CN207903531U - 基于激光视觉的机器人自动装车系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于激光视觉的机器人自动装车系统，该系统包括：激光视觉系统，用于检测车厢的尺寸参数及车厢上物品码垛后的实时位置信息；输送系统，用于对接前端输送线转移的待码垛物品并将待码垛物品转移至车厢上码垛层对应的水平高度位置；机器人系统，与输送系统配合，用于将输送系统上的待码垛物品码垛至车厢上相应的堆垛区域；控制系统，与激光视觉系统、输送系统及机器人系统均通信连接，用于接收激光视觉系统检测的信息并控制输送系统及机器人系统联动。其实现了物品的自动装车码垛，且能适应不同车辆的自动装车需求，简化了人工控制的要求，且整个系统结构紧凑、占用空间小、智能化程度高、适应性强。

Description

基于激光视觉的机器人自动装车系统

技术领域

本实用新型涉及物品输送领域，特别地，涉及一种基于激光视觉的机器人自动装车系统。

背景技术

当产品生产完成需要运输至其它地方存放或出货送至下一环节经销商时，需要将货物码放在货车上，通过货车送至指定地点。在现行的装车工作中，大部分以输送辊道直接连接至车厢，由人工来完成堆垛；自动化装载产品，通常将产品堆垛于货架或托板上，当需要装车时则通过叉车将托板连同货物叉起放在货车的边缘处，然后再依靠人力将货物码至货车内部，只能适当降低人工的工作强度，本质上还是人工；同时，无论是重量较大的物品还是危险品都会对工作人员存在较大的安全隐患。为了提高生产效率，现有一些的装车设备会设置输送带运输物品，同时配合机器人将物品码放于货车上。这些输送带和机器人一般固定安装在货车旁边，机器人的抓手从输送带上取下物品然后放置至货车上。该种装车设备的自动化程度较高，但由于不具备自主识别车辆和车厢的功能，要求车辆尺寸必须固定，车辆停靠必须精准，且机械人的高度和抓手长度又较为有限，而货车的长度较大，导致单台机器人的工作区域非常小。

CN203806728U公开了一种装车机器人，汽车和输送轨道置于龙门吊下方，龙门吊通过地面辊道可实现x方向移动。机器抓手置于龙门吊上，可实现y、z方向的移动。但该装车机器人存在如下缺点：1、该方案占地面积大，需要较大的空间高度和宽度；2、整体封装程度低，多轴联动的稳定性会下降；3、没有视觉引导，只能适用提前测绘的有限车型，且需要汽车停靠精准。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于激光视觉的机器人自动装车系统，以解决现有的装车系统无法满足自动装车需求且无法适应不同尺寸车辆的装车需求的技术问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

提供一种基于激光视觉的机器人自动装车系统，用于对汽车车厢进行定位并将待码垛物品自动转移至车厢上相应的堆垛区域，本实用新型机器人自动装车系统包括：

激光视觉系统，用于检测车厢的尺寸参数及车厢上物品码垛后的实时位置信息；

输送系统，用于对接前端输送线转移的待码垛物品并将待码垛物品转移至车厢上码垛层对应的水平高度位置；

机器人系统，与输送系统配合，用于将输送系统上的待码垛物品码垛至车厢上相应的堆垛区域；

控制系统，与激光视觉系统、输送系统及机器人系统均通信连接，用于接收激光视觉系统检测的信息并控制输送系统及机器人系统联动。

进一步地，机器人系统包括分设于输送系统两侧的两个机器人，激光视觉系统包括至少两个线激光器及至少一个点激光器，至少两个线激光器对称设置于两个机器人上，至少一个点激光器架设于车厢之上的安装支架上，至少两个线激光器在机器人的移动带动下扫描获取车厢的长度、宽度参数，至少一个点激光器用于扫描获取车厢或者车厢上物品的高度参数。

进一步地，输送系统包括用于对接前端输送线的水平输送线，水平输送线衔接与其成角度倾斜设置的斜输送线，斜输送线的末端连接用于水平输送待码垛物品的辊道输送线，水平输送线与斜输送线的衔接处设有纵向设置的第一连杆，斜输送线与辊道输送线的衔接处设有纵向设置的第二连杆，还包括连接第一连杆、第二连杆的第三连杆，水平输送线与辊道输送线之间经第一连杆、第二连杆、第三连杆及斜输送线形成的四连杆机构衔接；

输送系统还包括设置于水平输送线上用于调整辊道输送线高度位置的提升装置，提升装置与控制系统通信连接。

进一步地，水平输送线与斜输送线连接处形成第一铰接点，第一连杆经第一斜拉杆与水平输送线固定连接成90°，辊道输送线与斜输送线连接处形成第二铰接点，第二连杆经第二斜拉杆与辊道输送线固定连接成90°，第三连杆与第二连杆连接处形成第三铰接点，第三连杆与第一连杆连接处形成第四铰接点。

进一步地，水平输送线在第一铰接点之外还设有水平向延伸的延伸段，提升装置设于延伸段上。

进一步地，提升装置为卷扬机，卷扬机经钢丝绳连接第三连杆和/或第二连杆。

进一步地，机器人自动装车系统还包括用于检测辊道输送线水平位置和/或高度位置的位移传感器，控制系统连接位移传感器并控制机器人系统位移。

进一步地，位移传感器为设于延伸段上的拉绳式位移传感器。

进一步地，辊道输送线上设有便于机器人系统抓取待码垛物品的避位槽。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型基于激光视觉的机器人自动装车系统，通过激光视觉系统自动识别车辆车厢的位置、尺寸参数及车厢上物品码垛后的实时位置信息，控制系统接收激光视觉系统检测的信息控制输送系统和机器人系统联动，从将待码垛的物品经输送系统转移至与车厢上码垛层对应的水平高度位置，并经机器人系统抓取物品并自动转移码垛，其实现了物品的自动装车码垛，且能适应不同车辆的自动装车需求，且输送系统及机器人系统能够在控制系统的控制下实现联动，简化了人工控制的要求，且整个机器人自动装车系统结构紧凑、占用空间小、智能化程度高、且适应性强，尤其适用于卫生等级要求高或者危险品的自动码垛领域。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例基于激光视觉的机器人自动装车系统的整体原理方框示意图；

图2是本实用新型优选实施例中输送系统的平面结构示意图；

图3是本实用新型优选实施例中输送系统的立体结构示意图。

附图标记说明：

100、激光视觉系统；

200、输送系统；

300、机器人系统；

400、控制系统；

1、水平输送线；2、斜输送线；

3、辊道输送线；4、第一连杆；

5、第二连杆；6、第三连杆；

7、提升装置；8、第一铰接点；

9、第一斜拉杆；10、第二铰接点；

11、第二斜拉杆；12、第三铰接点；

13、第四铰接点；14、延伸段；

15、钢丝绳；16、避位槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型的优选实施例提供了一种基于激光视觉的机器人自动装车系统，用于对汽车车厢进行定位并将待码垛物品自动转移至车厢上相应的堆垛区域，参照图1，本实用新型机器人自动装车系统包括：

激光视觉系统100，用于检测车厢的尺寸参数及车厢上物品码垛后的实时位置信息；

输送系统200，用于对接前端输送线转移的待码垛物品并将待码垛物品转移至车厢上码垛层对应的水平高度位置；

机器人系统300，与输送系统200配合，用于将输送系统200上的待码垛物品码垛至车厢上相应的堆垛区域；

控制系统400，与激光视觉系统100、输送系统200及机器人系统300均通信连接，用于接收激光视觉系统100检测的信息并控制输送系统200及机器人系统300联动。

本实施例通过激光视觉系统自动识别车辆车厢的位置、尺寸参数及车厢上物品码垛后的实时位置信息，控制系统接收激光视觉系统检测的信息控制输送系统和机器人系统联动，从将待码垛的物品经输送系统转移至与车厢上码垛层对应的水平高度位置，并经机器人系统抓取物品并自动转移码垛，其实现了物品的自动装车码垛，且能适应不同车辆的自动装车需求，且输送系统及机器人系统能够在控制系统的控制下实现联动，简化了人工控制的要求，且整个机器人自动装车系统结构紧凑、占用空间小、智能化程度高、且适应性强，尤其适用于卫生等级要求高或者危险品的自动码垛领域。

本实施例中，输送系统200位于车辆车厢停靠区域的上方，机器人系统300包括分设于输送系统200两侧的两个机器人，即两个机器人位于车厢的两侧，其适用于所有开放式车厢，且整体结构紧凑、占用空间小。本实施例中，激光视觉系统100包括至少两个线激光器及至少一个点激光器，至少两个线激光器对称设置于两个机器人上，至少一个点激光器架设于车厢之上的安装支架上，至少两个线激光器在机器人的移动带动下扫描获取车厢的长度、宽度参数，至少一个点激光器用于扫描获取车厢或者车厢上物品的高度参数。

本实施例激光视觉系统100对车辆车厢的检测原理如下：

1、汽车进入巷道，停靠在指定的停车区域。优选地，停车区域设有用于引导汽车停靠到指定位置的车厢前端地标线；

2、两侧的机器人携带线激光器从车厢尾端向前端移动扫描，找出车厢端部和尾部位置，根据机器人位置关系可获取车厢长、宽及侧板高度的参数值；

3、根据车厢之上的点激光器检测获取车厢高度的参数值；

4、激光视觉系统将检测获取的参数值反馈给控制系统，以供控制系统根据激光视觉系统检测获取的参数值规划装车。

本实施例机器人自动装车系统进行自动装车作业的过程中利用激光视觉系统对车厢定位的流程如下：

1、汽车进入巷道，车厢前端对齐地标线；

2、两侧机器人携带线激光器从车厢尾端向前端移动扫描，直到扫描图像中出现车厢形状，根据扫描图像可以计算出车厢相对于线激光器的位置，同理可计算出另一侧车厢相对于另一个激光器的位置，同时又已知两个线激光器之间的位置关系，因此可直接计算出车厢两侧的位置关系，即车厢的宽度。车厢长度的计算原理同上。

3、根据点激光器测量距离直接计算出车厢高度；

4、车厢位置变化后，激光扫描图像也会跟随变化，可计算出车厢相对于机器人位置的变化量。

本实施例机器人自动装车系统中控制系统进行码垛控制的流程如下：

由初始定位计算出车厢的长、宽和高，且系统预先设置待码垛物品的长、宽、高，进而计算出物品码垛的层数，根据车宽的不同可以设计摆放方式如两横一竖，两竖一横等码垛方式。当机器人位置变化后，由上一步已经计算出车厢相对于机器人的新的位置，此时机器人只需利用车厢前端新的位置即可，后续码垛可根据物品(如水泥包)的长宽和高度进行固定偏移。

本实施例中，优选地，机器人作业时由控制系统根据激光视觉系统扫描的图形进行视觉定位抓放。具体原理为：激光视觉系统通过扫描出XYZ数据，将机器人第一个投放点位置进行绑定，后续车辆扫描出的XYZ数值与标定的XYZ数值进行比较，计算出(ΔX,ΔY,ΔZ),机器人第一个投放点点数据坐标(X＝X1+ΔX,Y＝Y1+ΔY,Z＝Z1+ΔZ)。其他投放坐标点都是以第一个点为基准做好偏移：例如，水泥袋长600，宽400，坐标X＝600*N+400*M+X1。总体偏移数目根据车的尺寸进行调整。

参见图2及图3，本实施例中，输送系统200包括用于对接前端输送线的水平输送线1，水平输送线1衔接与其成角度倾斜设置的斜输送线2，斜输送线2的末端连接用于水平输送待码垛物品的辊道输送线3，水平输送线1与斜输送线2的衔接处设有纵向设置的第一连杆4，斜输送线2与辊道输送线3的衔接处设有纵向设置的第二连杆5，还包括连接第一连杆4、第二连杆5的第三连杆6，水平输送线1与辊道输送线3之间经第一连杆4、第二连杆5、第三连杆6及斜输送线2形成的四连杆机构衔接；输送系统200还包括设置于水平输送线1上用于调整辊道输送线3高度位置的提升装置7，提升装置7与控制系统400通信连接。

本实施例中，水平输送线经四连杆机构连接辊道输送线，以保证调整高度过程中辊道输送线始终保持水平。具体地，参照图1，水平输送线1与斜输送线2连接处形成第一铰接点8，第一连杆4经第一斜拉杆9与水平输送线1固定连接成90°，辊道输送线3与斜输送线2连接处形成第二铰接点10，第二连杆5经第二斜拉杆11与辊道输送线3固定连接成90°，第三连杆6与第二连杆5连接处形成第三铰接点12，第三连杆6与第一连杆4连接处形成第四铰接点13。第一连杆4、斜输送线2、第二连杆5及第三连杆6构成四连杆机构的四条基本边，且第一连杆4与水平输送线固接成90°，第二连杆5与辊道输送线3固结成90°，从而保证经提升装置7调节斜输送线2的高度时辊道输送线3处于水平状态，便于与辊道输送线3配合的机器人在线转移、码垛物品，从而实现物品的自动装车需求。

本实施例中，水平输送线1在第一铰接点8之外还设有水平向延伸的延伸段14，提升装置7设于延伸段14上。优选地，提升装置7为卷扬机，卷扬机经钢丝绳15连接第三连杆6和/或第二连杆5。本实施例中，通过采用电动卷扬机经钢丝绳15带动斜输送线2高度调节，从而实现水平状态的辊道输送线的高度调节。优选地，本实施例中，输送系统200还包括用于检测辊道输送线3水平位置和/或高度位置的位移传感器，控制系统连接位移传感器并控制机器人位移。更优选地，该位移传感器采用设于延伸段14上的拉绳式位移传感器，经拉绳式位移传感器将钢丝绳15的机械运动运动转换为电信号，经过编码器换算为辊道输送线3的水平位置和高度位置检测，控制系统根据接收的水平位置和/或高度位置信号控制器人的水平位置和/或高度位置调节，从而实现机器人与辊道输送线在水平和高度方向上的联动控制。本实施例机器人自动装车系统，一方面能够保证水平方向上辊道输送线与机器人移动相同的距离，另一方面，能够保证码垛层数升高时，辊道输送线及机器人能够升高到对应的层数高度。

本实施例通过拉绳式位移传感器检测反馈输送系统的水平移动的距离及辊道输送线高度的位移，从而保证输送系统水平移动距离与机器人移动一致，辊道输送线高度的位置与码垛层高度位置匹配。优选地，机器人系统包括对称设置于车厢两侧的两个机器人，从而实现交替作业提高码垛效率。优选地，本实施例机器人自动装车系统还包括设置于机器人之下用于机器人水平移动的移动辊道，增加机器人的工作范围，且采用双边布局的结构，实现最优空间利用的效果。

优选地，辊道输送线3上设有便于机器人抓取待码垛物品的避位槽16，从而方便机器人抓手的快速抓取。

本实施例中，水平输送线1和/或斜输送线2为皮带输送线或者其他辊轮式输送线。优选地，本实施例采用水平皮带输送线和斜皮带输送线配合，便于对物品的在线转移，避免传递过程中的物品堆叠或者卡滞。

现有的搬运配送码垛工作劳动强度高、技术含量低，导致劳动力需求量大、人员流动性强，是用工荒的重灾区，对自动化设备的需求也最强烈。而当前在原材料、快消品、农林牧副渔等产品的物流方面，主要力量都是靠汽车，而汽车装车仍然无法实现自动装车。主要原因在于货车尺寸各异，难以通过传统技术实现自动装车。另如化工原料厂、包装厂、还有一些体积大的物件上。有些产品的本身对人体就有害，像药品、微生物制剂等，这些对人体有害的产品。还有卫生等级要求高的产品，比如食品、药品、实验室用品等，也急需摆脱人工搬运来提高管控。本实施例机器人自动装车系统成功解决了这一难点，可适用各种开放式汽车车厢，兼容性强，且对车辆的停靠要求低，具有广泛的推广应用价值。

根据本实用新型的另一方面，还提供一种基于激光视觉的机器人自动装车方法，采用上述实施例的基于激光视觉的机器人自动装车系统，本实施例方法包括以下步骤：

控制系统400接收激光视觉系统100检测的车厢的位置和尺寸参数，并根据装车要求建立装车坐标系；

控制系统400控制输送系统200和机器人系统300根据装车坐标系运动至指定位置；

控制系统400控制机器人系统300从输送系统200上在线转移待码垛物品至车厢上对应的堆垛区域，并根据车厢上堆垛物品的位置参数调整输送系统200和/或机器人系统200的位置，直至完成装车。

一个优选实施例中，机器人自动装车控制方法包括以下步骤：

1、汽车进入巷道，车厢前端对齐地标线。

2、激光视觉系统检测获取车厢的位置及尺寸参数；两侧机器人携带线激光器从车厢尾端向前端移动扫描，直到扫描图像中出现车厢形状，根据扫描图像可以计算出车厢相对于线激光器的位置，同理可计算出另一侧车厢相对于另一个激光器的位置，同时又已知两个线激光器之间的位置关系，因此可直接计算出车厢两侧的位置关系，即车厢的宽度。同理，检测获取车厢长度的参数。根据点激光器测量距离直接计算出车厢高度。

3、控制系统根据激光视觉系统检测的参数信息及装车要求，建立装车坐标系。在此步骤中，由初始定位计算出车厢的长、宽和高，且控制系统预先设置待码垛物品的长、宽、高(已知参数)，进而计算出物品码垛的层数，根据车宽的不同可以设计摆放方式如两横一竖，两竖一横等码垛方式建立装车坐标系。

4、控制系统控制输送系统200和机器人系统300根据装车坐标系运动至指定位置；

5、控制系统控制机器人系统的两台机器人交替从输送系统前端抓取待码垛物品(如水泥袋)，并按照装车坐标系设定坐标进行码垛作业。本实施例中，优选地，机器人作业时由控制系统根据激光视觉系统扫描的图形进行视觉定位抓放。具体原理为：激光视觉系统通过扫描出XYZ数据，将机器人第一个投放点位置进行绑定，后续车辆扫描出的XYZ数值与标定的XYZ数值进行比较，计算出(ΔX,ΔY,ΔZ),机器人第一个投放点点数据坐标(X＝X1+ΔX,Y＝Y1+ΔY,Z＝Z1+ΔZ)。其他投放坐标点都是以第一个点为基准做好偏移：例如，水泥袋长600，宽400，坐标X＝600*N+400*M+X1。总体偏移数目根据车的尺寸进行调整。

6、控制系统接收车厢位置变化后激光视觉系统检测的位置参数，计算出车厢相对于机器人位置的变化量；控制输送系统和机器人系统移动设定距离后继续码放；

7、码放完要求数量后，机器人和输送系统返回初始位置，并提示司机装车完成。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于激光视觉的机器人自动装车系统，用于对汽车车厢进行定位并将待码垛物品自动转移至所述车厢上相应的堆垛区域，其特征在于，所述机器人自动装车系统包括：

激光视觉系统(100)，用于检测所述车厢的尺寸参数及所述车厢上物品码垛后的实时位置信息；

输送系统(200)，用于对接前端输送线转移的待码垛物品并将所述待码垛物品转移至所述车厢上码垛层对应的水平高度位置；

机器人系统(300)，与所述输送系统(200)配合，用于将所述输送系统(200)上的所述待码垛物品码垛至所述车厢上相应的堆垛区域；

控制系统(400)，与所述激光视觉系统(100)、所述输送系统(200)及所述机器人系统(300)均通信连接，用于接收所述激光视觉系统(100)检测的信息并控制所述输送系统(200)及所述机器人系统(300)联动。

2.根据权利要求1所述的基于激光视觉的机器人自动装车系统，其特征在于，

所述机器人系统(300)包括分设于所述输送系统(200)两侧的两个机器人，所述激光视觉系统(100)包括至少两个线激光器及至少一个点激光器，所述至少两个线激光器对称设置于所述两个机器人上，所述至少一个点激光器架设于所述车厢之上的安装支架上，所述至少两个线激光器在所述机器人的移动带动下扫描获取所述车厢的长度、宽度参数，所述至少一个点激光器用于扫描获取所述车厢或者车厢上物品的高度参数。

3.根据权利要求1所述的基于激光视觉的机器人自动装车系统，其特征在于，

所述输送系统(200)包括用于对接前端输送线的水平输送线(1)，所述水平输送线(1)衔接与其成角度倾斜设置的斜输送线(2)，所述斜输送线(2)的末端连接用于水平输送待码垛物品的辊道输送线(3)，所述水平输送线(1)与所述斜输送线(2)的衔接处设有纵向设置的第一连杆(4)，所述斜输送线(2)与所述辊道输送线(3)的衔接处设有纵向设置的第二连杆(5)，还包括连接所述第一连杆(4)、所述第二连杆(5)的第三连杆(6)，所述水平输送线(1)与所述辊道输送线(3)之间经所述第一连杆(4)、所述第二连杆(5)、所述第三连杆(6)及所述斜输送线(2)形成的四连杆机构衔接；

所述输送系统(200)还包括设置于所述水平输送线(1)上用于调整所述辊道输送线(3)高度位置的提升装置(7)，所述提升装置(7)与所述控制系统(400)通信连接。

4.根据权利要求3所述的基于激光视觉的机器人自动装车系统，其特征在于，

所述水平输送线(1)与所述斜输送线(2)连接处形成第一铰接点(8)，所述第一连杆(4)经第一斜拉杆(9)与所述水平输送线(1)固定连接成90°，所述辊道输送线(3)与所述斜输送线(2)连接处形成第二铰接点(10)，所述第二连杆(5)经第二斜拉杆(11)与所述辊道输送线(3)固定连接成90°，所述第三连杆(6)与所述第二连杆(5)连接处形成第三铰接点(12)，所述第三连杆(6)与所述第一连杆(4)连接处形成第四铰接点(13)。

5.根据权利要求4所述的基于激光视觉的机器人自动装车系统，其特征在于，

所述水平输送线(1)在所述第一铰接点(8)之外还设有水平向延伸的延伸段(14)，所述提升装置(7)设于所述延伸段(14)上。

6.根据权利要求3所述的基于激光视觉的机器人自动装车系统，其特征在于，

所述提升装置(7)为卷扬机，所述卷扬机经钢丝绳(15)连接所述第三连杆(6)和/或所述第二连杆(5)。

7.根据权利要求5所述的基于激光视觉的机器人自动装车系统，其特征在于，

所述机器人自动装车系统还包括用于检测所述辊道输送线(3)水平位置和/或高度位置的位移传感器，所述控制系统(400)连接所述位移传感器并控制所述机器人系统(300)位移。

8.根据权利要求7所述的基于激光视觉的机器人自动装车系统，其特征在于，

所述位移传感器为设于所述延伸段(14)上的拉绳式位移传感器。

9.根据权利要求3至8任一所述的基于激光视觉的机器人自动装车系统，其特征在于，

所述辊道输送线(3)上设有便于所述机器人系统(300)抓取所述待码垛物品的避位槽(16)。