一种基于机器视觉的柔性拆垛码垛机器人系统的制作方法

本实用新型属于拆垛码垛机器人领域，具体涉及一种基于机器视觉的柔性拆垛码垛机器人系统。

背景技术：

随着自动化程度的逐步提高，智能物流领域得到迅速发展，仓库、工厂车间、港口、码头等许多场所的货物装卸工作越来越多，急需智能化程度高、柔性好的拆垛码垛机器人来取代人工码垛和传统的机器人码垛。目前人工码垛工作主要依靠人工或叉车来完成，但是该方式存在劳动强度量大、码垛不整齐、对拆垛货物及垛型要求高、货物损伤率高等缺点，大大降低了拆垛码垛效率。传统的拆垛码垛机器人对垛盘位置精度要求高、对垛型及货物规格适应性差，甚至出现严重的破包或货物损坏现象，造成极大的经济损失。因此，研发一种智能化程度高、柔性好(适应不同规格、不同垛型形状及垛盘位置)、工作效率高的拆垛码垛机器人具有重要的工程应用价值。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种智能化程度高、适应不同规格、不同垛型形状及垛盘位置、柔性好、工作效率高的基于机器视觉的柔性拆垛码垛机器人系统。

本实用新型是通过下述技术方案来实现的。

本实用新型的一种基于机器视觉的柔性拆垛码垛机器人系统，包括拆垛码垛机器人单元Ⅰ、拆垛码垛整形及运输单元Ⅱ、机器视觉检测单元Ⅲ和系统控制及防护单元Ⅳ，所述拆垛码垛机器人单元Ⅰ位于系统中部；所述拆垛码垛整形及运输单元Ⅱ包括拆垛、码垛机构和整形机构，拆垛、码垛机构位于拆垛码垛机器人单元Ⅰ两侧，整形机构位于拆垛码垛机器人单元Ⅰ前部；在整形机构前方和拆垛码垛机器人单元Ⅰ后面的支架上设有机器视觉检测单元Ⅲ；还包括设在系统中的系统控制及防护单元Ⅳ，系统控制及防护单元Ⅳ与拆垛码垛机器人单元Ⅰ、拆垛码垛整形及运输单元Ⅱ和机器视觉检测单元Ⅲ连接；通过系统控制及防护单元Ⅳ获取机器视觉检测单元Ⅲ监测系统得到货物的实时信息，控制所述拆垛码垛整形及运输单元Ⅱ和拆垛码垛机器人单元Ⅰ实施货物的码垛和拆垛。

优选的，所述拆垛码垛机器人单元Ⅰ包括固定在机器人底座上的机器人支撑座，机器人支撑座上铰接两段相互铰接的机械臂Ⅰ、机械臂Ⅱ，机械臂Ⅱ的末端安装有抓吸复合机械手；所述机械臂Ⅰ、Ⅱ可相对于机器人支撑座360°旋转，且六自由度运动。

优选的，所述抓吸复合机械手具有吸盘吸起和抓手抱合机构。

优选的，所述整形机构包括整形架和与其相邻的输送带，整形架上设有一排滚筒，货物可在整形架的滚筒上移动并输送至输送带上。

优选的，所述拆垛、码垛机构包括设于拆垛码垛机器人单元Ⅰ一侧的托盘Ⅰ和放置其上的码垛物品，还包括设于拆垛码垛机器人单元Ⅰ另一侧的托盘Ⅱ和放置于其上的拆垛物品。

优选的，所述机器视觉检测单元Ⅲ包括设于拆垛码垛整形及运输单元Ⅱ整形机构前端的精定位单目相机和二维码扫描器，精定位单目相机和二维码扫描器获取整形机构在整形架的滚动的货物的位置和数量信息。

优选的，所述机器视觉检测单元Ⅲ还包括用于获取托盘上的码垛、拆垛物品的码放位置信息的精定位双目相机，所述精定位双目相机分别设在双目相机支架上。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1.通过拆垛码垛机器人单元、拆垛码垛整形及运输单元、机器视觉检测单元和系统控制及防护单元，实现了拆垛码垛机器人的无人化、自动化工作，大大提高了生产效率，运用机器视觉技术，使拆垛码垛机器人操作简单、快速、可靠。

2.通过拆垛码垛机器人单元有效提高了拆垛码垛机器人的柔性，拆垛码垛机器人的抓吸复合机械手同时具有吸盘吸起和抓手抱合两种工作模式，能够对不同规格、不同形状的货物进行高效率的码垛拆垛操作。

3.通过精定位双目相机能够准确定位拆跺物品和码垛物品的空间三维位置并能够快速识别不同垛型，通过视觉引导技术使抓吸复合机械手能够对不同规格、不同形状、不同垛盘位置的垛型进行高效率作业，表现为码垛整齐、拆跺有序，且破包及货物损坏率低。

4.通过精定位单目相机和二维码扫描器实现了货物的自动检测和条码自动识别功能，有利于抓吸复合机械手的抓取，同时能够快速获取货物信息和记录搬运数量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为本实用新型拆垛码垛机器人单元结构示意图；

图2为本实用新型拆垛码垛机器人整体轴侧结构示意图；

图3为本实用新型拆垛码垛机器人整体俯视结构示意图；

图4为本实用新型拆垛码垛机器人整体控制系统单元示意图。

图中：1、机器人底座；2、机器人支撑座；3、机械臂Ⅰ；4、机械臂Ⅱ；5、抓吸复合机械手；6、托盘Ⅰ；7、码垛物品；8、托盘Ⅱ；9、拆垛物品；10、输送带；11、整形架；12、货物；13、滚筒；14、扫描器及相机支架；15、精定位单目相机；16、二维码扫描器；17、双目相机支架Ⅰ；18、精定位双目相机Ⅰ；19、双目相机支架Ⅱ；20、精定位双目相机Ⅱ；21、电控柜外壳；22、防护栏。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

图1～图4示出了本实用新型一种基于机器视觉的柔性拆垛码垛机器人系统示意图，其中如图2所示，基于机器视觉的柔性拆垛码垛机器人系统包括：拆垛码垛机器人单元Ⅰ、拆垛码垛整形及运输单元Ⅲ、机器视觉检测单元Ⅱ和系统控制及防护单元Ⅳ。其中，拆垛码垛机器人单元Ⅰ位于系统中部；拆垛码垛整形及运输单元Ⅱ包括拆垛、码垛机构和整形机构，拆垛、码垛机构位于拆垛码垛机器人单元Ⅰ两侧，整形机构位于拆垛码垛机器人单元Ⅰ前部；在整形机构前方和拆垛码垛机器人单元Ⅰ后面的支架上设有机器视觉检测单元Ⅲ；还包括设在系统中的系统控制及防护单元Ⅳ，系统控制及防护单元Ⅳ与拆垛码垛机器人单元Ⅰ、拆垛码垛整形及运输单元Ⅱ和机器视觉检测单元Ⅲ连接。拆垛码垛机器人单元Ⅰ用于对不同规格、不同形状的货物进行码垛拆垛操作。拆垛码垛整形及运输单元Ⅱ用于将货物整形和传输，并移动至视觉检测工位。机器视觉检测单元Ⅲ通过精定位单目相机和二维码扫描器对货物自动检测和条码自动识别，准确迅速获取货物的位置信息；通过精定位双目相机准确定位码垛物品和拆跺物品的三维空间位置，快速识别不同规格、形状、垛盘位置和垛型，通过系统控制及防护单元Ⅳ控制拆垛码垛机器人单元Ⅰ进行作业。系统控制及防护单元Ⅳ获取机器视觉检测单元Ⅲ的货物的位置和垛型信息，控制拆垛码垛机器人单元Ⅰ对不同规格、形状的货物归类码垛、拆垛。通过系统控制及防护单元Ⅳ获取机器视觉检测单元Ⅲ监测得到系统货物的实时信息，控制拆垛码垛整形及运输单元Ⅱ和拆垛码垛机器人单元Ⅰ实施货物归类码垛和拆垛。

如图1所示，拆垛码垛机器人单元Ⅰ包括：机器人底座1、机器人支撑座2、机械臂Ⅰ3、机械臂Ⅱ4、抓吸复合机械手5，其中机器人底座1通过膨胀螺栓固定安装在地面，机器人支撑座2通过螺栓固定安装在机器人底座1上，机械臂Ⅰ3与机器人支撑座2铰接，机械臂Ⅰ3以机器人支撑座2为圆心，可实现360°旋转，机械臂Ⅱ4与机械臂Ⅰ3铰接，机械臂Ⅱ4可在机器人支撑座2为圆心，以机械臂Ⅰ3与机械臂Ⅱ4总长为半径的圆形区域内运动，抓吸复合机械手5安装在机械臂Ⅱ4的末端，抓吸复合机械手5具有吸盘吸起和抓手抱合机构。抓吸复合机械手5同时具有吸盘吸起和抓手抱合两种工作模式，能够对不同规格、不同形状的货物进行高效率的码垛拆垛操作。

如图2所示，拆垛码垛整形及运输单元Ⅱ包括拆垛、码垛机构和整形机构，拆垛、码垛机构位于拆垛码垛机器人单元Ⅰ两侧，整形机构位于拆垛码垛机器人单元Ⅰ前端。整形机构包括整形架11和与其相邻的输送带10，输送带10与地面固定安装在机器人左前方的送料工位，整形架11与地面固定安装在机器人正前方的货物整形工位并和输送带10紧邻，整形架11上设有一排滚筒13，货物12可在整形架11的滚筒13上移动并输送至输送带10上。货物12从送料口送入传送带10，经过传送带10的传输到达整形工位，货物12通过整形然后在整形架11的滚筒13上移动至视觉检测工位。

拆垛、码垛机构包括设于拆垛码垛机器人单元Ⅰ一侧的托盘Ⅰ6和放置其上的码垛物品7，还包括设于拆垛码垛机器人单元Ⅰ另一侧的托盘Ⅱ8和放置于其上的拆垛物品9。其中托盘Ⅰ6放置在机器人右侧的码垛托盘工位，码垛物品7放置在托盘Ⅰ6上，托盘Ⅱ8放置在机器人左侧的拆垛托盘工位，拆垛物品9放置在托盘Ⅱ8上。

如图2结合图3所示，机器视觉检测单元Ⅲ包括：扫描器及相机支架14、精定位单目相机15、二维码扫描器16、双目相机支架Ⅰ17、精定位双目相机Ⅰ18、双目相机支架Ⅱ19和精定位双目相机Ⅱ20。

包括设于拆垛码垛整形及运输单元Ⅱ整形机构前端的精定位单目相机15和二维码扫描器16，精定位单目相机15和二维码扫描器16获取所述整形机构在整形架11的滚动的货物12的位置和数量信息。还包括设于拆垛码垛机器人单元Ⅰ后方两侧的双目相机支架上的精定位双目相机Ⅰ18、Ⅱ20，精定位双目相机获取所述托盘上的码垛、拆垛物品的码放位置信息。

其中扫描器及相机支架14与地面固定安装在机器人右前方的定位抓取工位，精定位单目相机15和二维码扫描器16通过螺栓固定安装在扫描器及相机支架14上；通过精定位单目相机15和二维码扫描器16实现了货物12是否到达整形工位的自动检测和货物条码自动识别功能，通过对货物12的视觉识别、定位和扫描，能够准确迅速的获取货物12的位置信息有利于抓吸复合机械手5的抓取；同时能够快速获取货物12信息和记录搬运数量。双目相机支架Ⅰ17与地面固定安装在码垛托盘工位的后方，精定位双目相机Ⅰ18通过螺栓固定安装在双目相机支架Ⅰ17上，双目相机支架Ⅱ19与地面固定安装在拆垛托盘工位的后方，精定位双目相机Ⅱ20通过螺栓固定安装在双目相机支架Ⅱ19上，通过精定位双目相机Ⅰ18和精定位双目相机Ⅱ20能够准确定位码垛物品和拆跺物品的空间三维位置并能够快速识别不同规格、不同形状、不同垛盘位置的垛型，通过视觉引导技术使抓吸复合机械手5能够对不同规格、不同形状、不同垛盘位置的垛型进行高效率作业。

如图4结合图2所示，控制系统及防护单元Ⅳ包括：电控柜外壳21、工控机、工控机和分别连接的机械手控制单元、机械臂云动控制单元、精定位双目相机视觉控制单元、精定位单目相机视觉控制单元、二维码扫描控制单元和防护栏22。其中控制系统由高性能工控机组成，工控机安装在电控柜外壳21内部，工控机通过以太网接口与机械臂运动控制单元和机械手控制单元通信，通过串口与二维码扫描控制单元通信，通过千兆以太网与精定位单目相机视觉控制单元和精定位双目相机视觉控制单元通信，机器人码垛拆跺工位以及整形工位的周边安装防护栏22，防护栏22可有效起到警示、防护和隔离工作区的作用。精定位单目相机视觉控制单元在检测到货物12到达视觉检测工位后，向工控机发送精定位单目相机检测指令定位货物12的准确位置以及识别货物条码，随后工控机22通过机械臂运动控制单元和机械手控制单元控制抓吸复合机械手5抓取货物，此时精定位双目相机视觉控制单元启动，最后抓吸复合机械手5将货物12放到托盘Ⅰ6上。

本实用新型基于机器视觉的柔性拆垛码垛机器人拆垛码垛过程如下：

1)视觉检测单元Ⅲ的精定位单目相机15和二维码扫描器16检测货物12和条码，获取货物在整形架11的滚动位置和数量信息；精定位单目相机15检测到货物12到位后，将到位信号通过系统控制及防护单元Ⅳ上位机发送给码垛机器人I/O端口；

2)同时精定位双目相机Ⅰ18、Ⅱ20检测托盘Ⅰ6的摆放位置，将位置坐标通过系统控制及防护单元Ⅳ发送给拆垛码垛机器人单元Ⅰ千兆网通讯端口；抓吸复合机械手5抓取货物12后通过托盘Ⅰ6位置补偿码放到正确位置，完成码垛操作；

3)整形架11上输送带10通过光电传感器检测到货物12来料后，启动整形架11对软包货物进行振动整平，并将货物12运送至视觉检测工位；

4)精定位双目相机Ⅰ18检测托盘Ⅰ6上码垛物品7的垛型后，进行识别定位，将坐标信息通过系统控制及防护单元Ⅳ上位机发送给拆垛码垛机器人单元Ⅰ千兆网通讯端口，系统控制及防护单元Ⅳ引导抓吸复合机械手5抓取码垛物品7；

5)同时精定位双目相机Ⅱ20检测托盘Ⅱ8的摆放位置，并通过系统控制及防护单元Ⅳ发送给拆垛码垛机器人单元Ⅰ千兆网通讯端口，引导抓吸复合机械手5将码垛物品7码放到托盘Ⅱ8上新的码放位置，完成拆垛操作。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。