CN110228678B - 一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人及其对正补偿方法，包括传输组件和智能抓取组件。智能抓取组件包括位移驱动机构、基础夹爪机构、升降机构、视觉对正单元。升降机构为夹爪提供升降动力，位移驱动机构为智能抓取组件整体提供水平动力；基础夹爪机构通过蜗轮蜗杆减速电机和一对旋向相反的螺杆为夹板提供夹取和松开的动力；利用工件位置感应单元对当前夹爪与货物之间的距离进行实时测量，感知下方是否有货物，通过至少四个工件位置感应单元安装在四角协同工作，判断当前被夹货物是否位于已有货物的正上方。通过工件位置感应单元与动力小车和升降机构协同配合，以根据工件位置感应单元的感知信号自我调节补偿，避免堆叠误差造成货物倾倒。

Description

一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法

技术领域

本发明涉及一种堆垛设备，具体涉及一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法。

背景技术

堆垛起重机也称堆垛机，是立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库特征的标志。堆垛起重机是指采用货叉或串杆作为取物装置，在仓库、车间等处攫取、搬运和堆垛或从高层货架上取放单元货物的专用起重机，它是一种仓储设备。随着计算机控制技术和自动化立体仓库的发展，堆垛机的运用越来越广泛，技术性能越来越好，高度也越来越高。

然而，在流水作业的工况下，堆垛机的优势还未完全显示出来。

现有技术中堆垛机通常按照预先编程的路径巡线、并抓取货物，接着按照编程路线放下，回归初始位置。随着多次夹取难免会出现位置上的误差，而这种设备又没有自我补偿的方法来弥补该误差，最终导致误差越来越大，当货物叠高时容易因堆叠误差造成倾倒。

发明内容

发明目的：提供一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法，解决了现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人，包括传输组件和智能抓取组件两部分。

其中，传输组件，包括安装在基面上的龙门架，设置在所述基面上、且与所述龙门架的顶梁平行的入料道，以及设置在所述基面上、且与所述入料道垂直的出料道；

智能抓取组件，滑动设置在所述龙门架的顶梁上，包括位移驱动机构，安装在所述位移驱动机构下部的基础夹爪机构，呈预定位置安装在所述基础夹爪机构上的多个视觉对正单元，以及安装在所述位移驱动机构和基础夹爪机构之间的升降机构。

在进一步的实施例中，所述位移驱动机构包括一组平行安装在所述龙门架的顶梁上的滑轨，分别安装在所述滑轨首尾两端的微动开关，以及架设在所述滑轨上、且沿所述滑轨滑动的动力小车。

在进一步的实施例中，所述动力小车包括浮动侧架，连接所述浮动侧架的中间连接部，分别安装在所述中间连接部两侧的前驱轮和后驱轮，以及分别铰接在所述前驱轮与浮动侧架之间、后驱轮与浮动侧架之间的避震阻尼器；所述前驱轮和后驱轮的结构相同，包括铰接在所述浮动侧架一端的轴箱体，插入所述轴箱体内、并与之转动连接的主轴，安装在所述主轴两端、且位于所述浮动侧架内侧的车轮，安装在所述中间连接部一侧的驱动电机，以及套设在所述主轴上的齿轮箱，所述驱动电机的输出轴接入所述齿轮箱的输入齿轮，所述齿轮箱的输出齿轮与所述主轴同轴过盈安装。

在进一步的实施例中，所述基础夹爪机构包括夹板，固定在所述夹板上的导轨，通过滑块滑动设置在所述导轨上的夹爪，以及固定安装在所述夹板中部的蜗轮蜗杆减速电机；所述蜗轮蜗杆减速电机包括两个输出端，输出端分别通过联轴器安装有一对旋向相反的螺杆，所述螺杆上套设有与之齿形啮合的螺母块，所述螺母块与所述夹爪的上端面固定连接，所述夹爪上包括至少四个钩爪。

在进一步的实施例中，所述视觉对正单元包括固定在所述钩爪处的工件位置感应单元，所述工件位置感应单元包括壳体，安装在所述壳体内的激光发射头，设置在所述激光发射头一侧的滤光镜，设置在所述滤光镜一侧的镜片组，设置在所述镜片组一侧的感光片，以及内置于所述壳体中，且与所述感光片和激光发射头电性连接的信号放大器。

在进一步的实施例中，所述升降机构包括固定在所述动力小车下部的上安装板，与所述上安装板平行设置、且固定在所述基础夹爪机构上部的下安装板，固定在所述上安装板的下端面处的安装架，固定在所述安装架上的伺服步进电机，与所述伺服步进电机的输出端通过联轴器连接的主螺纹丝杆，布置在所述主螺纹丝杆周围的至少六个螺纹滚柱，套接在所述螺纹滚柱上的滑动螺母，分别固定在所述上安装板和下安装板四角的铰支座，以及相互交叉铰接在所述铰支座上的剪叉部；所述铰支座包括固定铰支座和活动铰支座，所述固定铰支座分别对称固定安装在所述上安装板的下部和下安装板的上部；所述活动铰支座包括固定在所述滑动螺母的两端的主动铰支座，以及通过直线滑组滑动设置在所述下安装板上的从动铰支座。

在进一步的实施例中，所述入料道和出料道的结构相同，包括由多根转动辊组合而成的传输辊道，套设在所述传输辊道上的传输皮带，固定安装在所述传输辊道下端中心处的回转台，以及固定安装在所述传输辊道四角的升降台。

一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、定义入料道的进给方向、即动力小车的移动方向为X轴方向，定义出料道的进给方向为Y轴方向，定义升降装置的升降方向为Z轴方向；龙门架为基准固定不动，故动力小车在Y轴方向不存在运动自由度，偏差仅体现在X轴方向上；

步骤2、当第一个货物放置就位后，动力小车驱动智能抓取组件将其余货物堆垛在第一个货物上，动力小车的默认移动距离为编程预设值，在该移动距离下能够保证当前被夹取货物在已有货物的上方处，偏差不超过10mm；为保证堆垛整齐，进一步降低偏差，视觉对正单元开始工作；

步骤3、动力小车驱动抓取有货物的智能抓取组件移动至先前堆垛的货物上方；

步骤4、工件位置感应单元感知自身与最近的物体的距离，若工件位置感应单元感应到距离大于预定值，则判定为该工件位置感应单元下方无货物，该距离为工件位置感应单元与托盘的距离；若工件位置感应单元感应到距离小于预定值，则判定为该工件位置感应单元下方有货物，该距离为工件位置感应单元与货物的距离；

步骤5、若位于两侧的四个工件位置感应单元同时感知不到下方存在货物，则可判定被夹取货物在已有货物上方，偏差在预设范围内，进入步骤7；

步骤6、若位于一侧的两个工件位置感应单元感知下方有货物，而另一侧的两个工件位置感应单元感知下方无货物，则判定当前夹取的货物偏离已有货物；

步骤61、动力小车驱动智能抓取组件朝向感知下方有包裹的两个工件位置感应单元的方向继续运动，在此过程中四个工件位置感应单元实时监测距离，直至原先感知下方有货物的两个工件位置感应单元感应不到货物，在此瞬间动力小车停止；

步骤61、在步骤61的状态下，四个工件位置感应单元同时感应不到下方的货物，即四个工件位置感应单元都位于货物的边缘外，此状态则判断为被夹取的货物在已有货物的正上方，偏差值即为工件位置感应单元超出货物边缘的距离的双倍值，位于1mm至2mm之间；

步骤7、判定被夹取的货物在已有货物的正上方后，由升降机构驱动基础夹爪机构下降，直至当前货物接触已有货物，此时松开夹爪，升降机构驱动基础夹爪机构上升离开货物。

在进一步的实施例中，所述工件位置感应单元包括如下步骤：

S1、由激光发射头发出激光束，该激光束与滤光镜之间呈预定的夹角值

；

S2、激光束以预定的夹角发射到货物表面后，经货物反射后被镜片组接收，最终由镜片组聚焦至感光片；

S3、根据不同高度的货物，感光片接收到的激光位置存在差异，这些差异被信号放大器放大后传输至单片机进行分析，进而判断出下方是否存在货物，以及该货物的距离；

S4、计算出激光位移传感器距下方货物的距离L：

式中，

表示激光束与滤光镜之间的夹角值，

表示反射后的激光束与镜片组之间的夹角为，

表示感光片与镜片组之间形成的夹角为，x表示感光片接收到的激光偏移量，y表示镜片组与货物的激光行程长度，z表示感光片与镜片组之间的激光行程长度；

S5、若全程感光片受光的位置最大值与最小值之差在阈值以内，则系统判定下方存在货物，若全程感光片受光的位置最大值与最小值之差在阈值以外，则系统判定下方不存在货物，探测到的是托盘。

有益效果：本发明涉及一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法，通过设置传输组件和智能抓取组件，尤其在智能抓取组件中设置位移驱动机构、基础夹爪机构、升降机构、视觉对正单元。具体的，位移驱动机构由动力小车提供驱动力，通过设置浮动侧架，由浮动侧架根据轨道的间距在预定范围内自行调整轮距，保证运行的平稳可靠，通过在浮动侧架四周设置避震阻尼器，能够有效吸收振动，确保动力小车运行平稳，从而确保货物在运输途中平稳。利用工件位置感应单元对当前夹爪与货物之间的距离进行实时测量，感知下方是否有货物，通过至少四个工件位置感应单元安装在四角协同工作，从而判断当前被夹货物是否位于已有货物的正上方。通过工件位置感应单元与动力小车和升降机构协同配合，以根据工件位置感应单元的感知信号进行自我调节补偿，避免堆叠误差造成货物倾倒。

附图说明

图1为本发明的整体结构图。

图2为本发明中位移驱动机构的立体图。

图3为本发明中智能抓取组件的立体图。

图4为本发明中基础夹爪机构的立体图。

图5为本发明中工件位置感应单元的外部结构示意图。

图6为本发明中工件位置感应单元的工作原理图。

图7为本发明中视觉对正单元进行主动补偿时的原理图。

图中各附图标记为：龙门架1、入料道2、出料道3、位移驱动机构4、浮动侧架401、中间连接部402、前驱轮403、后驱轮404、轴箱体405、主轴406、驱动电机408、齿轮箱409、避震阻尼器410、基础夹爪机构5、夹爪501、钩爪502、蜗轮蜗杆减速电机503、螺杆504、螺母块505、夹板506、导轨507、升降机构6、上安装板601、下安装板602、安装架603、伺服步进电机604、主螺纹丝杆605、滑动螺母606、固定铰支座607、活动铰支座608、直线滑组609、剪叉部610、托盘7、视觉对正单元8、工件位置感应单元801、激光发射头801a。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图7所示，本发明公开了一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法。一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人，包括龙门架1、入料道2、传输辊道、传输皮带、回转台、升降台、出料道3、位移驱动机构4、滑轨、微动开关、动力小车、浮动侧架401、中间连接部402、前驱轮403、后驱轮404、轴箱体405、主轴406、车轮、驱动电机408、齿轮箱409、避震阻尼器410、基础夹爪501机构5、夹板506、导轨507、夹爪501、蜗轮蜗杆减速电机503、螺杆504、螺母块505、钩爪502、视觉对正单元8、工件位置感应单元801、壳体、激光发射头801a、滤光镜、镜片组、感光片、信号放大器、升降机构6、上安装板601、下安装板602、安装架603、伺服步进电机604、主螺纹丝杆605、螺纹滚柱、滑动螺母606、固定铰支座607、活动铰支座608、主动铰支座、从动铰支座、剪叉部610。

所述龙门架1安装在基面上，通过调整四角的脚垫高度，使用水平仪保证其顶梁处于水平位置，所述入料道2设置在所述基面上，所述入料道2与所述龙门架1的顶梁平行，所述出料道3设置在所述基面上，所述出料道3与所述入料道2摆放呈90度，所述入料道2与所述出料道3的结构相同，包括传输辊道、传输皮带、回转台、升降台，所述传输辊道由多根转动辊组合而成，多根转动辊之间通过链轮与连接传动配合，由减速电机提供动力输出，所述传输皮带套设在所述传输辊道上，所述传输皮带通过两端的涨紧辊调整涨紧力，所述回转台安装在所述传输辊道的下端中心处，所述回转台可调节入料道2和出料道3的角度，所述升降台安装在所述传输辊道的四角，可调节传输辊道的高度，所述升降台为螺旋升降机，选型为MA350，该型号的螺旋升降机适应于重载场景的应用，负载范围为0.5吨至35吨，且内置防反转装置，减速比有3：32、1：16、1：32三种可选，满载最大启动力矩为525Nm，丝杆承受最大扭矩为2880Nm。所述回转台包括回转气缸和台面，所述回转气缸为台面提供转动力，所述回转气缸的选型为PRS105M，该回转台的台面直径为1000mm，驱动方式为微分头驱动，分别率为0.002°。所述位移驱动机构4滑动设置在所述龙门架1的顶梁上，所述位移驱动机构4包括一组平行安装在所述龙门架1顶梁上的滑轨，所述滑轨的首尾两端安装有微动开关，所述动力小车架设在所述滑轨上，并可沿所述滑轨滑动。具体的，所述动力小车包括浮动侧架401、中间连接部402、前驱轮403、后驱轮404、轴箱体405、主轴406、车轮、驱动电机408、齿轮箱409、避震阻尼器410，所述浮动侧架401为一对，并通过中间连接部402连接，所述前驱轮403和后驱轮404分别安装在所述中间连接部402的两侧，所述避震阻尼器410分别铰接在所述前驱轮403与浮动侧架401之间、后驱轮404与浮动侧架401之间，所述前驱轮403和后驱轮404的结构相同，包括轴箱体405，所述轴箱体405铰接在所述浮动侧架401的一端，所述主轴406插入所述轴箱体405内、并与之转动连接，具体的，所述轴箱体405内置有轴承座，所述主轴406插入所述轴承座内，所述主轴406与所述轴承座过盈配合，所述车轮安装在所述主轴406两端，所述车轮位于所述浮动侧架401内侧、且与所述滑轨配合垫设，所述驱动电机408安装在所述中间连接部402的一侧，所述齿轮箱409套设在所述主轴406上，所述驱动电机408的输出轴接入所述齿轮箱409的输入齿轮，所述齿轮箱409的输出齿轮与所述主轴406同轴过盈安装。所述基础夹爪501机构5包括夹板506、导轨507、夹爪501、蜗轮蜗杆减速电机503、螺杆504、螺母块505、钩爪502，所述导轨507固定在所述夹板506上，所述夹爪501通过滑块滑动设置在所述导轨507上，所述蜗轮蜗杆减速电机503固定在所述夹板506中部，所述蜗轮蜗杆减速电机503包括两个输出端，输出端分别通过联轴器安装有一对旋向相反的螺杆504，所述螺杆504上套设有与之齿形啮合的螺母块505，所述螺母块505与所述夹爪501的上端面固定连接，所述夹爪501上包括至少四个钩爪502。所述视觉对正单元8包括固定在所述钩爪502处的工件位置感应单元801，所述工件位置感应单元801包括壳体，安装在所述壳体内的激光发射头801a，设置在所述激光发射头801a一侧的滤光镜，设置在所述滤光镜一侧的镜片组，设置在所述镜片组一侧的感光片，以及内置于所述壳体中，且与所述感光片和激光发射头801a电性连接的信号放大器。所述升降机构6安装在所述位移驱动机构4和基础夹爪501机构5之间，所述升降机构6包括上安装板601、下安装板602、安装架603、伺服步进电机604、主螺纹丝杆605、螺纹滚柱、滑动螺母606、固定铰支座607、活动铰支座608、主动铰支座、从动铰支座、剪叉部610。所述上安装板601固定在所述动力小车的下部，所述下安装板602与所述上安装板601平行设置，所述下安装板602固定在所述基础夹爪501机构5的上部，所述安装架603固定在所述上安装板601的下端面处，所述伺服电机的选型为D180M-O250030CE，该伺服电机的额定功率为7.9kW，所述伺服步进电机604固定在所述安装架603上，所述主螺纹丝杆605与所述伺服步进电机604的输出端通过联轴器连接，所述螺纹滚柱至少为六个，且布置在所述主螺纹丝杆605的周围，所述滑动螺母606套接在所述螺纹滚柱上，所述铰支座分别固定在所述上安装板601和下安装板602的四角，所述剪叉部610相互交叉铰接在所述铰支座上，所述铰支座包括固定铰支座607和活动铰支座608，所述固定铰支座607分别对称固定安装在所述上安装板601的下部和下安装板602的上部；所述活动铰支座608包括固定在所述滑动螺母606的两端的主动铰支座，以及通过直线滑组609滑动设置在所述下安装板602上的从动铰支座。

下面对本发明的堆垛及对正补偿过程做具体说明：

首先，需堆垛的货物由包装生产线打包后放置在入料道2上，由入料道2送入设备中，智能抓取组件位于靠近入料道2一侧的初始位置。接着，入料道2以预定的速度运输货物前进，动力小车以相同速度驱动智能抓取组件整体追随货物，此时智能抓取组件与货物保持相对静止。在智能抓取组件追随货物的同时，升降机构6驱动基础夹爪501机构5下降，直至接近货物后，利用蜗轮蜗杆减速电机503驱动一对旋向相反的螺杆504，从而带动螺母块505相向而行，最终驱动夹爪501夹紧货物。智能抓取组件将货物夹取完成后，由动力小车继续驱动智能抓取组件至出料道3的正上方。接着，升降机构6驱动基础夹爪501机构5下降，直至货物接触位于出料道3上的托盘7，此时松开夹爪501，升降机构6驱动基础夹爪501机构5上升离开货物，智能抓取组件回归初始位置。当第一个货物放置就位后，其余货物依次堆垛在第一个货物上，过程与上述步骤一致。为保证堆垛整齐，视觉对正单元8开始工作。定义入料道2的进给方向、即动力小车的移动方向为X轴方向，定义出料道3的进给方向为Y轴方向，定义升降装置的升降方向为Z轴方向；龙门架1为基准固定不动，故动力小车在Y轴方向不存在运动自由度，偏差仅体现在X轴方向上。当第一个货物放置就位后，动力小车驱动智能抓取组件将其余货物堆垛在第一个货物上，动力小车的默认移动距离为编程预设值，在该移动距离下能够保证当前被夹取货物在已有货物的上方处，偏差不超过10mm；为保证堆垛整齐，进一步降低偏差，视觉对正单元8开始工作。首先，动力小车驱动抓取有货物的智能抓取组件移动至先前堆垛的货物上方。接着，工件位置感应单元801感知自身与最近的物体的距离，若工件位置感应单元801感应到距离大于预定值，则判定为该工件位置感应单元801下方无货物，该距离为工件位置感应单元801与托盘7的距离；若工件位置感应单元801感应到距离小于预定值，则判定为该工件位置感应单元801下方有货物，该距离为工件位置感应单元801与货物的距离。若位于两侧的四个工件位置感应单元801同时感知不到下方存在货物，则可判定被夹取货物在已有货物上方，偏差在预设范围内，此时由升降机构6驱动基础夹爪501机构5下降，直至当前货物接触已有货物，此时松开夹爪501，升降机构6驱动基础夹爪501机构5上升离开货物。若位于一侧的两个工件位置感应单元801感知下方有货物，而另一侧的两个工件位置感应单元801感知下方无货物，则判定当前夹取的货物偏离已有货物；动力小车驱动智能抓取组件朝向感知下方有包裹的两个工件位置感应单元801的方向继续运动，在此过程中四个工件位置感应单元801实时监测距离，直至原先感知下方有货物的两个工件位置感应单元801感应不到货物，在此瞬间动力小车停止。此时四个工件位置感应单元801同时感应不到下方的货物，即四个工件位置感应单元801都位于货物的边缘外，此状态则判断为被夹取的货物在已有货物的正上方，偏差值即为工件位置感应单元801超出货物边缘的距离的双倍值，位于1mm至2mm之间；判定被夹取的货物在已有货物的正上方后，由升降机构6驱动基础夹爪501机构5下降，直至当前货物接触已有货物，此时松开夹爪501，升降机构6驱动基础夹爪501机构5上升离开货物。

下面分别对动力小车、升降机构6、基础夹爪501机构5、工件位置感应单元801的运动及工作过程进行说明：

动力小车：驱动电机408启动，将动力通过齿轮箱409，最终由齿轮箱409输出低速、高扭矩的动力，该动力传至主轴406，带动主轴406转动，从而带动两侧的前驱轮403和后驱轮404转动，值得一提的是，该动力小车采用前后双驱的模式，前轮和后轮分别拥有各自的动力，浮动侧架401在运动过程中提供浮动调节，使得该动力小车能够适应轨道的变化，在预定范围内自我调节轮距。通过在滑轨的首尾两端设置微动开关，当动力小车撞击到微动开关后由微动开关发送信号控制动力小车关闭电源，做到限位。

升降机构6：伺服步进电机604启动，带动与之输出端连接的主螺纹丝杆605转动，从而带动套接在主螺纹丝杆605的滑动螺母606做直线滑动，滑动螺母606带动主动铰支座沿着直线滑组609滑动，由于一端铰支座为活动的，另一侧的铰支座是固定的，故此时一端活动的铰支座滑动后便带动剪叉部610做出相应动作。当滑动螺母606朝向远离固定铰支座607的方向移动，此时剪叉部610便做出缩回动作，即控制夹爪501起升；当滑动螺母606朝向靠近固定铰支座607的方向移动，此时剪叉部610便做出张开动作，即控制夹爪501下降。

基础夹爪501机构5：蜗轮蜗杆减速电机503启动，该蜗轮蜗杆减速电机503包括两个输出端，输出端分别通过联轴器安装有一对旋向相反的螺杆504，所述螺杆504上套设有与之齿形啮合的螺母块505，故当螺杆504转动时可带动螺母块505做直线运动，由于螺母块505与夹爪501的上端面固定连接，故螺母块505水平移动即可带动夹爪501水平移动，两侧的夹爪501相向运动即表现为夹紧动作，两侧的夹爪501相背运动即表现为松开动作。

工件位置感应单元801：由激光发射头801a发出激光束，需要注意的是，该激光束与滤光镜之间呈预定的夹角值α，激光束以预定的夹角发射到货物表面后，经货物反射后被镜片组接收，反射后的激光束与镜片组之间的夹角为θ，感光片与镜片组之间形成的夹角为β，感光片接收到的激光偏移量为x，镜片组与货物的激光行程长度为y，感光片与镜片组之间的激光行程长度为z，最终由镜片组聚焦至感光片，根据不同高度的货物，感光片接收到的激光位置存在差异，这些差异被信号放大器放大后传输至单片机进行分析，进而判断出下方是否存在货物，以及该货物的距离。而激光发射源与感光片之间的位置为已知量，由此根据相似三角形定理即可计算出激光位移传感器距下方货物的距离。若全程感光片受光的位置最大值与最小值之差在阈值以内，则系统判定下方存在货物，若全程感光片受光的位置最大值与最小值之差在阈值以外，则系统判定下方不存在货物，探测到的是托盘7。具体的，采用如下公式进行计算：

式中，

表示激光束与滤光镜之间的夹角值，

表示反射后的激光束与镜片组之间的夹角为，

表示感光片与镜片组之间形成的夹角为，x表示感光片接收到的激光偏移量，y表示镜片组与货物的激光行程长度，z表示感光片与镜片组之间的激光行程长度。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (7)

1.一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法，其特征是基于如下堆垛机器人，包括：

传输组件，包括安装在基面上的龙门架，设置在所述基面上、且与所述龙门架的顶梁平行的入料道，以及设置在所述基面上、且与所述入料道垂直的出料道；

智能抓取组件，滑动设置在所述龙门架的顶梁上，包括位移驱动机构，安装在所述位移驱动机构下部的基础夹爪机构，呈预定位置安装在所述基础夹爪机构上的多个视觉对正单元，以及安装在所述位移驱动机构和基础夹爪机构之间的升降机构；

包括如下步骤：

步骤1、定义入料道的进给方向、即动力小车的移动方向为X轴方向，定义出料道的进给方向为Y轴方向，定义升降装置的升降方向为Z轴方向；龙门架为基准固定不动，故动力小车在Y轴方向不存在运动自由度，偏差仅体现在X轴方向上；

步骤2、当第一个货物放置就位后，动力小车驱动智能抓取组件将其余货物堆垛在第一个货物上，动力小车的默认移动距离为编程预设值，在该移动距离下能够保证当前被夹取货物在已有货物的上方处，偏差不超过10mm；为保证堆垛整齐，进一步降低偏差，视觉对正单元开始工作；

步骤3、动力小车驱动抓取有货物的智能抓取组件移动至先前堆垛的货物上方；

步骤4、工件位置感应单元感知自身与最近的物体的距离，若工件位置感应单元感应到距离大于预定值，则判定为该工件位置感应单元下方无货物，该距离为工件位置感应单元与托盘的距离；若工件位置感应单元感应到距离小于预定值，则判定为该工件位置感应单元下方有货物，该距离为工件位置感应单元与货物的距离；

步骤5、若位于两侧的四个工件位置感应单元同时感知不到下方存在货物，则可判定被夹取货物在已有货物上方，偏差在预设范围内，进入步骤7；

步骤6、若位于一侧的两个工件位置感应单元感知下方有货物，而另一侧的两个工件位置感应单元感知下方无货物，则判定当前夹取的货物偏离已有货物；

步骤61、动力小车驱动智能抓取组件朝向感知下方有包裹的两个工件位置感应单元的方向继续运动，在此过程中四个工件位置感应单元实时监测距离，直至原先感知下方有货物的两个工件位置感应单元感应不到货物，在此瞬间动力小车停止；

步骤61、在步骤61的状态下，四个工件位置感应单元同时感应不到下方的货物，即四个工件位置感应单元都位于货物的边缘外，此状态则判断为被夹取的货物在已有货物的正上方，偏差值即为工件位置感应单元超出货物边缘的距离的双倍值，位于1mm至2mm之间；

步骤7、判定被夹取的货物在已有货物的正上方后，由升降机构驱动基础夹爪机构下降，直至当前货物接触已有货物，此时松开夹爪，升降机构驱动基础夹爪机构上升离开货物；

所述工件位置感应单元包括如下步骤：

S1、由激光发射头发出激光束，该激光束与滤光镜之间呈预定的夹角值

；

S2、激光束以预定的夹角发射到货物表面后，经货物反射后被镜片组接收，最终由镜片组聚焦至感光片；

S3、根据不同高度的货物，感光片接收到的激光位置存在差异，这些差异被信号放大器放大后传输至单片机进行分析，进而判断出下方是否存在货物，以及该货物的距离；

S4、计算出激光位移传感器距下方货物的距离L：

式中，

表示激光束与滤光镜之间的夹角值，

表示反射后的激光束与镜片组之间的夹角为，

表示感光片与镜片组之间形成的夹角为，x表示感光片接收到的激光偏移量，y表示镜片组与货物的激光行程长度，z表示感光片与镜片组之间的激光行程长度；

S5、若全程感光片受光的位置最大值与最小值之差在阈值以内，则系统判定下方存在货物，若全程感光片受光的位置最大值与最小值之差在阈值以外，则系统判定下方不存在货物，探测到的是托盘。

2.根据权利要求1所述的一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法，其特征在于：所述位移驱动机构包括一组平行安装在所述龙门架的顶梁上的滑轨，分别安装在所述滑轨首尾两端的微动开关，以及架设在所述滑轨上、且沿所述滑轨滑动的动力小车。

3.根据权利要求2所述的一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法，其特征在于：所述动力小车包括浮动侧架，连接所述浮动侧架的中间连接部，分别安装在所述中间连接部两侧的前驱轮和后驱轮，以及分别铰接在所述前驱轮与浮动侧架之间、后驱轮与浮动侧架之间的避震阻尼器；所述前驱轮和后驱轮的结构相同，包括铰接在所述浮动侧架一端的轴箱体，插入所述轴箱体内、并与之转动连接的主轴，安装在所述主轴两端、且位于所述浮动侧架内侧的车轮，安装在所述中间连接部一侧的驱动电机，以及套设在所述主轴上的齿轮箱，所述驱动电机的输出轴接入所述齿轮箱的输入齿轮，所述齿轮箱的输出齿轮与所述主轴同轴过盈安装。

4.根据权利要求1所述的一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法，其特征在于：所述基础夹爪机构包括夹板，固定在所述夹板上的导轨，通过滑块滑动设置在所述导轨上的夹爪，以及固定安装在所述夹板中部的蜗轮蜗杆减速电机；所述蜗轮蜗杆减速电机包括两个输出端，输出端分别通过联轴器安装有一对旋向相反的螺杆，所述螺杆上套设有与之齿形啮合的螺母块，所述螺母块与所述夹爪的上端面固定连接，所述夹爪上包括至少四个钩爪。

5.根据权利要求4所述的一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法，其特征在于：所述视觉对正单元包括四个延伸出所述夹爪的工件位置感应单元，所述工件位置感应单元包括壳体，安装在所述壳体内的激光发射头，设置在所述激光发射头一侧的滤光镜，设置在所述滤光镜一侧的镜片组，设置在所述镜片组一侧的感光片，以及内置于所述壳体中，且与所述感光片和激光发射头电性连接的信号放大器；工件位置感应单元超出货物边缘的距离为预定值，该预定值可在0.5mm至1mm处调节。

6.根据权利要求2所述的一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法，其特征在于：所述升降机构包括固定在所述动力小车下部的上安装板，与所述上安装板平行设置、且固定在所述基础夹爪机构上部的下安装板，固定在所述上安装板的下端面处的安装架，固定在所述安装架上的伺服步进电机，与所述伺服步进电机的输出端通过联轴器连接的主螺纹丝杆，布置在所述主螺纹丝杆周围的至少六个螺纹滚柱，套接在所述螺纹滚柱上的滑动螺母，分别固定在所述上安装板和下安装板四角的铰支座，以及相互交叉铰接在所述铰支座上的剪叉部；所述铰支座包括固定铰支座和活动铰支座，所述固定铰支座分别对称固定安装在所述上安装板的下部和下安装板的上部；所述活动铰支座包括固定在所述滑动螺母的两端的主动铰支座，以及通过直线滑组滑动设置在所述下安装板上的从动铰支座。

7.根据权利要求1所述的一种主动补偿式视觉对正堆垛机器人的对正补偿方法，其特征在于：所述入料道和出料道的结构相同，包括由多根转动辊组合而成的传输辊道，套设在所述传输辊道上的传输皮带，固定安装在所述传输辊道下端中心处的回转台，以及固定安装在所述传输辊道四角的升降台。

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