碰撞检测方法、控制方法、抓取系统及计算机存储介质与流程

1.本发明大致涉及智能设备及控制方法技术领域，尤其是一种碰撞检测方法、控制方法、抓取系统及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.在工业生产、仓储运输等领域中，碰撞检测是物体抓取转运作业的必要过程，以防止转运设备以及物体发生碰撞，导致生产安全事故。对于拆垛码垛的过程，当无法通过碰撞检测时，用于转运的设备无法继续执行抓取动作，将会停机。当待抓取物的码放位置和位姿为预设的排列形式时，例如码放整齐位置准确，能够通过碰撞检测，但在实际生产过程中，由于外界因素影响，以及其他待抓取物的干扰，待抓取物通常会偏离预设位置，导致无法通过碰撞检测，在这种情况下，往往需要人工干预，对待抓取物的位姿进行调整，难以做到自动化，影响工作效率。
3.背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的一个或多个缺陷，本发明提供一种碰撞检测方法，包括：
5.获取待抓取物的抓取模型；
6.根据所述待抓取物的实际转运路线，模拟待抓取物的转运过程；
7.根据所述待抓取物的转运过程，对所述抓取模型进行碰撞检测。
8.根据本发明的一个方面，其中所述待抓取物的实际转运路线为待抓取物的预设运动路线，所述预设运动路线共有一条或多条；所述转运过程包括抓取过程和放置过程。
9.根据本发明的一个方面，其中所述预设运动路线共有多条；所述对抓取模型进行碰撞检测的过程包括：对至少一条预设运动路线进行碰撞检测，直至通过碰撞检测。
10.根据本发明的一个方面，其中所述对抓取模型进行碰撞检测的步骤在模拟待抓取物的放置过程中，根据承载结构及承载结构中已有的物体进行碰撞检测。
11.根据本发明的一个方面，其中所述待抓取物的转运过程还包括对待抓取物和/或承载结构中已有的物体的位姿进行模拟调整，以使所述待抓取物和/ 或承载结构中已有的物体的位姿符合或接近预设放置位姿。
12.根据本发明的一个方面，其中所述获取待抓取物的抓取模型的步骤包括获取所述待抓取物的点云数据。
13.根据本发明的一个方面，其中所述抓取物包括一个或多个相互独立的箱体。
14.根据本发明的一个方面，本发明还包括一种抓取装置的控制方法，所述控制方法包括：
15.执行如前所述的碰撞检测方法；
16.通过碰撞检测后，控制抓取装置抓取待抓取物。
17.根据本发明的一个方面，所述控制方法还包括：当未通过所述碰撞检测时，重新选择待抓取物，并重复执行所述碰撞检测的步骤。
18.根据本发明的一个方面，其中所述待抓取物的预设运动路线共有多条；所述控制方法还包括：
19.对至少一条预设运动路线进行碰撞检测，直至获得一条能够通过碰撞检测的预设运动路线，并控制所述抓取装置以该预设运动路线运动；
20.当在全部所述预设运动路线下，所述抓取模型均未通过碰撞检测，重新选择待抓取物，并重复执行所述碰撞检测的步骤。
21.根据本发明的一个方面，所述控制方法还包括：控制抓取装置将待抓取物放置于承载结构上，并控制抓取装置对待抓取物的位姿进行调整，以使待抓取物的位姿符合或接近待抓取物的预设放置位姿。
22.根据本发明的一个方面，本发明还包括一种物料抓取系统，所述物料抓取系统包括：
23.抓取装置，所述抓取装置配置成能够受驱以抓取待抓取物，并将所述待抓取物转运至目标位置；
24.图像采集装置，所述图像采集装置配置成能够获取待抓取物的图像信息；和
25.控制系统，所述控制系统与所述抓取装置和所述图像采集装置通讯，并能够执行如前所述的控制方法。
26.根据本发明的一个方面，其中所述抓取装置为吸附式抓取机构。
27.根据本发明的一个方面，其中所述图像采集模块包括3d相机，所述图像信息包括待抓取物的点云数据。
28.根据本发明的一个方面，本发明还包括一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储于其上的计算机可执行命令，所述可执行命令在被处理器执行时实施如前所述的碰撞检测方法和/或如前所述的抓取装置的控制方法。
29.与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种碰撞检测方法，不直接根据抓取模型进行碰撞检测，而是根据待抓取物的实际转运路线，模拟待抓取物的转运过程，相较于传统的碰撞检测方法，本发明的实施例更符合实际的抓取转运过程，同时，模拟待抓取物的转运过程还能够模拟调整待抓取物或其他物体位姿的过程，以提高碰撞检测的通过率。本发明还包括一种抓取装置的控制方法以及物料抓取系统的实施例，利用前述方法进行碰撞检测，当通过碰撞检测后，控制抓取装置抓取待抓取物，执行抓取动作，减少了因碰撞检测无法通过导致的抓取装置停机，提高了物料抓取效率。本发明还包括一种计算机可读存储介质的实施例，以执行前述的碰撞检测方法和/或前述的抓取装置的控制方法。
附图说明
30.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
31.图1是本发明的一个实施例中碰撞检测方法的流程示意图；
32.图2是本发明的一个实施例中抓取模型的示意图；
33.图3是本发明的一个实施例中包含对位姿进行模拟调整过程的碰撞检测方法的流
程示意图；
34.图4是本发明的一个实施例中模拟调整位姿的侧面示意图；
35.图5a和图5b是本发明的一个实施例中模拟调整位姿的俯视图；
36.图6是现有技术中待抓取物和已有物体发生干涉的示意图；
37.图7是本发明的一个实施例中抓取装置的控制方法的流程示意图；
38.图8是本发明的一个实施例中包含对位姿进行模拟调整过程的控制方法的流程示意图；
39.图9是本发明的一个实施例中物料抓取系统的框图。
具体实施方式
40.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、" 长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、 "水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、" 第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语" 安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上" 或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方 "和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
44.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
45.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实
施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
46.图1示出了根据本发明的优选实施例中碰撞检测方法100的具体流程，图2示出了在本发明的实施例中，待抓取物的抓取模型的示意图，下面结合图1和图2详细描述。
47.如图1所示，本发明的实施例中碰撞检测方法100应用于抓取转运作业，以避免发生碰撞事故，同时提高碰撞检测通过率。在步骤s101，获取待抓取的抓取模型，其中待抓取物的抓取模型如图2所示，包括待抓取物实际情况下的摆放形式，在本发明的其他实施例中，一个抓取节拍可以同时抓取一个或多个待抓取物，优选为边缘整齐的箱体，或形状结构相近的物体，当在一个抓取节拍中同时抓取多个待抓取物时，抓取模型还包括本次抓取过程中的多个待抓取物的相对位置关系。根据本发明的优选实施例，其中抓取模型可以是待抓取物的点云数据，例如在抓取作业的场景中设置有3d相机或激光雷达，通过对待抓取物的拍摄扫描，可以准确获得待抓取物实际的摆放形式，即抓取模型。在本发明的不同实施例中，待抓取物的抓取模型也可以包括待抓取物的图像信息，通过对图片的处理获得待抓取物的实际摆放形式。
48.在步骤s102，根据待抓取物的实际转运路线，模拟待抓取物的转运过程，其中待抓取物的实际转运路线为抓取系统中预设的转运路线，转运过程包括了抓取待抓取物和放置待抓取物的完整过程。在步骤s103，根据待抓取物的转运过程，对抓取模型进行碰撞检测，现有技术中的碰撞检测直接以抓取模型进行碰撞检测，由于外界因素影响以及待抓取物的码放偏差，待抓取物往往会偏离预设放置位置，例如图2中所示的情形，而在进行碰撞检测时，直接利用抓取模型进行碰撞检测，由于偏差的存在，降低了碰撞检测的通过率，影响抓取装置的工作效率。而在本实施例中，结合待抓取物的模拟转运过程，进行碰撞检测，不仅碰撞检测的准确度大幅提高，而且相比于现有的利用抓取模型进行碰撞检测的方法，碰撞检测的通过率更高。
49.在具体的生产过程中，碰撞检测是抓取作业的必备程序，以避免发生碰撞事故，防止待抓取物和抓取装置在执行抓取动作时与环境中的其他障碍物或已经放置的物体发生碰撞。只有通过碰撞检测，抓取装置才会执行抓取动作，以防止发生安全生产事故。在执行碰撞检测的控制系统中，预先存储有已经存在的障碍物信息，其他的待抓取物的信息可以通过传感器实时采集，每次抓取过程中抓取的一个或多个待抓取物在承载平台具有经过目标垛型匹配运算后可行的预设的放置位置，在正常情况下，抓取装置沿预设规划的转运路线，将待抓取物放置在承载结构上，完成一次抓取放置过程。按照现有技术中对于碰撞检测的过程，默认抓取装置以竖直方向直接放置待抓取物，结合图2和图6可知，由于待抓取物偏离预设位置，当利用抓取模型进行碰撞检测时，在最后放置阶段，待抓物体可能会与之前码放过程中已放置的物体发生几何干涉，导致无法通过碰撞检测，抓取装置停机，影响工作效率。但在实际情况下，承载结构上已经放置的物体与固定位置的障碍物存在区别，能够对其位置进行调整，而实际抓取作业中的转运路线同样也并非限制为竖直方向放置待抓取物，可以在承载结构或其平行平面内调整，因此，即使未能通过现有技术中的碰撞检测，但在实际操作过程中，同能能够保证不会发生碰撞事故，现有的碰撞检测方法存在缺陷。而本实施例中的碰撞检测方法结合了待抓取物的转运过程，更为接近待抓取物的实际转运路线，在此基础上结合抓取模型进行碰撞检测，通过率更高，减少抓取装置的停机次数，提高工作效率，减少人工操作和干预。
50.优选的，根据本发明的其他实施例，待抓取物的实际转运路线为待抓取物的预设运动路线，预先保存在抓取装置的控制系统中，或根据抓取作业环境的实际情况模拟演算获得，并且待抓取物的预设运动路线可以有一条，或者是多条不同的运动路线，根据本发明的优选实施例，当待抓取物具有多条预设运动路线时，还可以根据预设排序方式对多条预设运动路线进行排序，例如预设运动路线的运动距离、消耗时间、可能出现的动态障碍物等。在进行碰撞检测时，可以对多条预设运动路线中的至少一条进行碰撞检测，直至通过碰撞检测，优选的，可以按照预设排序依次对预设运动路线进行碰撞检测，直至获取一条能够通过碰撞检测的预设运动路线。
51.在本发明的优选实施例中，其中待抓取物的转运过程还包括对待抓取物和/或承载结构中已有的物体的位姿进行模拟调整，以使待抓取物和/或承载结构中已有的物体的位姿符合或接近预设放置位姿。承载结构上已有的物体以及本次抓取的待抓取物的位姿是能够进行调整的，并非直接固定在承载结构上，在此基础上，本实施例模拟待抓取物的转运过程中，可以利用调整装置或直接利用抓取装置对待抓取物和/或承载结构中已有的物体的位姿进行模拟调整，以尽量符合预设放置位姿，既能够通过碰撞检测，也使待抓取物的放置位置准确，便于后续的转运，或继续加工等过程。
52.结合图3，在包含对位姿进行模拟调整过程的碰撞检测方法200，其中步骤s201、s202和s204分别与碰撞检测方法100中的步骤s101、s102和s103 基本相同，在此不再赘述。在步骤s203，对待抓取物和/或承载结构中已有物体的位姿进行模拟调整，具体的，可以模拟抓取装置向承载结构上空余的位置运动，以保证待抓取物能够放置在承载结构上，并利用抓取装置带动待抓取物在承载结构所在的平面内运动，以使待抓取物趋近于预设放置位置，这一转运路线组成待抓取物的转运过程，并根据包含有位姿调整过程的转运过程进行碰撞检测，以避免调整过程中发生碰撞事故。对待抓取物和/或承载结构中已有物体的位姿进行模拟调整的过程可以根据抓取模型或承载结构中已有物体的具体位姿演算获得，例如在一次抓取节拍中同时抓取多个待抓取物，可以根据待抓取物或承载结构中已有物体的偏移情况，对其中部分或全部的待抓取物的位姿进行模拟调整。依靠这种模拟调整的方法也能够直接或间接地对承载结构上的已有物体的位姿进行调整，并不会影响承载结构容纳待抓取物的能力。
53.如图4和图6所示，其中c点为待抓取物的预设放置位置，但由于承载结构上已有物体的阻挡，在图6所示的情况下，根据抓取模型进行碰撞检测，待抓取物会与承载结构上已有物体发生碰撞，无法通过碰撞检测。根据本发明提供的一种实施例，例如图4所示，模拟调整待抓取物和/或承载结构中已有物体的位姿，抓取待抓取物由a点运动至b点，然后沿承载结构的平面移动待抓取物至c点，到达预设放置位置，具体过程可以由待抓取物间接推动承载结构上已有物体移动，以使待抓取物能够到达预设放置位置c点，例如图5a和图5b所示，根据待抓取物和承载结构上已有物体的位姿进行调整，以使待抓取物推动承载结构上已有物体平移，如图5a所示，箭头表征待抓取物体沿运动路线的移动方向，依照运动路线，使待抓取物在转运过程中按实际情况模拟出推动承载结构上已有物体旋转一定角度或平移一定距离，如图 5b中箭头所示的运动方向所示。上述模拟调整待抓取物和/或承载结构上已有物体的运动路线共同构成待抓取物的转运过程。
54.具体的，模拟调整位姿的过程可以结合待抓取物和承载结构上已有物体的形状、
密度、重量、承受挤压的能力等因素综合判断，例如待抓取物的重量较轻，依靠抓取结构无法克服承载结构上已有物体的静摩擦力，以至于待抓取物无法运动至预设放置位置，因此在该运动路线下，无法通过碰撞检测。在部分情况下，待抓取物无法带动承载结构上已有物体运动至其预设放置位置，例如承载结构上已有物体存在一定的角度偏差，但待抓取物在偏离一定角度的位姿下仍能够放置在预设放置位置c点，根据本发明的优选实施例，仍然符合通过碰撞检测的情况。
55.图7示出了根据本发明的一个优选实施例中，抓取装置的控制方法300 的具体流程，如图7所示，在步骤s301，执行前述实施例中的碰撞检测方法，结合待抓取物的转运过程，对抓取模型进行碰撞检测，在步骤s302，判断是否通过碰撞检测，当通过碰撞检测后，在步骤s303，控制抓取装置抓取待抓取物，并按照通过碰撞检测的预设转运路线运动，进行本次抓取动作，完整模拟的转运过程。当未通过碰撞检测时，控制抓取装置停机，停止执行抓取动作，或根据本发明的优选实施例，在步骤s304，重新选择待抓取物，并重复执行碰撞检测的步骤，继续进行抓取作业。对于部分特殊情况，例如待抓取物的偏离较大，在预设转运路线下，抓取模型均无法通过碰撞检测，根据本发明优选实施例中抓取装置的控制方法，模拟待抓取物的转运过程，在无法通过碰撞检测的情况下，抓取转运难以保证安全，因此需要停止抓取动作或重新选择其他的待抓取物。
56.相比于利用现有技术中碰撞检测方法的抓取装置控制方法，本实施例提供的控制方法中碰撞检测结果更为准确，同时，更符合实际转运过程，减少了碰撞检测的误判，提高了抓取装置的工作效率，保证抓取装置能够连续进行抓取动作。
57.如图8所示，根据本发明的一个优选实施例，抓取装置的控制方法400 中包含有对多条预设运动路线的碰撞检测过程和调整待抓取物和/或承载结构上已有物体位姿的过程。在本实施例中，待抓取物的预设运动路线共有多条，在步骤s401，对至少一条运动路线进行碰撞检测，并在步骤s402，判断是否存在一条预设运动路线能够通过碰撞检测，优选的，多条预设运动路线具有按照预设规则的排序，根据预设规则排序依次进行碰撞检测，直至获得一条能够通过碰撞检测的预设运动路线，停止碰撞检测过程，并在步骤s403，控制抓取装置以该预设运动路线执行抓取动作。当在全部的预设运动路线下，抓取模型均未通过碰撞检测时，在步骤s404，重新选择待抓取物，并重复执行碰撞检测过程。
58.与控制方法300相比，抓取装置的控制方法400还包括步骤s405，控制抓取装置对待抓取物的位姿进行调整，以使待抓取物的位姿符合或接近待抓取物的预设放置位姿。在本实施例的碰撞检测方法中，待抓取物的转运过程还包括模拟调整待抓取物和/或承载结构上已有物体的位姿，即模拟利用抓取装置对待抓取物和/或承载结构上已有物体的位置和角度进行调整，例如通过抓取装置带动其上的待抓取物沿承载结构所在平面进行平移，并间接移动承载结构上已有物体的位置，可以通过受力分析模拟承载结构上已有物体的运动过程以及调整后的位姿，在本实施例中根据待抓取物完整的转运过程对抓取模型进行碰撞检测，在步骤s405，根据碰撞检测中的转运过程带动待抓取物运动，也包括控制抓取装置对待抓取物或间接对承载结构上已有的物体的位姿进行调整，最终使待抓取物的位姿符合或接近预设放置位姿，例如图4 所示的待抓取物的转运过程通过了碰撞检测，则在步骤s405，控制抓取装置以图4所示的运动路线带动待抓取物运动，直至将待抓取物放置于预设放置位置c点。例如待抓取物为多个相互独立的箱体，经过抓取装置调整后与预设的整齐排
列的方式放置在承载结构上，以便于后续的转运过程或加工过程顺利进行。
59.本发明还包括一种物料抓取系统500的实施例，如图9所示，物料抓取系统500包括抓取装置501、图像采集装置502和控制系统503，其中抓取装置501用于受驱以抓取待抓取物，并将待抓取物转运至目标位置，在本发明不同的实施例中，抓取装置501可以是现有的各种具有抓取功能的结构，例如夹爪式抓取机构、磁吸式抓取机构或真空吸附式抓取机构等，优选的，可以是吸附式抓取结构，选用吸附式抓取机构能够避免待抓取物在抓取过程中位姿再次发生变化，以保证获取的抓取模型为待抓取物实际的位置关系，尤其是在一个抓取节拍中抓取多个待抓取物的情况下，以避免待抓取物之间因挤压导致移位或松动散落。另外吸附式抓取机构优选吸附在待抓取物的顶部位置，在进行碰撞检测时，碰撞模型的侧面边界为修正后的抓取模型边界，无需为抓取装置的结构额外预留空隙，使待抓取物之间的排列更为紧密，碰撞检测的结果更为准确。
60.图像采集装置502用于获取待抓取物的图像信息，根据本发明的优选实施例，图像采集装置502可以设置在抓取装置501上，随抓取装置501运动，也可以设置在抓取作业工作环境的其他位置处，以获得待抓取物实际的摆放形式，即抓取模型。优选的，图像采集装置502可以是3d相机，获得的待抓取物的图像信息包括待抓取物的点云数据，用于获得抓取模型。
61.控制系统503与抓取装置501和图像采集装置502通讯，并且控制系统 503能够执行前述实施例中的抓取装置的控制方法。根据本发明的优选实施例，如图6所示，控制系统503包括任务管理模块5031、信息交互模块5032 和系统管理模块5033，其中信息交互模块5032分别与抓取装置501和图像采集装置502通讯，系统管理模块5033用于执行抓取装置的控制方法，以及实现其他的控制功能，任务管理模块5031用于对抓取任务进行管理，可以在其中存储待抓取物的数量、抓取顺序等信息以及待抓取物的目标位置、摆放方式等信息。
62.本发明还包括一种计算机可读存储介质的实施例，计算机可读存储介质包括存储于其上的计算机可执行命令，所述可执行命令在被处理器执行时实施如前述实施例中所述的碰撞检测方法和/或前述实施例中所述的抓取装置的控制方法。
63.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。