CN110480615B - 机器人拆垛定位修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人拆垛技术领域，具体涉及一种机器人拆垛定位修正方法，本方法首先设计标准砖垛，然后机器人对标准砖垛进行示教和计算抓取位置，取得抓取位置后，根据相机的焦距和安装位置计算每块砖的标准拍照位置，随后机器人移动至标准的拍照位置，通过视觉算法计算平面偏移量，同时通过超声波传感器计算高度差值；将平面方向上得出的偏移量和高度方向上得出的差值补偿给标准的抓取位置，指导机器人对抓取位置进行修正，从而实现准确的抓取。在一定程度上解决了重复示教型机器人只能进行重复定位位置作业的局限性问题，使之能应付一定范围内的随机定位问题，增加了机器人应用的灵活性和容错能力。

Description

机器人拆垛定位修正方法

技术领域：

本发明属于机器人拆垛技术领域，具体涉及一种机器人拆垛定位修正方法。

背景技术：

砖垛的拆卸以往是采取人工的方式，但是人工拆垛工作是一项体力劳动强度大、工作环境差、人员流动性大的工作，对员工的健康以及企业的发展都具有一定的影响。因此随着经济的发展，为了实现高效率拆垛，释放工人劳动量，耐火材料企业逐渐引进机器人代替人工对烧制好的砖垛进行拆卸作业，机器人不仅可以代替人们在危险、有害的恶劣环境下工作，而且操作范围大，安全性能好，工作效率是人工拆垛的数倍，能够降低工人劳动强度，改善生产环境，提高企业生产效率，降低生产成本。

但是烧制成型后的砖垛对于机器人拆垛应用来说存在两个方面的问题：一方面，砖垛在烧制和移动的过程中会出现不同程度的位移、旋转、倾斜，这就存在成砖在平面方向上产生位移的问题；另一个方面，由于窑车底面不平整、耐火砖烧制变形等方面原因，这就存在成砖在立体方向产生位移的问题。而且目前广泛应用的示教重现类型的机器人，对抓取对象有着比较严苛的三维定位要求，由于上述问题的存在，如果单纯使用机器人进行拆垛作业，在抓取过程中不能精确定位成砖的位置，会导致空抓、错抓，甚至产生碰撞，对砖垛拆垛的抓取效率存在一定的影响。

发明内容：

针对砖垛在烧制过程中会存在平面和立面方向上产生位移，从而使机器人在拆砖垛抓取过程中不能精确定位成砖的位置，导致空抓、错抓，甚至产生碰撞的缺陷和问题，本发明提供一种能够实现精准抓取、提高抓取效率的机器人拆垛定位修正方法。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种机器人拆垛定位修正方法，包括以下步骤：

步骤1、设计标准砖垛，记录标准砖垛的标准位置；

步骤2、机器人按照标准砖垛的标准位置对标准砖垛的第一块砖进行示教并计算抓取位置；

步骤3、获取标准的抓取位置之后，根据相机的焦距和安装位置计算出标准砖垛每块砖的标准拍照位置坐标；

步骤4、机器人运动至标准的拍照位置，通过视觉算法计算平面偏移量，同时通过超声波传感器计算高度差值；

步骤5、将平面方向上得出的偏移量和高度方向上得出的高度差值补偿给标准的抓取位置，指导机器人对抓取位置进行修正，实现准确的抓取。

上述的一种机器人拆垛定位修正方法，步骤1所述标准砖垛的砖与砖之间是等间隔、等高度摆放且不考虑砖在烧制和运行过程中产生的位移。

上述的一种机器人拆垛定位修正方法，步骤2中所述机器人示教包括以下步骤：

(1)机器人示教标准砖垛左上角位置的第一块砖，得到标准砖垛第一块砖的标准抓取位置坐标，以第一块砖的标准抓取位置坐标作为后续计算的基准；

(2)以标准砖垛第一块砖的标准抓取位置坐标为基准，结合砖的高度尺寸，分别计算每一层第一块砖的标准抓取位置坐标，并以该层第一块砖的抓取位置坐标作为该层其他位置号的砖的计算基准；

(3)选取要抓取的砖的层号和位置号；

(4)根据标准砖垛所设计的标准间隔，计算出对应位置号砖的实际坐标，即可得出当前要抓取砖的标准抓取坐标；

(5)根据相机的焦距和安装位置，计算合适的拍照位置坐标，得出当前要抓取砖的拍照位置坐标。

上述的一种机器人拆垛定位修正方法，步骤3中为了实现精准拍照测量，需要使相机移动至待拍照砖的正上方进行拍照，根据相机的安装位置和镜头的焦距，计算机器人悬停于待拍照砖正上方时拍照位与抓取位之间的高度差以及平面方向上的位移差。

上述的一种机器人拆垛定位修正方法，步骤4中所述视觉算法计算平面偏移量包括以下步骤：

(1)机器人移动至待抓取砖的拍照位置，触发拍照；

(2)匹配砖型的模板，计算在像素单位下砖的平面偏移量和旋转角度；

(3)标定转换，将拍照得出的砖的偏移量转换为机器人的实际移动的距离；

(4)对转换的偏移量进行脚本补偿，补偿后输出最终的平面偏移量和旋转角度。

上述的一种机器人拆垛定位修正方法，步骤4中所述超声波传感器计算高度差值包括：机器人移动至待抓取砖的拍照位置，触发拍照，超声波传感器测量到砖上表面距离；超声波传感器采集值与标准高度做求差运算，从而求出待抓取砖与标准砖之间的高度差。

上述的一种机器人拆垛定位修正方法，步骤5中所述机器人对抓取位置进行修正是通过PLC将接受到的视觉偏移量和超声波的高度差经DP模块发送给机器人DP通讯板卡，机器人再根据偏移量和高度差对抓取位置进行修正。

本发明的有益效果：

本发明结合使用机器视觉系统和超声波传感器，对将要进行抓取的砖进行拍照定位和超声波定位，通过示教、抓取、计算得到待抓取砖的水平偏移量和高度方向上高度差值，然后将定位数据传输给机器人，指导机器人对抓取位置进行修正，从而实现准确抓取，顺利高效的完成拆垛作业。在很大程度上解决了重复示教型机器人只能进行重复定位位置作业的局限性问题，使之能应付一定范围内的随机定位问题，增加了机器人应用的灵活性和容错能力，即使在一些定位精度不高的环境下，仍然能够使用机器人代替人工完成任务。

附图说明：

图1为本发明机器人拆垛定位修正方法流程图。

图2为标准砖垛立体示意图。

图3为图2标准砖垛主视图。

图4为图2标准砖垛侧视图。

图5为图2标准砖垛俯视图。

图6为标准砖垛的两种砖型示意图。

图7为机器人示教抓取流程图。

图8为视觉计算和超声波检测流程图。

图9为超声波计算示例。

具体实施方式：

由于砖垛在烧制和移动过程中会产生平面位移和立面位移，导致机器人在拆垛时容易空抓、错抓，甚至碰撞，针对这个问题，本发明提供一种机器人拆垛定位修正方法，该方法简单易操作，能够实现精准抓取。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例：本实施例在实际运用本发明的拆垛定位修正方法时使用的设备及型号如表1所示。

表1设备及型号

本实施例的机器人拆垛定位修正方法，流程如图1所示，主要包括以下几个步骤：

步骤1、设计一个标准砖垛，并记录标准砖垛每块砖的层号和位置号；其中标准砖垛要满足砖与砖之间是等间隔、等高度摆放，且不考虑砖在烧制和移动过程中产生的位移。

标准砖垛的设计可以参见图2，该标准砖垛有砖型1和砖型2两种砖型，砖型号分别为B320和B620，砖型具体参见图6，由图3-5可以看出该标准砖垛的第1层摆放6组砖型1、第2层摆放8组砖型2、第3层摆放6组砖型1、第4层摆放8组砖型；其中第1层和第3层的砖型1距离为12mm，第2层和第4层的砖型2的距离为5mm；砖型1保证两砖之间中心距离为126.5mm，砖型2保证两砖缝距离为5mm。

步骤2、机器人示教并计算第一块砖的标准抓取位置坐标，再根据标准抓取位置计算拍照位置坐标，流程如图7所示，具体步骤为：

(1)机器人示教标准砖垛左上角位置的第一块砖，得到标准砖垛第一块砖的标准抓取位置坐标，以第一块砖的标准抓取位置坐标作为后续计算的基准。

(2)以标准砖垛第一块砖的标准抓取位置坐标为基准，结合砖的高度尺寸，分别计算每一层第一块砖的标准抓取位置坐标，并以该层第一块砖的抓取位置坐标作为该层其他位置号的砖的计算基准。

(3)选取要抓取的砖的层号和位置号。

(4)根据设计的标准间隔，计算出对应位置号砖的实际坐标，即可得出要抓取砖的标准抓取坐标；也就是以当前层的抓取位置坐标，加上m倍的x偏移量、加上n倍的y偏移量，可计算出指定位置号砖的抓取坐标；

步骤3、取得标准的抓取位置之后，根据相机的焦距和安装位置，计算合适的拍照位置坐标，得出当前要抓取砖的拍照位置坐标；为了实现精准拍照，需要使相机移动至待拍照砖的正上方，根据相机的安装位置和镜头的焦距，计算机器人悬停于待拍照砖正上方时，拍照位与抓取位之间的高度差以及平面方向上的位移差。

抓取位置、拍照位置计算伪代码示例：

LBL跳转位置号

m＝位置号-1；

n＝位置号；

x方向偏移量＝x方向砖的间隔*m；

y方向偏移量＝y方向砖的间隔*n；

抓取位置x方向的坐标＝当前层抓取位置基准坐标+x方向偏移量；

抓取位置y方向的坐标＝当前层抓取位置基准坐标+y方向偏移量；

拍照位置x方向的坐标＝抓取位置x方向的坐标+x方向拍照偏移量；

拍照位置y方向的坐标＝抓取位置y方向的坐标+y方向拍照偏移量；

拍照位置z方向的坐标＝抓取位置z方向的坐标+z方向拍照偏移量；

End；

步骤4、机器人运动至标准的拍照位置，通过视觉算法得出在平面方向上实际待抓取的砖与标准砖垛的砖之间产生的位移值和旋转角度；同时通过超声波传感器测量砖的上表面得出在高度方向上实际待抓取的砖与标准位置的砖之间的高度差值；将平面方向上得出的位移值和高度方向上得出的差值补偿给标准的抓取位置；包括以下几步，具体流程见图8：

(1)机器人移动至待抓取砖的拍照位置，触发拍照，超声波检测到砖上表面距离；

(2)根据不同砖型，将拍照图像与标准模板进行匹配，计算在像素单位下，砖的平面偏移量和旋转角度；超声波传感器采集值与标准高度做求差运算，求出待抓取砖与标准砖之间的高度差，超声波计算实例见图9；

(3)标定转换(将像素量转换为实际的物理量)，此处将拍照得出的砖的偏移量转换为机器人的实际移动的距离。

(4)由于相机与机器人的末端法兰盘中心不是同心安装，在拍照和旋转时会产生误差，需要对转换的偏移量进行脚本补偿，补偿后输出最终的平面偏移量和旋转角度。

补偿脚本示例如下：

步骤5、通过PLC将接受到的视觉偏移量和超声波的高度差经DP模块发送给机器人DP通讯板卡，机器人再根据偏移量和高度差对抓取位置进行修正，从而实现准确的抓取；其中DP模块为西门子DP模块；通讯板卡为FUNAC的DP320T-EC通讯板卡。

机器人修正抓取位置伪代码示例：

抓取位置x分量＝标准抓取位置x分量+视觉x方向偏移量；

抓取位置y分量＝标准抓取位置y分量+视觉y方向偏移量；

抓取位置z分量＝标准抓取位置z分量+超声波z方向高度；

end；

通过以上操作即可完成对机器人拆垛过程的定位修正，解决了重复示教型机器人只能进行重复定位位置作业的局限性问题，使之能应付一定范围内的随机定位问题，增加了机器人应用的灵活性和容错能力；在一些定位精度不高的环境下，仍然能够使用机器人代替人工完成任务。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机器人拆垛定位修正方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、设计标准砖垛，记录标准砖垛的标准位置；

步骤2、机器人按照标准砖垛的标准位置对标准砖垛的第一块砖进行示教并计算抓取位置；

步骤3、获取标准的抓取位置之后，根据相机的焦距和安装位置计算出标准砖垛每块砖的标准拍照位置坐标；

步骤4、机器人运动至标准的拍照位置，通过视觉算法计算平面偏移量，同时通过超声波传感器计算高度差值；

具体地，步骤4中所述视觉算法计算平面偏移量包括以下步骤：

S1、机器人移动至待抓取砖的拍照位置，触发拍照；

S2、匹配砖型的模板，计算在像素单位下砖的平面偏移量和旋转角度；

S3、标定转换，将拍照得出的砖的偏移量转换为机器人的实际移动的距离；

S4、对转换的偏移量进行脚本补偿，补偿后输出最终的平面偏移量和旋转角度；

步骤5、将平面方向上得出的偏移量和高度方向上得出的高度差值补偿给标准的抓取位置，指导机器人对抓取位置进行修正，实现准确的抓取。

2.根据权利要求1所述的一种机器人拆垛定位修正方法，其特征在于：步骤1所述标准砖垛的砖与砖之间是等间隔、等高度摆放且不考虑砖在烧制和运行过程中产生的位移。

3.根据权利要求1所述的一种机器人拆垛定位修正方法，其特征在于：步骤2中所述机器人示教包括以下步骤：

（1）机器人示教标准砖垛左上角位置的第一块砖，得到标准砖垛第一块砖的标准抓取位置坐标，以第一块砖的标准抓取位置坐标作为后续计算的基准；

（2）以标准砖垛第一块砖的标准抓取位置坐标为基准，结合砖的高度尺寸，分别计算每一层第一块砖的标准抓取位置坐标，并以该层第一块砖的抓取位置坐标作为该层其他位置号的砖的计算基准；

（3）选取要抓取的砖的层号和位置号；

（4）根据标准砖垛所设计的标准间隔，计算出对应位置号砖的实际坐标，得出当前要抓取砖的标准抓取坐标；

（5）根据相机的焦距和安装位置，计算合适的拍照位置坐标，得出当前要抓取砖的拍照位置坐标。

4.根据权利要求1所述的一种机器人拆垛定位修正方法，其特征在于：步骤3中为了实现精准拍照测量，需要使相机移动至待拍照砖的正上方进行拍照，根据相机的安装位置和镜头的焦距，计算机器人位于待拍照砖正上方时拍照位与抓取位之间的高度差以及平面方向上的位移差。

5.根据权利要求1所述的一种机器人拆垛定位修正方法，其特征在于：步骤4中所述超声波传感器计算高度差值包括：机器人移动至待抓取砖的拍照位置，触发拍照，超声波传感器测量到砖上表面距离；超声波传感器采集值与标准高度做求差运算，从而求出待抓取砖与标准砖之间的高度差。

6.根据权利要求1所述的一种机器人拆垛定位修正方法，其特征在于：步骤5中所述机器人对抓取位置进行修正是通过PLC将接受到的视觉偏移量和超声波的高度差经DP模块发送给机器人DP通讯板卡，机器人再根据偏移量和高度差对抓取位置进行修正。

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