CN112456308A - 抱夹式吊具的进叉定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能化仓储领域，特别是涉及智能化仓储中的大型工具，更为具体的说是涉及抱夹式吊具的进叉定位系统，包括左位信息采集装置和右位信息采集装置，所述左位信息采集装置固定安装在左侧叉上，所述右位信息采集装置固定安装在右侧叉上；所述左位信息采集装置、右位信息采集装置分别与吊具控制系统通过有线或者无线的方式连接。采用本发明公开的技术方案后，能够利用下位信息采集装置完成抱夹式吊具的精确定位，提高抱夹式吊具吊装的准确度和可靠性。

Description

抱夹式吊具的进叉定位系统
技术领域
本发明涉及智能化仓储领域，特别是涉及智能化仓储中的大型工具，更为具体的说是涉及抱夹式吊具的进叉定位系统。
背景技术
智能化仓储是目前仓储物流行业中新兴的热门领域。在智能化仓储当中主要借助计算机、人工智能等技术手段，实现无人仓库的管理。抱夹式吊具是为适应无人智能化自动装卸工作而产生的一种机械设备。与传统的吊具不同，抱夹式吊具具有两个叉齿，通过相对设置的叉齿相向运动，产生抱夹效果，将待装卸的物资吊起。
但是，由于是完全由机器自行运作，所以无法像传统人工吊装那样根据现场的复杂情况进行判断从而调整吊装角度，因此，就必须为抱夹式吊具配置一个能够辅助其精准进叉的定位系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对抱夹式吊具的特殊结构，配置一个能够辅助其精准进叉的定位系统。
为了解决上述技术问题，本发明公开了抱夹式吊具的进叉定位系统，所述抱夹式吊具包括左侧叉、右侧叉，以及位于左侧叉和右侧叉之间的连接横臂，所述的进叉定位系统包括左位信息采集装置和右位信息采集装置，所述左位信息采集装置固定安装在左侧叉上，所述右位信息采集装置固定安装在右侧叉上；左位信息采集装置、右位信息采集装置分别与吊具控制系统通过有线或者无线的方式连接；
所述左位信息采集装置为图像和/或距离信息的采集装置，所述左位信息采集装置用于采集物资左侧的图像信息和/或左位信息采集装置距离物资左侧侧面的距离信息；
所述右位信息采集装置为图像和/或距离信息的采集装置，所述右位信息采集装置用于采集物资右侧的图像信息和/或右位信息采集装置距离物资右侧侧面的距离信息；
所述吊具控制系统根据左位信息采集装置传来的物资左侧的图像信息计算得到左侧进叉范围区间；和/或所述吊具控制系统根据左位信息采集装置传来的物资左侧的图像信息和/或左位信息采集装置距离物资左侧侧面的距离信息计算吊具的偏转角度；
所述吊具控制系统根据右位信息采集装置传来的物资右侧的图像信息计算得到右侧进叉范围区间；和/或所述吊具控制系统根据右位信息采集装置传来的物资右侧的图像信息和/或右位信息采集装置距离物资右侧侧面的距离信息计算吊具的偏转角度；
所述吊具控制系统根据以左位信息采集装置得到的吊具的偏转角度和/或根据以右位信息采集装置得到的吊具的偏转角度计算得到吊具纠偏角度；并按照纠偏角度计算得到吊具的转动方向和转动角度；
所述吊具控制系统根据左侧进叉范围区间和右侧进叉范围区间，计算得到进叉位位点；
所述吊具控制系统根据左侧叉齿与进叉位位点之间的差值计算得到左侧叉齿的移动距离和移动方向；或者，所述吊具控制系统根据右侧叉齿与进叉位位点之间的差值计算得到右侧叉齿移动距离和移动方向；
吊具控制系统以左侧叉齿的移动距离和移动方向或者以右侧叉齿的移动距离和移动方向作为移动矢量；
吊具控制系统控制抱夹式吊具按照转动方向、转动角度完成吊具的角度定位校准，并且按照移动矢量完成吊具在水平方向和垂直方向的进叉位定位校准。
通过本发明公开的进叉定位系统，能够通过分别固定设置在左侧叉和右侧叉上左位信息采集装置和右位信息采集装置采集得到待吊装的物资左侧和右侧的信息，并通过吊具控制系统整合、计算，得到吊具进叉定位数据，从而完成吊具下位定位。从而确保吊具中的叉齿能够准确、有效的插入物资，保证吊装准确性、稳定性、可靠性。
进一步优选的是，所述进叉位位点取自左侧进叉范围区间和右侧进叉范围区间的交集区间。左侧进叉范围区间和右侧进叉范围区间均为二维区间，包括垂直平面内的两个方向。因此，进叉位位点取自左侧进叉范围区间和右侧进叉范围区间的交集区间就是指在这两个范围区间在垂直平面内重合的部分，即为交集区间。
作为一种优选的技术方案，在本发明中还进一步公开包括有顶位信息采集装置，所述顶位信息采集装置安装在连接横臂上，所述顶位信息采集装置与吊具控制系统通过有线或者无线的方式连接；所述顶位信息采集装置为图像和/或距离信息的采集装置，所述顶位信息采集装置用于获得位于连接横臂下方的物资俯视视角的图像信息和/或顶位信息采集装置距离物资顶面的距离信息，并将上述信息传输至吊具控制系统；
所述吊具控制系统根据物资俯视视角的图像信息计算得到吊具偏转角度，并计算获得吊具纠偏角度；
和/或吊具控制系统根据顶位信息采集装置距离物资顶面的距离信息计算获得吊具下降高度。
顶位信息采集装置具有获知两个信息的可能性。一个是物资俯视视角的图像信息，另一个是该顶位信息采集装置距离物资顶面的距离。
当采用顶位信息采集装置获取物资俯视视角的图像信息时，可以选择不具有距离信息获得能力的左位信息采集装置和右位信息采集装置。这是因为顶位信息采集装置获取得到物资俯视视角的图像信息后，吊具控制系统可以根据该图形信息判断物资的偏转角度，完成吊具的旋转纠偏。两种纠偏方式具有可替代性，可以择一，也可以叠加。当叠加使用时，首先利用定位信息采集装置完成吊具纠偏，然后再利用左位信息采集装置和右位信息采集装置采集得到的距离信息进行二次角度纠偏。
当顶位信息采集装置采集顶位信息采集装置距离物资顶面的距离信息时，可以得到吊具的下降高度，从而替代上位机的下降高度判断。二者可以择一，也可以叠加。当叠加使用时，定位信息采集装置提供吊具下降高度信息的二次校准复核。
进一步优选的是，所述左位信息采集装置、右位信息采集装置选自深度相机、激光传感器、高度传感器和图像扫描器中的一种或者几种。
同样，作为优选的技术方案，所述顶位信息采集装置选自深度相机、激光传感器、高度传感器和图像扫描器中的一种或者几种。
根据需要可以选择能够实现图像和/或距离信息采集功能的装置，图像信息采集和距离信息采集可以是集成在一起的同一设备，也可以是两个单独的分别具有图像信息采集和距离信息采集的设备。
采用本发明公开的技术方案后，能够利用下位信息采集装置完成抱夹式吊具的精确定位，提高抱夹式吊具吊装的准确度和可靠性。
附图说明
图1为抱夹式吊具进叉定位系统安装示意图。
图2为利用左位信息采集装置获得纠偏角度的示意图。
图3为两侧扫描图拟合图像。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面我们结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。
实施例1
如图1所示的抱夹式吊具包括左侧叉1、右侧叉2，以及位于左侧叉1和右侧叉2之间的连接横臂3，优选的，在本实施例中所述的抱夹式吊具进叉定位系统包括顶位信息采集装置4、左位信息采集装置5和右位信息采集装置6，所述顶位信息采集装置4固定安装在连接横臂3的下方，所述左位信息采集装置5固定安装在左侧叉1上，所述右位信息采集装置6固定安装在右侧叉2上；所述顶位信息采集装置4、左位信息采集装置5、右位信息采集装置6分别与吊具控制系统7通过有线或者无线的方式连接。
优选的，在本实施例中顶位信息采集装置4、左位信息采集装置5、右位信息采集装置6均采用深度相机。深度相机能够同时获得深度图像和距离信息。
所述左位信息采集装置为图像和/或距离信息的采集装置，所述左位信息采集装置用于采集物资左侧的图像信息和/或左位信息采集装置距离物资左侧侧面的距离信息；
所述右位信息采集装置为图像和/或距离信息的采集装置，所述右位信息采集装置用于采集物资右侧的图像信息和/或右位信息采集装置距离物资右侧侧面的距离信息；
所述吊具控制系统根据左位信息采集装置传来的物资左侧的图像信息计算得到左侧进叉范围区间；和/或所述吊具控制系统根据左位信息采集装置传来的物资左侧的图像信息和/或左位信息采集装置距离物资左侧侧面的距离信息计算吊具的偏转角度；
所述吊具控制系统根据右位信息采集装置传来的物资右侧的图像信息计算得到右侧进叉范围区间；和/或所述吊具控制系统根据右位信息采集装置传来的物资右侧的图像信息和/或右位信息采集装置距离物资右侧侧面的距离信息计算吊具的偏转角度；
所述吊具控制系统根据以左位信息采集装置得到的吊具的偏转角度和/或根据以右位信息采集装置得到的吊具的偏转角度计算得到吊具纠偏角度；并按照纠偏角度计算得到吊具的转动方向和转动角度；
所述吊具控制系统根据左侧进叉范围区间和右侧进叉范围区间，计算得到进叉位位点；
所述吊具控制系统根据左侧叉齿与进叉位位点之间的差值计算得到左侧叉齿的移动距离和移动方向；或者，所述吊具控制系统根据右侧叉齿与进叉位位点之间的差值计算得到右侧叉齿移动距离和移动方向；
吊具控制系统以左侧叉齿的移动距离和移动方向或者以右侧叉齿的移动距离和移动方向作为移动矢量；
吊具控制系统控制抱夹式吊具按照转动方向、转动角度完成吊具的角度定位校准，并且按照移动矢量完成吊具在水平方向和垂直方向的进叉位定位校准。
所述顶位信息采集装置安装在连接横臂上，所述顶位信息采集装置与吊具控制系统通过有线或者无线的方式连接；所述顶位信息采集装置为图像和/或距离信息的采集装置，所述顶位信息采集装置用于获得位于连接横臂下方的物资俯视视角的图像信息和/或顶位信息采集装置距离物资顶面的距离信息，并将上述信息传输至吊具控制系统；
所述吊具控制系统根据物资俯视视角的图像信息计算得到吊具偏转角度，并计算获得吊具纠偏角度；
和/或吊具控制系统根据顶位信息采集装置距离物资顶面的距离信息计算获得吊具下降高度。
实施例2
下面，我们结合实施例1中得到的图像信息和距离信息来说明如何完成抱夹式吊具的定位和纠偏。
在某仓库的区域存放有电缆盘，现需调取中间位置摆放的电缆盘a。抱夹式吊具移动至电缆盘a的上方，抱夹式吊具进叉定位系统中的顶位信息采集装置扫描电缆盘，其中图像扫描器扫描获取电缆盘的轮廓信息，高度传感器获取抱夹式吊具与物资电缆盘之间的高度信息，上述信息传输至吊具控制系统；吊具控制系统根据轮廓信息和高度信息初步调整吊具中心位置；初步调整吊具的开合间距，使两货叉间距大于电缆盘宽度的同时，小于电缆盘周边物资的间隙，确保货叉不会撞击到目标电缆盘和其周边物资。
然后吊具控制系统控制抱夹式吊具逐渐下降至电缆盘处，并通过左位信息采集装置和右位信息采集装置分别扫描电缆盘两侧盘面，生成两张图像，并传输至吊具控制系统。吊具控制系统分别计算出两图上货叉的进叉范围。若货叉与电缆盘盘面并未完全垂直，则根据两侧图像得出的进叉范围并不完全相同，则二者进叉范围不能完全重合，如图3中所示，为不规则方框，则取两者的交集作为最终的进叉范围。
进叉范围确定后，计算货叉与进叉范围的偏差，从而调整货叉，确保货叉完全在进叉范围内。
例如，选取进叉范围的中心点作为货叉上下左右调整的目标点。在已建立的仓库三维坐标系(X轴与Y轴形成水平面坐标系，X轴与Z轴、Y轴与Z轴分别形成垂直面坐标系)，该进叉范围的中心点的三维坐标为(x0,y0,h0)。
左位信息采集装置标识的左侧货叉中心点的三维坐标为(x1,y1,h1)，右位信息采集装置标识的右侧货叉截面中心点的三维坐标为(x2,y2,h2)，由于此时仅涉及在垂直平面内的校准，而不涉及进叉深度。因此，只涉及垂直平面内水平方向和垂直方向两个方向的矢量移动。在本实施例中我们以左侧叉齿的移动距离和移动方向作为移动矢量，在Y轴方向上移动y1-y0，在Z轴方向上移动h1-h0。
当完成叉齿的校准定位后，利用上位机的进叉命令或者是通过下位安装进叉限位感应器的方式，完成X轴方向的进叉。
实施例3
下面，我们结合实施例1中得到的图像信息和距离信息来说明如何完成抱夹式吊具的定位和纠偏。
在某仓库的区域存放有电缆盘，现需调取中间位置摆放的电缆盘a。抱夹式吊具移动至电缆盘a的上方。
然后吊具控制系统控制抱夹式吊具逐渐下降至电缆盘处，并根据左位信息采集装置采集得到的距离信息来获得吊具的纠偏角度。具体来说，参考图2中所示，左位信息采集装置得到的距离信息。选取左位信息采集装置正向方向上与线缆盘的焦点和同一水平面上线缆盘上另一点，与识别器构成三角形，两条边的长度可以通过识别器获知。根据余弦定理可以计算出三角形的各角角度，从而计算出吊具与线缆盘的偏转角度θ，θ为吊具需要旋转的角度数值。有些激光测距传感器可以直接输出角度数据和距离数据。
θ＝α-90°，若θ＞0，则顺时针旋转，若θ＜0，则逆时针旋转。
如图2中所示，θ＞0，因此，纠偏角度采用顺时针旋转的方式，并且旋转角度值为|α-90°|。
同时，分别通过左位信息采集装置和右位信息采集装置扫描电缆盘两侧盘面的图像信息，生成两张图像，并传输至吊具控制系统。吊具控制系统分别计算出两图上货叉的进叉范围。若货叉与电缆盘盘面并未完全垂直，则根据两侧图像得出的进叉范围并不完全相同，则二者进叉范围不能完全重合，如图3中所示，为不规则方框，则取两者的交集作为最终的进叉范围。
进叉范围确定后，计算货叉与进叉范围的偏差，从而调整货叉，确保货叉完全在进叉范围内。
例如，选取进叉范围的中心点作为货叉上下左右调整的目标点。在已建立的仓库三维坐标系(X轴与Y轴形成水平面坐标系，X轴与Z轴、Y轴与Z轴分别形成垂直面坐标系)，该进叉范围的中心点的三维坐标为(x0,y0,h0)。
左位信息采集装置标识的左侧货叉中心点的三维坐标为(x1,y1,h1)，右位信息采集装置标识的右侧货叉截面中心点的三维坐标为(x2,y2,h2)，由于此时仅涉及在垂直平面内的校准，而不涉及进叉深度，因此，只涉及垂直平面内水平方向和垂直方向两个方向的矢量移动。在本实施例中我们以右侧叉齿的移动距离和移动方向作为移动矢量，在Y轴方向上移动y2-y0，在Z轴方向上移动h2-h0。
当完成叉齿的校准定位后，利用上位机的进叉命令(包含进叉深度)或者是通过在下位叉上安装进叉限位感应器，从而自动进叉的方式，完成X轴方向的进叉。
以上所述是本发明的具体实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.抱夹式吊具的进叉定位系统，所述抱夹式吊具包括左侧叉、右侧叉，以及位于左侧叉和右侧叉之间的连接横臂，其特征在于：进叉定位系统包括左位信息采集装置和右位信息采集装置，所述左位信息采集装置固定安装在左侧叉上，所述右位信息采集装置固定安装在右侧叉上；左位信息采集装置、右位信息采集装置分别与吊具控制系统通过有线或者无线的方式连接；
所述左位信息采集装置为图像和/或距离信息的采集装置，所述左位信息采集装置用于采集物资左侧的图像信息和/或左位信息采集装置距离物资左侧侧面的距离信息；
所述右位信息采集装置为图像和/或距离信息的采集装置，所述右位信息采集装置用于采集物资右侧的图像信息和/或右位信息采集装置距离物资右侧侧面的距离信息；
所述吊具控制系统根据左位信息采集装置传来的物资左侧的图像信息计算得到左侧进叉范围区间；和/或所述吊具控制系统根据左位信息采集装置传来的物资左侧的图像信息和/或左位信息采集装置距离物资左侧侧面的距离信息计算吊具的偏转角度；
所述吊具控制系统根据右位信息采集装置传来的物资右侧的图像信息计算得到右侧进叉范围区间；和/或所述吊具控制系统根据右位信息采集装置传来的物资右侧的图像信息和/或右位信息采集装置距离物资右侧侧面的距离信息计算吊具的偏转角度；
所述吊具控制系统根据以左位信息采集装置得到的吊具的偏转角度和/或根据以右位信息采集装置得到的吊具的偏转角度计算得到吊具纠偏角度；并按照纠偏角度计算得到吊具的转动方向和转动角度；
所述吊具控制系统根据左侧进叉范围区间和右侧进叉范围区间，计算得到进叉位位点；
所述吊具控制系统根据左侧叉齿与进叉位位点之间的差值计算得到左侧叉齿的移动距离和移动方向；或者，所述吊具控制系统根据右侧叉齿与进叉位位点之间的差值计算得到右侧叉齿移动距离和移动方向；
吊具控制系统以左侧叉齿的移动距离和移动方向或者以右侧叉齿的移动距离和移动方向作为移动矢量；
吊具控制系统控制抱夹式吊具按照转动方向、转动角度完成吊具的角度定位校准，并且按照移动矢量完成吊具在水平方向和垂直方向的进叉位定位校准。
2.根据权利要求1所述的抱夹式吊具的进叉定位系统，其特征在于：所述进叉位位点取自左侧进叉范围区间和右侧进叉范围区间的交集区间。
3.根据权利要求1或2所述的抱夹式吊具的进叉定位系统，其特征在于：还包括有顶位信息采集装置，所述顶位信息采集装置安装在连接横臂上，所述顶位信息采集装置与吊具控制系统通过有线或者无线的方式连接；所述顶位信息采集装置为图像和/或距离信息的采集装置，所述顶位信息采集装置用于获得位于连接横臂下方的物资俯视视角的图像信息和/或顶位信息采集装置距离物资顶面的距离信息，并将上述信息传输至吊具控制系统；
所述吊具控制系统根据物资俯视视角的图像信息计算得到吊具偏转角度，并计算获得吊具纠偏角度；
和/或吊具控制系统根据顶位信息采集装置距离物资顶面的距离信息计算获得吊具下降高度。
4.根据权利要求1或2中所述的抱夹式吊具进叉定位系统，其特征在于：所述左位信息采集装置、右位信息采集装置选自深度相机、激光传感器、高度传感器和图像扫描器中的一种或者几种。
5.根据权利要求3所述的抱夹式吊具的进叉定位系统，其特征在于：所述顶位信息采集装置选自深度相机、激光传感器、高度传感器和图像扫描器中的一种或者几种。
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