CN117104864A - 一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机 - Google Patents
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Abstract
一种适用于箱式货运袋装物料的智能装卸机，包括履带行走底盘及动力系统、伸缩输送机构、机器人系统、摆臂输送机构、袋包智能视觉识别控制系统、快换夹具结构、电气控制系统、行走引导纠偏系统和遥控手柄。快换夹具机构由夹爪取料机构和吸盘取料机构组成，可以根据袋包的堆放情况快换抓取目标，抓取可靠、移动灵活，便于智能控制且适应性高，使卸车机不仅可以进行棚车、货车等运输工具上的袋包卸料，还能运用于库房的袋包货物转运。配备有袋包视觉识别智能化系统，可精准识别袋包位置、姿态等，能够辅助机载机械设备高效装卸车作业，大大减轻了装卸工人的劳动强度，提高了装卸效率。
Description
技术领域
本发明涉及自动化装载设备，特别涉及一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机。
背景技术
目前行业上袋包货物的运输主要采用火车棚车或厢式货车等方式。因为袋包容易变形、形状不规则；堆放时人工操作，袋包之间间距大小不可控；运输过程中袋包在整车的的刹车、启动下会产生位移改变，所以在卸车过程中要实现机械化搬运存在很大难度。目前行业内袋包货物的卸车和仓库搬运主要是人抬、人扛辅以叉车或者简易的输送设备完成，工人的劳动强度大、工作环境差、装卸效率低，企业的人工成本高、生产效率低、自动化程度低。
为了实现火车棚车的高效装卸，便于物料的搬运，现有技术中通过会采用自动控制的机械手对物料进行夹取，但不能进行尺寸上调整或者调整的幅度有限，会造成对于不同尺寸的物料适用性不足的问题。
发明内容
为解决以上问题，本发明了提供了一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机，使用机械臂抓取袋包，抓取可靠、移动灵活，便于智能控制且适应性高，使卸车机不仅可以进行棚车、货车等运输工具上的袋包卸料，还能运用于库房的袋包货物转运。配备有袋包视觉识别智能化系统，可精准识别袋包位置、姿态等，能够辅助机载机械设备高效装卸车作业，大大减轻了装卸工人的劳动强度，提高了装卸效率。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机，包括履带行走底盘及动力系统、伸缩输送机构、机器人系统、快换夹具结构、摆臂输送机构、袋包智能视觉识别控制系统、行走引导纠偏系统、电气控制系统和遥控手柄。
履带行走底盘及动力系统，包含履带轮、外齿回转支撑以及车架。车架为一体式车架，车架和外齿回转支撑上的外齿圈法兰连接，外齿圈与小齿轮啮合，小齿轮接动力输入，从而使整个车身在外齿回转支撑的调节下实现角度调整或者回转。
伸缩输送机构，包括若干级可相对移动的输出带。伸缩输送机构作为卸车机的物料输出部件，其可以在卸车机长度方向上伸缩，以保证卸车机自身可以在较小的空间移动，同时在工作状态时可以适应棚车、货车等不同长度尺寸的工作环境。
机器人系统，包含六轴工业机器人、机器人安装座、以及机器人末端配备的快换夹具机构。该快换夹具机构是夹爪取料机构和吸盘取料机构组成的快换结构，可以根据袋包的堆放情况快换抓取目标。
摆臂输送机构，包含两级伸缩输送机构，其作为卸车机的物料输入部件。摆臂输送机构整体铰接固定于伸缩输送机构的前端，可以实现整体的上下摆动，配合摆臂输送机构自身长度的伸缩，可以保证其尽可能的靠近袋包物料。
袋包智能视觉识别控制系统采用智能视觉算法，精确识别袋包位置和姿态，电气控制系统根据袋包智能视觉识别控制系统的识别结果，控制快换夹具结构取料。
行走引导纠偏系统采用复合导引系统并配合RFID射频识别技术，控制带行走底盘及动力系统，实现卸车机的自主导引和实时纠偏。
伸缩输送机构和机器人系统安装座均坐于车架上，与车架复合一体。
电气控制系统，与履带行走底盘及动力系统、伸缩输送机构、机器人系统、摆臂输送机构、袋包智能视觉识别控制系统、行走引导纠偏系统电气连接，控制卸车机的各部件的运行。
遥控手柄，与电气控制系统通信，用于远距离控制装卸机动作。
优选的，袋包智能视觉识别控制系统包括设置在机器人末端的左、右摄像机、图像采集处理模块、关节传感器和控制器；控制器包括关节控制器、功率放大器；图像采集处理模块包括反馈运算模块、姿态估计模块、特征检测模块和图像采集模块；关节传感器获取机器人各关节的角度、位移参数并发送给控制器；图像采集模块将摄像机采集的图像传送给特征检测模块，特征检测模块提取图像中整体范围的图像特征信息以及袋包的外形和位置的关键特征信息，然后将特征信息传送至姿态估计模块；姿态估计模块根据上述特征信息估算出机器人末端的精确姿态以及即将抓取袋包的姿态并传输至反馈运算模块；反馈运算模块将机器人末端的目标姿态和目标袋包的姿态及反馈的姿态信息传递至控制器；控制器整合反馈运算模块和关节传感器的反馈信息进行运算得到抓取结构的目标点，并发送指令至机器人及其末端抓取结构。
另外，一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机的作业方法，具体为:
S1:卸车机工作前，先保持非工作状态沿车厢中线自动行驶至袋包前方一定距离处。行驶过程中，双履带轮带动整车移动。移动过程中通过双履带的差速动作、回转支撑的回转动作共同配合控制调整车身姿态。
S2:袋包的抓取顺序采用自上而下的S形取料顺序。卸车机工作时，先从每个断面的最高处开始卸料。摆臂输送机构朝袋包侧摆动，摆臂输送机构的伸缩输送伸出至最长，此时，摆臂输送系统机构的前端接近袋包垛。袋包智能视觉识别控制系统判定袋包位置后，工业机器人末端工具快换为夹爪取料机构，夹爪从袋包的外露端夹住袋包并拖下堆垛后，夹爪松开袋包进行下一次抓取，同时袋包借自重下落至摆臂输送机构，再通过摆臂输送机构输送至伸缩输送机构，最后从伸缩输送机构输出至下游设备。
S3:卸车机沿着自上而下的顺序一直取料，随着袋包的堆垛高度下降到一定高度，摆臂输送机构采取长度和角度共同调节的方式以适应袋包的堆垛高度，完成接料工作。必要时候，卸车机整体也可前后移动以调节摆臂前端距离袋包的距离。整个卸料过程中，卸车机调整状态。
S4:当取料到较低处袋包时，摆臂输送机构整体下摆至最低处，夹爪取料机构作业空间和作业方式受到限制。袋包智能视觉识别控制系统判定袋包位置后，工业机器人末端工具快换成吸盘取料机构。吸盘取料机构从袋包的上方抓取袋包后平移拖拽至摆臂输送机构，再通过摆臂输送机构输送至伸缩输送机构，最后从伸缩输送机构输出至下游设备。
S5:卸车机完成第一断面袋包取料后，整车在履带轮作用下前进，同时伸缩输送机构伸长以适应下游设备衔接，从而开始第二断面的卸料工作。依此重复，直到完成该方向上的卸料作业。
S6:完成一个方向上的卸料作业后，工业机器人缩回，摆臂输送机构缩回并成直立状态，伸缩输送机构缩回，整车回到状态。整车退回至门口，在门口通过两履带轮的差速行驶完成整车的原地180°掉头，进而开始车门另一侧的袋包拆卸作业。
本发明的有益效果如下：
(1)履带行走底盘及动力系统中行走底盘采用橡胶履带轮，能够适应多种运行环境及复杂路面情况。两个履带轮分别采用伺服电机，通过差速控制两个履带轮，实现整车的前进、后退和转弯。履带轮底盘与车架之间使用回转支撑，可以在行走过程中进一步微调整车角度，使整车对行走空间有更强的适应性。
(2)二级或多级伸缩输送机构是在普通的带式输送机的基础上增加了伸缩机构，使得输送机可以在长度方向上自由伸缩，伸缩长度可按要求进行调节。伸缩机皮带在运行时，会发生皮带侧偏，造成皮带磨损，降低设备的使用寿命。
(3)袋包智能视觉识别控制系统采用智能视觉算法，环境适应性好，能够精确识别袋包位置和姿态，很好的辅助机载机械设备高效完成袋包装卸车作业。通过左右摄像机和图像采集处理模块，袋包智能视觉识别控制系统能够实现高精度的袋包外形和位置信息提取。这种视觉识别能力可以准确地定位袋包，确保机器人能够准确地抓取袋包，避免误差和损失。另外，特征检测模块能够提取袋包的关键特征信息，根据袋包堆放情况快速切换夹爪取料机构和吸盘取料机构，实现自适应抓取方式。这使得机器人能够根据不同的袋包特性和工作环境进行灵活操作，提高工作效率和成功率。再者，姿态估计模块通过分析特征信息，能够准确估算机器人末端的姿态。这对于机器人的精细控制非常重要，可以确保机器人末端在操作过程中保持正确的姿态，从而避免物料的滑落、碰撞等情况，提高抓取和放置的成功率。最后，反馈运算模块能够将目标姿态和实际反馈的姿态信息传递给控制器。控制器通过整合反馈信息进行运算控制，并发送指令给机器人及其末端抓取结构。这种反馈控制机制能够实时调整机器人的动作，使其更加精确地执行任务，并根据实际情况进行动态调整。该控制方式具有较强的灵活性和适应性，可以根据不同类型的袋包物料进行设置和调整，适用于多种领域的装卸作业，例如仓储、物流、生产线等。同时，通过软件算法的优化和升级，还可以应对更复杂的袋包形态和堆放情况，提高系统的智能化水平。
(4)行走引导纠偏系统采用复合导引系统并配合RFID射频识别技术，实现整机的自主导引和实时纠偏。尤其在棚车车厢等狭小空间内，车辆的行走姿态控制是决定卸车机能顺利工作的关键技术点。
(5)工业机器人及其末端工具中六轴工业机器人有充分的自由度可以完成各种动作，快换夹具机构由夹爪取料机构和吸盘取料机构组成，可以根据袋包的堆放情况快换抓取目标，抓取可靠、移动灵活，便于智能控制且适应性高。
附图说明
图1是本发明的一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机工作状态下的整体结构示意图。
图2是本发明一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机工作状态下的示意图。
图3是本发明一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机行驶状态下行驶状态下的示意图。
图4是智能卸车机夹爪取料机构的结构示意图。
图5是智能卸车机吸盘取料机构的结构示意图。
图6是智能卸车机移动至工作位的示意图。
图7是智能卸车机袋包的抓取顺序的示意图。
图8是智能卸车机夹爪取料机构开始卸料的示意图。
图9是智能卸车机夹爪取料机构作业的示意图。
图10是智能卸车机吸盘取料机构作业的示意图。
图11是智能卸车机作业方法的流程图。
图12是智能卸车机的袋包智能视觉识别控制系统控制原理图。
附图标记
1带行走底盘及动力系统、2伸缩输送机构、3机器人系统、4快换夹具结构、5摆臂输送机构、6袋包智能视觉识别控制系统、7行走引导纠偏系统、8电气控制系统、9遥控手柄、10袋包智能视觉识别控制系统控制器、11关节控制器、12功率放大器、13反馈运算模块、14姿态估计模块、15、特征检测模块、16图像采集模块、17关节传感器、18、摄像机
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1-10所示，一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机，包括履带行走底盘及动力系统1、伸缩输送机构2、机器人系统3、快换夹具结构4、摆臂输送机构5、袋包智能视觉识别控制系统6、行走引导纠偏系统7、电气控制系统8和遥控手柄9。
履带行走底盘及动力系统1，包含履带轮、外齿回转支撑以及车架。车架为一体式车架，车架和外齿回转支撑上的外齿圈法兰连接，外齿圈与小齿轮啮合，小齿轮接动力输入，从而使整个车身在外齿回转支撑的调节下实现角度调整或者回转。
伸缩输送机构2，包括若干级可相对移动的输出带。伸缩输送机构2作为卸车机的物料输出部件，其可以在卸车机长度方向上伸缩，以保证卸车机自身可以在较小的空间移动，同时在工作状态时可以适应棚车、货车等不同长度尺寸的工作环境。
机器人系统3，包含六轴工业机器人、机器人安装座、以及机器人末端配备的快换夹具机构4。该快换夹具机构4是夹爪取料机构10和吸盘取料机构11组成的快换结构，可以根据袋包的堆放情况快换抓取目标。
摆臂输送机构5，包含两级伸缩输送机构，其作为卸车机的物料输入部件。摆臂输送机构整体铰接固定于伸缩输送机构的前端，可以实现整体的上下摆动，配合摆臂输送机构自身长度的伸缩，可以保证其尽可能的靠近袋包物料。
袋包智能视觉识别控制系统6采用智能视觉算法，精确识别袋包位置和姿态，电气控制系统8根据袋包智能视觉识别控制系统6的识别结果，控制快换夹具结构4取料。
行走引导纠偏系统采用复合导引系统并配合RFID射频识别技术，控制带行走底盘及动力系统1，实现卸车机的自主导引和实时纠偏。
伸缩输送机构2和机器人系统3安装座均坐于车架上，与车架复合一体。
电气控制系统8，与履带行走底盘及动力系统1、伸缩输送机构2、机器人系统3、摆臂输送机构5、袋包智能视觉识别控制系统6、行走引导纠偏系统7电气连接，控制卸车机的各部件的运行。
遥控手柄9，与电气控制系统8通信，用于远距离控制装卸机动作。
其中，袋包智能视觉识别控制系统6包括设置在机器人末端的左、右摄像机18、图像采集处理模块、关节传感器17和控制器10；控制器10包括关节控制器11、功率放大器12；图像采集处理模块包括反馈运算模块13、姿态估计模块14、特征检测模块15和图像采集模块16；关节传感器17获取机器人各关节的角度、位移参数并发送给控制器10；图像采集模块16将摄像机18采集的图像传送给特征检测模块15，特征检测模块15提取图像中整体范围的图像特征信息以及袋包的外形和位置的关键特征信息，然后将特征信息传送至姿态估计模块14；姿态估计模块14根据上述特征信息估算出机器人末端的精确姿态以及即将抓取袋包的姿态并传输至反馈运算模块13；反馈运算模块13将机器人末端的目标姿态和目标袋包的姿态及反馈的姿态信息传递至控制器10；控制器10整合反馈运算模块13和关节传感器17的反馈信息进行运算得到抓取结构的目标点，并发送指令至机器人及其末端抓取结构。
其中，特征检测和姿态估计时，图像处理围绕感兴趣的区域进行裁剪，并执行特征检测。检测在图像平面中表示的特征周围的边界框中心点的坐标(u，v)。姿态估计阶段确定在世界坐标中表示的特征的三维姿态。对于本发明的左、右立体摄像机，使用视差方法提取特征。
控制器10利用来自视觉的实时信息控制机器人运动，使用计算机视觉技术，从现实世界中提取特征，推断机器人应该如何移动，以使图像特征收敛到目标姿势。其中，如图12所示，摄像机18连接到移动的末端执行器，在末端执行器坐标系和摄像机坐标系之间进行转换。
基于视觉的控制方法目的为最小化误差e(t)，e(t)如公式(1)所示：
e(t)＝s(m(t)，a)-s* (1)
m(t)是一组图像测量，s(m(t)，a)是一个矢量k视觉特性从测量考虑获得额外的知识(a)的系统，s*是特征期望值的向量。机器人末端执行器为基于位置的视觉伺服控制，其中s由图像测量估计的特征的姿态组成。
通过速度控制器建立s的时间变化与摄像机的运动之间的关系：vc＝(vc，ωc)，其中vc为摄像机坐标系原点的瞬时线速度，ωc为摄像机坐标系的瞬时角速度。vc和的关系为：
其中Ls∈Rk×6为交互矩阵。利用公式(1)和公式(2)，计算误差随时间变化与摄像机速度的关系：
其中Le等于Ls。控制器的输入设为vc，目标是使误差以指数形式减小，即为：则控制器的函数公式为：
vc＝-λLe +e＝-λLe +(s-s*) (4)
其中Le +∈R6×k为Le的伪逆矩阵。由于Le不易得到，采用近似值表示Le，则控制器的函数公式可重写为：
循环停止，识别控制系统的误差随时间变化如下：
若则不是期望的指数误差。
在基于位置的视觉伺服控制中，s是用摄像机姿态和参考坐标定义的，a是摄像机的内在参数和物体的三维模型。其中t是转换和/>是旋转角轴是参数化值，Fc，Fd，和Fo是当前摄像机坐标系，期望的摄像机坐标系和机器人末端的参考坐标系，基于位置的视觉伺服控制中，假定/>前面上标表示坐标表示的坐标系。此时，s*＝0，e＝s，以及：
其中dRc为旋转矩阵，指定当前摄像机坐标系的期望坐标系的向量，为相互作用矩阵。解耦旋转和平移运动，得出以下控制方程组：
通过使用立体视觉系统，视觉特征通过在中堆叠点的x和y坐标来表示为在左、右图像中看到的世界坐标点。
s＝ps＝(p1，p2)＝(xl，yl，xr，yr) (9)
其中l和r下标分别表示左右摄像头。通过重复上述步骤，可以得到两个方程：
如果选择与立体视觉系统刚性连接的传感器框架，则系统可以写成：
其中，交互矩阵通过空间运动变换矩阵S确定，该变换矩阵将在左右摄像机坐标系中表示的速度转换为传感器坐标系。S矩阵如下：
矩阵的数值可以通过立体标定步骤得到。因此：
使用立体摄像机对，左摄像机和右摄像机看到的任何点的3D坐标通过三角测量将其放入向量s中来计算。
在具体实施例中，设置每个摄像机作为一个独立的节点以60Hz的频率运行，接收来自两台摄像机的两幅同步图像，分别在其中检测抓取点，并计算该边界框中点的视差，得到深度信息，以30Hz的频率将三维抓取点发布给控制器。因此，袋包智能视觉识别控制系统控制回路运行在30hz。假设每台摄像机都采用针孔模型，配备相同的光学器件，位于5cm基线为间隔的同一平面上，经立体标定后，可以得到：
其中K为摄像机固有矩阵，P为投影摄像机矩阵，其中第四列[Tx Ty 0]T与摄像机光学中心在左摄像机画面中的位置有关。对于左边的摄像机，Tx＝Ty＝0，抓取点的深度计算为：
其中，B是从正确的摄像机校准中得到的基线，来源于正确的摄像机校正，xl和xr是应为两个摄像头所看到的特征点。
因此，从左侧摄像机图像坐标中特征的(u，v)像素坐标，通过解投影计算摄像机坐标中的3D点clXo，如下所示：
提取的3D点clXo代表公式(1)中的s(m(t)，a)。clXo表示为当前的左侧立体坐标系Fcl，安装在夹持器下，与移动的机器人末端执行器的中心点坐标系tcp有已知的转换。
上式由Fcl到机器人基座的世界坐标系的齐次变换矩阵，其中bRcl＝bRtcp tcpRcl，btcl＝bttcp tcp+bRtcp tcptcl，抓取点在世界坐标表示为：
X0＝HclclX0. (18)
相反，公式(1)中的s*构成了三维点Xo *，构造的深度dde即立体对坐标系的z轴中到机器人末端执行器的中心点的距离，并通过在图像平面上的(u，v)坐标上重复计算公式(16)和(18)，该坐标对应于抓取装置的目标点。控制器10根据上述运算得到抓取结构的目标点，发送至机器人及其末端抓取结构。
综上，构造以下控制器的函数：
υc＝-Ke＝-K(XO-XO *)
其中vc∈R3是仅为速度的平移分量(v，v，v)，e表示位置误差，K∈R3×3为对角控制器增益矩阵。通过逆运动学计算每一步的关节值。该控制规律用于如图12所示的控制原理图。
综上，通过左右摄像机和图像采集处理模块，袋包智能视觉识别控制系统能够实现高精度的袋包外形和位置信息提取。这种视觉识别能力可以准确地定位袋包，确保机器人能够准确地抓取袋包，避免误差和损失。另外，特征检测模块能够提取袋包的关键特征信息，根据袋包堆放情况快速切换夹爪取料机构和吸盘取料机构，实现自适应抓取方式。这使得机器人能够根据不同的袋包特性和工作环境进行灵活操作，提高工作效率和成功率。再者，姿态估计模块通过分析特征信息，能够准确估算机器人末端的姿态。这对于机器人的精细控制非常重要，可以确保机器人末端在操作过程中保持正确的姿态，从而避免物料的滑落、碰撞等情况，提高抓取和放置的成功率。最后，反馈运算模块能够将目标姿态和实际反馈的姿态信息传递给控制器。控制器通过整合反馈信息进行运算控制，并发送指令给机器人及其末端抓取结构。这种反馈控制机制能够实时调整机器人的动作，使其更加精确地执行任务，并根据实际情况进行动态调整。该控制方式具有较强的灵活性和适应性，可以根据不同类型的袋包物料进行设置和调整，适用于多种领域的装卸作业，例如仓储、物流、生产线等。同时，通过软件算法的优化和升级，还可以应对更复杂的袋包形态和堆放情况，提高系统的智能化水平。
如图11所示，一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机的作业方法，具体为:
S1:卸车机工作前，先保持非工作状态沿车厢中线自动行驶至袋包前方一定距离处,如图6所示。行驶过程中，双履带轮带动整车移动。移动过程中通过双履带的差速动作、回转支撑的回转动作共同配合控制调整车身姿态。
S2:袋包的抓取顺序如图7采用自上而下的S形取料顺序。卸车机工作时，先从每个断面的最高处开始卸料。摆臂输送机构朝袋包侧摆动，摆臂输送机构的伸缩输送伸出至最长，此时，摆臂输送系统机构的前端接近袋包垛。袋包智能视觉识别控制系统判定袋包位置后，工业机器人末端工具快换为夹爪取料机构，夹爪从袋包的外露端夹住袋包并拖下堆垛后，夹爪松开袋包进行下一次抓取，同时袋包借自重下落至摆臂输送机构，再通过摆臂输送机构输送至伸缩输送机构，最后从伸缩输送机构输出至下游设备,如图8示。
S3:卸车机沿着自上而下的顺序一直取料，随着袋包的堆垛高度下降到一定高度，摆臂输送机构采取长度和角度共同调节的方式以适应袋包的堆垛高度，完成接料工作。必要时候，卸车机整体也可前后移动以调节摆臂前端距离袋包的距离。整个卸料过程中，卸车机调整状态如图9所示。
S4:当取料到较低处袋包时，摆臂输送机构整体下摆至最低处，夹爪取料机构作业空间和作业方式受到限制。袋包智能视觉识别控制系统判定袋包位置后，工业机器人末端工具快换成吸盘取料机构。吸盘取料机构从袋包的上方抓取袋包后平移拖拽至摆臂输送机构，再通过摆臂输送机构输送至伸缩输送机构，最后从伸缩输送机构输出至下游设备。如图10示。
S5:卸车机完成第一断面袋包取料后，整车在履带轮作用下前进，同时伸缩输送机构伸长以适应下游设备衔接，从而开始第二断面的卸料工作。依此重复，直到完成该方向上的卸料作业。
S6:完成一个方向上的卸料作业后，工业机器人缩回，摆臂输送机构缩回并成直立状态，伸缩输送机构缩回，整车回到图6状态。在火车棚车工进行卸料作业时，此时整车退回至门口，在门口通过两履带轮的差速行驶完成整车的原地180°掉头，进而开始车门另一侧的袋包拆卸作业。
本发明的有益效果如下：
(1)履带行走底盘及动力系统中行走底盘采用橡胶履带轮，能够适应多种运行环境及复杂路面情况。两个履带轮分别采用伺服电机，通过差速控制两个履带轮，实现整车的前进、后退和转弯。履带轮底盘与车架之间使用回转支撑，可以在行走过程中进一步微调整车角度，使整车对行走空间有更强的适应性。
(2)二级或多级伸缩输送机构在普通的带式输送机的基础上增加了伸缩机构，使得输送机可以在长度方向上自由伸缩，伸缩长度可按要求进行调节。伸缩机皮带在运行时，会发生皮带侧偏，造成皮带磨损，降低设备的使用寿命。
(3)袋包智能视觉识别控制系统采用智能视觉算法，环境适应性好，能够精确识别袋包位置和姿态，很好的辅助机载机械设备高效完成袋包装卸车作业。通过左右摄像机和图像采集处理模块，袋包智能视觉识别控制系统能够实现高精度的袋包外形和位置信息提取。这种视觉识别能力可以准确地定位袋包，确保机器人能够准确地抓取袋包，避免误差和损失。另外，特征检测模块能够提取袋包的关键特征信息，根据袋包堆放情况快速切换夹爪取料机构和吸盘取料机构，实现自适应抓取方式。这使得机器人能够根据不同的袋包特性和工作环境进行灵活操作，提高工作效率和成功率。再者，姿态估计模块通过分析特征信息，能够准确估算机器人末端的姿态。这对于机器人的精细控制非常重要，可以确保机器人末端在操作过程中保持正确的姿态，从而避免物料的滑落、碰撞等情况，提高抓取和放置的成功率。最后，反馈运算模块能够将目标姿态和实际反馈的姿态信息传递给控制器。控制器通过整合反馈信息进行运算控制，并发送指令给机器人及其末端抓取结构。这种反馈控制机制能够实时调整机器人的动作，使其更加精确地执行任务，并根据实际情况进行动态调整。该控制方式具有较强的灵活性和适应性，可以根据不同类型的袋包物料进行设置和调整，适用于多种领域的装卸作业，例如仓储、物流、生产线等。同时，通过软件算法的优化和升级，还可以应对更复杂的袋包形态和堆放情况，提高系统的智能化水平。
(4)行走引导纠偏系统采用复合导引系统并配合RFID射频识别技术，实现整机的自主导引和实时纠偏。尤其在棚车车厢等狭小空间内，车辆的行走姿态控制是决定卸车机能顺利工作的关键技术点。
(5)工业机器人及其末端工具中六轴工业机器人有充分的自由度可以完成各种动作，快换夹具机构由夹爪取料机构和吸盘取料机构组成，可以根据袋包的堆放情况快换抓取目标，抓取可靠、移动灵活，便于智能控制且适应性高。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种适用于箱式货运袋装物料的智能装卸机，其特征在于，包括履带行走底盘及动力系统、伸缩输送机构、机器人系统、快换夹具结构、摆臂输送机构、袋包智能视觉识别控制系统、行走引导纠偏系统、电气控制系统和遥控手柄；
履带行走底盘及动力系统，包含履带轮、外齿回转支撑以及车架；车架为一体式车架，车架和外齿回转支撑上的外齿圈法兰连接，外齿圈与小齿轮啮合，小齿轮接动力输入，从而使整个车身在外齿回转支撑的调节下实现角度调整或者回转；
伸缩输送机构，包括若干级可相对移动的输出带，其在卸车机长度方向上伸缩，以保证卸车机自身在较小的空间移动，同时在工作状态时适应棚车、货车等不同长度尺寸的工作环境；
机器人系统，包含六轴工业机器人、机器人安装座、以及机器人末端配备的快换夹具机构；该快换夹具机构是夹爪取料机构和吸盘取料机构组成的快换结构，根据袋包的堆放情况快换抓取目标；
摆臂输送机构，包含两级伸缩输送机构，其作为卸车机的物料输入部件；摆臂输送机构整体铰接固定于伸缩输送机构的前端，实现整体的上下摆动，配合摆臂输送机构自身长度的伸缩，保证其尽可能的靠近袋包物料；
袋包智能视觉识别控制系统采用智能视觉算法，精确识别袋包位置和姿态，电气控制系统根据袋包智能视觉识别控制系统的识别结果，控制快换夹具结构取料；
行走引导纠偏系统采用复合导引系统并配合RFID射频识别技术，控制带行走底盘及动力系统，实现卸车机的自主导引和实时纠偏；
伸缩输送机构和机器人系统安装座均坐于车架上，与车架复合一体；
电气控制系统，与履带行走底盘及动力系统、伸缩输送机构、机器人系统、摆臂输送机构、袋包智能视觉识别控制系统、行走引导纠偏系统电气连接，控制卸车机的各部件的运行；
遥控手柄，与电气控制系统通信，用于远距离控制装卸机动作。
2.根据权利要求1所述的一种适用于箱式货运袋装物料的智能装卸机，其特征在于，袋包智能视觉识别控制系统包括设置在机器人末端的左、右摄像机、图像采集处理模块、关节传感器和控制器；控制器包括关节控制器、功率放大器；图像采集处理模块包括反馈运算模块、姿态估计模块、特征检测模块和图像采集模块；关节传感器获取机器人各关节的角度、位移参数并发送给控制器；图像采集模块将摄像机采集的图像传送给特征检测模块，特征检测模块提取图像中整体范围的图像特征信息以及袋包的外形和位置的关键特征信息，然后将特征信息传送至姿态估计模块；姿态估计模块根据上述特征信息估算出机器人末端的精确姿态以及即将抓取袋包的姿态并传输至反馈运算模块；反馈运算模块将机器人末端的目标姿态和目标袋包的姿态及反馈的姿态信息传递至控制器；控制器整合反馈运算模块和关节传感器的反馈信息进行运算得到抓取结构的目标点，并发送指令至机器人及其末端抓取结构。
3.一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机的作业方法，应用于权利要求1-2所述的一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机，其特征在于，包括以下步骤：
S1:卸车机工作前，先保持非工作状态沿车厢中线自动行驶至袋包前方一定距离处；行驶过程中，双履带轮带动整车移动；移动过程中通过双履带的差速动作、回转支撑的回转动作共同配合控制调整车身姿态；
S2:袋包的抓取顺序采用自上而下的S形取料顺序；卸车机工作时，先从每个断面的最高处开始卸料；摆臂输送机构朝袋包侧摆动，摆臂输送机构的伸缩输送伸出至最长，此时，摆臂输送系统机构的前端接近袋包垛；袋包智能视觉识别控制系统判定袋包位置后，工业机器人末端工具快换为夹爪取料机构，夹爪从袋包的外露端夹住袋包并拖下堆垛后，夹爪松开袋包进行下一次抓取，同时袋包借自重下落至摆臂输送机构，再通过摆臂输送机构输送至伸缩输送机构，最后从伸缩输送机构输出至下游设备；
S3:卸车机沿着自上而下的顺序一直取料，随着袋包的堆垛高度下降到一定高度，摆臂输送机构采取长度和角度共同调节的方式以适应袋包的堆垛高度，完成接料工作；必要时候，卸车机整体也可前后移动以调节摆臂前端距离袋包的距离；
S4:当取料到较低处袋包时，摆臂输送机构整体下摆至最低处，夹爪取料机构作业空间和作业方式受到限制；袋包智能视觉识别控制系统判定袋包位置后，工业机器人末端工具快换成吸盘取料机构；吸盘取料机构从袋包的上方抓取袋包后平移拖拽至摆臂输送机构，再通过摆臂输送机构输送至伸缩输送机构，最后从伸缩输送机构输出至下游设备；
S5:卸车机完成第一断面袋包取料后，整车在履带轮作用下前进，同时伸缩输送机构伸长以适应下游设备衔接，从而开始第二断面的卸料工作；依此重复，直到完成该方向上的卸料作业；
S6:完成一个方向上的卸料作业后，工业机器人缩回，摆臂输送机构缩回并成直立状态，伸缩输送机构缩回；此时整车退回至门口，在门口通过两履带轮的差速行驶完成整车的原地180°掉头，进而开始车门另一侧的袋包拆卸作业。
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| CN202311075655.0A CN117104864A (zh) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | 一种适用于箱式货运袋装物料的智能卸车机 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2023
- 2023-08-25 CN CN202311075655.0A patent/CN117104864A/zh active Pending
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