一种抓取多层物料的方法及装置与流程

本发明涉及物料识别领域，尤其涉及一种抓取多层物料的方法及装置。

背景技术：

工业机器人需要对移动栈板上多层物料箱进行拆码垛，由于移动栈板落地后存在两个维度位置偏差的可能。一是栈板落地后的位置偏差，二是物料箱有1至n层的情况，在轻载情况，物料箱本身可能在栈板上滑动，造成物料箱位置偏差。考虑上述两个维度位置偏差，使用现有抓取机构固定坐标面+偏移量方法是无法保证物料箱的准确抓取。目前与本申请最接近的现有技术为：基于单目视觉和测距装置的位置的测量算法：上述测量算法侧重在无规则物体的形状分析，对有规则物料箱而言，形成过度计算，造成计算资源浪费。

技术实现要素：

为此，需要提供一种抓取多层物料的方法，解决过度计算，以及对计算资源浪费的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种抓取多层物料的方法，包括步骤：

通过测距装置测量当前物料箱的高度值，根据高度值和物料箱层的层高得出当前物料箱的层数；

驱动视觉相机对物料箱顶部进行拍照，并根据拍照得到的照片获取实际物料箱位置坐标；

将获取到的位置坐标与当前物料箱层对应的模版图片中物料箱层的位置坐标进行比对，计算物料箱实际的中心坐标和偏差角度；

抓取机构根据当前物料箱的高度值、实际的中心坐标和偏差角度对物料箱进行抓取。

进一步地，“根据当前物料箱的高度值、实际的中心坐标和偏差角度对物料箱进行抓取”还包括步骤：

抓取机构移动到实际中心坐标，根据偏差角度绕中心坐标进行旋转，与物料箱对正，抓取机构根据物料箱高度值执行抓取指令。

进一步地，驱动视觉相机对物料箱顶部进行拍照前还包括步骤：驱动相机移动机构带动视觉相机移动至预设拍照位置。

进一步地，通过测距装置测量当前物料箱的高度值z根据如下方法算得：

z＝zl-zn

zl为测距装置测得的测距装置到地面的距离；

zn为测距装置测得的测距装置到当前物料箱顶部的距离；

进一步地，所述物料箱顶面为四边形。

进一步地，步骤“计算物料箱实际的中心坐标和偏差角度”通过如下公式获得：

其中，z：当前物料箱的高度值；

l：为物料箱层的高度；

x，y：为物料箱实际的中心坐标；

x1至x4,y1至y4：为照片中物料箱顶面四边形的4个顶点坐标；

θ：为物料箱平面偏差角度；

n：物料箱中物料箱层的数量。

进一步地，所述测距装置为：激光测距仪。

进一步地，抓取机构为工业机器人。

发明人提供了一种抓取多层物料装置，包括测距机构、抓取机构、视觉相机，所述装置用于实现如本发明任意一项实施例所述方法的步骤。

区别于现有技术，上述技术方案通过测距装置直接测算当前物料箱的高度值，并根据高度值和物料箱层的层高得出当前物料箱的层数，驱动视觉相机对物料箱顶部进行拍照，并根据拍照得到的照片获取实际物料箱位置坐标。将获取到的位置坐标与当前物料箱的层数对应的模版图片中物料箱的位置坐标进行比对，计算物料箱实际的中心坐标和偏差角度；抓取机构根据当前物料箱的高度值、实际的中心坐标和偏差角度对物料箱进行抓取。发明通过将测距装置与视觉相机的功能进行切割，即，测距装置仅用于量测物料箱的实际高度以及物料箱的层数；视觉相机用于拍摄实际物料箱顶部位置，同时将实际物料箱顶部照片与预设值的模版图片进行比对，测算出物料箱实际的偏移量。而背景技术中基于单目视觉和测距装置仪的位姿测量算法侧重点在于将测距装置与视觉相机进行结合，分析出实际的物料箱形状，因此本方法解决了过度计算，以及对计算资源浪费的问题，从而节约了计算资源。

附图说明

图1为多层物料箱坐标结构图；

图2为物料箱偏移时结构图；

图3为所述一种抓取多层物料的方法的步骤图。

附图标记说明：

1、视觉相机；2、测距装置；3、物料箱；

31、物料箱层。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1至图3，本实施例提供了一种抓取多层物料的方法，包括步骤：通过测距装置测量当前物料箱的高度值，根据高度值和物料箱层31的层高得出当前物料箱的层数；驱动视觉相机对物料箱顶部进行拍照，并根据拍照得到的照片获取实际物料箱位置坐标；将获取到的位置坐标与当前物料箱层31对应的模版图片中物料箱层31的位置坐标进行比对，计算物料箱实际的中心坐标和偏差角度；抓取机构根据当前物料箱的高度值、实际的中心坐标和偏差角度对物料箱进行抓取。需要说明的是，在本发明中，测距装置2优选的为激光测距仪，当然，也可以为声波测距仪等测距设备；同时所述抓取机构为工业机器人，在某些实施例中，也可为机械臂；在某些实施例中，驱动视觉相机对物料箱顶部进行拍照前还包括步骤：驱动相机移动机构带动视觉相机移动至预设拍照位置，即，当视觉相机不在预设拍照位置时，相机移动机构将驱动视觉相机移动至预设拍照位置进行拍照。上述技术方案通过测距装置2直接测算出物料箱的高度值，并根据物料箱高度值和物料箱层31的度高，计算当前物料箱3中的物料箱层31的数目，即物料箱3的层数；将获取的实际物料箱顶部照片与当前物料箱3的层数对应的模版图片中物料箱的位置坐标进行比对，即每层物料箱层31均有一个对应的模版图片；当然，在某些实施例中所有层也可共用一个模版图片。发明通过将测距装置2与视觉相机1的功能进行切割，即，测距装置2仅用于量测物料箱3的实际高度以及物料箱3层数；视觉相机1用于拍摄实际物料箱3位置，同时将实际位置与预设置的模版图片进行比对，测算出物料箱3实际的偏移量；在本发明中通过找到位置偏移点后，并输出具体坐标，由定位装置执行相应动作，最终实现物料的抓取。但是需要说明的是，每抓取完成一个物料箱3后都要对下层的物料箱3的偏差值进行重新的计算；且该发明只能应用在规则物料，且摆放层次分明，无法应用在无规则物料及无规则摆放方式场所。而背景技术中基于单目视觉和测距装置2仪的位姿测量算法侧重点在于将测距装置2与视觉相机1进行结合，分析出实际的物料箱3形状，因此本方法解决了过度计算，以及对计算资源浪费的问题，从而节约了计算资源。

当然，在某些实施例中，“根据当前物料箱的高度值、实际的中心坐标和偏差角度对物料箱进行抓取”还包括步骤：抓取机构移动到实际物料箱的中心坐标，根据计算得出的偏差角度绕，抓取机构绕实际的中心坐标进行旋转，待所述抓取机构与物料箱对正后，抓取机构根据物料箱高度值执行抓取指令。具体的，工业机器人在计算完物料箱实际的中心坐标和偏差角度后，工业机器人移动至物料箱3中心点上方，并通过所计算出的偏移角度进行偏转，最后通过测距装置2所提供的物料箱3的高度值下移至物料箱3上，实现对物料箱3的抓取。

请参阅图1至图2，在本实施例中，所述物料箱3为规则的图形或者为四边形。当物料箱3发生偏转的时候，视觉相机1识别对应层四边形中每个顶点的坐标，再通过计算得出一条边两点坐标与预设值模版相应边的两点坐标进行比对，得出角度偏移量θ，通过逐一测量多个顶点坐标，计算出不同层上的中心点，最后根据高度、中心点、层数数据实施抓取。

需要说明的是，优选的方案为：所述物料箱3为长方形。先通过测距装置测量当前物料箱的高度值z根据如下方法算得：

z＝zl-zn

zl为测距装置测得的测距装置到地面的距离；zn为测距装置测得的测距装置到当前物料箱顶部的距离；

再计算物料箱实际的中心坐标和偏差角度,根据如下方法算得：

其中，z：当前物料箱的高度值；l：为物料箱层31的高度；x，y：为物料箱实际的中心坐标；x1至x4,y1至y4：为照片中物料箱顶面四边形的4个顶点坐标；θ：为物料箱平面偏差角度；n：物料箱中物料箱层的数量。通过上述方程组，可逐一求解出物料箱3在空间位置抓取坐标点。该发明主要应用在外观规则和摆放规则物料的中心平面坐标(x、y)计算；且结合定位装置的移动和激光测距，能够对纵向坐标z进行确定，从而实现物料三维坐标的计算给定。算法公式简易，且只基于2d相机，对工控系统硬件要求降低。且整个系统将坐标计算，动作执行分解在不同系统执行，分散了系统计算负载，提高了计算响应速度和执行效率。

上述实施例通过获取物料箱(长方形)的4个顶点位置坐标，在通过简易算法公式p(x，y，z，n，θ)逐步计算出抓取机构抓取物料时，要到达的实际位置，最终实现工业机器人对多层物料的逐一抓取。具体的，基于激光测距仪传感器测量出物料箱3的高度，根据高度值和物料箱层31的层高得出当前物料箱3的层数；视觉相机拍照识别对应层数平面上物料箱3的4个顶点位置坐标p1(x1,y1)，p2(x2,y2)，p3(x3,y3)，p4(x4,y4)，计算中心坐标p0(x0，y0)，并结合边缘两点坐标计算出角度偏移量θ。计算得出不同层上物料箱层31位置坐标点p(x，y，z，n，θ)，并根据工业机器人或者机械手臂的定位程序，实现物料箱层31的抓取。

为了精确测算出偏移值，所述预设拍照位置为：物料箱3模版图片的拍照位置。具体的，首先于待抓取物料箱3位置上放置物料箱3，随后视觉相机1，对该物料箱3进行拍照，并存储为预设置的模版图片。随后进行实际的物料箱3抓取，以预设置的模版图片为参照物分析实际物料箱3在抓取过程中的偏移量。

在某些实施例中，为了进一步的节省计算资源，完成对物料箱3形状的筛选，在所述“通过测距装置测量当前物料箱的高度值，根据高度值和物料箱层31的高度得出当前物料箱的层数”前还包括步骤：视觉相机1判断物料箱3是否为规则的图形如：四边形等；若为规则的图形，则进行所述“通过测距装置测量当前物料箱的高度值，根据高度值和物料箱层31的层高得出当前物料箱的层数”步骤，最后进行抓取。如若是物料箱3为不规则的图形，即，可以通过切换计算方式的方式进行分析识别。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。