CN110450129B - 一种应用于搬运机器人的搬运行进方法及其搬运机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了通过目标检测算法自动从摄像头拍摄的若干目标图像中搜索并先后分别确认两个搬运目标，在行进过程中间隔地拍摄新的目标图像，并按照搬运目标的坐标调整行进方向和确认停止时机，最终实现自动将工件从一个搬运目标运送至另一个搬运目标；无需按照既定的路径来行进，能完成自动识别和自动行进的方式，具有高度的智能化，对没有固定位置的搬运目标亦能够实现搬运，大大提高了搬运效率。

Description

一种应用于搬运机器人的搬运行进方法及其搬运机器人
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，特别是一种应用于搬运机器人的搬运行进方法及其搬运机器人。
背景技术
随着工业技术的迅速发展，在工业生产中，对生产设备的智能化和自动化需求日益增加。但目前的搬运机器人只能按照设定的路径来行进，无法自动寻找搬运目标，不够智能化。在搬运目标不是摆放在固定位置的情况下，搬运机器人即无法完成搬运任务，将导致搬运效率大大降低。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种应用于搬运机器人的搬运行进方法及其搬运机器人，能自动搜索搬运目标并自动行进至搬运目标处。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
本发明的第一方面，提供了一种应用于搬运机器人的搬运行进方法，所述搬运机器人包括行进机构、摄像头、机械臂、激光测距仪和控制处理器，所述搬运行进方式包括以下步骤：
步骤S1、通过摄像头拍摄目标图像；
步骤S2、通过目标检测算法判断目标图像是否存在第一搬运目标；
步骤S3、若目标图像不存在第一搬运目标，则旋转摄像头继续拍摄直至检测到目标图像存在第一搬运目标；
步骤S4、检测到目标图像存在第一搬运目标后向第一搬运目标行进，每间隔设定拍摄时间重新拍摄包含第一搬运目标的目标图像和获取对应的第一搬运目标的位置坐标(x，y)；
步骤S5、根据最新的横坐标x通过比例闭环控制调节移动方向并相应地调整移动速度以及通过激光测距仪获得与第一搬运目标的实时距离h，直至实时距离h等于第一阈值且最新的纵坐标y等于第二阈值则停止移动、停止拍摄目标图像和停止获取第一搬运目标的位置坐标；
步骤S6、通过机械臂抓取第一搬运目标上的工件；
步骤S7、按照步骤S1至步骤S5所采用的方法确认第二搬运目标并移动至第二搬运目标前；
步骤S8、将机械臂上的工件放置到第二搬运目标上。
上述应用于搬运机器人的搬运行进方法至少具有以下的有益效果:使搬运机器人通过目标检测算法自动从摄像头拍摄的若干目标图像中搜索并先后分别确认两个搬运目标，在行进过程中间隔地拍摄新的目标图像，并按照搬运目标的坐标调整行进方向和确认停止时机，无需按照既定的路径来行进，实现搬运机器人的自动识别和自动行进的方式，提高了搬运机器人的智能化程度，对没有固定位置的搬运目标亦能够实现搬运，大大提高了搬运效率。
根据本发明的第一方面,所述获取对应的第一搬运目标的位置坐标(x，y)具体为：x＝cx*k1，y＝cy*k2，其中cx为目标检测算法对第一搬运目标框定的边界框的中心点横坐标，cy为目标检测算法对第一搬运目标框定的边界框的中心点纵坐标，k1为目标图像的分辨率的横向像素值，k2为目标图像的分辨率的纵向像素值。
根据本发明的第一方面,所述根据最新的横坐标x通过比例闭环系统调节移动方向具体为：比较横坐标x与目标图像横向中心点的坐标值xc，当x大于xc时，调节移动方向偏右，当x小于xc时，调节移动方向偏左。
根据本发明的第一方面,所述行进机构包括两个前轮和两个后轮，两个前轮分别连接有电机A和电机B，两个后轮分别连接有电机C和电机D；移动速度的调整方式具体为：检测到移动速度与设定速度不同，则将移动速度和设定速度的差的绝对值作为速度偏差输出值Vx，对电机A、电机B、电机C和电机D按照如下方式调整：
Figure BDA0002136135010000031
其中Target_A、Target_B、Target_C和Target_D分别为电机A、电机B、电机C和电机D的输出目标值，RC_Position为给定最大移动位置值。
根据本发明的第一方面,当实时距离h等于第一阈值而最新的纵坐标y大于第二阈值，则判定前方存在障碍物，此时根据最新的横坐标x通过比例闭环系统调节移动方向并相应地调整移动速度。
根据本发明的第一方面,所述目标检测算法为基于TensorFlow框架的SSD目标检测算法。
根据本发明的第一方面,通过识别第一搬运目标和第二搬运目标上的标识来区分第一搬运目标和第二搬运目标。
本发明的第二方面，提供了一种搬运机器人，包括行进机构、摄像头、机械臂、激光测距仪、控制处理器和用于与所述控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述控制处理器执行的指令，所述指令被所述控制处理器执行，以使所述控制处理器能够执行如本发明第一方面所述的一种应用于搬运机器人的搬运行进方法。
上述搬运机器人至少具有以下的有益效果：通过目标检测算法自动从摄像头拍摄的若干目标图像中搜索并先后分别确认两个搬运目标，在行进过程中间隔地拍摄新的目标图像，并按照搬运目标的坐标调整行进方向和确认停止时机，无需按照既定的路径来行进，能完成自动识别和自动行进的方式，具有高度的智能化，对没有固定位置的搬运目标亦能够实现搬运，大大提高了搬运效率。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一种应用于搬运机器人的搬运行进方法的流程图；
图2是本发明实施例一种搬运机器人的行进示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1和图2，本发明的一个实施例，提供了一种应用于搬运机器人的搬运行进方法，所述搬运机器人包括行进机构800、摄像头200、机械臂300、激光测距仪400和控制处理器100，所述搬运行进方式包括以下步骤：
步骤S1、通过摄像头200拍摄目标图像；
步骤S2、通过目标检测算法判断目标图像是否存在第一搬运目标600；
步骤S3、若目标图像不存在第一搬运目标600，则旋转摄像头200继续拍摄直至检测到目标图像存在第一搬运目标600；
步骤S4、检测到目标图像存在第一搬运目标600后向第一搬运目标600行进，每间隔设定拍摄时间重新拍摄包含第一搬运目标600的目标图像和获取对应的第一搬运目标600的位置坐标(x，y)；
步骤S5、根据最新的横坐标x通过比例闭环控制调节移动方向并相应地调整移动速度以及通过激光测距仪400获得与第一搬运目标600的实时距离h，直至实时距离h等于第一阈值且最新的纵坐标y等于第二阈值则停止移动、停止拍摄目标图像和停止获取第一搬运目标600的位置坐标；
步骤S6、通过机械臂300抓取第一搬运目标600上的工件610；
步骤S7、按照步骤S1至步骤S5所采用的方法确认第二搬运目标700并移动至第二搬运目标700前；
步骤S8、将机械臂300上的工件610放置到第二搬运目标700上。
在该实施例中，通过目标检测算法自动从摄像头200拍摄的若干目标图像中搜索并确认第一搬运目标600，其中所采用的目标检测算法为基于TensorFlow框架的SSD目标检测算法。SSD目标检测算法是一种一步到位检测算法，其主要思路是均匀地在目标图像的不同位置进行密集抽样，抽样时框定的边界框可以采用不同尺度和长宽比，然后利用CNN算法提取特征后直接进行分类与回归，整个过程一步到位。若拍摄的目标图像中没有包含第一搬运目标600则旋转摄像头200继续拍摄直至搜索到第一搬运目标600，完成搬运机器人对第一搬运目标600的自动搜索。
进一步，在步骤S4中，在搜索到第一搬运目标600后，获取对应的第一搬运目标600的位置坐标(x，y)，具体为：x＝cx*k1，y＝cy*k2，其中cx为目标检测算法对第一搬运目标600框定的边界框的中心点横坐标，cy为目标检测算法对第一搬运目标600框定的边界框的中心点纵坐标，k1为目标图像的分辨率的横向像素值，k2为目标图像的分辨率的纵向像素值。具体地，摄像头200拍摄的目标图像的分辨率为640像素*480像素，则k1为640，k2为480。
获取得到第一搬运目标600的坐标后，搬运机器人向第一搬运目标600移动。需要说明的是，摄像头200是固定的，摄像头200所对方向为搬运机器人前进方向，因此旋转摄像头200需要使搬运机器人自旋转。
进一步，向第一搬运目标600行进的过程中，每间隔设定拍摄时间重新拍摄包含第一搬运目标600的目标图像和获取对应的第一搬运目标600的位置坐标(x，y)；具体地，设定拍摄时间为0.5s。使搬运机器人在行进过程中保持对搬运目标的准确定位。
进一步,在步骤S5中，行进过程中，根据最新拍摄的目标图像中第一搬运目标600的横坐标x通过比例闭环系统调节移动方向，具体为：比较横坐标x与目标图像横向中心点的坐标值xc，当x大于xc时，调节移动方向偏右，当x小于xc时，调节移动方向偏左。具体地，摄像头200拍摄的目标图像的分辨率为640像素*480像素，则xc取值为320。
进一步,所述行进机构800包括两个前轮和两个后轮，两个前轮分别连接有电机A和电机B，两个后轮分别连接有电机C和电机D；在搬运机器人转弯或遇到障碍时，移动速度容易产生变化，需要对移动速度进行调整。移动速度的调整方式具体为：检测到移动速度与设定速度不同，则将移动速度和设定速度的差的绝对值作为速度偏差输出值Vx，对电机A、电机B、电机C和电机D按照如下方式调整：
Target_A＝+VX+RC_Position
Target_B＝+VX+RC_Position
Target_C＝-VX+RC_Position，
Target_D＝-VX+RC_Position
其中Target_A、Target_B、Target_C和Target_D分别为电机A、电机B、电机C和电机D的输出目标值，RC_Position为给定最大移动位置值。
进一步,在行进过程中，通过激光测距仪400获得与第一搬运目标600的实时距离h，当实时距离h等于第一阈值而最新的纵坐标y大于第二阈值，则判定前方存在障碍物，此时按照上述的方式通过比例闭环系统调节移动方向；同样地，比较横坐标x与目标图像横向中心点的坐标值xc，当x大于xc时，调节移动方向偏右，当x小于xc时，调节移动方向偏左。并使搬运机器人在转弯时相应地调整移动速度。
进一步，搬运机器人在向第一搬运目标600行进的过程中，当实时距离h等于第一阈值且最新的纵坐标y等于第二阈值则停止移动、停止拍摄目标图像和停止获取第一搬运目标600的位置坐标。具体地，第一阈值为10cm，第二阈值为40。
进一步，搬运机器人到达第一搬运目标600前，确认第一搬运目标600上的工件610及其位置，通过机械臂300抓取第一搬运目标600上的工件610。
然后，按照上述步骤所采用的方法使搬运机器人确认第二搬运目标700并移动至第二搬运目标700前；将机械臂300上的工件610放置到第二搬运目标700上。其中，通过SSD目标检测算法识别第一搬运目标600和第二搬运目标700上的标识来区分第一搬运目标600和第二搬运目标700。具体地，本实施例中，标识为第一搬运目标600和第二搬运目标700上标记的数字。在其他实施例中，标识可以为第一搬运目标600和第二搬运目标700的颜色或形状区别。至此，使搬运机器人自动将工件610从一个搬运目标运送到另一个搬运目标，具有高度智能化。
在该实施例中，使搬运机器人通过目标检测算法自动从摄像头200拍摄的若干目标图像中搜索并先后分别确认两个搬运目标，在行进过程中间隔地拍摄新的目标图像，并按照搬运目标的坐标调整行进方向和确认停止时机，无需按照既定的路径来行进，实现搬运机器人的自动识别和自动行进的方式，提高了搬运机器人的智能化程度，对没有固定位置的搬运目标亦能够实现搬运，大大提高了搬运效率。
参照图2，本发明的另一个实施例，提供了一种搬运机器人，包括行进机构800、摄像头200、机械臂300、激光测距仪400、控制处理器100和用于与所述控制处理器100通信连接的存储器500；行进机构800、摄像头200、机械臂300、激光测距仪400分别与控制处理器100连接，受控制处理器100控制；所述存储器500存储有可被所述控制处理器100执行的指令，所述指令被所述控制处理器100执行，以使所述控制处理器100能够执行如上所述的一种应用于搬运机器人的搬运行进方法。
上述搬运机器人通过目标检测算法自动从摄像头200拍摄的若干目标图像中搜索并先后分别确认两个搬运目标，在行进过程中间隔地拍摄新的目标图像，并按照搬运目标的坐标调整行进方向和确认停止时机，无需按照既定的路径来行进，能完成自动识别和自动行进的方式，具有高度的智能化，对没有固定位置的搬运目标亦能够实现搬运，大大提高了搬运效率。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种应用于搬运机器人的搬运行进方法，其特征在于，所述搬运机器人包括行进机构、摄像头、机械臂、激光测距仪和控制处理器，所述搬运行进方法 包括以下步骤：
步骤S1、通过摄像头拍摄目标图像；
步骤S2、通过目标检测算法判断目标图像是否存在第一搬运目标；
步骤S3、若目标图像不存在第一搬运目标，则旋转摄像头继续拍摄直至检测到目标图像存在第一搬运目标；
步骤S4、检测到目标图像存在第一搬运目标后向第一搬运目标行进，每间隔设定拍摄时间重新拍摄包含第一搬运目标的目标图像和获取对应的第一搬运目标的位置坐标(x，y)；
步骤S5、根据最新的横坐标x通过比例闭环控制调节移动方向并相应地调整移动速度以及通过激光测距仪获得与第一搬运目标的实时距离h，直至实时距离h等于第一阈值且最新的纵坐标y等于第二阈值则停止移动、停止拍摄目标图像和停止获取第一搬运目标的位置坐标；
步骤S6、通过机械臂抓取第一搬运目标上的工件；
步骤S7、按照步骤S1至步骤S5所采用的方法确认第二搬运目标并移动至第二搬运目标前；
步骤S8、将机械臂上的工件放置到第二搬运目标上；
其中，所述获取对应的第一搬运目标的位置坐标(x，y)具体为：x＝cx＊k1，y＝cy＊k2，其中cx为目标检测算法对第一搬运目标框定的边界框的中心点横坐标，cy为目标检测算法对第一搬运目标框定的边界框的中心点纵坐标，k1为目标图像的分辨率的横向像素值，k2为目标图像的分辨率的纵向像素值。
2.根据权利要求1所述的一种应用于搬运机器人的搬运行进方法，其特征在于，所述根据最新的横坐标x通过比例闭环系统调节移动方向具体为：比较横坐标x与目标图像横向中心点的坐标值xc，当x大于xc时，调节移动方向偏右，当x小于xc时，调节移动方向偏左。
3.根据权利要求2所述的一种应用于搬运机器人的搬运行进方法，其特征在于，所述行进机构包括两个前轮和两个后轮，两个前轮分别连接有电机A和电机B，两个后轮分别连接有电机C和电机D；移动速度的调整方式具体为：检测到移动速度与设定速度不同，则将移动速度和设定速度的差的绝对值作为速度偏差输出值Vx，对电机A、电机B、电机C和电机D按照如下方式调整：
Figure FDA0003548277470000021
其中Target＿A、Target＿B、Target＿C和Target＿D分别为电机A、电机B、电机C和电机D的输出目标值，RC_Position为给定最大移动位置值。
4.根据权利要求3所述的一种应用于搬运机器人的搬运行进方法，其特征在于，当实时距离h等于第一阈值而最新的纵坐标y大于第二阈值，则判定前方存在障碍物，此时根据最新的横坐标x通过比例闭环系统调节移动方向并相应地调整移动速度。
5.根据权利要求1所述的一种应用于搬运机器人的搬运行进方法，其特征在于，所述目标检测算法为基于TensorFlow框架的SSD目标检测算法。
6.根据权利要求1所述的一种应用于搬运机器人的搬运行进方法，其特征在于，通过识别第一搬运目标和第二搬运目标上的标识来区分第一搬运目标和第二搬运目标。
7.一种搬运机器人，其特征在于，包括行进机构、摄像头、机械臂、激光测距仪、控制处理器和用于与所述控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述控制处理器执行的指令，所述指令被所述控制处理器执行，以使所述控制处理器能够执行如权利要求1－6任一项所述的一种应用于搬运机器人的搬运行进方法。
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