一种物料抓取方法与系统与流程

本发明涉及仓储、物料分拣领域。涉及一种物料抓取的方法。

背景技术：

现有的待抓取物料抓取方法主要有气动吸取、电磁吸取、机械抓取三大类，其中气动吸取目标对于物体的表面平整度具有较高的平整度要求；电磁吸取方法对物体的磁性有较高的需求。

现有的抓取方法主要是视觉系统直接识别物体的形状，通过各种抓取方法对物体进行抓取，其对物体形状的规则性与一致性具有较高的要求。

现有的抓取方法对做有标记的物体能够根据标记进行抓取，其标记的大小，标记的形状、颜色等属性只能针对一类物体进行标记，同样的标记很难对不同形状的物体诸如铅笔与桶装油进行同样的标记并抓取。

综上所述现有的抓取方法对于单一形状、单一种类的物体的抓取上具有较高的辨识度与成功率，但是如果需要同时对多种尺寸、形状、质量的物体进行抓取，其抓取能力就非常有限。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种待抓取物料抓取方法，具体技术方案为获取物料箱的位置，所述物料箱内包含至少一种待抓取物料，利用物料箱的位置与待抓取物料信息，获得待抓取物料的抓取信息，抓取装置利用抓取信息抓取待抓取物料。

进一步的，通过至少两个相机或者具有深度信息的相机获取至少一副图像，识别图像中的第一特征，利用第一特征获取物料箱的位置；所述物料箱的位置包括物料箱的偏转量。

进一步的，所述物料箱包含第二特征，为物料箱的身份标识，通过识别第二特征获得待抓取物料信息；所述待抓取物料包含第三特征，为待抓取物料抓取位信息。

进一步的，所述抓取信息包括抓取偏转量，通过所述第一特征获取；所述抓取信息包括抓取力、抓取尺寸，通过所述第二特征获取；所述抓取信息包括抓取位，通过第三特征获取。

进一步的，所述待抓取物料信息包括待抓取物料的尺寸信息、待抓取物料的质量信息、待抓取物料待抓取表面相对于抓取装置抓取表面的摩擦系数、待抓取物料的抓取尺寸信息、待抓取物料的重心位置信息、物料箱的尺寸信息、抓取力纠正系数。

进一步的，所述抓取装置包括力传感器，判断力传感器获得的值是否为抓取力的值，如果是则抓取，如果不是则调整至抓取力的值；

所述抓取装置包括位置传感器，判断位置传感器获得的值是否为抓取尺寸的值，如果是则进行抓取，如果不是则调整至抓取尺寸的值。

进一步的，所述待抓取物料为多种时，且待抓取物料的抓取属性同在一定的阈值范围内，采用多种抓取位信息区别不同的待抓取物料；所述抓取属性包括抓取力、抓取尺寸。

进一步的，所述的待抓取物料被抓取之后，该待抓取物料所对应物料箱内的位置记为已抓取。

本发明包括一种抓取系统，具体技术方案为包括第一获取单元，获取物料箱位置，所述物料箱内包含至少一种待抓取物料；第二获取单元，利用待抓取物料信息，获得待抓取物料的抓取信息；第三获取单元，利用待抓取物料上标记，获得待抓取物料的抓取位信息；控制单元，控制抓取装置根据抓取信息抓取待抓取物料。

进一步的，所述第一获取单元通过至少两个相机或者具有深度信息的相机获取，获取至少一副图像，识别图像中的第一特征，利用第一特征获取物料箱的位置；所述物料箱的位置包括物料箱的偏转量。

进一步的，所述物料箱包含第二特征，为物料箱的身份标识，第二获取单元通过识别所述第二特征获得物料信息；所述待抓取物料包含第三特征，第三获取单元通过识别所述第三特征获得待抓取物料抓取位信息。

进一步的，所述抓取信息包括抓取力、抓取尺寸，通过所述第二特征获取；

所述抓取信息包括抓取位信息，通过所述第三特征获得；

所述抓取信息还包括抓取偏转量，通过所述第一特征获取。

进一步的，所述待抓取物料信息包括待抓取物料的尺寸信息、质量信息、待抓取物料待抓取表面相对于抓取装置抓取表面的摩擦系数、待抓取物料的抓取尺寸信息、待抓取物料的重心位置信息、抓取力纠正系数。

进一步的，所述系统还包括判断单元，所述抓取装置包括力传感器以及位置传感器；

所述判断单元判断力传感器获得的值是否为抓取力的值，如果是控制单元控制抓取装置抓取，如果不是控制单元则调整抓取装置至抓取力的值；

所述判断单元判断位置传感器获得的值是否为抓取尺寸的值，如果是控制单元控制抓取装置抓取，如果不是控制单元则调整抓取装置至抓取尺寸的值。

进一步的，所述待抓取物料为多种时，且待抓物料的抓取属性同在一定的阈值范围内，采用多种抓取位信息区别不同的待抓取物料，所述抓取属性包括：抓取力、抓取尺寸。

进一步的，所述的待抓取物料被抓取之后，该待抓取物料所对应物料箱内的位置记为已抓取。

本发明的有益效果是：本发明将物料箱的位置关系与待抓取物料的位置信息相互联系，并利用待抓取物料的抓取信息，使抓取装置可以同时定位并抓取不同质量、形状、尺寸的物体，大大提高了物料抓取系统的适应能力。

本发明采用间接识别待抓取物料位置，而不直接识别待抓取物体的方法，大大提高了视觉识别系统对于待抓取物体位置识别的鲁棒性。

本发明通过第二特征获得待抓取物料信息，减少了实时识别待抓取物料所需要的计算量，提高了抓取速率。

本发明在抓取装置上安装有位置传感器、力传感器用以反馈抓取信息，对抓取过程形成闭环，提高了对不同质量，不同形状待抓取物料抓取的适应能力。

本发明所述物料抓取方法，每次抓取完成之后不需要重新判断图像的变化，减小了计算量、提高了抓取速率。

附图说明

图1表示识别方法是待抓取物料流程图。

图2为该抓取方法的功能模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

图1所示的本发明实施例提供的待抓取物料抓取方法的流程图。所述抓取方法包括物料箱1、第一特征2、第二特征3、第三特征4、待抓取物料5、物料限位块6、抓取装置7、相机8、处理存储器9。

在物料箱内放置至少一种待抓取物料5；在物料箱上标记第一特征2与第二特征3，在待抓取物料上标记第三特征4。

通过第一特征2获取物料箱1处于世界坐标系下的位置。

利用标定板标定相机8，得到相机8内部参数。

相机8固定于抓取装置7运动空间坐标系中的固定位置或者固定于抓取装置7上。

至少一种待抓取物料5被放置于物料箱1内；所述待抓取物料5被待抓取物料限位单元5限定位置；所述待抓取物料5被待抓取物料限位块6限定方向，即单个物料箱1内的待抓取物料具有一致的待抓取方向；所述待抓取物料限位单元5可以是隔板、限位块、胶等。

所述物料箱1内的待抓取物料的待抓取方向与物料箱平面坐标系内的特定坐标轴具有固定的角度关系；所述固定角度关系建立了物料箱与物料待抓取方向之间的关系。

所述第一特征2为特定的纹理、颜色、形状，或者其组合，通过相机8获取图像，处理存储器9处理所述第一特征2得到物料箱1的坐标系，即物料箱平面坐标系；物料箱坐标系平面与物料箱1的上平面重合。

处理存储器9处理所述第一特征2获得物料箱平面坐标系相对于相机坐标系之间的相互转换关系。

相机8固定于世界坐标系之内的某一位置，即相机坐标系与世界坐标系之间的相互关系为已知。

世界坐标系与抓取装置工作空间坐标系重合。

通过相机坐标系、世界坐标系、物料箱平面坐标系、图像坐标系相互转换，得到物料箱坐标系与世界坐标系的相互转换关系，其中包括物料箱平面坐标系内与待抓取物料5呈固定角度关系的坐标轴相对于其世界坐标系下对应的坐标轴之间的偏转量，该旋转量记为抓取偏转量。

所述相机8为双目相机，或者具有深度信息的相机，通过相机8识别得到抓取偏转量m以及待抓取物料的带抓取位对应世界坐标系下的坐标(xa,ya,za)。

具体的：如图2所示，在物料箱1上的第一特征为物料箱上平面上的四个圆点；

通过识别获得的图像中物料箱1平面上的四个点，并计算得到各个圆点之间的位置关系，利用圆点之间的位置关系得到物料箱1的坐标系、物料箱1与相机坐标系之间的相互转换关系（r1，t1）；

相机8是固定在世界坐标系下的某一固定位置，相机坐标系与世界坐标系之间的相互转换关系(r2,t2)为已知；

利用上述（r1，t1）与(r2,t2)，计算得到物料箱坐标系与世界坐标系之间的相互转换关系(r3，t3)；

由此可以得到物料箱平面坐标系内与待抓取物料5呈固定角度关系的坐标轴相对于其世界坐标系下对应的坐标轴之间的偏转量。该旋转量即为抓取装置7需要调整抓取方向的偏转量，记为抓取偏转量m；

物料箱1内每个待抓取物料5，能够组成一个函数f（x，y）；所述函数f（x，y）用于统计物料箱1中待抓取物料5的数量；当物料箱1内的带抓取物料被抓取之后，f（x，y）计数减少一个；当f（x，y）数量小于某值时需要对物料箱1进行重新装料。

所述物料抓取方法，每次抓取完成之后不需要重新判断图像的变化，减小了计算量、提高了抓取速率。

当所述待抓取物料为多种时，且待抓取物料的抓取属性同在一定的阈值范围内，采用多种抓取位信息区别不同的待抓取物料；所述抓取属性包括抓取力、抓取尺寸。

利用物料箱内的待抓取物料上的第三特征获取待抓取物料5所处的位置对应世界坐标系下的坐标(xa,ya,za)，即为待抓取物料的抓取位。

采用间接识别待抓取物料位置，而不直接识别待抓取物体的方法，大大提高了视觉识别系统对于待抓取物体位置识别的鲁棒性。

利用物料箱与待抓取物料的相对位置关系与待抓取物料信息，获得抓取信息，其获取方法如下。

物料箱1上预设有第二特征3；所述第二特征3可以分布于物料箱1的各个表面上，如图所示，第二特征3分布于物料箱1的侧面上，由相机8获取包含第二特征3的图像。

所述物料箱包含第二特征，为物料箱的身份标识，通过识别第二特征获得物料箱与待抓取物料的相对位置关系以及待抓取物料信息。

所述身份标识包含抓取力信息、物料箱1内待抓取物料的数量函数f(x,y)、待抓取物料5的物理属性信息。

所述待抓取物料5的物理属性信息，包括待抓取物料5的尺寸：极限长度l、宽度w、与高度h；待抓取物料的质量m；待抓取物料待抓取表面相对于抓取装置7抓取表面的摩擦系数μ；待抓取物料5抓取位的尺寸信息；纠正系数k；待抓取物料5相对于本身极限长度l、宽度w、高度h的重心位置。

所述待抓取物料5抓取位的尺寸信息包括抓取位抓取深度、抓取位初始抓取宽度。

通过第一特征2与第二特征3所得到的信息，采用以下方法计算得到待抓取物料5的抓取信息。

根据所述待抓取物料的属性信息中待抓取物料5的质量m、待抓取物料待抓取表面相与抓取装置7接触表面的摩擦系数μ计算得到待抓取物料的理论抓取所需要的抓取力f1的值；

基于待抓取物料质量误差、机械机构误差、待抓取物料重心位置等系统性因素考虑,实际抓取力需要增加纠正系数k，由此得到了待抓取物料抓取所需要的抓取力f。

至此得到了抓取待抓取物料所需要的抓取偏转量、抓取尺寸、抓取力、抓取位。

通过第二特征获得待抓取物料信息，减少了实时识别待抓取物料所需要的计算量，提高了抓取速率。

所述物料箱1为至少一种规格的物料箱。

抓取装置7上具有力传感器、位置传感器，力传感器用以反馈抓取力信息；位置传感器用以反馈抓取尺寸信息。通过反馈抓取过程形成闭环，提高了对不同质量、形状物体抓取的适应能力。

处理存储器9利用获得的抓取信息控制抓取装置抓取待抓取物料。所述抓取信息包括：抓取位信息、抓取力信息、抓取坐标信息、抓取偏转量。具体抓取过程如下：

处理存储器9利用抓取坐标信息控制抓取装置移动至目标抓取位；

根据抓取偏转量与抓取位信息，抓取装置调整抓取角度与初始抓取宽度；

根据抓取位信息，抓取装置运动至预定抓取深度；

根据抓取力信息，抓取装置对待抓取物料施加预定的抓取力；

抓取装置抓取待抓取物料。

本方法将物料箱的位置关系与待抓取物料的位置信息相互联系，并利用待抓取物料的抓取信息，使抓取装置可以同时定位并抓取不同质量、形状、尺寸的物体，大大提高了物料抓取系统的适应能力。

本发明方法的描述和解释均适用于本发明系统。

图1所示的本发明实施例提供的待抓取物料抓取方法的流程图。图2中包括物料箱1、第一特征2、第二特征3、第三特征4、待抓取物料5、待抓取物料限位块6、抓取装置7、相机8、处理存储器9。

在物料箱内1放置至少一种待抓取物料5；在物料箱1上标记第一特征2与第二特征3；在待抓取物料上标记第三特征4。

在具体实施例中，所述第一获取单元包括相机以及对相机获取的图像进行处理的处理存储器9，所述第一获取单元通过第一特征获取物料箱1处于世界坐标系下的位置。

利用标定板标定相机8，定得到的相机8内部参数。

相机8固定于抓取装置7运动空间坐标系中的固定位置或者固定于抓取装置7上。

至少一种待抓取物料5被放置于物料箱1内；所述待抓取物料5被待抓取物料限位单元5限定位置；所述待抓取物料5被待抓取物料限位块6限定方向，即单个物料箱1内的待抓取物料具有一致的待抓取方向；所述待抓取物料限位单元5可以是隔板、限位块、胶等。

所述物料箱1内的待抓取物料的待抓取方向与物料箱平面坐标系内的一特定坐标轴具有固定的角度关系；所述固定角度关系建立了物料箱与物料待抓取方向之间的关系。

所述第一特征2为特定的纹理、颜色、形状，或者其组合，通过相机8获取图像，处理存储器9处理所述第一特征2得到物料箱1的坐标系，即物料箱平面坐标系；物料箱坐标系平面与物料箱1的上平面重合。

处理存储器9处理所述第一特征2获得物料箱平面坐标系相对于相机坐标系之间的相互转换关系。

相机8固定于世界坐标系之内的某一位置，即相机坐标系与世界坐标系之间的相互关系为已知。

世界坐标系与抓取装置工作空间坐标系重合。

通过相机坐标系、世界坐标系、物料箱平面坐标系、图像坐标系相互转换，得到物料箱坐标系与世界坐标系的相互转换关系，其中包括物料箱平面坐标系内与待抓取物料5呈固定角度关系的坐标轴相对于其世界坐标系下对应的坐标轴之间的偏转量，该旋转量记为抓取偏转量。

所述相机8为双目相机，或者具有深度信息的相机，通过相机8识别得到抓取偏转量m以及待抓取物料的带抓取位对应世界坐标系下的坐标(xa,ya,za)。

具体的：如图2所示，在物料箱1上的第一特征为物料箱上平面上的四个圆点；

通过识别获得的图像中物料箱1平面上的四个点，并计算得到各个圆点之间的位置关系，利用圆点之间的位置关系得到物料箱1的坐标系、物料箱1与相机坐标系之间的相互转换关系（r1，t1）；

相机8是固定在世界坐标系下的某一固定位置，相机坐标系与世界坐标系之间的相互转换关系(r2,t2)为已知；

利用上述（r1，t1）与(r2,t2)，计算得到物料箱坐标系与世界坐标系之间的相互转换关系(r3，t3)；

由此可以得到物料箱平面坐标系内与待抓取物料5呈固定角度关系的坐标轴相对于其世界坐标系下对应的坐标轴之间的偏转量。该旋转量即为抓取装置7需要调整抓取方向的偏转量，记为抓取偏转量m；

物料箱1内每个待抓取物料5，能够组成一个函数f（x，y）；所述函数f（x，y）用于统计物料箱1中待抓取物料5的数量；当物料箱1内的带抓取物料被抓取之后，f（x，y）计数减少一个；当f（x，y）数量小于某值时需要对物料箱1进行重新装料。

所述物料抓取系统，每次抓取完成之后不需要重新判断图像的变化，减小了计算量、提高了抓取速率。

当所述待抓取物料为多种时，且待抓取物料的抓取属性同在一定的阈值范围内，采用多种抓取位信息区别不同的待抓取物料；所述抓取属性包括抓取力、抓取尺寸。

利用物料箱内的待抓取物料上的第三特征获取待抓取物料5所处的位置对应世界坐标系下的坐标(xa,ya,za)，即为待抓取物料的抓取位。

采用间接识别待抓取物料位置，而不直接识别待抓取物体的方法，大大提高了视觉识别系统对于待抓取物体位置识别的鲁棒性。

利用物料箱与待抓取物料的相对位置关系与待抓取物料信息，获得抓取信息，其获取方法如下。

物料箱1上预设第二特征3；所述第二特征3可以分布于物料箱1的各个表面上，如图所示，第二特征3分布于物料箱1的侧面上，由相机8获取包含第二特征3的图像。

在具体实施例中，所述第二获取单元包括相机以及对相机获取的图像进行处理的设备，所述物料箱包含第二特征，为物料箱的身份标识，所述第二获取单元通过识别第二特征获得物料箱与待抓取物料的相对位置关系以及待抓取物料信息。

所述身份标识包含抓取力信息、物料箱1内待抓取物料的数量f(x,y)、待抓取物料5的物理属性信息。

所述待抓取物料5的物理属性信息，包括待抓取物料5的尺寸：极限长度l、宽度w、与高度h；待抓取物料的质量m；待抓取物料待抓取表面相对于抓取装置7抓取表面的摩擦系数μ；待抓取物料5抓取位的尺寸信息；纠正系数k；待抓取物料5相对于本身极限长度l、宽度w、高度h的重心位置。

所述待抓取物料5抓取位的尺寸信息包括抓取位抓取深度、抓取位初始抓取宽度。

通过第一特征2与第二特征3所得到的信息，采用以下方法计算得到待抓取物料5的抓取信息。

根据所述待抓取物料的属性信息中待抓取物料5的质量m、待抓取物料待抓取表面相与抓取装置7接触表面的摩擦系数μ计算得到待抓取物料的理论抓取所需要的抓取力f1的值；

基于待抓取物料质量误差、机械机构误差、待抓取物料重心位置等系统性因素考虑,实际抓取力需要增加纠正系数k，由此得到了待抓取物料抓取所需要的抓取力f。

至此得到了抓取待抓取物料所需要的抓取偏转量、抓取尺寸、抓取力、抓取位。

通过第二特征获得待抓取物料信息，减少了实时识别待抓取物料所需要的计算量，提高了抓取速率。

所述物料箱1为至少一种规格的物料箱。

本发明的系统还包括判断单元，所述抓取装置包括力传感器以及位置传感器；所述判断单元判断力传感器获得的值是否为抓取力的值，如果是控制单元控制抓取装置抓取，如果不是控制单元则调整抓取装置至抓取力的值；所述判断单元判断位置传感器获得的值是否为抓取尺寸的值，如果是控制单元控制抓取装置抓取，如果不是控制单元则调整抓取装置至抓取尺寸的值。

抓取装置7上具有力传感器、位置传感器，力传感器用以反馈抓取力信息；位置传感器用以反馈抓取尺寸信息。通过反馈抓取过程形成闭环，提高了对不同质量、形状物体抓取的适应能力。

控制单元，利用获得的抓取信息控制抓取装置抓取待抓取物料。所述抓取信息包括：抓取位信息、抓取力信息、抓取坐标信息、抓取偏转量。具体抓取过程如下：

控制单元，利用抓取坐标信息控制抓取装置移动至目标抓取位；

根据抓取偏转量与抓取位信息，抓取装置调整抓取角度与初始抓取宽度；

根据抓取位信息，抓取装置运动至预定抓取深度；

根据抓取力信息，抓取装置对待抓取物料施加预定的抓取力；

控制单元控制抓取装置抓取待抓取物料。

本系统将物料箱的位置关系与待抓取物料的位置信息相互联系，并利用待抓取物料的抓取信息，使抓取装置可以同时定位并抓取不同质量、形状、尺寸的物体，大大提高了物料抓取系统的适应能力。