CN115339842A - 基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开一种基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置，包括以下步骤：在叉车式堆垛机器人的横向或侧向叉指前端设置有距离传感器和色标传感器或色标开关，在托盘左右插孔上方横梁上贴有色条、色标标签，叉车式堆垛机器人包含全向轮；叉车式堆垛机器人在车载导航系统引导下移动至目标托盘附近，根据距离传感器信号控制机器人行车方向，根据目标托盘上色条和色标标签信号控制横向叉指与托盘插孔的相对位置，实现快速精准对准。本申请实施例充分利用色标标签和色标开关成本低、精度高、处理速度快等优点，结合距离传感器进行航向角控制，可大大降低叉车式堆垛机器人的制造成本、提高其运行效率、增强其叉取或码垛托盘及货物的稳定性和可靠性。

Description

基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置
技术领域
本申请涉及叉车式堆垛机器人码垛技术领域，具体为一种基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置。
背景技术
在现有叉车式堆垛机器人自动码垛应用场景中，货物存放有两种类型，一种是货物存放在货架上，另一种是货物码垛在地面上的形式。叉车式堆垛机器人在叉取和码垛货物过程中，存在货叉对准的问题。
在无货架托盘高位码垛应用中，特别是对于重载货物，为确保安全生产，对码垛的对准精度要求较高。然而，现有叉车式堆垛机器人在叉取和码垛货物时，通常仅仅依靠机器人的绝对位姿导航系统，缺少货叉与托盘相对位姿的高精度测量，无法修正叉取时货叉与托盘的相对偏差，难以保证货叉以正确的位姿叉取托盘，容易导致在高位码垛时累积偏差，存在货物倾倒风险。
专利（申请号：CN202011345420.5一种液压货叉的自动对准控制方法及装置）提出在叉指上设置两个激光雷达测距传感器获取叉车与托盘间的相对位姿，计算航向角补偿量去调整叉车行进方向，改善叉指与托盘的对准精度。然而，该方法仍存在如下几个问题。
一是在行进过程中实时获取补偿量难度大、精度低，存在超调量的问题，行进中需要不断调整航向角，自动对准速度慢。
二是采用边行进边调整航向角需要较宽的场地空间，码垛空间利用率低。
三是激光雷达的造价较高，导致机器人成本高。
色标标签和色标光电开关或色标传感器是制造领域相对成熟的自动控制方案，能够实现辨色、定位、定长、纠偏、计数等控制功能。色标标签和色标开关具有成本低、精度高、处理速度快等优点，常用在包装、印刷、纺织、造纸等行业领域。
本申请提出在侧向叉车式堆垛机器人的叉指上设置测距传感器和色标开关，在托盘上设置色带和色标标签，通过测距传感器和色标开关控制机器人与货物托盘对准后停止不动，控制侧向叉指插进托盘，可有效解决或缓解现有技术的部分不足。
发明内容
本申请实施例提供一种基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。
作为本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供一种基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置，包括以下步骤。
在叉车式堆垛机器人的横向叉指前端分别设置有两个距离传感器和两个色标开关或色标传感器，在托盘的左插孔和右插孔上方横梁上贴有色条和左右两条色标标签；所述色条与色标标签的颜色对比强烈；所述左色标标签与右色标标签沿托盘横梁轴线方向的间距等于叉指上色标开关之间距；所述两个距离所述色标标签贴在色条上，色标标签可采用类似魔术贴形式，方便色标标签贴上色条或从色条上撕下。
叉车式堆垛机器人横向叉指对准托盘的运行，机器人获取目标托盘所在位置信息并在车载运行控制系统引导下，移动到托盘附近区域；车载运行控制系统调整机器人的行进方向与托盘边缘同向但不一定平行，横向叉指与托盘边缘交叉但不一定垂直；车载运行控制系统读取横向叉指前端的两个距离传感器信号，并据此信号调整机器人的姿态使其横向叉指的两个距离传感器与托盘边缘距离相等且等于设定的数值；控制机器人举升机构抬起横向叉指至托盘色标标签相同高度；获取色标开关读取色条的光电信号，控制机器人的两个色标开关同时检测到色标标签信号，完成机器人横向叉指与托盘的对准；控制机器人举升机构和横向叉指的进叉退叉，实现对托盘的叉取、码垛或拆码。
优选地，所述叉车式堆垛机器人包含全向驱动轮，可实现定点转向；机器人移动到托盘附近区域可以是通过激光导航、磁条导航、二维码导航、色条导航等；所述叉车式堆垛机器人为横向叉车机器人或侧向叉车机器人或三向叉车机器人；所述三向为前向、左侧向和右侧向。
优选地，所述目标托盘所在位置信息包含其在绝对空间的平面x和y坐标值和高度z坐标值。
进一步改进的，所述叉车式堆垛机器人横向叉指对准托盘的运行包括以下步骤。
S1，机器人车载运行控制系统获取目标托盘所在位置信息，并导航机器人移动到托盘附近区域。
S2，控制机器人横向叉指指向目标托盘，机器人行进方向与托盘边缘同向。
S3，读取两个距离传感器的信号；判断两个距离传感器信号差值是否小于预设值，若是，则认为机器人行进方向与托盘边缘直线平行，转到步骤S5；若否，则转到步骤S4。
S4，计算机器人行进方向与托盘边缘直线的倾斜角，控制全向驱动轮调整机器人行进方向，转到步骤S3。
S5，控制机器人横向叉指举升到托盘色条高度，使色标开关能读取色条和色标标签的光电信号。
S6，控制机器人沿当前色条方向行进。
S7，判断两个色标开关是否都读取到色标标签信号，若是，则转到步骤S8；若否，则转到步骤S3。
S8，机器人停止行进，控制横向叉指沿高度移动，使横向叉指进叉时不会与托盘触碰。
S9，控制横向叉指前移一定距离，控制叉指将托盘及货物托起或码垛起来。
S10，当前任务结束。
优选地，所述托盘色条高度取决于托盘所在层数，由托盘位置信息确定。
优选地，所述横向叉指的进叉和升降由机器人车载运行控制系统控制，可以利用色标识别信号或拉绳编码器进行控制。
优选地，所述步骤S4中，倾斜角θ的计算采取倾斜角的正切值tanθ等于距离传感器信号中长距离信号l c与短距离信号l d之差∆l除以距离传感器间距w；若右边传感器读取的是长距离信号，则控制机器人向左转；若右边传感器读取的是短距离信号，则控制机器人向右转。
优选地，所述步骤S9中，叉指托起托盘是指叉指向上移动举起托盘一定高度，以托盘脱离支撑为下限，叉指举起托盘移动时不与支撑有碰触；叉指将托盘码垛起来是指叉指向下移动一定距离，以托盘与支撑稳固接触为上限，叉指在托盘码垛起来后继续下移一定距离，使得叉指退叉时不与托盘碰触；所述支撑为地面或下一层的托盘及货物。
本申请实施例与现有技术相比所带来的有益效果是：本申请实施例采用基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置，由于无需激光雷达传感器或其他RFID标签或二维码等传感检测技术，可大大降低机器人的制造成本；完全基于色标标签的光电开关信号，信息处理高效、定位准确，可大大提高机器人的运行效率；色标标签和色标传感器是一种广泛应用在包装、印刷、纺织、造纸等行业的自动控制系统的成熟检测技术，避免了其他技术带来的不可靠风险。
附图说明
图1所示为叉车式堆垛机器人横向叉指对准托盘运行的流程图。
图2所示为叉车式堆垛机器人与托盘装置示意图。
图3所示为叉车式堆垛机器人与托盘装置局部示意图。
图4所示为叉车式堆垛机器人与托盘装置局部示意图。
图5所示为步骤S4的航向调整示意图。
附图标记说明
1、叉车式堆垛机器人；2、行进叉指；3、横向叉指；4、举升机构；10、托盘；20、色条；30、左色标标签；31、右色标标签；32、左距离传感器；33、左色标开关；34、右距离传感器；35、右色标开关。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“横向”、“侧向”、“前端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“两侧”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申请和简化描述，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申请的限制。
对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以下结合说明书附图和具体实施例对本申请实施例做进一步详细说明。
本申请提供了一种基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置的一个实施例，具体请参阅图1至图5。
如图2所示的叉车式堆垛机器人1，在执行托盘叉取或码垛时，机器人1沿行进叉指2轴线方向移动，横向叉指3可沿其叉指轴线伸出或收缩，执行进叉和退叉动作，横向叉指3可由举升机构4带动沿高度方向上下运动，将托盘举起或码垛；托盘10的侧边缘上方贴有色条20，托盘10的左插孔上方横梁上贴有左色标标签30，右插孔上方横梁上贴有右色标标签31。
本实施例中，所述左色标标签30与右色标标签31之间的距离为托盘10左插孔与右插孔之中心间距，与托盘10的载重及中心位置相匹配，即叉指托起托盘时货物和托盘保持平稳。
如图3所示，横向叉指3的叉指前端分别设置有左距离传感器32、左色标开关33、右距离传感器34、右色标开关35。
本实施例中，左距离传感器32与右距离传感器34之间距等于左色标标签30与右色标签31之间距；左色标开关33与右色标开关35之间距等于左右色标标签之间距。
本实施例中，叉车式堆垛机器人1包含有车载运行控制系统，距离传感器和色标开关均由车载运行控制系统直接控制，有线连接。
本实施例中，所述叉车式堆垛机器人1包含全向驱动轮，可实现定点转向；机器人移动到托盘附近区域可以是通过激光导航、磁条导航、二维码导航、色条导航等；所述叉车式堆垛机器人1为横向叉车机器人或侧向叉车机器人或三向叉车机器人；所述三向为前向、左侧向和右侧向。
参照图1至图5，叉车式堆垛机器人横向叉指3与托盘10对准运行的具体步骤如下。
S1，叉车式堆垛机器人车载运行控制系统获取目标托盘所在位置信息，并导航机器人移动到托盘附近区域。
S2，控制机器人横向叉指指向目标托盘，机器人行进方向与托盘边缘同向或平行。
S3，读取叉指上两个距离传感器的信号；判断两个距离传感器信号差值是否小于预设值，若是，则认为机器人行进方向与托盘边缘直线平行，转到步骤S5；若否，则转到步骤S4。
S4，计算机器人行进方向与托盘边缘直线的倾斜角θ，控制全向驱动轮调整机器人行进方向，转到步骤S3。
S5，控制机器人横向叉指举升到托盘色条高度，使色标开关能读取色条和色标标签的光电信号。
S6，控制机器人沿当前色条方向行进。
S7，判断两个色标开关是否都读取到色标标签信号，若是，则转到步骤S8；若否，则转到步骤S3。
S8，机器人停止行进，控制横向叉指沿高度移动，使横向叉指进叉时不会与托盘触碰。
S9，控制横向叉指前移一定距离，控制叉指将托盘及货物托起或码垛起来。
S10，当前任务结束。
本实施例中，所述步骤S4中，倾斜角θ的计算采取倾斜角的正切值tanθ等于距离传感器信号中长距离信号l c与短距离信号l d之差∆l除以距离传感器间距w；若右边传感器读取的是长距离信号，则控制机器人向左转；若右边传感器读取的是短距离信号，则控制机器人向右转。
本实施例中，叉车式堆垛机器人1的车载运行控制系统获取目标托盘的位置信息和托盘信息，包含托盘长宽高等外观尺寸、托盘左插孔和右插孔的中心间距、托盘上色条高度、色标标签间距、托盘上货物信息、货物高度信息，等；机器人1在导航引导下移动到托盘10附近，机器人横向叉指举升至目标托盘对应高度；车载系统控制距离传感器读取叉指与托盘间距，在双指与托盘间距距离差的反馈下，系统控制机器人全向轮调整其行进方向，当行进方向相对托盘左偏时控制全向轮右转，当行进方向相对托盘右偏时控制全向轮左转，直至机器人行进方向与托盘边缘线平行，确保机器人与托盘的相对位置不受托盘随机或偶然的变动影响；车载系统控制色标开关或色标传感器读取色条和色标标签的信号，用于控制叉指与托盘插孔的准确对准，色标标签提供了叉指与插孔相对位置的开关信号，一旦叉指与插孔对准，反馈信号直接作用于机器人驱动电机，促发其停止，响应动作速度快，色标标签于色标开关的配合可以实现定长控制，因此，叉指间距与托盘插孔中心间距可以确保一致；在叉指与托盘的相对位置得到保证的前提下，叉指托起托盘或放置托盘均能保持相对精准，确保码垛的高度稳定性。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本申请进行实例性描述，显然本申请实施例具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本申请的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将本申请的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置，其特征在于，包括以下步骤：
在叉车式堆垛机器人的横向叉指前端分别设置有两个距离传感器和两个色标开关或色标传感器，在托盘的左插孔和右插孔上方横梁上贴有色条和左右两条色标标签；所述色条与色标标签的颜色对比强烈；所述左色标标签与右色标标签沿托盘横梁轴线方向的间距等于叉指上色标开关之间距；所述两个距离所述色标标签贴在色条上，色标标签可采用类似魔术贴形式，方便色标标签贴上色条或从色条上撕下；
叉车式堆垛机器人横向叉指对准托盘的运行，机器人获取目标托盘所在位置信息并在车载运行控制系统引导下，移动到托盘附近区域；车载运行控制系统调整机器人的行进方向与托盘边缘同向但不一定平行，横向叉指与托盘边缘交叉但不一定垂直；车载运行控制系统读取横向叉指前端的两个距离传感器信号，并据此信号调整机器人的姿态使其横向叉指的两个距离传感器与托盘边缘距离相等且等于设定的数值；控制机器人举升机构抬起横向叉指至托盘色标标签相同高度；获取色标开关读取色条的光电信号，控制机器人的两个色标开关同时检测到色标标签信号，完成机器人横向叉指与托盘的对准；控制机器人举升机构和横向叉指的进叉退叉，实现对托盘的叉取、码垛或拆码。
2.根据权利要求1所述的一种基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置，其特征在于，所述叉车式堆垛机器人包含全向驱动轮，可实现定点转向；机器人移动到托盘附近区域可以是通过激光导航、磁条导航、二维码导航、色条导航等；所述叉车式堆垛机器人为横向叉车机器人或侧向叉车机器人或三向叉车机器人；所述三向为前向、左侧向和右侧向。
3.根据权利要求1所述的一种基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置，其特征在于，所述目标托盘所在位置信息包含其在绝对空间的平面x和y坐标值和高度z坐标值。
4.根据权利要求1所述的一种基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置，其特征在于，所述左色标标签与右色标标签之间的距离为托盘左插孔与右插孔之中心间距，与托盘的载重及中心位置相匹配，即叉指托起托盘时货物和托盘保持平稳。
5.根据权利要求1所述的一种基于色标识别和距离传感的快速精准自动码垛方法和装置，其特征在于，所述叉车式堆垛机器人横向叉指对准托盘的运行包括以下步骤：
S1，机器人车载运行控制系统获取目标托盘所在位置信息，并导航机器人移动到托盘附近区域；
S2，控制机器人横向叉指指向目标托盘，机器人行进方向与托盘边缘同向；
S3，读取两个距离传感器的信号；判断两个距离传感器信号差值是否小于预设值，若是，则认为机器人行进方向与托盘边缘直线平行，转到步骤S5；若否，则转到步骤S4；
S4，计算机器人行进方向与托盘边缘直线的倾斜角，控制全向驱动轮调整机器人行进方向，转到步骤S3；
S5，控制机器人横向叉指举升到托盘色条高度，使色标开关能读取色条和色标标签的光电信号；
S6，控制机器人沿当前色条方向行进；
S7，判断两个色标开关是否都读取到色标标签信号，若是，则转到步骤S8；若否，则转到步骤S3；
S8，机器人停止行进，控制横向叉指沿高度移动，使横向叉指进叉时不会与托盘触碰；
S9，控制横向叉指前移一定距离，控制叉指将托盘及货物托起或码垛起来；
S10，当前任务结束。
6.根据权利要求4所述的叉车式堆垛机器人横向叉指对准托盘的运行步骤，其特征在于，所述托盘色条高度取决于托盘所在层数，由托盘位置信息确定。
7.根据权利要求4所述的叉车式堆垛机器人横向叉指对准托盘的运行步骤，其特征在于，所述横向叉指的进叉和升降由机器人车载运行控制系统控制，可以利用色标识别信号或拉绳编码器进行控制。
8.根据权利要求4所述的叉车式堆垛机器人横向叉指对准托盘的运行步骤，其特征在于，所述步骤S4中，倾斜角θ的计算采取倾斜角的正切值tanθ等于距离传感器信号中长距离信号l c与短距离信号l d之差∆l除以距离传感器间距w；若右边传感器读取的是长距离信号，则控制机器人向左转；若右边传感器读取的是短距离信号，则控制机器人向右转。
9.根据权利要求4所述的叉车式堆垛机器人横向叉指对准托盘的运行步骤，其特征在于，所述步骤S9中，叉指托起托盘是指叉指向上移动举起托盘一定高度，以托盘脱离支撑为下限，叉指举起托盘移动时不与支撑有碰触；叉指将托盘码垛起来是指叉指向下移动一定距离，以托盘与支撑稳固接触为上限，叉指在托盘码垛起来后继续下移一定距离，使得叉指退叉时不与托盘碰触；所述支撑为地面或下一层的托盘及货物。
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