一种具有矩形支脚的物料承载装置的定位方法及系统与流程

1.本发明涉及物流搬运技术领域，尤其涉及一种具有矩形支脚的物料承载装置的定位方法及系统。


背景技术：

2.无人化车间和智能制造工厂的物流搬运作业，一般都采用agv自主机器人顶载物料承载装置的方式进行，这里的物料承载装置可以是物料框。现有的agv导航、定位技术已经相当成熟并得以广泛应用。但是，物流搬运作业过程，作为制造企业和agv的用户，关注的是物料框的定位精度。目前的技术方案是，首先采用“视觉或机械插销的方式将物料框在agv车体上进行定位”，随后采用“视觉技术引导、驱动agv车体相对于作业环境进行定位”。这两次定位的复合虽然理论上可以满足物料框的定位技术需求，但这种技术方案的前一种技术措施，在实际应用中会产生一些问题：(1)视觉方式将物料框在agv车体上进行定位，无疑技术先进、硬件构造简单，但视觉定位误差相对于机械制造要求仍然过低，而且造价较高；(2)机械插销方式将物料框在agv车体上进行定位，从硬件结构上保证了物料框相对于agv车体的定位精度，但使用过程的磨损会破坏原有的精度，而且物料框下底面增加插销接口，也破坏了物料框底部的物料摆放功能；(3)这两种定位方法的复合，必然存在定位误差的累积，所以最终的物料框定位误差较大，对于精度要求较高应用场景不适合。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有矩形支脚的物料承载装置的定位方法，预先配置一搬运设备，所述搬运设备上设有一顶升机构和至少一图像采集装置，所述顶升机构用于承载具有若干矩形支脚的一物料承载装置；预先于一目标区域设置与各所述矩形支脚相对应的定位标记；
4.则所述定位方法包括：
5.步骤s1，所述搬运设备控制所述顶升机构上升以顶起所述物料承载装置并搬运至所述目标区域后，控制所述顶升机构下降以将所述物料承载装置放置于所述目标区域；
6.步骤s2，所述搬运设备带动所述图像采集装置旋转以拍摄得到至少一定位图像，所述定位图像包含所述矩形支脚一第一条边和对应的所述定位标记的一第二条边，所述第一条边和所述第二条边相对应且完整；
7.步骤s3，对所述定位图像进行处理得到所述矩形支脚相对所述定位标记的一横向误差值、一纵向误差值和一转角误差值，并根据所述横向误差值、所述纵向误差值和所述转角误差值处理得到一定位信号；
8.步骤s4，所述搬运设备根据所述定位信号控制所述顶升机构上升以顶起所述物料承载装置并对所述物料承载装置进行位置修正，使得所述物料承载装置的各所述矩形支脚与对应的所述定位标记重合，实现精准定位。
9.优选的，预先获取所述矩形支脚的横截面的实际边长；
10.则所述步骤s3包括：
11.步骤s31，于所述定位图像上建立像素坐标系，并分别获取所述第二条边的一第一顶点的一第一像素坐标和一第二顶点的一第二像素坐标，以及所述第一条边的一第三顶点的一第三像素坐标和一第四顶点的一第四像素坐标；
12.步骤s32，根据所述第一条边和所述第二条边对应的所述矩形支脚的所述实际边长、所述第一像素坐标、所述第二像素坐标、所述第三像素坐标和所述第四像素坐标分别处理得到所述横向误差值、所述纵向误差值和所述转角误差值，并根据所述横向误差值、所述纵向误差值和所述转角误差值处理得到所述定位信号。
13.优选的，所述步骤s32中，所述第一顶点与所述第四顶点相对应，所述第二顶点与所述第三顶点相对应；则所述横向误差值的计算公式如下：
[0014][0015]
其中，δx用于表示所述横向误差值；x1用于表示所述第一像素坐标的横坐标值；x2用于表示所述第二像素坐标的横坐标值；x3用于表示所述第三像素坐标的横坐标值；y1用于表示所述第一像素坐标的纵坐标值；y2用于表示所述第二像素坐标的纵坐标值；l用于表示所述实际边长。
[0016]
优选的，所述第一顶点与所述第四顶点相对应，所述第二顶点与所述第三顶点相对应；则所述纵向误差值的计算公式如下：
[0017][0018]
其中，δy用于表示所述纵向误差值；x1用于表示所述第一像素坐标的横坐标值；x2用于表示所述第二像素坐标的横坐标值；y1用于表示所述第一像素坐标的纵坐标值；y2用于表示所述第二像素坐标的纵坐标值；y3用于表示所述第三像素坐标的纵坐标值；l用于表示所述实际边长。
[0019]
优选的，所述第一顶点与所述第四顶点相对应，所述第二顶点与所述第三顶点相对应；则所述转角误差值的计算公式如下：
[0020][0021]
其中，θ用于表示所述转角误差值；x3用于表示所述第三像素坐标的横坐标值；x4用于表示所述第四像素坐标的横坐标值；y3用于表示所述第三像素坐标的纵坐标值；y4用于表示所述第四像素坐标的纵坐标值。
[0022]
本发明还提供一种具有矩形支脚的物料承载装置的定位系统，应用于上述的定位方法，预先于一目标区域设置与各所述矩形支脚相对应的定位标记；所述定位系统包括：
[0023]
搬运设备，所述搬运设备上设有一顶升机构和至少一图像采集装置，所述顶升机构用于承载具有若干矩形支脚的一物料承载装置；
[0024]
控制模块，连接所述搬运设备，所述控制模块包括：
[0025]
第一控制单元，用于生成一搬运信号，所述搬运设备根据所述搬运信号控制所述顶升机构上升以顶起所述物料承载装置并搬运至所述目标区域后，控制所述顶升机构下降
以将所述物料承载装置放置于所述目标区域；
[0026]
第二控制单元，用于在将所述物料承载装置放置于所述目标区域后控制所述搬运设备带动所述图像采集装置旋转以拍摄得到至少一定位图像，所述定位图像包含所述矩形支脚一第一条边和对应的所述定位标记的一第二条边，所述第一条边和所述第二条边相对应且完整；
[0027]
图像处理单元，连接所述图像采集装置，用于对所述定位图像进行处理得到所述矩形支脚相对所述定位标记的一横向误差值、一纵向误差值和一转角误差值，并根据所述横向误差值、所述纵向误差值和所述转角误差值处理得到一定位信号；
[0028]
所述搬运设备根据所述定位信号控制所述顶升机构上升以顶起所述物料承载装置并对所述物料承载装置进行位置修正，使得所述物料承载装置的各所述矩形支脚与对应的所述定位标记重合，实现精准定位。
[0029]
优选的，所述图像处理单元包括：
[0030]
存储子单元，用于保存预先获取的所述矩形支脚的横截面的实际边长；
[0031]
第一处理子单元，用于在所述定位图像上建立像素坐标系，并分别获取所述第二条边的一第一顶点的一第一像素坐标和一第二顶点的一第二像素坐标，以及所述第一条边的一第三顶点的一第三像素坐标和一第四顶点的一第四像素坐标；
[0032]
第二处理子单元，分别连接所述存储子单元和所述第一处理子单元，用于根据所述第一条边和所述第二条边对应的所述矩形支脚的所述实际边长、所述第一像素坐标、所述第二像素坐标、所述第三像素坐标和所述第四像素坐标分别处理得到所述横向误差值、所述纵向误差值和所述转角误差值，并根据所述横向误差值、所述纵向误差值和所述转角误差值处理得到所述定位信号。
[0033]
优选的，所述第一顶点与所述第四顶点相对应，所述第二顶点与所述第三顶点相对应；则所述横向误差值的计算公式如下：
[0034][0035]
其中，δx用于表示所述横向误差值；x1用于表示所述第一像素坐标的横坐标值；x2用于表示所述第二像素坐标的横坐标值；x3用于表示所述第三像素坐标的横坐标值；y1用于表示所述第一像素坐标的纵坐标值；y2用于表示所述第二像素坐标的纵坐标值；l用于表示所述实际边长。
[0036]
优选的，所述第一顶点与所述第四顶点相对应，所述第二顶点与所述第三顶点相对应；则所述纵向误差值的计算公式如下：
[0037][0038]
其中，δy用于表示所述纵向误差值；x1用于表示所述第一像素坐标的横坐标值；x2用于表示所述第二像素坐标的横坐标值；y1用于表示所述第一像素坐标的纵坐标值；y2用于表示所述第二像素坐标的纵坐标值；y3用于表示所述第三像素坐标的纵坐标值；l用于表示所述实际边长。
[0039]
优选的，所述第一顶点与所述第四顶点相对应，所述第二顶点与所述第三顶点相
对应；则所述转角误差值的计算公式如下：
[0040][0041]
其中，θ用于表示所述转角误差值；x3用于表示所述第三像素坐标的横坐标值；x4用于表示所述第四像素坐标的横坐标值；y3用于表示所述第三像素坐标的纵坐标值；y4用于表示所述第四像素坐标的纵坐标值。
[0042]
上述技术方案具有如下优点或有益效果：直接采用搬运设备原有的车载视觉硬件进行定位图像的拍摄和处理，进而驱动搬运设备进行位置修正，实现物料承载装置的精准定位，一方面无需增加硬件，降低成本，另一方面通过直接测量物料承载装置与作业环境中的定位标记之间的定位误差，从根本上避免了各种间接定位导致的误差累计，定位精准度高。
附图说明
[0043]
图1为本发明的较佳的实施例中，搬运设备和物料承载装置的结构示意图；
[0044]
图2为本发明的较佳的实施例中，各矩形支脚的当前位置与对应的定位标记之间的位置关系示意图；
[0045]
图3为本发明的较佳的实施例中，拍摄得到的定位图像中矩形支脚与定位标记的示意图；
[0046]
图4为本发明的较佳的实施例中，一种具有矩形支脚的物料承载装置的定位方法的流程示意图；
[0047]
图5为本发明的较佳的实施例中，对定位图像进行处理的流程示意图；
[0048]
图6为本发明的较佳的实施例中，一种具有矩形支脚的物料承载装置的定位系统的结构示意图。
具体实施方式
[0049]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。
[0050]
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种具有矩形支脚的物料承载装置的定位方法，如图1至图3所示，预先配置一搬运设备1，搬运设备1上设有一顶升机构11和至少一图像采集装置12，顶升机构11用于承载具有若干矩形支脚21的一物料承载装置2；预先于一目标区域设置与各矩形支脚21相对应的定位标记3；
[0051]
如图4所示，则定位方法包括：
[0052]
步骤s1，搬运设备控制顶升机构上升以顶起物料承载装置并搬运至目标区域后，控制顶升机构下降以将物料承载装置放置于目标区域；
[0053]
步骤s2，搬运设备带动图像采集装置旋转以拍摄得到至少一定位图像，定位图像包含矩形支脚一第一条边和对应的定位标记的一第二条边，第一条边和第二条边相对应且完整；
[0054]
步骤s3，对定位图像进行处理得到矩形支脚相对定位标记的一横向误差值、一纵向误差值和一转角误差值，并根据横向误差值、纵向误差值和转角误差值处理得到一定位
信号；
[0055]
步骤s4，搬运设备根据定位信号控制顶升机构上升以顶起物料承载装置并对物料承载装置进行位置修正，使得物料承载装置的各矩形支脚与对应的定位标记重合，实现精准定位。
[0056]
具体地，本实施例中，上述物料承载装置2包括但不限于物料框，其对应的矩形支脚21的数量不限，以下以主流的具有四个矩形支脚21的物料框为例对本技术方案的定位方法进行说明，具有其他矩形支脚数量的物料框的定位方法以此类推。
[0057]
作为优选，上述搬运设备1可以是自主导航搬运机器人，该自主导航搬运机器人上设有车载视觉硬件，包括至少一图像采集装置12以及连接图像采集装置12的控制模块4，该控制模块4可以集成于搬运设备1上，也可以通过外部的一上位机实现。
[0058]
上述定位标记3可以是油漆框，通过在目标区域喷涂与矩形支脚21和作业环境有明显的色彩和亮度区别的油漆实现，该定位标记3可以是矩形支脚21与作业环境的表面，如地面，相交的边界线围合形成。
[0059]
在需要将物料承载装置2运输至目标区域时，此时，搬运设备1控制顶升机构11上升以顶起物料承载装置2，使得物料承载装置2的矩形支脚21离地，以便搬运设备1将物料承载装置2搬运至目标区域。预先在目标区域通过设置与物料承载装置2的矩形支脚21相对应的定位标记3，通过定位标记3确定物料承载装置2的目标位置，理想状态下，搬运设备1能够将物料承载装置2准确运输至目标位置，但实际搬运过程中可能会由于各种因素导致定位误差，使得物料承载装置2能够运输至目标区域，但与实际的目标位置存在一定偏差，如图2所示，为其他工序的有序进行带来不便。本实施例中，首先利用搬运设备1自身的导航方式将物料承载装置2运输至目标区域，随后控制顶升机构11下降，此时物料承载装置2放置于目标区域，通过拍摄得到相应的定位图像表征当前放置位置与目标位置之间的偏差，从而通过对定位图像进行处理得到相应的横向误差值、纵向误差值和转角误差值，进而基于该横向误差值、纵向误差值和转向误差值生成相应的定位信号，以控制搬运装置1进行偏差调整，最终使得物料承载装置2的所有矩形支脚均落入对应的定位标记3的限定范围内。优选的，定位标记3与矩形支脚21的位置的数量相对应，更为优选的，定位标记3呈矩形，并与矩形支脚21的横截面重合。
[0060]
进一步地，上述定位图像需要同时包含矩形支脚21和定位标记3对应的完整的边，如图3所示，以便后续对定位图像进行处理。在各矩形支脚21和对应的定位标记3之间的位置关系呈如图2中所示时，图像采集装置12由各矩形支脚21和对应的定位标记3围合区域的中间位置进行拍摄，可以看出，在对如图2中的第一排中的两组矩形支脚21和对应的定位标记3进行图像拍摄时，能够得到包含相应完整的边的定位图像，而在对如图2中的第二排中的两组矩形支脚21和对应的定位标记3进行图像拍摄时相应的边均存在遮挡，不满足条件。其中，可以通过控制图像采集装置旋转进行图像拍摄，由于在进行图像处理时只需要一张包含相应完整的边的定位图像即可，因此，本实施例中，可以控制图像采集装置旋转一周经定位图像的拍摄，以矩形支脚21为四个为例，则至少拍摄得到四张定位图像，每张定位图像分别包含一个矩形支脚和对应的定位标记，在获取四张定位图像后，可以通过图像识别的方式由四张定位图像中任选一张满足条件的图像即可。也可以控制图像采集装置旋转，每拍摄一张定位图像实时上传进行图像识别，若该定位图像已经满足条件，则无需再进行后
续图像拍摄。
[0061]
综上，可以看出，本技术方案直接采用搬运设备原有的车载视觉硬件进行定位图像的拍摄和处理，进而驱动搬运设备进行位置修正，实现物料承载装置的精准定位，一方面无需增加硬件，降低成本，另一方面通过直接测量物料承载装置与作业环境中的定位标记之间的定位误差，从根本上避免了各种间接定位导致的误差累计，定位精准度高。
[0062]
本发明的较佳的实施例中，预先获取矩形支脚的横截面的实际边长；
[0063]
如图5所示，则步骤s3包括：
[0064]
步骤s31，于定位图像上建立像素坐标系，并分别获取第二条边的一第一顶点的一第一像素坐标和一第二顶点的一第二像素坐标，以及第一条边的一第三顶点的一第三像素坐标和一第四顶点的一第四像素坐标；
[0065]
步骤s32，根据第一条边和第二条边对应的矩形支脚的实际边长、第一像素坐标、第二像素坐标、第三像素坐标和第四像素坐标分别处理得到横向误差值、纵向误差值和转角误差值，并根据横向误差值、纵向误差值和转角误差值处理得到定位信号。
[0066]
具体地，本实施例中，如图3所示，定位图像包含矩形支脚21的第一条边211和对应的定位标记3的第二条边31，第一条边211和第二条边31相对应且完整，随后获取第二条边31的第一顶点p1的第一像素坐标(x1,y1)、第二顶点p2的第二像素坐标(x2,y2)，以及第一条边211的第三顶点p3的第三像素坐标(x3,y3)、第四顶点p4的第三像素坐标(x4,y4)，随后根据第一条边211的实际边长以及各像素坐标进行获取横向误差值、纵向误差值和转角误差值，用以表征矩形支脚21与定位标记3之间的位置偏差。
[0067]
本发明的较佳的实施例中，步骤s32中，第一顶点与第四顶点相对应，第二顶点与第三顶点相对应；则横向误差值的计算公式如下：
[0068][0069]
其中，δx用于表示横向误差值；x1用于表示第一像素坐标的横坐标值；x2用于表示第二像素坐标的横坐标值；x3用于表示第三像素坐标的横坐标值；y1用于表示第一像素坐标的纵坐标值；y2用于表示第二像素坐标的纵坐标值；l用于表示实际边长。
[0070]
本发明的较佳的实施例中，第一顶点与第四顶点相对应，第二顶点与第三顶点相对应；则纵向误差值的计算公式如下：
[0071][0072]
其中，δy用于表示纵向误差值；x1用于表示第一像素坐标的横坐标值；x2用于表示第二像素坐标的横坐标值；y1用于表示第一像素坐标的纵坐标值；y2用于表示第二像素坐标的纵坐标值；y3用于表示第三像素坐标的纵坐标值；l用于表示实际边长。
[0073]
本发明的较佳的实施例中，第一顶点与第四顶点相对应，第二顶点与第三顶点相对应；则转角误差值的计算公式如下：
[0074][0075]
其中，θ用于表示转角误差值；x3用于表示第三像素坐标的横坐标值；x4用于表示第
四像素坐标的横坐标值；y3用于表示第三像素坐标的纵坐标值；y4用于表示第四像素坐标的纵坐标值。
[0076]
本发明还提供一种具有矩形支脚的物料承载装置的定位系统，应用于上述的定位方法，如图2所示，预先于一目标区域设置与各矩形支脚21相对应的定位标记3；如图1至图3和图6所示，定位系统包括：
[0077]
搬运设备1，搬运设备1上设有一顶升机构11和至少一图像采集装置12，顶升机构11用于承载具有若干矩形支脚21的一物料承载装置2；
[0078]
控制模块4，连接搬运设备1，控制模块4包括：
[0079]
第一控制单元41，用于生成一搬运信号，搬运设备1根据搬运信号控制顶升机构11上升以顶起物料承载装置2并搬运至目标区域后，控制顶升机构11下降以将物料承载装置2放置于目标区域；
[0080]
第二控制单元42，用于在将物料承载装置2放置于目标区域后控制搬运设备1带动图像采集装置12旋转以拍摄得到至少一定位图像，定位图像包含矩形支脚21一第一条边和对应的定位标记3的一第二条边，第一条边和第二条边相对应且完整；
[0081]
图像处理单元43，连接图像采集装置12，用于对定位图像进行处理得到矩形支脚21相对定位标记3的一横向误差值、一纵向误差值和一转角误差值，并根据横向误差值、纵向误差值和转角误差值处理得到一定位信号；
[0082]
搬运设备1根据定位信号控制顶升机构11上升以顶起物料承载装置2并对物料承载装置2进行位置修正，使得物料承载装置2的各矩形支脚21与对应的定位标记3重合，实现精准定位。
[0083]
本发明的较佳的实施例中，图像处理单元43包括：
[0084]
存储子单元431，用于保存预先获取的矩形支脚的横截面的实际边长；
[0085]
第一处理子单元432，用于在定位图像上建立像素坐标系，并分别获取第二条边的一第一顶点的一第一像素坐标和一第二顶点的一第二像素坐标，以及第一条边的一第三顶点的一第三像素坐标和一第四顶点的一第四像素坐标；
[0086]
第二处理子单元433，分别连接存储子单元431和第一处理子单元432，用于根据第一条边和第二条边对应的矩形支脚的实际边长、第一像素坐标、第二像素坐标、第三像素坐标和第四像素坐标分别处理得到横向误差值、纵向误差值和转角误差值，并根据横向误差值、纵向误差值和转角误差值处理得到定位信号。
[0087]
本发明的较佳的实施例中，第一顶点与第四顶点相对应，第二顶点与第三顶点相对应；则横向误差值的计算公式如下：
[0088][0089]
其中，δx用于表示横向误差值；x1用于表示第一像素坐标的横坐标值；x2用于表示第二像素坐标的横坐标值；x3用于表示第三像素坐标的横坐标值；y1用于表示第一像素坐标的纵坐标值；y2用于表示第二像素坐标的纵坐标值；l用于表示实际边长。
[0090]
本发明的较佳的实施例中，第一顶点与第四顶点相对应，第二顶点与第三顶点相对应；则纵向误差值的计算公式如下：
[0091][0092]
其中，δy用于表示纵向误差值；x1用于表示第一像素坐标的横坐标值；x2用于表示第二像素坐标的横坐标值；y1用于表示第一像素坐标的纵坐标值；y2用于表示第二像素坐标的纵坐标值；y3用于表示第三像素坐标的纵坐标值；l用于表示实际边长。
[0093]
本发明的较佳的实施例中，第一顶点与第四顶点相对应，第二顶点与第三顶点相对应；则转角误差值的计算公式如下：
[0094][0095]
其中，θ用于表示转角误差值；x3用于表示第三像素坐标的横坐标值；x4用于表示第四像素坐标的横坐标值；y3用于表示第三像素坐标的纵坐标值；y4用于表示第四像素坐标的纵坐标值。
[0096]
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。