位置的步骤流程，大大降低了机器人本体14安装精度的高要求，保证了顶升机构11于底盘顺利安装和使用的高效率性，大大降低了机器人1的生产成本和后期维护成本。值得说明的是，顶升杆111、法兰孔1211、推杆1261的截面形状可为圆形、方形等规则形状，也可为不规则形状，但应该相适配。

在实施例十二中，如图3-9所示，在实施例十一的基础上，调节组件包括相吸的第一磁性件131和第二磁性件132；第一磁性件131与顶升杆111连接；第二磁性件132与推杆1261连接；第一磁性件131可沿顶升杆111的径向方向相对第二磁性件132平移。值得说明的是，第一磁性件131和第二磁性件132可均为磁铁；也可为第一磁性件131和第二磁性件132中的其中一个为磁铁，而另外一个为铁。进一步地，第一磁性件131和/或第二磁性件132的截面形状可与顶升杆111的截面形状相同，当第一磁性件131的截面形状与顶升杆111的截面形状相同时，使得在实际安装时，可将顶升杆111由顶板142朝向底板141一侧的方向进行安装，从而在保证顶升杆111与法兰孔1211同轴的同时，也完成了第一磁性件131与第二磁性件132的位置的确定，大大简化实现顶升杆111与法兰孔1211同轴的实现步骤。当然，当第一磁性件131的截面形状与顶升杆111的截面形状不同时，则可先将顶升杆111由底板141朝向顶板142先进行安装以实现顶升杆111与法兰孔1211的同轴，后在进行第一磁性件131和第二磁性件132相吸，安装流程非常简单。

优选地，第一磁性件131与顶升杆111可拆卸式连接。优选地，第二磁性件132与推杆1261可拆卸式连接。值得说明的是，本文中所提到的可拆卸式连接(如第一磁性件131与顶升杆111、第二磁性件132与推杆1261)可为螺接、螺丝、螺栓、卡合等中的一种或多种连接方式。优选地，顶升杆111和法兰121之间设有轴套127，轴套127与法兰孔1211过盈配合；顶升杆111活动插设于轴套127。轴套127可为T型轴套或直筒轴套，且可于顶板142的上方安装于法兰121，也可于顶板142的下方安装于法兰121。优选地，法兰121设有法兰安装孔1212，使得法兰121可拆卸式安装于顶板142。在实际应用中，直线驱动机构可为气缸或直线电机126。

在实施例十三中，如图3-9所示，在实施例五至实施例十二任一实施例的基础上，机器人本体14包括底板141和顶板142；底板141和顶板142相对间隔设置，顶板142位于底板141的上方；顶板142开有一个以上用于顶升杆111升降的顶升孔1421，且法兰121安装于顶板142；直线驱动机构安装于底板141靠近顶板142一侧的表面；使得直线驱动机构、调节组件容设于顶板142和底板141形成的容纳空间内。优选地，机器人本体14还包括驱动轮161和从动轮162，且从动轮162沿机器人1的行进方向分设于驱动轮161的两侧。优选地，机器人本体14还包括导引机构，如激光导引机构、视觉导引机构、红外导引机构、磁导引机构等具有导引功能的组件均可；导引机构可设置于底板141远离顶升机构11一侧的表面，也可安装于底盘沿机器人1行进方向的两端或一端。优选地，机器人本体14还设有避障机构，如激光避障机构、视觉避障机构、红外避障机构等具有避障功能的组件。优选地，机器人本体14安装有一个以上的顶升机构11，且顶升孔1421的数量优选与顶升机构11的数量相同且位置对应。值得说明的是，摄像头15和识别标签213的安装位置应为当顶升杆111与牵引孔214位置对应时，摄像头15位于识别标签213的正下方。为了便于运算，识别标签213的形状优选为规则图形如正方形、长方形等等。识别标签213优选为区别于货架2底部的颜色。优选地，货架2包括用于存放货物的货架本体以及设于货架本体下方的货架底框21，货架本体上设有一个以上用于存放货位的货位。货架底框21包括四根分设于矩形的四个顶角处的支撑杆，以及设有牵引孔214和识别标签213的矩形支撑框；即四根支撑杆分设于矩形支撑框的四个顶角处；四根支撑杆围设形成便于机器人1潜入的顶升空间。优选地，机器人1可于矩形支撑框的每一个边进入(即机器人1可于相邻设置的两根支撑杆所形成的进入通道潜入顶升空间)。优选地，每根支撑杆设有导轨211，导轨211由片状物围设形成的中空导轨，中空导轨在机器人1进入货架2底部时可适应性的变形并施加机器人1以矫正路径的力，从而便于机器人1潜入货架2底部而实现对接。优选地，每根支撑杆的底部设有万向轮215；这样货架2可跟随机器人1一起行进，降低机器人1的载重(即万向轮215在机器人1牵引货架2时接触地面)；当然，当货架2没有设置万向轮215时，支撑杆在机器人1牵引货架2时，支撑杆离地。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种机器人对位货架的方法，其特征在于，包括步骤：

机器人根据行进路径靠近货架，后设于货架底部的导向通道修正所述行进路径使所述机器人潜入所述货架，其中，所述导向通道由分设于所述行进路径两侧的导轨围设形成；

摄像头识别设于所述货架底部的识别标签以实现所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔；其中，所述摄像头设于所述机器人，且当所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应时，所述摄像头位于所述识别标签的正下方；

其中，所述摄像头识别设于所述货架底部的识别标签以实现所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔包括步骤：

所述摄像头获取所述识别标签的当前图像帧，当所述当前图像帧与所述识别标签的正仰视图的相似度超出预设值时，所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔。

2.根据权利要求1所述的机器人对位货架的方法，其特征在于：

所述导向通道的宽度尺寸沿所述行进路径渐缩，所述导向通道的宽度尺寸与所述机器人的宽度尺寸的差值范围为0-4cm。

3.根据权利要求1所述的机器人对位货架的方法，其特征在于，所述摄像头识别设于所述货架底部的识别标签以实现所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔包括步骤：

所述摄像头获取所述识别标签的当前图像帧，当所述当前图像帧与所述识别标签的正仰视图的相似度小于预设值时，通过刚体转换和透视投影并依据所述当前图像帧计算出所述摄像头相对于所述摄像头位于所述识别标签的正下方时的当前平移矢量，所述机器人根据所述当前平移矢量调整位置，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔。

4.根据权利要求1所述的机器人对位货架的方法，其特征在于，所述机器人根据行进路径靠近货架，后设于货架底部的导向通道修正所述行进路径使所述机器人潜入所述货架之前包括步骤：

设定所述机器人靠近所述货架的规划路径。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的机器人对位货架的方法，其特征在于，所述机器人根据行进路径靠近货架，后设于货架底部的导向通道修正所述行进路径使所述机器人潜入所述货架之前还包括步骤：

根据所述货架轮廓设定所述机器人进入所述货架的行进路径。

6.一种机器人对位货架的系统，其特征在于，包括：

机器人和货架；

所述机器人包括机器人本体、顶升机构和摄像头，所述摄像头和顶升机构均设于所述机器人本体；

所述货架包括货架本体，所述货架本体的底部设有识别标签、导轨和牵引孔；相对间隔设置的两个导轨围设形成导向通道；

所述机器人根据行进路径靠近货架，后所述导向通道修正所述行进路径使所述机器人潜入所述货架；所述机器人根据所述摄像头识别所述识别标签以实现所述顶升机构的顶升杆与所述牵引孔的位置对应，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔；当所述机器人的顶升杆与所述货架的牵引孔的位置对应时，所述摄像头位于所述识别标签的正下方；

处理模块，所述摄像头获取所述识别标签的当前图像帧，当所述当前图像帧与所述识别标签的正仰视图的相似度超出预设值时，所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔。

7.根据权利要求6所述的机器人对位货架的系统，其特征在于：

所述导向通道的宽度尺寸沿所述行进路径渐缩，所述导向通道的宽度尺寸与所述机器人的宽度尺寸的差值范围为0-4cm。

8.根据权利要求6所述的机器人对位货架的系统，其特征在于，

所述处理模块，当所述当前图像帧与所述识别标签的正仰视图的相似度小于预设值时，通过刚体转换和透视投影并依据所述当前图像帧计算出所述摄像头相对于所述摄像头位于所述识别标签的正下方时的当前平移矢量，所述机器人根据所述当前平移矢量调整位置，后所述顶升杆上升并伸入所述牵引孔。

9.根据权利要求6-8任意一项所述的机器人对位货架的系统，其特征在于，还包括：

控制模块，设定所述机器人靠近所述货架的规划路径；和/或，

规划模块，根据所述货架轮廓设定所述机器人进入所述货架的行进路径。

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