CN110678397A - 用于在物体上放置标签的系统及其方法和用于机器人系统的效应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在物体上放置标签的系统，包括：‑扫描模块，被布置为基于与标签相关联的预定参数扫描物体以寻找合适的标签放置位置；‑机器人控制装置，被布置为从标签基板提取标签，并且将标签移动到与合适的标签放置位置相邻；并且，其中，机器人控制装置还被布置成将标签施加到合适的标签放置位置上，使得标签粘附到物体上。

Description

用于在物体上放置标签的系统及其方法和用于机器人系统的 效应器
技术领域
本发明涉及一种用于在物体上放置标签的系统及其方法和用于机器人系统的效应器，更具体地，但非排他地，涉及一种用于在物体上放置标签的系统及其方法，其中，在扫描物体之前，物体的属性是未知的。
背景技术
电子商务(E-commerce)涵盖广泛的业务，从基于消费者的零售网站，到拍卖或音乐网站，到在海外公司之间交易商品和服务的业务交换。随着越来越多的业务将其操作部分转移到互联网上，“传统”和“电子”商业之间的界限变得越来越模糊。
与任何数位技术或基于消费者的采购平台一样，电子商务在过去几年中也在不断演化。随着智能手机和平板电脑等移动设备变得越来越流行且买得起，移动商务已经拥有自己的市场，任何移动用户都可以直接访问电子商务。因此，电子商务为其消费者提供了巨大的益处，例如，其全天候可用性，商品和服务的广泛可用性、可访问性和全球可达性。一旦消费者在线订购了他们的商品或服务，他们就可以在不离开其生活空间的情况下收到他们的商品。
发明内容
不希望受理论束缚，发明人通过他们自己的试验、并且经由努力和实验，已经发现，现有的自动化或机器人可能无法适应电子商务仓库的日常业务操作。电子商务仓库中货物或储存物品的周转率很快，而货物数量少但种类繁多。例如，储存的物品和用于包装这些物品的盒子通常是不规则的形状、形式、颜色，并且由具有不同刚度的材料制成。因此，将条形码或RFID标签放置到这样物体上是低效且缓慢的，并且在最坏的情况下，条形码或RFID标签可能在物流布置期间无意地从物体上移除。
为了解决或减轻至少一些上述问题，本发明公开了一种用于将标签放置在物体上的系统和方法。该系统可包括扫描模块和机器人控制装置。扫描模块可以基于与标签相关联的预定参数来扫描物体以寻找合适的标签放置位置。另一方面，机器人控制装置可以首先从标签基板提取标签，将标签移动到与合适的标签放置位置相邻的位置，最后，将标签施加到合适的标签放置位置上，使得标签牢固地粘附到物体上。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在物体上放置标签的系统，包括：扫描模块，被布置为基于与标签相关联的预定参数扫描物体以寻找合适的标签放置位置；机器人控制装置，被布置为从标签基板提取标签，并且将标签移动到与合适的标签放置位置相邻；并且，其中，机器人控制装置还被布置成将标签施加到合适的标签放置位置上，使得标签粘附到物体上。
在第一方面的一个实施例中，在扫描模块扫描物体之前，物体的属性是未知的。
在第一方面的一个实施例中，所述物体的属性包括物体的尺寸、形状、表面轮廓、功能取向、材料成分、偏转特性或其中的任何一个或多个。
在第一方面的一个实施例中，所述扫描模块包括：相机，被布置为捕获所述物体的图像；以及物体识别处理器，被布置为将所述物体的表面上的区域识别为合适的标签放置位置。
在第一方面的一个实施例中，所述机器人控制装置包括机器人构件，所述机器人构件布置成由控制器致动，以从所述标签基板提取所述标签，并将所述标签施加到所述合适的标签放置位置上。
在第一方面的一个实施例中，所述机器人构件包括气动效应器，所述气动效应器布置成从所述标签基板气动地提取所述标签，并将所述标签气动地施加到所述物体上。
在第一方面的一个实施例中，所述气动效应器布置成施加气动抽吸压力，以从所述标签基板提取所述标签；并且施加气动吹气压力，以将所述标签施加到所述物体上。
在第一方面的一个实施例中，所述物体识别处理器被布置成识别所述物体的边缘，以将所述物体上的大致平面区域识别为合适的标签放置位置。
在第一方面的一个实施例中，所述物体是准备用于运输的物品。
在第一方面的一个实施例中，所述系统还布置成将标签放置在由传送带系统移动的多个物体上。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于在物体上放置标签的方法，包括以下步骤：基于与标签相关联的预定参数扫描物体以获得合适的标签放置位置；从标签基板提取标签并将标签移动到与合适的标签放置位置相邻；以及将标签施加到合适的标签放置位置上，使得标签粘附到物体上。
在第二方面的一个实施例中，在扫描物体以寻找合适的标签放置位置之前，物体的属性是未知的。
在第二方面的一个实施例中，所述物体的属性包括物体的尺寸、形状、表面轮廓、功能取向、材料成分、偏转特性或其中的任何一个或多个。
在第二方面的一个实施例中，在扫描物体以寻找合适的标签放置位置的步骤包括：捕获所述物体的图像；以及通过物体识别过程来处理图像，以将所述物体的表面上的区域识别为合适的标签放置位置。
在第二方面的一个实施例中，从标签基板提取标签并将标签移动到与合适的标签放置位置相邻的步骤包括：致动所述机器人构件，以从所述标签基板提取所述标签，并将所述标签施加到所述合适的标签放置位置上。
在第二方面的一个实施例中，所述机器人构件包括气动效应器，所述气动效应器布置成从所述标签基板气动地提取所述标签，并将所述标签气动地施加到所述物体上。
在第二方面的一个实施例中，所述气动效应器布置成施加气动抽吸压力，以从所述标签基板提取所述标签；并且施加气动吹气压力，以将所述标签施加到所述物体上。
在第二方面的一个实施例中，所述物体识别处理被布置成识别所述物体的边缘，以将所述物体上的大致平面区域识别为合适的标签放置位置。
在第二方面的一个实施例中，所述物体是准备用于运输的物品。
在第二方面的一个实施例中，所述系统还布置成将标签放置在由传送带系统移动的多个物体上。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于机器人系统的效应器，包括：入口，布置成接收流体压力；流体分配介质，布置成与入口连通，其中，由入口接收的流体压力各向同性地分配到流体连通介质，使得流体连通介质可以通过流体压力操纵物体。
在第三方面的一个实施例中，所述流体分配介质包括被布置成操纵所述物体的物体操纵表面。
在第三方面的一个实施例中，所述流体分配介质基本上被气密壁围绕，所述气密壁布置成在暴露所述物体操纵表面的同时覆盖所述流体分配介质。
在第三方面的一个实施例中，所述气密壁是可延展的和/或柔性的。
在第三方面的一个实施例中，所述物体操纵表面布置成当所述入口在远离所述入口的方向上接收流体压力时向所述物体传递吸力。
在第三方面的一个实施例中，所述物体操纵表面布置成当所述入口在朝向所述入口的方向上接收流体压力时向所述物体传递吹力。
在第三方面的一个实施例中，吸力或吹力在物体操纵表面上各向同性地分布。
在第三方面的一个实施例中，所述流体连通介质具有海绵状特征。
在第三方面的一个实施例中，气密壁由橡胶材料构成。
在第三方面的一个实施例中，所述效应器布置成连接到流体压力输送系统。
在第三方面的一个实施例中，所述效应器被布置成连接成与机械臂一起操作，所述机械臂布置成将所述效应器引导到与所述物体相邻的操作位置以进行操纵。
在第三方面的一个实施例中，被操纵的物体是标签。
在第三方面的一个实施例中，所述效应器被布置成当吸力分布在所述物体操纵表面上时，从标签基板提取所述标签，并且当所述吹力分布在所述物体操纵表面上时，将所述标签施加到物体表面。
附图说明
现在将参考附图通过示例描述本发明的实施例，其中：
图1示出根据本发明一个实施例的系统的示意图；
图2是示出图1中系统的扫描模块的示意图；
图3是示出图1中系统的机器人控制装置的示意图；
图4示出了根据本发明的一个替选实施例的系统的示意图；
图5a示出了根据又一个实施例的具有末端效应器的机械臂的动力链。
图5b是示出根据又一实施例的具有末端效应器的机械臂的结构的示意图；
图6是根据本发明的一个实施例的效应器的示意图；
图7a显示了图6中效应器的顶视图；
图7b示出了图6中的效应器的局部侧视图；以及
图7c示出了图6中的效应器的侧视图。
具体实施例
参考图1，提供了用于将标签20放置在物体30上的系统10，其包括：扫描模块100，其布置成基于与标签20相关联的预定参数扫描物体30，以获得合适的标签放置位置；机器人控制装置200，布置成从标签基板25提取标签20并移动标签20，以与合适的标签放置位置相邻；并且其中，机器人控制装置200还布置成将标签20施加到合适的标签放置位置，使得标签20粘附到物体30上。
在该实施例中，系统10包括扫描模块100，机器人控制装置200，要由扫描模块100扫描的目标物体30，用于粘贴在被扫描物体30上的标签20，例如，条形码、RFID标签或具有递送地址或其他储存信息的任何其他标识，以及标签基板25，例如用于提供标签20的自动标签分配器25。在扫描模块100扫描物体30之前，物体30的属性(例如物体的大小、形状、表面轮廓、功能方向、材料成分、刚度、偏转属性等)是未知的。
优选地，扫描模块100还包括相机110或多相机视觉模块110和物体识别处理器120(例如计算机122)，如图2所示。相机110布置成捕获物体30的图像，而物体识别处理器120被布置成将物体30的表面上的区域识别为合适的标签放置位置，例如4英寸×1.75英寸的区域。在一个示例性实施例中，这种合适的标签放置位置可以是具有不规则形状的物体30的平面区域或表面。然后，可以将具有任意形状的标签20施加到该合适的标签放置位置上，并均匀地粘附到物体30上，从而为物体30分配独特的标识。
可选地，多相机视觉模块110还可以包括立体相机112(未示出)和飞行时间相机/IR模式传感器114(未示出)，以便于从各种朝向捕获物体30的图像。从而更有效地识别三维物体30的多平面中最合适的标签放置位置。例如，立体相机112和飞行时间相机/IR模式传感器114可以进一步将物体30的位置(例如深度信息)提供给物体识别处理器120，使得即使物体30处于任意的、不可预测的非均匀运动下，物体的相对位置也可以及时且准确地跟踪到。
另一方面，机器人控制装置200可包括机器人构件210，例如，工业臂，例如Delta机器人或笛卡尔机器人，以及控制器220，例如具有嵌入式应用的微控制器，用于基于可编程输入/输出和数据算法，在三维空间中操纵机器人构件210的运动。由控制器220致动的机器人构件210可从标签基板25提取标签20，并将标签20施加到合适的标签放置位置上。例如，机器人构件210可包括气动效应器300，气动效应器300布置成通过抽吸，通过施加气动抽吸压力，从标签基板25气动地提取/拾取标签20，并且通过吹气，通过施加气动吹气压力，将标签20气动地施加/放置在物体30上，如图3所示。可替选地，标签20可以用可移动的末端效应器30卷到物体30上。
优选地，物体识别处理器120可以识别物体30的边缘，以便将物体30上的大致平面区域识别为合适的标签放置位置。由于物体30的属性，例如物体的尺寸、形状、表面轮廓、功能取向、材料成分、偏转特性等是未知的，因此识别物体30上的平面区域是有利的，从而选择最合适的标签放置位置，例如，具有最大可用的平面区域的位置。
在一个替选实施例中，提供了用于将标签20放置在物体30上的系统40，例如准备用于沿着运输系统400运输的物品，运输系统400例如用于运输行李箱的传送带系统400，如图4所示。系统10优选地设置有扫描单元100，机械臂200和用于控制扫描单元100和机械臂200的计算机控制台/处理器120。在该系统40中，沿着传送带系统400运输具有不规则形状、形式、颜色并由具有不同刚度的材料制成的大量物体30。
优选地，扫描单元100布置成扫描由传送带系统400沿着传送带移动的多个物体30中的每一个，例如基于与多个标签20相关的预定参数，并且通过用相机110捕获物体30的图像去寻找合适的标签放置位置。捕获的图像可以被发送到计算机控制台120，以进行图像分析和物体识别。在一个示例性实施例中，物体识别处理器120可以识别不规则物体30的边缘，例如，通过使用边缘检测技术，以便识别物体30上的大致平面区域，并且从而选择最合适的平面区域，例如，可用作合适的标签放置位置的最大的平面区域。可替选地，合适的标签放置位置可以基于其他用户预定标准来确定，例如，标签20的形状除了平面区域的尺寸之外，或者除了平面区域的尺寸之外，。
由计算机控制台120命令的机械臂200被布置成从标签源25提取每个标签20，并且移动标签20以与每个被扫描物体30的合适标签放置位置相邻。可选地，传送带的速度可以通过计算机控制台120监控和调节，从而允许物体30充分分离。
机械臂200还布置成将每个标签20施加到合适的标签放置位置上，使得每个标签20可以分别粘附到并放置在多个物体30上。可选地，标签20可以通过借助连接到机械臂200的效应器300放置在物体上。本领域技术人员将理解，系统40还可以在包括多个传送带系统400的运输系统中实施。
现在转向扫描模块100和机器人控制装置200之间的“手”和“眼睛”协调，机器人构件210的角度位置和移动可以基于标签20、物体30的位置以及机器人构件210的初始位置从坐标系导出，具有以下表达式：
[数学式0001]
Figure BDA0002101473070000081
如图5a至5b所示，坐标系附加到效应器300的每个链接部，其中，每个链接部提供有链接部参数(如下表1所示)。
Figure BDA0002101473070000091
参考图6，提供了用于机器人系统10的效应器300，其包括：入口310，布置成接收流体压力；流体分配介质320，布置成与入口310连通，其中，由入口接收310的流体压力是各向同性地分配到流体连通介质320，使得流体连通介质320可以通过流体压力而操纵物体30。
在该实施例中，流体分配介质320(优选地具有海绵状特征)可以包括物体操纵表面322，其布置成操纵下面的物体30，以及可延展的和/或柔性的气密壁324(例如，由橡胶材料构成的)可以布置成覆盖流体分配介质320。优选地，流体分配介质320基本上被气密壁324围绕，同时暴露物体操纵表面322。物体操纵表面322被橡胶状气密壁324包围，物体操纵表面322可以提供各向同性地通过海绵状流体分配介质320的气流。有利地，物体操纵表面322可以在接触时与下面的物体30的表面一致，而气密壁324可以保持在适当位置，以防止它们之间的任何空气泄漏。
优选地，施加到物体30的力可以通过入口310接收的流体压力的方向来操纵，从而操纵物体30的拾取和放置自动化。例如，物体操纵表面322可以布置成当入口310在远离入口310的方向上接收流体压力时将吸力输送到物体30，或者当入口310在朝向入口310的方向上接收流体压力时，将吹力输送到物体30。有利地，吸力或吹力可以各向同性地分布在物体操纵表面322上，使得标签20可以从标签基板25被拾取，并有效地被放置在不规则物体30的表面上。
在一个替选实施例中，效应器300可以连接到用于吸气和吹气致动的流体压力输送系统500，以及用于自动化的机械臂210。效应器300通过与机械臂210配合而布置成将效应器300引导到与用于操纵例如标签20的物体相邻的操作位置。
当接收第一流体压力时，例如流体压力在离开入口310的方向从流体压力输送系统500通过入口310接收，效应器300可以在物体操纵表面322上分配吸力时从标签基板25提取标签20。当接收第二流体压力时，例如流体压力在朝向入口310的方向从流体压力输送系统500通过入口310接收，当吹力分布在物体操纵表面322上时，效应器300可以将标签20均匀地施加到具有不平坦表面的物体上。
本领域技术人员将理解，尽管包括系统10/40或效应器300的实施例被应用于在多个和不规则物体上粘贴标签，但是这些实施例也可以应用于任何其他应用，例如仓库、机场、户外游戏、物流、食品和饮料订购、制造过程等中的拾取和放置自动化，只需稍作修改而不脱离本发明的概念。
本领域技术人员将理解，在不脱离广泛描述的本发明的精神或范围的情况下，可以对具体实施方案中所示的本发明进行多种变化和/或修改。因此，本发明的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。
除非另有说明，否则对本文包含的现有技术的任何引用不应视为承认该信息是公知常识。

Claims (33)

1.一种用于在物体上放置标签的系统，包括：
-扫描模块，被布置为基于与标签相关联的预定参数扫描物体以寻找合适的标签放置位置；
-机器人控制装置，被布置为从标签基板提取标签，并且将标签移动到与合适的标签放置位置相邻；并且，其中，机器人控制装置还被布置成将标签施加到合适的标签放置位置上，使得标签粘附到物体上。
2.根据权利要求1所述的用于在物体上放置标签的系统，其中，在扫描模块扫描物体之前，物体的属性是未知的。
3.根据权利要求2所述的用于在物体上放置标签的系统，其中，所述物体的属性包括物体的尺寸、形状、表面轮廓、功能取向、材料成分、偏转特性或其中的任何一个或多个。
4.根据权利要求3所述的用于在物体上放置标签的系统，其中，所述扫描模块包括：相机，被布置为捕获所述物体的图像；以及物体识别处理器，被布置为将所述物体的表面上的区域识别为合适的标签放置位置。
5.根据权利要求4所述的用于在物体上放置标签的系统，其中，所述机器人控制装置包括机器人构件，所述机器人构件布置成由控制器致动，以从所述标签基板提取所述标签，并将所述标签施加到所述合适的标签放置位置上。
6.根据权利要求5所述的用于在物体上放置标签的系统，其中，所述机器人构件包括气动效应器，所述气动效应器布置成从所述标签基板气动地提取所述标签，并将所述标签气动地施加到所述物体上。
7.根据权利要求6所述的用于在物体上放置标签的系统，其中，所述气动效应器布置成施加气动抽吸压力，以从所述标签基板提取所述标签；并且施加气动吹气压力，以将所述标签施加到所述物体上。
8.根据权利要求7所述的用于在物体上放置标签的系统，其中，所述物体识别处理器被布置成识别所述物体的边缘，以将所述物体上的大致平面区域识别为合适的标签放置位置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于在物体上放置标签的系统，其中，所述物体是准备用于运输的物品。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用于在物体上放置标签的系统，其中，所述系统还布置成将标签放置在由传送带系统移动的多个物体上。
11.一种用于在物体上放置标签的方法，包括以下步骤：-基于与标签相关联的预定参数扫描物体以获得合适的标签放置位置；-从标签基板提取标签并将标签移动到与合适的标签放置位置相邻；以及-将标签施加到合适的标签放置位置上，使得标签粘附到物体上。
12.根据权利要求11所述的在物体上放置标签的方法，其中，在扫描物体以寻找合适的标签放置位置之前，物体的属性是未知的。
13.根据权利要求12所述的用于将标签放置在物体上的方法，其中，所述物体的属性包括物体的尺寸、形状、表面轮廓、功能取向、材料成分、偏转特性或其中的任何一个或多个。
14.根据权利要求13所述的在物体上放置标签的方法，其中，在扫描物体以寻找合适的标签放置位置的步骤包括：捕获所述物体的图像；以及通过物体识别过程来处理图像，以将所述物体的表面上的区域识别为合适的标签放置位置。
15.根据权利要求14所述的在物体上放置标签的方法，其中，从标签基板提取标签并将标签移动到与合适的标签放置位置相邻的步骤包括：致动所述机器人构件，以从所述标签基板提取所述标签，并将所述标签施加到所述合适的标签放置位置上。
16.根据权利要求15所述的用于将标签放置在物体上的方法，其中，所述机器人构件包括气动效应器，所述气动效应器布置成从所述标签基板气动地提取所述标签，并将所述标签气动地施加到所述物体上。
17.根据权利要求16所述的用于将标签放置在物体上的方法，其中，所述气动效应器布置成施加气动抽吸压力，以从所述标签基板提取所述标签；并且施加气动吹气压力，以将所述标签施加到所述物体上。
18.根据权利要求17所述的用于在物体上放置标签的方法，其中，所述物体识别处理被布置成识别所述物体的边缘，以将所述物体上的大致平面区域识别为合适的标签放置位置。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的在物体上放置标签的方法，其中，所述物体是准备用于运输的物品。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的在物体上放置标签的方法，其中，所述系统还布置成将标签放置在由传送带系统移动的多个物体上。
21.一种用于机器人系统的效应器，包括：入口，布置成接收流体压力；流体分配介质，布置成与入口连通，其中，由入口接收的流体压力各向同性地分配到流体连通介质，使得流体连通介质可以通过流体压力操纵物体。
22.根据权利要求21所述的效应器，其中，所述流体分配介质包括被布置成操纵所述物体的物体操纵表面。
23.根据权利要求22所述的效应器，其中，所述流体分配介质基本上被气密壁围绕，所述气密壁布置成在暴露所述物体操纵表面的同时覆盖所述流体分配介质。
24.根据权利要求23所述的效应器，其中，所述气密壁是可延展的和/或柔性的。
25.根据权利要求24所述的效应器，其中，所述物体操纵表面布置成当所述入口在远离所述入口的方向上接收流体压力时向所述物体传递吸力。
26.根据权利要求23或24所述的效应器，其中，所述物体操纵表面布置成当所述入口在朝向所述入口的方向上接收流体压力时向所述物体传递吹力。
27.根据权利要求23或24所述的效应器，其中，吸力或吹力在物体操纵表面上各向同性地分布。
28.根据权利要求21至27中任一项所述的效应器，其中，所述流体连通介质具有海绵状特征。
29.根据权利要求23至28中任一项所述的效应器，其中，气密壁由橡胶材料构成。
30.根据权利要求21至29中任一项所述的效应器，其中，所述效应器布置成连接到流体压力输送系统。
31.根据权利要求21至30中任一项所述的效应器，其中，所述效应器被布置成连接成与机械臂一起操作，所述机械臂布置成将所述效应器引导到与所述物体相邻的操作位置以进行操纵。
32.根据权利要求31所述的效应器，其中，被操纵的物体是标签。
33.根据权利要求32所述的效应器，其中，所述效应器被布置成当吸力分布在所述物体操纵表面上时，从标签基板提取所述标签，并且当所述吹力分布在所述物体操纵表面上时，将所述标签施加到物体表面。
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