CN110014416A - 一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统和方法 - Google Patents

一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统和方法 Download PDF

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江红祥
崔玉明
李允旺
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Abstract

本发明公开了一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统和方法，包括上位机PC、控制器、检测系统以及夹持器，所述检测系统包括视觉传感器、两个测距传感器S1以及加速度传感器S2，所述视觉传感器包括分别设置在工件运输带一侧和上方的水平视觉传感器Sh和竖直视觉传感器Sv，所述测距传感器S1和所述加速度传感器S2均设置在所述夹持器上，根据工件几何特征和纹理特征实现堆垛机器人夹持力动态自动匹配；本发明有效避免了工件动态拾取过程中的过夹持和欠夹持现象，对木工家具生产线智能化堆垛的节能降耗作业具有实际工程意义。

Description

一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统和方法
技术领域
本发明涉及机器人夹持力自动匹配技术领域，具体涉及一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统和方法。
背景技术
近年来，国内外对木工工件堆垛作业的自动化和智能化作业需求不断增长。目前，节能降耗减排是工业生产的趋势，在生产作业过程中要避免能源浪费。但是，现有的堆垛机器人在夹持毛坯工件时，往往出现过夹持现象，即夹持力超过所需夹持力，造成不必要的能量损耗。因此，从实际情况出发，研制开发出一种稳定可靠、控制简便、紧凑实用的堆垛机器人夹持力自动匹配系统和方法，从而为智能化木工家具生产线的实现提供基础。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统和方法，其基于视觉传感器、测距传感器和加速度传感器协调作用，根据工件几何特征和纹理特征实现堆垛机器人夹持力动态自动匹配；有效避免了工件动态拾取过程中的过夹持和欠夹持现象，对木工家具生产线智能化堆垛的节能降耗作业具有实际工程意义。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统，包括上位机PC、控制器、检测系统以及夹持器，所述检测系统包括视觉传感器、两个测距传感器S1以及加速度传感器S2，所述视觉传感器包括分别设置在工件运输带一侧和上方的水平视觉传感器Sh和竖直视觉传感器Sv，所述测距传感器S1和所述加速度传感器S2均设置在所述夹持器上，所述上位机PC、所述夹持器、所述平视觉传感器Sh、所述竖直视觉传感器Sv、所述测距传感器S1以及所述加速度传感器S2均与所述控制器电性连接。
本发明还提供一种堆垛机器人夹持力动态匹配方法，具体包括以下步骤：
(1)初始化上述堆垛机器人夹持力匹配系统；
(2)获取工件的长度d1、宽度d2以及高度d3；
(3)计算工件的体积V＝d1*d2*d3；
(4)计算工件的质量m；
(5)计算夹持器的静态夹持力值F1；
(6)计算夹持器的动态夹持力值F2；
(7)基于测距传感器S1，检测工件在预提升过程中是否有滑移现象，如果出现滑移，通过控制器增大夹持器的夹持力度，从而实现夹持力自适应匹配。
优选地，步骤(2)中，通过水平视觉传感器Sh和竖直视觉传感器Sv获取工件的水平方向视图和竖直方向视图，传送至上位机PC后估算得到工件的长度d1、宽度d2以及高度d3。
优选地，步骤(4)中，通过步骤(2)获取的水平方向视图和竖直方向视图的纹理特征，上位机PC对比自身的特征库，获取工件的材料密度ρ，得到工件质量预估值m＝ρV。
优选地，步骤(5)中，通过步骤(2)获取的水平方向视图和竖直方向视图的纹理特征，上位机PC对比自身特征库，获取工件的摩擦系数f，得到静态夹持力值F1＝mg/f。
优选地，步骤(6)中，基于加速度传感器S2，通过控制器运算获取夹持器的竖直方向加速度a，得到动态夹持力值F2＝m(g+a)/f。
优选地，步骤(7)中，夹持器的夹持力度每次增大一个固定值F3，然后测距传感器S1再检测是否仍有滑移，如果仍有滑移，则夹持力再增加一个固定值F3，重复上述过程，直至不发生滑移。
本发明的有益效果在于：1、本装置能够较为准确的得到夹持器的静态夹持力值F1和动态夹持力值F2，基于测距传感器S1判断工件是否滑移，从而通过定量增大夹持器的夹持力度，实现夹持力自适应匹配，夹持可靠性高；2、经过计算得到的夹持力在夹持工件过程中用力适中，可避免过夹持和欠夹持，有效避免了夹持力过度对工件的损坏；3、本装置引入了加速度传感器，能够根据提升过程中加减速特性动态调整夹持力。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。
图1为一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统逻辑关系图；
图3为本发明实施例提供一种堆垛机器人夹持力动态匹配方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统，包括上位机PC、控制器1、检测系统以及夹持器2，所述检测系统包括视觉传感器、两个测距传感器S1以及加速度传感器S2，所述视觉传感器包括分别设置在工件A运输带一侧和上方的水平视觉传感器Sh和竖直视觉传感器Sv，所述测距传感器S1和所述加速度传感器S2均设置在所述夹持器上。
如图2所示，所述上位机PC、所述夹持器2、所述视觉传感器、所述测距传感器S1以及所述加速度传感器S2均与所述控制器1电性连接。
如图3所示，一种堆垛机器人夹持力动态匹配方法，具体包括以下步骤：
(1)初始化上述堆垛机器人夹持力匹配系统；
(2)获取工件的长度d1、宽度d2以及高度d3；
(3)计算工件的体积V＝d1*d2*d3；
(4)计算工件的质量m；
(5)计算夹持器的静态夹持力值F1；
(6)计算夹持器的动态夹持力值F2；
(7)基于测距传感器S1，检测工件在预提升过程中是否有滑移现象，如果出现滑移，通过控制器增大夹持器的夹持力度，从而实现夹持力自适应匹配。
步骤(2)中，通过水平视觉传感器Sh和竖直视觉传感器Sv获取工件的水平方向视图和竖直方向视图，传送至上位机PC后估算得到工件的长度d1、宽度d2以及高度d3。
步骤(4)中，通过步骤(2)获取的水平方向视图和竖直方向视图的纹理特征，上位机PC对比自身的特征库，获取工件的材料密度ρ，得到工件质量预估值m＝ρV。
步骤(5)中，通过步骤(2)获取的水平方向视图和竖直方向视图的纹理特征，上位机PC对比自身特征库，获取工件的摩擦系数f，得到静态夹持力值F1＝mg/f。
步骤(6)中，基于加速度传感器S2，通过控制器运算获取夹持器的竖直方向加速度a，得到动态夹持力值F2＝m(g+a)/f。
步骤(7)中，夹持器的夹持力度每次增大一个固定值F3，然后测距传感器S1再检测是否仍有滑移，如果仍有滑移，则夹持力再增加一个固定值F3，重复上述过程，直至不发生滑移。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统，其特征在于：包括上位机PC、控制器、检测系统以及夹持器，所述检测系统包括视觉传感器、两个测距传感器S1以及加速度传感器S2，所述视觉传感器包括分别设置在工件运输带一侧和上方的水平视觉传感器Sh和竖直视觉传感器Sv，所述测距传感器S1和所述加速度传感器S2均设置在所述夹持器上，所述上位机PC、所述夹持器、所述平视觉传感器Sh、所述竖直视觉传感器Sv、所述测距传感器S1以及所述加速度传感器S2均与所述控制器电性连接。
2.一种堆垛机器人夹持力动态匹配方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)初始化权利要求1所述的堆垛机器人夹持力匹配系统；
(2)获取工件的长度d1、宽度d2以及高度d3；
(3)计算工件的体积V＝d1*d2*d3；
(4)计算工件的质量m；
(5)计算夹持器的静态夹持力值F1；
(6)计算夹持器的动态夹持力值F2；
(7)基于测距传感器S1，检测工件在预提升过程中是否有滑移现象，如果出现滑移，通过控制器定量增大夹持器的夹持力度，从而实现夹持力自适应匹配。
3.如权利要求2所述的一种堆垛机器人夹持力动态匹配方法，其特征在于：步骤(2)中，通过水平视觉传感器Sh和竖直视觉传感器Sv获取工件的水平方向视图和竖直方向视图，传送至上位机PC后估算得到工件的长度d1、宽度d2以及高度d3。
4.如权利要求2所述的一种堆垛机器人夹持力动态匹配方法，其特征在于：步骤(4)中，通过步骤(2)获取的工件水平方向视图和竖直方向视图的纹理特征，上位机PC对比自身的特征库，获取工件的材料密度ρ，得到工件质量预估值m＝ρV。
5.如权利要求2所述的一种堆垛机器人夹持力动态匹配方法，其特征在于：步骤(5)中，通过步骤(2)获取的工件水平方向视图和竖直方向视图的纹理特征，上位机PC对比自身的特征库，获取工件的摩擦系数f，得到静态夹持力值F1＝mg/f。
6.如权利要求2所述的一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统和方法，其特征在于：步骤(6)中，基于加速度传感器S2，通过控制器运算获取夹持器的竖直方向加速度a，得到动态夹持力值F2＝m(g+a)/f。
7.如权利要求2所述的一种堆垛机器人夹持力动态匹配系统和方法，其特征在于：步骤(7)中，夹持器的夹持力度每次增大一个固定值F3，然后测距传感器S1再检测是否仍有滑移，如果仍有滑移，则夹持力再增加一个固定值F3，重复上述过程，直至不发生滑移。
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