组料垛位自动检测方法与流程

本发明涉及搬运机器人领域，特别涉及组料垛位自动检测方法，即组料相对于搬运机器人基坐标系的位置标定。

背景技术：

在机器人技术领域，可将视觉(CCD相机或者COMS相机)传感器安装在机械人末端执行机构上，用来测量组料的空间位置、形状等三维或二维信息用于获取组料的位置、形状、空间分布等信息。当将视觉传感器用于组料的信息检测时，需要进行摄像机标定、图像采集、特征提取、立体匹配、3D信息恢复、后处理等过程，会耗时很多并需要专用的摄像机、图像采集卡、高速运算模块和CPU模块等或集成一体的智能工业相机，针对不同的组料都需要重新标定，光照条件引入的误差也不可忽视。同时，当组料尺寸较大时，可能由于图像失真、像素分辨低等原因，影响最终的测量精度。

中国专利CN201420343094公开了一种车身外覆盖件视觉检测自动定位装置，整个装置中用到了4个摄像机，通过此种视觉检测方式，能够得到较为全面的组料信息，适用范围比较广泛。但针对一些特定情况，例如只需测定少量参数时，这种检测方式成本高、整个过程耗时长，如针对不同尺寸的组料需要重新标定。

中国专利CN201310678018公开了一种基于SURF算法进行定位的方法及机器人，提供了一种采用SURF作为单目视觉SLAM的特征检测算子，分别从感兴趣点的检测、SURF描述子的生成及SURF点匹配等三个方面进行了创新和改进，提出了基于区域增长的SURF特征匹配方法完成机器人的同时定位与地图创建，使得在SURF描述子匹配过程中，某一描述子仅与最可能与之匹配的描述子进行比对，从而显著的减少了单目视觉SLAM问题中的比对次数，提高了匹配速度。从中可知视觉检测效果及实 现一定程度依赖于软件的复杂底层算法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种组料垛位自动检测方法，通过在搬运机器人端拾器上安装光电开关检测组料位置，用于组料的位置检测及其确认，以此提高搬运机器人搬运堆垛的作业精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

组料垛位自动检测方法，其包括：

a)对应组料垛位的搬运机器人末端法兰上安装的端拾器上安装一个用于端拾器与组料之间限定高度距离测量的测距传感器和两个用于检测组料的X、Y方向的边部位置并产生输出信号的光电开关，X、Y方向两个光电开关相对于搬运机器人末端工具中心点TCP(Tool Centre Position)的位置固定；为了限定组料在组料垛位的位置，在组料垛位的X、Y方向分别做限定标记线X_lim1、X_lim2和Y_lim1、Y_lim2，每次作业前需将组料运输至垛位限定标记线内；对测距传感器设定其触发高度H₁，即距离测距传感器光束正下方H₁有物体时，测距传感器将输出信号；在搬运机器人控制器内设置组料边部检测的高度值H₂(H₂<H₁)；

b)搬运机器人携带端拾器按预设位置到达组料正上方，垂直下降，一旦到达测距传感器的限定高度时H₁，转入步骤(c)；

c)为了提高搬运机器人对组料X、Y边部位置的测量精度，搬运机器人末端端拾器继续垂直下降至限定高度H₂，以下测量过程搬运机器人末端高度保持在限定高度H₂进行；

d)搬运机器人携带端拾器到达组料垛位限定标记线X_lim1位置，沿Y轴方向移动，直至X方向光电开关第一次扫描到组料X方向边部(此时光电开关光束将会被组料遮挡并产生输出信号)，在光电开关产生输出信号的同时搬运机器人控制器内部将记录此时搬运机器人末端工具中心点TCP位置值(X₁，Y₁)，结合X方向光电开关与工具中心点TCP的相对位置关系可求得此时X方向光电开关的位置值(X′₁，Y′₁)，此值同时也是组料X方向边部一点的水平面内的坐标 值，然后搬运机器人将携带端拾器沿Y轴方向回到X_lim1位置；

e)搬运机器人携带端拾器沿标记线X_lim1方向移动规定距离L₁，再次沿Y轴方向移动，直至X方向光电开关再次扫描到组料X方向边部(此时光电开关光束将会被组料遮挡并产生输出信号)，在光电开关产生输出信号的同时搬运机器人控制器内部将记录此时搬运机器人末端工具中心点TCP位置值(X₂，Y₂)，结合X方向光电开关与工具中心点TCP的相对位置关系可求得此时光电开关的位置值(X′₂，Y′₂)此值同时也是组料X方向边部一点的水平面内的坐标值，然后搬运机器人将携带端拾器沿Y轴方向回到X_lim1位置；

f)搬运机器人携带端拾器沿标记线X_lim1方向移动规定距离L₂，沿X轴反方向移动，直至Y方向光电开关扫描到组料Y方向边部(此时光电开关光束将会被组料遮挡并产生输出信号)，在光电开关产生输出信号的同时搬运机器人控制器内部将记录此时搬运机器人末端工具中心点TCP位置值(X₃，Y₃)，结合Y方向光电开关与工具中心点TCP的相对位置关系可求得此时Y方向光电开关的位置值(X′₃，Y′₃)，此值同时也是组料X方向边部一点的水平面内的坐标值，然后搬运机器人将携带端拾器沿X轴方向回到Y_lim1位置；

g)通过以上获得组料边部的X方向两点数据(X′₁，Y′₁)、(X′₂，Y′₂)和Y方向一点数据(X′₃，Y′₃)可以求得在搬运机器人基坐标系下组料长边所在直线的斜率和组料被测长边宽边交点的位置，与已知组料长度l和宽度w进而可以求得在半月板机器人基坐标系下的组料中心位置和组料偏转角度的具体数值，从而修正搬运机器人末端端拾器位置，进行精确组料搬运作业；

h)测量完毕后搬运机器人携带端拾器回到待机位。

在本发明方法中：

在端拾器X、Y二个方向各设置一个光电开关用于组料的边部位置检测，其中光电开关的测量方向、发射接收方向与测量边垂直；为了保证测量精度和测量过程的安全性，在搬运机器人末端端拾器上安装测距传感器，其中测距传感器的测量方向、发射接收方向与组料水平面垂直，此测距传感器在测量到规定距离时会触发一输出信号。传感器的位置固定，且 每组组料只需标定一次即可。

本发明的优点在于：

本发明通过在端拾器的X、Y二个方向固定光电开关，对每一组组料进行一次测量，即可获得组料在搬运机器人基坐标系的位置。使用这种方法，搬运机器人搬运堆垛作业可靠性、作业精度更高且过程更为方便。

附图说明

图1为本发明X、Y方向光电开关和测距传感器的布置示意图。

图2为本发明组料原垛垛位台面标线和组料的相对位置关系图。

图3～图18为本发明测量过程示意图。

具体实施方式

参见图1、图2，本发明在端拾器1的中间位置安装一个测距传感器2用于测量端拾器与组料之间的距离，并在X、Y二个方向各布置一个光电开关3和光电开关4用于组料100的边部检测；搬运机器人携带端拾器1在测距传感器2的测量规定高度下并在组料100的X、Y二个方向分别运动，光电开关3、4的测量方向、发射接收方向与组料边部垂直，测距传感器2的测量方向、发射接收方向与组料的上表面垂直，通过测量获得组料X方向和Y方向的不同点的坐标值，以此计算获得组料100的位置。

在测量实施之前应首先在组料的堆垛台面200用标记笔等作出四条标记线，具体的位置参见图2。

参见图3～图18，本发明的测量过程，包括：

首先，X方向光电开关3在组料100的X方向上沿Y轴方向相距L₁的两个位置分别做往返运动，在往返运动过程中，光电开关一旦检测到其垂直下方有组料时，光电开关的发射光束将会被阻挡，此时光电开关将会产生输出信号，在光电开关的产生输出信号的同时搬运机器人控制器将会记录此时搬运机器人末端工具中心点TCP位置值(X₁，Y₁)和(X₂，Y₂)，并通过光电开关3与工具中心点TCP的相对位置可求得光电开关3输出信号时的光电开关的其水平面内的位置即产生信号的组料边部X方向两点的坐标(X′₁，Y′₁)和(X′₂，Y′₂)，从而可以求得在搬运机器人基坐标系下 的组料100沿X方向的边部所在直线的代数表达式。

然后，Y方向光电开关4在组料100的Y方向上沿X轴方向做一次往返运动，光电开关一旦检测到其垂直下方有组料时，光电开关的发射光束将会被阻挡，此时光电开关将会产生输出信号，在光电开关的产生输出信号的同时搬运机器人控制器将会记录此时搬运机器人末端工具中心点TCP位置值(X₃，Y₃)，并通过Y方向光电开关4与工具中心点TCP的相对位置求得触发信号时光电开关的位置值同时也是产生信号的组料100沿Y方向边部一点的坐标(X′₃，Y′₃)。

以上获得的同一平面不共线的组料边部上的三点(参见图18)可以确定组料在搬运机器人基坐标系的具体位置。