一种物流纸箱自动抓取运输装置

1.本实用新型涉及物流自动化运输领域，特别涉及一种物流纸箱自动抓取运输装置。


背景技术：

2.现代物流运输中，集装箱运输是实现货物“门到门”运输的一种新型、高效率的运输方式。随着物流、电商行业的兴起，对堆叠的箱体盒体使用机器人进行抓取来提高自动化的需求也越来越大。箱体是一种常见的集装箱运输物品，箱体垛本身的规则性使得半自动装卸系统能够在箱体装卸上取得较好的应用。然而，对于一些复杂堆垛的物品，仅依靠简单的输送设备和人机协同作业并不能有效提升物流效率、降低物流成本。
3.随着技术的发展，自动化在物流运输作业中的作用愈发明显。申请号为cn202110267115.7的发明提出了一种自动堆卸垛装置，包括机架、货框输送系统、托盘移动系统、三维移动系统、抓取系统、视觉定位系统以及控制系统。该装置虽然能实现货框的自动堆垛和解垛，但是其应用场景较为局限，只能从上往下抓取货物，并不适用于空间有限的货箱内装卸堆叠货物。
4.此外，目前针对厢式货车、集装箱内堆叠箱体的装卸，大多通过人工搬运到皮带输送机上完成货物运输，作业效率低下，费时费力，人工成本高。


技术实现要素：

5.本实用新型克服了上述现有技术中所存在的不足，提供了一种物流纸箱自动抓取运输装置，由双目相机配合皮带输送机与抓取机构，针对箱式货车、集装箱等空间有限的货箱内堆叠箱体货物，实现自动化物流运输。具体是由双目相机实时获取图像信息，通过双目测量算法模块获取箱体的尺寸数据和三维坐标，然后控制抓取机构运动到对应抓取位置，根据不同箱体尺寸数据调整抓取机构的吸取范围，通过真空吸盘完成对箱体的自动吸取、卸载作业。解决上述问题，显著提升物流效率，降低劳动成本。
6.本实用新型的技术方案是这样实现的：
7.一种物流纸箱自动抓取运输装置，包括：
8.用于自动抓取箱体的抓取模块，包括抓取机构、控制抓取机构沿x轴移动的第一移动机构、控制抓取机构沿y轴移动的第二移动机构、控制抓取机构沿z轴移动的第三移动机构；第一移动机构与第二移动机构连接，第二移动机构与第三移动机构连接；
9.用于输送箱体的输送模块，包括两个沿y轴方向设置的皮带输送机，两个皮带输送机之间存在间隔；在输送状态时抓取机构处于间隔内且抓取机构的上表面低于皮带输送机上表面，在抓取状态时抓取机构从间隔伸出且抓取机构的下表面高于皮带输送机上表面；
10.用于获取箱体图像的相机模块，包括设置在输送模块一端两侧的双目相机；
11.用于获取箱体尺寸数据和三维坐标的双目测量算法模块。
12.本实用新型的一种物流纸箱自动抓取运输装置，首先通过相机模块获得箱体图像
信息，然后通过双目测量算法模块，根据箱体图像信息获得箱体尺寸数据和三维坐标、距离，根据该数据信息第一、第二、第三移动机构控制抓取机构在x、y、z轴的移动至合适抓取位置，根据不同箱体尺寸数据调整抓取机构的吸取范围，进而完成对箱体的自动吸取、卸载作业。
13.相比于现有技术来说，本实用新型针对集装箱、厢式货车等空间有限的货箱中的堆叠箱体货物，可以实现准确、快速的抓取、输送，提升卸货速度，助力实现物流装卸智能化、自动化，极大的降低物流成本、提升物流运输效率。
14.作为优选，抓取机构包括至少两个沿x轴方向设置的真空吸盘组，每个真空吸盘组包括至少一个真空吸盘；第一移动机构包括吸盘支架、气动滑台，真空吸盘通过吸盘支架安装在气动滑台上。
15.作为优选，第二移动机构包括移动支架、丝杆滑台机构，移动支架为四边形框架结构，气动滑台安装在移动支架的顶部，移动支架的底部安装在丝杆滑台机构的丝杆滑块上。
16.作为优选，所述移动支架包括上支架、下支架以及两个侧支架；所述气动滑台安装在上支架上，所述下支架安装在丝杆滑块上，两个侧支架处于皮带输送机两侧。
17.作为优选，第三移动机构包括底板、安装于皮带输送机两侧的导杆气缸，所述丝杆滑台机构安装在底板中部，所述底板两端与导杆气缸相连。
18.作为优选，所述皮带输送机两侧设有侧板，所述导杆气缸安装在侧板上。
19.作为优选，所述皮带输送机两侧的侧板为相互平行设置的双层侧板，双层侧板之间留有间隙，所述移动支架的侧支架处于双层侧板的间隙内；靠近皮带输送机的侧板上设有凹槽。
20.作为优选，所述的底板为t字型，包括横板与竖板，丝杆滑台机构安装在竖板上，所述横板两端与导杆气缸相连。
21.作为优选，所述两层侧板的间隙宽度大于侧支架的厚度，所述导杆气缸的气缸座固定于两层侧板的内侧面上，导杆气缸的导杆与底板两端连接。
22.作为优选，真空吸盘组内的真空吸盘上下对称排布。
23.采用了上述技术方案的本实用新型的设计出发点、理念及有益效果是：
24.本实用新型的一种物流纸箱自动抓取运输装置，首先通过相机模块获得箱体图像信息，然后通过双目测量算法模块，根据箱体图像信息获得箱体尺寸数据和三维坐标、距离信息，根据该数据信息第一、第二、第三移动机构控制抓取机构在x、y、z轴的移动至合适抓取位置，根据不同箱体尺寸数据调整抓取机构的吸取范围，进而完成对箱体的自动吸取、卸载作业。
25.相比于现有技术来说，本实用新型针对集装箱、厢式货车等空间有限的货箱中的堆叠箱体货物，可以实现准确、快速的抓取、输送，提升卸货速度，助力实现物流装卸智能化、自动化，极大的降低物流成本、提升物流运输效率。
附图说明
26.图1为本实用新型在实施例中物流纸箱自动抓取运输装置处于抓取状态时的立体结构示意图一；
27.图2为本实用新型在实施例中物流纸箱自动抓取运输装置处于抓取状态时的立体
结构示意图二；
28.图3为本实用新型在实施例中抓取模块处于抓取状态时的立体结构示意图一；
29.图4为本实用新型在实施例中抓取模块处于抓取状态时的立体结构示意图二；
30.图5为本实用新型在实施例中物流纸箱自动抓取运输装置的抓取模块向前移动的立体结构示意图一；
31.图6为本实用新型在实施例中物流纸箱自动抓取运输装置的抓取模块向前移动的立体结构示意图二；
32.图7为本实用新型在实施例中抓取机构、第一移动机构、移动支架组合时的立体结构示意图一；
33.图8为本实用新型在实施例中抓取机构、第一移动机构、移动支架组合时的立体结构示意图二；
34.图9为本实用新型在实施例中双目定位测距软件流程图。
35.各附图标记为：真空吸盘1；吸盘支架2；气动滑台3；移动支架4；上支架41；下支架42；侧支架43；丝杆滑块5；丝杆滑台6；步进电机7；底板8；横板81；竖板82；导杆气缸9；双层侧板10；内侧板101；凹槽1011；外侧板102；间隙103；前皮带输送机11；后皮带输送机12；前电机13；后电机14；间隔1101；双目相机15。
具体实施方式
36.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
38.在本实用新型的描述中，术语“至少一个”指一个或一个以上，除非另有明确的限定。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.实施例中“x轴”、“y轴”、“z轴”的方向指的是图1中示意的方向，即“x轴”为左右方向，“y轴”为前后方向，“z轴”为上下方向。
40.本实用新型的具体实施方式如下：
41.实施例：如图1-8所示，本实用新型提供了一种物流纸箱自动抓取运输装置，包括：
42.用于自动抓取箱体的抓取模块，包括抓取机构、控制抓取机构沿x轴移动的第一移动机构、控制抓取机构沿y轴移动的第二移动机构、控制抓取机构沿z轴移动的第三移动机构；第一移动机构与第二移动机构连接，第二移动机构与第三移动机构连接。本实施例中，抓取机构包括左右设置的两个真空吸盘组，每个真空吸盘组有6个真空吸盘1。
43.第一移动机构包括左右设置的两个吸盘支架2、两个气动滑台3，每个真空吸盘组的6个真空吸盘1按照上下各3个对称排布在相应的吸盘支架2上，吸盘支架2固定安装在气动滑台3上，气动滑台3安装在第二移动机构上。本实施例选用的是mxq16a-75z型气动滑台。两个气动滑台3分别带动相应的吸盘支架2沿x轴移动，同时带动吸盘支架2上的真空吸盘1
沿x轴移动。
44.第二移动机构包括移动支架4、丝杆滑台机构，丝杆滑台机构包括丝杆滑块5、丝杆滑台6以及步进电机7；所述移动支架4为四边形框架结构，包括上支架41、下支架42以及两个侧支架43；所述气动滑台3固定安装在上支架41上，所述移动支架4的下支架42固定安装在丝杆滑块5上。丝杆滑台6安装在第三移动机构上。本实施例中驱动丝杆滑块5的步进电机7为两相5756步进电机，丝杆滑块5带动移动支架4的下支架42沿y轴移动，同时带动与移动支架4的上支架41固定的真空吸盘1沿y轴移动。
45.第三移动机构包括底板8、导杆气缸9，所述的底板8为t字型，包括横板81与竖板82，丝杆滑台机构的丝杆滑台6固定安装在竖板82上。本实施例的导杆气缸9选用mgpl25-50z薄型带导杆气缸。横板81的两端与导杆气缸9的导杆相连，导杆气缸9的气缸座固定在皮带输送机两侧。
46.用于输送箱体的输送模块，包括两个前后排布的皮带输送机，分别为前皮带输送机11、后皮带输送机12，前皮带输送机11和后皮带输送机12之间存在间隔1101；在输送状态时真空吸盘1处于间隔1101内且真空吸盘1的上表面低于前皮带输送机11、后皮带输送机12的上表面，在抓取状态时真空吸盘1从间隔1101伸出且真空吸盘1的下表面高于前皮带输送机11、后皮带输送机12的上表面；前皮带输送机11、后皮带输送机12的两侧设有相互平行的双层侧板10。双层侧板10中处于内侧的侧板称为内侧板101，处于外侧的侧板称为外侧板102；两个内侧板101在间隔1101处设有凹槽1011，内侧板101、外侧板102之间留有间隙103。移动支架4的两个侧支架43处于间隙103内，间隙103宽度大于侧支架43的厚度。在输送状态时，凹槽1011供移动支架4的上支架41下移缩回。导杆气缸9的气缸座的两侧与内侧板101和外侧板102固定。前皮带输送机11、后皮带输送机12分别由前电机13、后电机14驱动。
47.用于获取箱体图像的相机模块，包括设置在前皮带输送机11的两侧的双目相机15；采用工业ccd相机，获取图像质量较好，通过千兆网接口快速实时传输非压缩图像数据，作用是配合光源取得运动环境下无拖影的双目图像。
48.用于获取箱体尺寸数据和三维坐标的双目测量算法模块。可根据双目相机15拍摄所得双目图像获得目标箱体三维坐标、宽度、高度、与相机的距离，之后便可根据这些数据信息控制真空吸盘1运动至合适抓取位置实现精确抓取。
49.具体地说，在输送状态，即在不需要抓取、只进行运输时，真空吸盘1处于前皮带输送机11、后皮带输送机12之间的间隔1101内，且真空吸盘1的水平高度略低于前皮带输送机11、后皮带输送机12的皮带水平面，不影响货物在前皮带输送机11、后皮带输送机12上正常运输；
50.在抓取状态，即在需要抓取箱体时，由导杆气缸9驱动底板8从下往上运动至合适位置，再根据双目测量算法模块获取的三维坐标和箱体宽度信息，控制气动滑台3水平移动吸盘支架2，将真空吸盘1水平位置调整至整体宽度略小于目标箱体的宽度，可有效对目标箱体进行吸取，最后通过步进电机7驱动丝杆滑块5前后移动，丝杆滑块5带动吸盘支架2往目标箱体位置移动，乃至真空吸盘1接触目标箱体，真空吸盘1将目标箱体水平吸取到前皮带输送机11上，然后真空吸盘1收缩至前皮带输送机11、后皮带输送机12之间的间隔1101内，切换至输送状态，目标箱体即可由前皮带输送机11、后皮带输送机12完成输送。
51.更具体地说，本实用新型的物流纸箱自动抓取运输装置的工作步骤如下：
52.步骤一：通过粗定位将前皮带输送机11、后皮带输送机12移动至集装箱卸货合适位置；前皮带输送机11上设置的双目相机15的朝向箱体。
53.步骤二：双目相机15采集目标箱体实时图像传输至计算机，计算机通过算法识别目标箱体，并给堆叠目标进行标号，再通过双目测量算法，获取目标箱体三维坐标、宽度、与前皮带输送机11的距离。
54.步骤三：按照标号顺序，将前皮带输送机11、后皮带输送机12移动至粗略抓取位置。
55.步骤四：真空吸盘1按照目标箱体三维坐标精确运动至合适抓取位置，具体来说，
①
由导杆气缸9带动底板8从下往上运动至合适位置，
②
根据双目测量算法获取的目标箱体宽度信息，
③
控制真空吸盘1对应的气动滑台3调整真空吸盘1水平位置至其整体宽度略小于目标箱体，
④
通过步进电机7驱动丝杆滑块5将真空吸盘1所在吸盘支架2往目标位置移动，直至接触目标箱体，
⑤
真空吸盘1吸取目标箱体，
⑥
步进电机7驱动丝杆滑块5将真空吸盘1所在吸盘支架2往反方向位置水平移动，
⑦
真空吸盘1将目标箱体吸取到前皮带输送机11上，
⑧
真空吸盘1停止吸取，
⑨
步进电机7驱动丝杆滑块5将真空吸盘1缩回移动至前皮带输送机11、后皮带输送机12中间，
⑩
由导杆气缸9带动底板8从上往下运动，将整个真空吸盘1所在结构移动至初始收缩位置，目标箱体即可由前皮带输送机11、后皮带输送机12完成输送。
56.图9为双目测量算法模块的双目定位测距软件流程图，具体来说：打开双目相机15以后，对实时采集的左右相机图像进行一系列图像处理：中值滤波、直方图均衡化、灰度化、图像畸变校正，之后基于sgbm算法匹配左右图像对应的点，以计算视差值，再根据视差值可通过公式计算得出当前像素坐标的x，y值，并根据像素坐标值通过坐标系转换公式得到实际三维坐标xyz、目标箱体尺寸信息与相机距离；皮带输送机根据机器人手眼标定法可确定机械末端执行器与相机坐标系之间的相对位姿，之后通过自身坐标系与目标三维坐标的转换，即可根据目标三维坐标值实现抓取。