自动装卸车标定系统的制作方法

本实用新型是一种应用于物流运输的自动装卸车标定系统，属于信息数据识别与处理技术领域。

背景技术：

伴随国内经济的快速发展，在物流运输领域越来越多的信息技术与自动化装备得到了较为广泛地应用。为提高车辆与货物的装卸效率，相关自动堆垛装卸车技术得以不断提升与普及。

如公开以下内容的在先专利申请，申请号CN201611128070.0，名称一种自动码垛装车系统及其装车方法，其方案是开始装车时，首先由驾驶员将空的运输货车停放至自动码垛装车系统上指定区域内；自动码垛装车系统触发后，由四轴龙门式机器人搭载的激光传感器从初始位置按机器人导轨的方向运动；运动过程中激光传感器完成对运输货车车厢的立体扫描，并将扫描数据传输至自动码垛装车系统的主控单元，形成运输货车的三维点云数据；然后，所述的主控单元通过三维点云处理分析算法，对获取的数据进行运算，得到运输货车的车厢区域相对于激光传感器的空间方位信息，并根据激光传感器与四轴龙门式机器人之间的标定数据进行坐标变换，得到运输货车的车厢区域相对于四轴龙门式机器人空间方位信息，该信息包括车厢区域的长宽尺寸、挡板的高度类型、底板的深度及方位信息；根据运输货车的车厢区域相对于四轴龙门式机器人空间方位信息，并结合货物的三维尺寸，主控单元自动计算堆垛的垛型信息，包括行列个数及层数，同时规划机器人的码垛路径；此时，货物由生产线或仓储区域进入输送机构，经皮带输送机、整形导向机构到达辊道输送机，同时通过传感器向主控单元发出到位信号，主控单元控制四轴龙门式机器人搭载的吸盘系统吸附货物，并根据计算得到的机器人路径进行码垛装车。

上述在先申请专利，针对货物装车环节的人工搬运方式提出了基于激光传感器的码垛装车方案，其中涉及货车定位检测与码垛装车自动化过程。但其仍存在以下明显的技术缺陷与不足。一是，整个方案仅针对装车过程而未包含卸车过程，相关技术对于卸车自动化应用与研究属空白；二是，对于车厢与货物的定位、坐标转换过程较为复杂，并不适应于当前标准化的物流装备。在目前物流运输企业与渠道中，普遍地采用标准化尺寸的集装箱或包装箱，货车车厢的外形尺寸也规范为少数的几种，因此装卸车之前的识别与标定成为一种技术发展趋势，对于提高前期数据处理与堆垛效率显得尤其突出，而上述在先申请专利并未涉及到；三是，上述在先申请专利虽然提出对车厢进行立体扫描以获取车厢区域相对于激光传感器的空间方位信息，但并示详细披露传感器与机器人之间的标定数据如何进行坐标变换，在实际使用中无法直接推导得出具体的识别与标定方法。

实现智能化的车厢与货物定位识别与标定，是应用信息数据技术提高装卸车自动化水平与效率的关键性前提条件，因此有必要先行解决此类问题。

有鉴于此，特提出本专利申请。

技术实现要素：

本实用新型所述自动装卸车标定系统，在于解决上述现有技术存在的问题而提出适用于装车、卸车过程的识别与标定系统，以期为后续自动堆垛和卸货过程提供先行参照坐标系与数据，通过事先标准化识别与数据自动获取计算来实施科学规划，降低了标定时间与复杂程度、同时提高装卸车流程的标准化与效率。

为实现上述实用新型目的，所述的自动装卸车标定系统主要包括有：

载有货物的包装箱通过机械爪在运输车上进行装车或卸车，与现有技术的区别之处在于，所述的机械爪，安装于装卸区域上方的三轴桁架上，在机械爪上安装有信号传感器；

所述的包装箱，根据型号不同而具有特定的外型尺寸；包装箱的每一侧面，在中心点及侧边中心处设置有反光条；

定位标识工装，具有连接于底座的可调高立柱，在可调高立柱的顶端连接有一直角定位装置，在直角定位装置的直角端与两侧直角边的边缘处设置有反光条。

进一步地细化与优选方案是，所述的定位标识工装，在可调高立柱侧部设置有用于调节垂向高度的调节螺母。

综上内容，所述自动装卸车标定系统具有以下优点：

1、本申请可应用于装车、卸车过程，采用信息数据技术以提高装卸车自动化水平与生产效率；

2、基于标准化技术与规范化操作，简化车厢与货物定位识别过程，降低了坐标数据转换与换算复杂程序，较大地提高了装卸车效率；

3、提出了易于实施的识别与坐标标定方法，显著地提高了后续堆垛和卸车操作设计适应性与可实施性。

4、为实现整体装卸车智能化技术发展打下了良好与坚实的基础。

附图说明

图1是装卸车标定系统示意图；

图2是包装箱标定示意图；

图3是包装箱在工作区域EFGH中的示意图；

图4是定位标识工装的结构示意图；

图5是运输车在工作区域EFGH中的示意图；；

图6是运输车与包装箱在垂向Z轴的定位示意图；

图7是图5中I部放大示意图；

图8是图5中II部放大示意图；

如图1至图8所示，X轴横梁1，Z轴竖梁2，Y轴横梁3，机械爪4，运输车5，定位标识工装6，包装箱7，反光条8，箱体9，打包带10，包装箱顶面标识点11至15，直角定位装置16，可调高立柱17，调节螺母18，底座19，信号传感器20。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1，所述的自动装卸车标定系统包括有：

载有货物的包装箱7通过机械爪4在运输车5上进行装车或卸车；

机械爪4安装于装卸区域EFGH上方的三轴桁架上，在机械爪4上安装有信号传感器20；

包装箱7根据型号不同而具有特定的外型尺寸；在其每一侧面上，在中心点及侧边中心处设置有反光条8；

定位标识工装6具有连接于底座19的可调高立柱17，在可调高立柱17的顶端连接有一直角定位装置16，在直角定位装置16的直角端与两侧直角边的边缘处设置有反光条8，在可调高立柱17侧部设置有用于调节垂向高度的调节螺母18。

基于上述标定系统而可实现的自动装卸车标定方法如下：

进行装车或卸车之前，通过安装有信号传感器20的机械爪4沿装卸区域EFGH三轴桁架进行扫描，对运输车5与包装箱7进行识别与坐标标定。

坐标标定过程包括以下两个阶段，

运输车坐标标定阶段，

将两个定位标识工装分别置于车厢的一组对角位置(如A和B)，直角定位装置16与车厢上表面保持平齐；

当信号传感器20处于起始高度位置时，沿桁架XYZ轴扫描，以获取直角定位装置16上每一反光条8的XY平面坐标，计算得出车厢另一组对角位置(如C和D)两点的XY平面坐标。

同时，可获取机械爪4距离地面高度L与调节后的定位标识工装6高度Hi，计算得出运输车5车厢表面与机械爪4之间的垂向距离h；

包装箱坐标标定阶段，

对包装箱7的外型尺寸进行统一规范；

信号传感器20沿桁架XYZ三轴扫描，获得包装箱7在装卸区域EFGH内的坐标位置；

采集到在包装箱7的俯视面上，中心与相邻两边中心的反光条8之间的距离，得出包装箱7的外型尺寸数值。

具体地，结合以下附图进一步地展开说明。

如图1所示，安装在桁架上的机械爪4，对于包装箱7和运输车5的位置进行识别，以及用于抓取包装箱实现对运输车5进行装车、卸车。

通过建立三维直角坐标系，E点为工作区域零点位置。机械爪4的空间行程范围为：X≤X0，Y≤Y0，Z≤Z0，机械爪4可沿着X、Y、Z轴定向移动。

机械爪4上带有激光雷达等信号传感器20，通过扫描工作区域EFGH对区域内的包装箱7和运输车5进行识别定位，进而将数据反馈给软件系统的数据处理器CPU中，实现自动化控制操作。

装车流程，包装箱7需要提前堆放在工作区域内，运输车5可任意停置在在工作区域EFGH中，机械爪4通过沿X、Y、Z轴移动扫描整个工作区域进行准确识别，通过控制机械爪4准确地抓取包装箱7将其装到运输车5的车厢上。

卸车流程，运输车5可任意停置在工作区域EFGH中，机械爪4通过沿X、Y、Z轴移动扫描整个工作区域进行准确识别，通过控制机械爪4准确抓取包装箱7将其卸到指定区域。

如图2所示，为了实现对包装箱7地准确抓取，需要对包装箱7进行位置与边界的识别。包装箱7的规格尺寸可标准化，即规范为少数的几种，如图其外型尺寸为H×L1×L2。

在对包装箱7进行打包后水平放置，在各个侧面的中心及侧边中心处粘贴有正方形的反光条8，标准化后的各种包装箱7规格尺寸应提前录入到软件系统中，当装有信号传感器20的机械爪4扫描到上述反光条8时，便可根据提前存档的规格尺寸信息得知扫描到的具体包装箱7的外型规格，即获得H、L1、L2的具体数据。

如图3所示的包装箱定位方法，包装箱7摆放在工作区域内，图中E、F、G、H为桁架机械爪4的扫描工作范围临界点。

当机械爪4沿X、Y轴移动来扫描工作区域时，其信号传感器20可采集到包装箱7上的顶面标识点11、12、13、14和15共五个点的位置坐标，从而得知标识点11与13之间的距离值L13，标识点14与13之间的距离值L34，通过调取事先存储在软件系统中的包装箱规格数据信息，可得知所扫描的包装箱7的外型尺寸，包括其H×L1×L2具体数据，从而为后续提供准确地抓取包装箱7的具体坐标位置提供直接的依据。

如图4所示，针对运输车5车厢区域的识别方法，为了同时实现适应于装车、卸车流程，需要首先使用机械爪4扫描并识别工作区域EFGH内运输车5准确的停靠位置坐标信息。

具体使用的定位标识工装6，安装有直角定位装置16用于卡在车厢对角位置A和B点，采用白色衬底并装有三处反光条8。当垂向上方的信号传感器20扫描时，便可确定车厢所在A和B点的坐标位置。定位标识工装6的工装高度Hi用调节螺母18控制，可分为几个高度档位以适应不同车厢高度。

如图5、图7和图8所示，XY水平面区域内的定位方法，图中E、F、G、H为桁架机械爪4的工作范围临界点，A、B、C、D表示运输车5的车厢边界点。

当运输车5停在工作区域EFGH内时，在车厢对角A和B位置处安放定位标识工装6。机械爪4沿X、Y轴移动来扫描工作区域时，其信号传感器20可采集到A1、A2、A3、B1、B2、B3六个点位置坐标。通过以下计算可得C、D两点坐标，从而确定车厢区域的整体坐标信息。其中，计算过点A1和A2的直线方程

计算过点B2和B3的直线方程

计算过点B1和B2的直线方程

计算过点A1和A3的直线方程

通过直线方程(1)、(2)，令建立方程组

求得D点坐标

通过直线方程(3)、(4)，令建立方程组

求得C点坐标

如图6所示，在垂向Z轴上的定位方法，由于机械爪4需要将货物装到运输车5或从运输车5卸下，所以在垂向Z轴上需要识别高度来实现准确地定位摆放、以及确定抓取包装箱7的准确位置。机械爪4上的信号传感器20，对定位标识工装6和包装7上的反光条8进行识别。已知如下参数：机械爪4距离地面高度的L、定位标识工装6调节后的垂向高度Hi。通过以上参数，可以计算出每次装车前、或每次卸车前，运输车5车厢表面与机械爪之间的垂向距离h，即h＝L-Hi。

在已知每个包装箱7高度H的条件下，便可实现机械爪4将货物装到运输车5或从运输车5上卸下的准确抓取位置。

如上所述，结合附图和描述给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本实用新型的结构的方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上描述所作的任何部件形状、尺寸、连接方式和安装结构的修改、等同变化与修饰及各组成部件位置和结构的轻微调整，均仍属于本实用新型技术方案的权利范围。