物品三维重建方法、装置和系统与流程

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物品三维重建方法、装置和系统与制造工艺

本发明涉及物流领域,特别是一种物品三维重建方法、装置和系统。



背景技术:

物流领域中自动化程度普遍偏低,近年新兴的一些物流自动化设备服务于物流领域也难以适应复杂的品类区分及高速的作业节拍要求。物流机器人普遍应用在物品平面拣选,而在机器人的三维定位引导作业的方面至今仍然没有一个成熟可靠的方法。

现有技术中,利用待拣选物品层高和深度的数据库记录或者双目视觉技术可以获知物品高度,进而实现对有高度的物品进行拣选作业。但现有数据库对待拣选物品层高和深度的记录会出现复核难度大等问题,并且在一个覆盖几十万种品类的大型仓库中用数据库记录过于庞大和繁杂;另外双目视觉由于成本昂贵、精度低和匹配库庞大等问题也影响着应用的广度。



技术实现要素:

本发明的一个目的在于提高物品三维定位的准确性,以便实现物流机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

根据本发明的一个方面,提出一种物品三维重建方法,包括:利用激光测距设备获取物品的被测点与激光测距设备的距离信息,确定被测点与激光测距设备的垂直距离信息,其中,物品在传送设备的带动下与激光测距设备相对运动,被测点为物品被激光投射的点;根据垂直距离信息和传送设备的运动速度确定被测点在物品上的位置信息;根据物品的各个被测点的位置信息和垂直距离信息确定物品的三维信息,以便机器人对物品进行拣选作业。

可选地,利用激光测距设备获取物品的被测点与激光测距设备的距离信息,确定被测点与激光测距设备的垂直距离信息包括:激光测距设备以预定角度间隔沿垂直于传送设备运动方向的平面向物品投射激光,获取各个测量角度下激光测距设备与物品的距离信息;根据距离信息和测量角度确定各个被测点与激光测距设备的垂直距离信息。

可选地,激光测距设备以预定角度间隔沿垂直于传送设备运动方向的平面向物品投射激光包括:激光测距设备一次发出一条射线,以预定角度间隔逐次向物品投射激光。

可选地,根据垂直距离信息和传送设备的运动速度确定被测点在物品上的位置信息包括:根据传送设备的运动速度确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置;根据垂直距离信息和预定角度间隔确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置。

可选地,根据传送设备的运动速度确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置包括:根据与传送设备连接的码盘输出的脉冲个数确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置。

可选地,根据高度信息和预定角度间隔确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置包括:根据公式:

确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置,其中,β为预定角度间隔,n为自然数,i和n为被测点标识,Hi为被测点i的垂直距离信息,被测点i的测量角度为αi,测量角度为激光投射方向与竖直方向的夹角,αi+1i=β,且α0=0。

可选地,根据物品的各个被测点的位置信息和垂直距离信息确定物品的三维信息包括:根据垂直距离信息和激光测距设备与传送设备间的距离信息确定每个被测点的高度信息;根据各个被测点的位置信息和高度信息确定物品的三维信息。

通过这样的方法,能够确定物品上各个被测点的位置,以及被测点与激光测距设备的垂直距离信息,从而得到物品各个位置的高度信息,以便实现物流机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

根据本发明的另一个方面,提出一种物品三维重建装置,包括:垂直距离确定模块,用于获取物品的被测点与激光测距设备的距离信息,确定被测点与激光测距设备的垂直距离信息,其中,物品在传送设备的带动下与激光测距设备相对运动,被测点为物品被激光投射的点;被测点位置确定模块,用于根据垂直距离信息和传送设备的运动速度确定被测点在物品上的位置信息;三维信息确定模块,用于根据物品的各个被测点的位置信息和垂直距离信息确定物品的三维信息,以便机器人对物品进行拣选作业。

可选地,垂直距离确定模块包括:距离信息获取单元,用于当激光测距设备以预定角度间隔沿垂直于传送设备运动方向的平面向物品投射激光时,获取各个测量角度下激光测距设备与物品的距离信息;垂直距离获取单元,用于根据距离信息和测量角度确定各个被测点与激光测距设备的垂直距离信息。

可选地,被测点位置确定模块包括:第一方向位置确定单元,用于根据传送设备的运动速度确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置;第二方向位置确定单元,用于根据垂直距离信息和预定角度间隔确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置。

可选地,第一方向位置确定单元具体用于根据与传送设备连接的码盘输出的脉冲个数确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置。

可选地,第二方向位置确定单元具体用于根据公式:

确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置,其中,β为预定角度间隔,n为自然数,i和n为被测点标识,Hi为被测点i的垂直距离信息,被测点i的测量角度为αi,测量角度为激光投射方向与竖直方向的夹角,αi+1i=β,且α0=0。

可选地,三维信息确定模块包括:高度信息确定单元,用于根据垂直距离信息和激光测距设备与传送设备间的距离信息确定每个被测点的高度信息;三维信息确定单元,用于根据各个被测点的位置信息和高度信息确定物品的三维信息。

这样的装置能够确定物品上各个被测点的位置,以及被测点与激光测距设备的垂直距离信息,从而得到物品各个位置的高度信息,以便实现物流机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

根据本发明的又一个方面,提出一种物品三维重建系统,包括码盘、激光测距设备和上文中提到的任意一项物品三维重建装置。

可选地,激光测距设备用于以预定角度间隔沿垂直于传送设备运动方向的平面向物品投射激光,探测与物品的各个被测点间的距离。

可选地,激光测距设备具体用于一次发出一条射线,以预定角度间隔逐次向物品投射激光,探测与物品的各个被测点间的距离。

这样的系统能够确定物品上各个被测点的位置,以及被测点与激光测距设备的垂直距离信息,从而得到物品各个位置的高度信息,以便实现物流机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

根据本发明的再一个方面,提出一种物品三维定位装置,包括:存储器;以及耦接至存储器的处理器,处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行上文中提到的任意一项的方法。

这样的装置能够确定物品上各个被测点的位置,以及被测点与激光测距设备的垂直距离信息,从而得到物品各个位置的高度信息,以便实现物流机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

另外,根据本发明的一个方面,提出一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,该指令被处理器执行时实现上文中提到的任意一项的方法的步骤。

利用这样的计算机可读存储介质能够确定物品上各个被测点的位置,以及被测点与激光测距设备的垂直距离信息,从而得到物品各个位置的高度信息,以便实现物流机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

附图说明

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

图1为本发明的物品三维重建方法的一个实施例的流程图。

图2为本发明的物品三维重建方法的另一个实施例的流程图。

图3为本发明的物品三维重建装置的一个实施例的示意图。

图4为本发明的物品三维重建装置中垂直距离确定模块一个实施例的示意图。

图5为本发明的三维重建装置中被测点位置确定模块的一个实施例的示意图。

图6为本发明的三维重建装置中三维信息确定模块的一个实施例的示意图。

图7为本发明的三维重建系统的一个实施例的示意图。

图8为本发明的三维重建系统中激光测距设备的通讯程序架构示意图。

图9为本发明物品三维重建装置的另一个实施例的结构示意图。

图10为本发明物品三维重建装置的又一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明的物品三维重建方法的一个实施例的流程图如图1所示。

在步骤101中,当物品在传送设备的带动下与激光测距设备相对运动时,激光测距设备向被测物体投射激光。利用激光测距设备获取物品的被测点与激光测距设备的距离信息,被测点为物品被激光投射的点。获取距离信息的垂直分量,得到被测点与激光测距设备的垂直距离信息。

在步骤102中,根据垂直距离信息和传送设备的运动速度确定被测点在物品上的位置信息。物体的位置信息包括沿传送设备运动方向、垂直于传送设备运动方向两个维度,在一个实施例中,可以根据传送设备的运动速度确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置,根据垂直距离信息确定被测点在物品上的垂直于设备运动方向的位置。

在步骤103中,根据物品的各个被测点的位置信息和垂直距离信息确定物品的三维信息。物品的三维信息主要包括物品上表面多点的高度信息。

通过这样的方法,能够确定物品上各个被测点的位置,以及被测点与激光测距设备的垂直距离信息,从而得到物品各个位置的高度信息,以便实现物流机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。由于激光探测受物体表面材质的影响较小,因此与工业相机探测的方式相比,探测结果更加准确。

在一个实施例中,激光测距设备位于传送装置上方,物品从激光测距设备与传送装置中间经过。激光测距设备以预定角度间隔沿垂直于传送设备运动方向的平面向物品投射激光,获取各个测量角度下激光测距设备与物品的距离信息;根据测量角度,基于公式:

H=L*tanα

能够得到距离信息的垂直分量,从而确定各个被测点与激光测距设备的垂直距离信息,其中,H为垂直距离信息,L为距离信息,α为测量角度,测量角度为激光投射方向与竖直方向的夹角。

通过这样的方法,能够以激光测距设备集中探测的方式得到物品的高度信息,设备易于安装部署,且成本较低,有利于推广应用;另一方面,当物品位于箱体中,且箱体上部有遮挡时,激光能穿过箱体缺口投射在物品表面,从而扩大了应用范围。

在一个实施例中,激光测距设备一次发出一条射线,以预定角度间隔逐次向物品投射激光。通过这样的方法能够进一步降低成本,且避免相邻激光距离较近造成干扰,另外,还能够便于工作人员根据物品的种类、尺寸在保证一定准确度的同时调节预定角度,提高探测速度,扩大应用范围。

在一个实施例中,可以根据传送设备的运动速度确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置,若传送设备与码盘连接,则可以根据从物品被探测开始码盘输出的脉冲个数确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置。由于码盘的精度较高,这样的方法能够具有较高的精度。在一个实施例中,可以设定预定脉冲个数间隔下传送设备运动的距离作为该方向上的步长,在沿传送设备运动的方向上,相邻被测点之间的距离与步长相等。通过这样的方法,能够调节探测精度,在保证效果的同时减少设备的运算量,提高物品三维重建的效率。

在一个实施例中,可以根据垂直距离信息和预定角度间隔确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置。如根据公式:

确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置,其中,β为预定角度间隔,i和n为被测点标识,Hi为被测点i的垂直距离信息,被测点i的测量角度为αi,测量角度为激光投射方向与竖直方向的夹角,αi+1i=β,且α0=0。

通过这样的方法,能够根据预定角度间隔和垂直距离信息确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置,从而得到物品高度信息位于的准确位置,以便实现物流机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

在一个实施例中,由于物流机器人的高度可能与激光测距设备不同,且现有技术中物流机器人从数据库中获取的是物品的绝对高度信息,因此,需要将垂直距离信息转化为物品的高度信息,如根据垂直距离信息和激光测距设备与传送设备间的距离信息确定每个被测点的高度信息,进而根据各个被测点的位置信息和高度信息确定物品的三维信息。

通过这样的方法,能够向物流机器人提供物品各个位置的高度信息,物流机器人能够基于该信息对具有高度作业要求的物品进行拣选作业,对物流机器人的位置、高度没有严格要求,且能较好的与现有的物流机器人兼容。

本发明的物品三维重建方法的另一个实施例的流程图如图2所示。

在步骤201中,当物品在传送设备的带动下与激光测距设备相对运动时,激光测距设备以预定角度间隔沿垂直于传送设备运动方向的平面向物品投射激光,获取各个测量角度下激光测距设备与物品的距离信息。

在步骤202中,根据测量角度得到距离信息的垂直分量,从而确定各个被测点与激光测距设备的垂直距离信息,其中,H为垂直距离信息,L为距离信息,α为测量角度。

在步骤203中,根据传送设备的运动速度确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置。如在传送设备与码盘连接的情况下,可以根据从物品被探测开始码盘输出的脉冲个数确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置。

在步骤204中,根据垂直距离信息和预定角度间隔确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置。

在步骤205中,根据垂直距离信息和激光测距设备与传送设备间的距离信息确定每个被测点的高度信息。

在步骤206中,根据各个被测点的位置信息和高度信息确定物品的三维信息。

通过这样的方法,能够确定物品上各个被测点的位置,以及被测点与激光测距设备的垂直距离信息,能够向物流机器人提供完整的物品各个位置的高度信息,以便于物流机器人基于该信息对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

本发明的物品三维重建装置的一个实施例的示意图如图3所示。其中,垂直距离确定模块301能够当物品在传送设备的带动下与激光测距设备相对运动,激光测距设备向被测物体投射激光时,利用激光测距设备获取物品的被测点与激光测距设备的距离信息,被测点为物品被激光投射的点。获取距离信息的垂直分量,得到被测点与激光测距设备的垂直距离信息。被测点位置确定模块302能够根据垂直距离信息和传送设备的运动速度确定被测点在物品上的位置信息。物体的位置信息包括沿传送设备运动方向、垂直于传送设备运动方向两个维度,在一个实施例中,可以根据传送设备的运动速度确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置,根据垂直距离信息确定被测点在物品上的垂直于设备运动方向的位置。三维信息确定模块303能够根据物品的各个被测点的位置信息和垂直距离信息确定物品的三维信息。物品的三维信息主要包括物品上表面多点的高度信息。

这样的装置能够确定物品上各个被测点的位置,以及被测点与激光测距设备的垂直距离信息,从而得到物品各个位置的高度信息,以便实现物流机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

本发明的物品三维重建装置中垂直距离确定模块一个实施例的示意图如图4所示。其中,距离信息获取单元401能够当激光测距设备以预定角度间隔沿垂直于传送设备运动方向的平面向物品投射激光时,获取各个测量角度下激光测距设备与物品的距离信息。垂直距离获取单元402能够根据测量角度,基于公式:

H=L*tanα

能够得到距离信息的垂直分量,从而确定各个被测点与激光测距设备的垂直距离信息,其中,H为垂直距离信息,L为距离信息,α为测量角度,测量角度为激光投射方向与竖直方向的夹角。

这样的装置能够以激光测距设备集中探测的方式得到物品的高度信息,设备易于安装部署,且成本较低,有利于推广应用;另一方面,当物品位于箱体中,且箱体上部有遮挡时,激光能穿过箱体缺口投射在物品表面,从而扩大了应用范围。

本发明的三维重建装置中被测点位置确定模块的一个实施例的示意图如图5所示。其中,第一方向位置确定单元501能够根据传送设备的运动速度确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置。如:若传送设备与码盘连接,则可以根据从物品开始被探测开始码盘输出的脉冲个数确定被测点在物品上的沿传送设备运动方向的位置。由于码盘的精度较高,这样的方法能够具有较高的精度。在一个实施例中,可以设定预定脉冲个数间隔下传送设备运动的距离作为该方向上的步长,在沿传送设备运动的方向上,相邻被测点之间的距离与步长相等。这样的装置能够调节探测精度,在保证效果的同时减少设备的运算量,提高物品三维重建的效率。第二方向位置确定单元502可以根据垂直距离信息和预定角度间隔确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置。如根据公式:

确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置,其中,β为预定角度间隔,i和n为被测点标识,Hi为被测点i的垂直距离信息,被测点i的测量角度为αi,测量角度为激光投射方向与竖直方向的夹角,αi+1i=β,且α0=0。

这样的装置能够根据预定角度间隔和垂直距离信息得到确定被测点在物品上的垂直于传送设备运动方向的位置,从而得到物品高度信息位于的准确位置,以便实现物流机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

在一个实施例中,由于物流机器人的高度可能与激光测距设备不同,且现有技术中物流机器人从数据库中获取的是物品的绝对高度信息,因此,需要将垂直距离信息转化为物品的高度信息。本发明的三维重建装置中三维信息确定模块的一个实施例的示意图如图6所示。其中,高度信息确定单元601能够根据垂直距离信息和激光测距设备与传送设备间的距离信息确定每个被测点的高度信息。三维信息确定单元602能够根据各个被测点的位置信息和高度信息确定物品的三维信息。

这样的装置能够向物流机器人提供物品各个位置的高度信息,物流机器人能够基于该信息对具有高度作业要求的物品进行拣选作业,对物流机器人的位置、高度没有严格要求,且能较好的与现有的物流机器人兼容。

本发明的三维重建系统的一个实施例的示意图如图7所示。其中,激光测距设备701能够向传送设备投射激光,进而获取传送设备上物品的被测点与激光测距设备701的距离。码盘702与传送设备连接,能够随着传送设备的运动输出脉冲。物品三维重建装置703能够获取来自激光测距设备701的距离信息和来自码盘702的输出脉冲,得到被测点与激光测距设备的垂直距离信息、被测点在物品上的位置信息,从而得到物品的三维信息。其中,激光测距设备701的通讯程序架构可以如图8所示。

这样的系统中,激光测距设备和码盘能够分别将获得的信息发送给物品三维重建装置,以便确定物品上各个被测点的位置,以及被测点与激光测距设备的垂直距离信息,从而得到物品各个位置的高度信息,实现物流机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业,降低了物流机器人在自动拣选工况下对数据库数据的依赖以及降低了工业成本。

在一个实施例中,激光测距设备位于传送装置上方,物品从激光测距设备与传送装置中间经过。激光测距设备以预定角度间隔沿垂直于传送设备运动方向的平面向物品投射激光。

这样的系统能够以激光测距设备集中探测的方式得到物品的高度信息,设备易于安装部署,且成本较低,有利于推广应用;另一方面,当物品位于箱体中,且箱体上部有遮挡时,激光能穿过箱体缺口投射在物品表面,从而扩大了应用范围。

在一个实施例中,激光测距设备一次发出一条射线,以预定角度间隔逐次向物品投射激光。这样的系统能够进一步降低成本,且便于工作人员根据物品的种类、尺寸在保证一定准确度的同时调节预定角度,提高探测速度,扩大应用范围。

本发明物品三维重建装置的另一个实施例的结构示意图如图9所示。物品三维重建装置包括存储器910和处理器920。其中:存储器910可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器用于存储物品三维重建方法的对应实施例中的指令。处理器920耦接至存储器910,可以作为一个或多个集成电路来实施,例如微处理器或微控制器。该处理器920用于执行存储器中存储的指令,能够实现机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

在一个实施例中,还可以如图10所示,物品三维重建装置1000包括存储器1010和处理器1020。处理器1020通过BUS总线1030耦合至存储器1010。该物品三维重建装置1000还可以通过存储接口1040连接至外部存储装置1050以便调用外部数据,还可以通过网络接口1060连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)。此处不再进行详细介绍。

在该实施例中,通过存储器存储数据指令,再通过处理器处理上述指令,能够实现机器人对具有高度作业要求的物品进行拣选作业。

在另一个实施例中,一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,该指令被处理器执行时实现物品三维重建方法的对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

至此,已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思,没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述,完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本发明的方法以及装置。例如,可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明,本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序,除非以其它方式特别说明。此外,在一些实施例中,还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序,这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而,本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

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