(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202111615890.3
(22)申请日 2021.12.27
术研究院
地址 241000 安徽省芜湖市鸠江区经济技
术开发区神州路17号，国家工业机器
人产品质量监督检验中心园区办公楼
(72)发明人 王飞阳 庄金雷 陈盟 高靖
陈海东
(74)专利代理机构 芜湖安汇知识产权代理有限
公司 34107
代理人 何全陆
(51)Int.Cl.
B25J 9/16(2006.01)
(54)发明名称
垛和码垛方法
(57)摘要
本发明公开了基于视觉引导的机器人拆码
垛系统，包括系统硬件和系统软件；系统硬件包
括拆码垛机器人、夹爪机构和视觉装置；系统软
块。本发明公开了该拆码垛系统的拆垛方法和码
垛方法。采用上述技术方案，解决了不同种规格
型号料箱的混合自动化拆码垛问题；在拆垛过程
中，该系统能够自动识别托盘上方顶层所有料
箱，能够自动确定拆垛目标料箱，自动规划机器
人料箱拆垛路径；在码垛过程中，该系统能够自
动识别托盘位置，自动识别辊道线上来料料箱型
号，自动规划码放垛形，自动规划目标料箱码放
路径；最终，该系统可实现多种规格型号料箱的
拆码垛任务。权利要求书2页 说明书10页 附图3页CN 114131615 A 2022.03.04
C N 114131615
A
1.一种基于视觉引导的机器人拆码垛系统，包括系统硬件和系统软件，其特征在于：所述的系统硬件包括拆码垛机器人、夹爪机构和视觉装置；所述的系统软件包括通信模块、识别与定位模块和路径规划模块。
2.按照权利要求1所述的基于视觉引导的机器人拆码垛系统，其特征在于：所述的拆码垛机器人用于执行指定的规划路径或示教路径、携带料箱进行料箱拆垛和码垛。
3.按照权利要求1所述的基于视觉引导的机器人拆码垛系统，其特征在于：所述的夹爪机构用于夹持料箱；所述的夹爪机构包括四个抓钩，所述的四个抓钩之间的相互距离可自动调节，同时四个抓钩均具备夹紧和松开功能。
4.按照权利要求1所述的基于视觉引导的机器人拆码垛系统，其特征在于：所述的视觉装置由两部分组成，
包括：固定于料箱托盘上方的固定式3D相机、固定于机器人夹爪系统侧方的运动式3D相机；所述的固定式3D相机用于采集托盘垛形上层所有料箱点云数据；所述的运动式3D相机用于采集辊道线上来料料箱点云数据。
5.按照权利要求1所述的基于视觉引导的机器人拆码垛系统，其特征在于：所述的通信模块实现系统软件与视觉装置和拆码垛机器人系统的通信，实现相关数据传输。
6.按照权利要求4所述的基于视觉引导的机器人拆码垛系统，其特征在于：所述的识别与定位模块根据3D相机采集的料箱点云数据，识别料箱型号、定位料箱空间位置；根据3D相机采集的托盘点云数据，识别托盘尺寸和托盘空间位置。
7.按照权利要求1所述的基于视觉引导的机器人拆码垛系统，其特征在于：所述的路径规划模块实现拆码垛机器人从当前位置到目标位置的路径规划。
8.按照权利要求1至7中任意一项所述的基于视觉引导的机器人拆码垛系统的拆垛方法，其特征在于：所述的拆垛方法的过程为：
步骤2、固定相机检测料箱；
步骤3、状态判断；如果托盘上方有料箱，则继续步骤4；如果托盘上方不存在料箱，则转至步骤15；
步骤4、型号判断；如果识别的目标料箱为系统无法抓取的型号，则转至步骤16；否则继续步骤5；
步骤5、调整料箱夹爪配置；
步骤6、张开料箱夹爪；
步骤7、等待拆垛路径；
步骤8、路径判断；如果路径发送失败或者发送路径为空，则转至步骤16；否则继续步骤9；
步骤9、机器人运行拆垛路径；
步骤10、固定相机检测料箱；
步骤11、等待出料口腾空；
步骤12、机器人运行示教路径‑放料箱；一旦步骤11中光电开关检测到出料口为空时，机器人执行示教路径，机器人从Home位置运动到辊道线上方的放料位置；
步骤13、张开料箱夹爪；
步骤14、机器人运行示教路径‑GoHome；
步骤15、拆垛完成退出；
步骤16、报警退出。
9.按照权利要求8所述的基于视觉引导的机器人拆码垛系统的拆垛方法，其特征在于：所述的步骤2中包括以下过程：
步骤2‑1、固定相机拍照；
步骤2‑2、料箱检测；
步骤2‑3、确定拆垛料箱；
步骤2‑4、规划料箱拆垛路径。
10.按照权利要求1至7中任意一项所述的基于视觉引导的机器人拆码垛系统的码垛方法，其特征在于：所述的码垛方法的过程为：
步骤1、机器人GoHome；
步骤2、机器人运动至辊道拍照位置；
步骤3、等待料箱到位信号；
步骤4、运动相机检测料箱；
步骤5、型号判断：判断来料料箱型号是否为码垛系统支持的型号，如果是，继续步骤6；否则，转至步骤23；
步骤6、设置目标料箱；
步骤7、固定相机检测托盘；
步骤8、状态判断：判断固定式3D相机下是否存在托盘；如果无托盘，转至步骤24；否则继续步骤9；
步骤9、调整料箱夹爪配置；
步骤10、机器人运动至料箱抓取位置；
步骤11、夹爪抓取料箱；
步骤12、机器人运行离开路径；
步骤13、等待码垛路径；
步骤14、路径判断：如果未接收到路径或接收到的路径为空，则转至步骤23；否则继续步骤15；
步骤15、执行码垛路径；
步骤16、更新码垛垛形；
步骤17、状态判断：判断整个垛形是否完成码放完成；如果完成，则转至步骤22；否则继续步骤18，开始继续循环执行码垛；
步骤18、机器人运动至辊道拍照位置；
步骤19、等待料箱到位信号；
步骤20、运动相机检测料箱；
步骤21、型号判断：判断来料型号与设置的目标码垛料箱型号是否一致；如果型号一致，则返回步骤10；如果型号不一致，则转至步骤23；
步骤22、码垛完成退出；
步骤23、报警退出；
步骤24、无托盘报警退出。
基于视觉引导的机器人拆码垛系统及其拆垛和码垛方法
技术领域
[0001]本发明属于工业零部件周转运输的技术领域。更具体地，本发明涉及一种基于视觉引导的机器人拆码垛系统。本发明还涉及该拆码垛系统的拆垛方法和码垛方法。
背景技术
[0002]中小型工业零部件在运输周转过程中一般放置于规格尺寸标准化的料箱内，这些料箱多为塑料材质，且有多种规格尺寸以便放置不同大小工件；为了方便料箱的搬运和码放，料箱上方一般开设有抓取孔，便于自动化设备的夹爪进行抓取，典型料箱结构如图1所示。
[0003]一般情况下，零部件加工厂将装满工件的料箱通过辊道线运输到仓库，仓库将料箱整齐码放于托盘上，托盘再通过叉车运输，进行装车然后运输至装配厂。装配厂在处理料箱时，一般进行两个过程，拆料箱和码料箱，拆料箱是将托盘上码放规整的料箱一个一个地搬运至辊道线；码料箱是将空料箱从辊
道线上整齐地码放在托盘上以返回零部件厂再利用。因此，无论零部件加工厂还是装配厂，都需要自动化的拆码垛系统。
[0004]传统的加工厂目前还是以人工方式进行料箱拆垛和码垛。人工作业的效率低下，极大增加工人劳动强度；也有一些采用集成工业机器人和视觉的自动化拆码垛系统，但是这些系统一般对料箱垛形码放条件要求苛刻，典型地要求拆垛垛形仅包含同一种规格料箱。
[0005]检索到相关现有技术的专利文献如下：
[0006]1、3D视觉引导拆垛测量系统(申请号：201821886565.4)，其技术方案是：该3D视觉引导拆垛测量系统包括：图像采集模块，用于采集待拆垛的图像信息以获取待拆垛中工件的长宽信息和抓取坐标；机器人，用于根据抓取坐标来分拆待拆垛上的工件；高度测量模块，用于对所述机器人抓取的工件进行高度测量以获得工件的高度信息；该测量系统能够自动测量工件的高度，以提高拆垛信息的准确性和时效性，满足不同高度尺寸工件的拆垛要求，以扩宽使用范围。
[0007]2、一种机器人自动码拆垛装置(申请号：201821536363.7)，其技术方案是：该机器人自动码拆垛装置包括滚筒输送机、机器人抓手和电气控制系统，机器人抓手和电气控制系统电性连接；还包括码盘机以及多个托盘放置架，滚筒输送机上设置有视觉识别门，视觉识别门与电气控制系统电性连接；机器人抓手靠近滚筒输送机的出料端口处，机器人抓手上安装有视觉识别器，且机器人抓手的抓持部安装
有吸盘；码盘机以及多个托盘放置架位于机器人抓手四周。其具有耗能低、故障率较低、噪音小、占用空间小且一次能码多个托盘等优点。
[0008]现有的拆码垛系统适用于拆码垛的目标物体的规格型号有限，甚至仅支持同一种型号工件的拆码垛。如专利“3D视觉引导拆垛测量系统(申请号：201821886565.4)”，其拆垛时，需要测量每一个拆垛工件的高度，由于机器人到达测量工件高度位置是固定的，而距离传感器的测量范围是有限的，因此其可拆垛工件的高度必然存在一个范围。
[0009]现有的拆码垛系统一般是通过机器人控制器自主规划路径，由于来料位置的不确定性，由机器人自主规划路径同样存在一些不确定性，严重时可能发生碰撞。
发明内容
[0010]本发明提供一种基于视觉引导的机器人拆码垛系统，其目的是完成多种不同规格型号料箱的拆码垛任务。
[0011]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0012]本发明的基于视觉引导的机器人拆码垛系统，包括系统硬件和系统软件；所述的系统硬件包括拆码垛机器人、夹爪机构和视觉装置；所述的系统软件包括通信模块、识别与定位模块和路径规划模块。
[0013]所述的拆码垛机器人用于执行指定的规划路径或示教路径、携带料箱进行料箱拆垛和码垛。
[0014]所述的夹爪机构用于夹持料箱；所述的夹爪机构包括四个抓钩，所述的四个抓钩之间的相互距离可自动调节，同时四个抓钩均具备夹紧和松开功能。
[0015]所述的视觉装置由两部分组成，包括：固定于料箱托盘上方的固定式3D相机、固定于机器人夹爪系统侧方的运动式3D相机；所述的固定式3D相机用于采集托盘垛形上层所有料箱点云数据；所述的运动式3D相机用于采集辊道线上来料料箱点云数据。
[0016]所述的通信模块实现系统软件与视觉装置和拆码垛机器人系统的通信，实现相关数据传输。
[0017]所述的识别与定位模块根据3D相机采集的料箱点云数据，识别料箱型号、定位料箱空间位置；根据3D相机采集的托盘点云数据，识别托盘尺寸和托盘空间位置。
[0018]所述的路径规划模块实现拆码垛机器人从当前位置到目标位置的路径规划。[0019]为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明提供了以上所述的基于视觉引导的机器人拆码垛系统的拆垛方法，该拆垛方法的过程为：
[0020]步骤1、机器人GoHome；
[0021]步骤2、固定相机检测料箱；
[0022]步骤3、状态判断；如果托盘上方有料箱，则继续步骤4；如果托盘上方不存在料箱，则转至步骤15；
[0023]步骤4、型号判断；如果识别的目标料箱为系统无法抓取的型号，则转至步骤16；否则继续步骤5；
[0024]步骤5、调整料箱夹爪配置；
[0025]步骤6、张开料箱夹爪；
[0026]步骤7、等待拆垛路径；
[0027]步骤8、路径判断；如果路径发送失败或者发送路径为空，则转至步骤16；否则继续步骤9；
[0028]步骤9、机器人运行拆垛路径；
[0029]步骤10、固定相机检测料箱；
[0030]步骤11、等待出料口腾空；
[0031]步骤12、机器人运行示教路径‑放料箱；一旦步骤11中光电开关检测到出料口为空
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议