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专利号: 2018107690788
申请人: 山东省科学院自动化研究所
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于测距雷达定位引导的机器人拆垛系统,其特征在于,包括:

升降机构,带动测距部件在竖直平面内往复移动实现测距部件在竖直方向移动且实现垛堆区域内设定位置的准确定位,且升降机构设于垛堆区域一侧的垛堆对角线延长线;

搬运机器人,包括用于抓取垛堆的抓手,搬运机器人设于垛堆区域一侧,且与升降机构间隔设定距离设置;

控制单元,与升降机构、测距部件和搬运机器人分别单独电性连接,测距部件逐层进行扫描,直至检测到物品,控制单元根据扫描数据得到物品数量及三维位姿,并将信息发送给搬运机器人。

2.根据权利要求1所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统,其特征在于,所述升降机构包括由电机驱动的直线导轨和设于直线导轨的移动滑块,所述测距部件设于移动滑块。

3.根据权利要求1所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统,其特征在于,所述测距部件为2D激光测距雷达。

4.根据权利要求2所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统,其特征在于,所述移动滑块表面设置卡槽,所述测距部件设于卡槽内,移动滑块侧部设置锁紧螺栓,锁紧螺栓穿过卡槽与测距部件相抵。

5.根据权利要求1所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统,其特征在于,所述搬运机器人还包括机器人本体和机器人控制器,机器人本体底部固定于地面或工作台,且机器人本体包括至少两段相互连接的所述机械臂,机械臂与所述的抓手连接,相邻的两机械臂能够旋转设置。

6.根据权利要求5所述的基于激光测距雷达定位引导的机器人拆垛系统,其特征在于,所述抓手为真空吸盘或为与机械臂连接的水平工作臂;

或者,所述控制单元包括决策控制器和与决策控制器连接的触摸屏,决策控制器与机器人控制器连接。

7.基于测距雷达定位引导的机器人拆垛系统的拆垛方法,其特征在于,包括如下步骤:

1)将待拆的垛堆放置在拆垛系统工作范围内,操作者通过控制单元输入参数信息,并启动升降机构、搬运机器人和测距部件;

2)控制单元根据输入的参数信息,计算得到升降机构的F个测量点P1,…Pi,…PF,i为自然数,其中Pi点的位置参数为B+H/2+(F-i)*H,B为托盘摆放平面相对于升降机构零位点的垂直距离,并按照拆垛系统工作流程规划相应的控制指令;

3)升降机构根据控制单元的控制指令由上至下的顺序,依次到达相应测量点Pi(i=1,

2,…F);

4)测距部件在测量点Pi接收控制单元下达的指令,启动一次扫描,并将得到的一组点云数据{Sj|j=1,2,…J}发送至控制单元,其中,Sj=(Dj,THETAj),Dj为测距部件测量的障碍物的距离值,THETAj为对应于该距离值的测距部件工作角度;

5)控制单元根据接收到的扫描数据,首先确定在该测量点是否检测到物品,当无物品且i

6)搬运机器人接收到控制单元发送的物品数量及位姿数据,逐件搬运物品到指定位置,在搬运本次的最后一件物品离开堆垛的同时,向控制单元发送搬运完成信号;

7)当控制单元接收到搬运完成信号时,向测距部件再次发送启动扫描指令,返回步骤

4)。

8.根据权利要求7所述的基于测距雷达定位引导的机器人拆垛系统的拆垛方法,其特征在于,所述步骤1)中参数信息包括物品尺寸、设长、宽、高分别为L、W、H,堆垛可能的最大层数F。

9.根据权利要求7所述的基于测距雷达定位引导的机器人拆垛系统的拆垛方法,其特征在于,所述步骤5)中按照如下方式判断该测量点是否检测到物品:根据激光雷达量程和垛堆区域,设定Dj的有效范围为(Dmin,Dmax),THETAj的有效范围为(THETAmin,THETAmax),如果在有效范围内存在若干点云数据,则判断为检测到物品,否则判断为未检测到物品。

10.根据权利要求7所述的基于测距雷达定位引导的机器人拆垛系统的拆垛方法,其特征在于,所述步骤5)中对于在测量点Pi(i=1,2,…F)进行扫描得到的数据,控制单元是按照如下的方法计算物品数量及三维位姿的:

1-1)对点云数据进行预处理,将超出有效范围的数据剔除;

1-2)通过坐标变换得到剩余K组有效数据在测距部件直角坐标系下的形式{Pk|k=1,

2,…K},其中Pk=(Xk,Yk),Xk为激光雷达坐标系中X方向的值,Yk为激光雷达坐标系中Y方向的值;

1-3)从上述数据中找到M个角点特征,将数据分割成M+1组并分别拟合为直线段{Linem|m=1,2,…M+1},其中Linem=km+bm;

1-4)计算出相邻直线段Linem和Linem+1的交点坐标(xm,ym),即为角点Cm的坐标;

1-5)对于任一角点特征Cm,进一步判断是否为凸形角点,凸形角点的数量即为此处扫描识别出的物品数量;

1-6)对于凸形角点特征Cm,所代表物品在测距部件直角坐标系中的位姿表示为POS_Mm=[xm;ym;H/2;arctan(km+1)];

1-7)物品在搬运机器人坐标系中的位姿表示为POS_Rm=f(POS_Mm),其中变换函数f表示机器人坐标系和激光雷达坐标系之间的相对关系,通过标定方法即可获得。