[發明專利]一種基于點激光測距的貨箱自動抓取裝置及方法

有效

• 申請號: 202010112078.8
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111175770B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 單梁;邱博;王志強;周盛世;李軍;王力立;黃成;張永
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S17/88;B25J9/16
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種基于點激光測距的貨箱自動抓取裝置，其特征在于，包括激光測距單元、信息處理與控制單元和執行單元；

所述執行單元，包括大臂(1)、伸縮臂(2)、旋轉關節(3)、抓具(4)和大臂旋轉關節(9)，其中抓具(4)包括抓具主架(10)和卡爪(12)；所述執行單元用于實現抓取目標貨箱(5)的任務；

所述激光測距單元，包括激光距離傳感器(11)，用于采集抓具(4)與目標貨箱(5)之間的距離信息，并將采集的距離數據傳輸至信息處理與控制單元；

所述信息處理與控制單元，包括控制器(8)，用于對采集到的距離信息進行分析和處理，得到抓具(4)與目標貨箱(5)之間的位姿信息，并控制執行單元將抓具(4)運動到抓取目標貨箱(5)正上方；

激光測距單元獲取抓具(4)與目標貨箱(5)之間的距離信息，具體如下：

將四個激光距離傳感器(11)分別安裝在抓具(4)的四個頂點，激光發射方向豎直向下，指向目標貨箱(5)；

四個激光距離傳感器(11)同時向目標貨箱(5)發射測距激光，根據回波得到目標貨箱(5)四個頂點的距離信息，分別為D1、D2、D3和D4，其中D1、D2為長方形貨箱一條短邊上的兩個頂點對應的距離信息，D3、D4為另一條短邊上的兩個頂點對應的距離信息；

激光距離傳感器(11)通過串行數據通信接口將D1、D2、D3和D4送至控制器(8)；

信息處理與控制單元通過激光測距單元傳來的數據計算抓具(4)與目標貨箱(5)之間的相對位姿，具體如下：

控制器(8)接收到距離數據以后，對數據進行比較，設定D1與D2的平均值與D3和D4的平均值之差為δ，即若δ的絕對值大于允許誤差X，則抓具(4)所在平面與目標貨箱(5)上表面不平行，控制器(8)控制旋轉關節(3)的旋轉角度θ，使抓具(4)所在平面與目標貨箱(5)上表面保持平行，旋轉角度θ的計算公式為：

其中，L為抓具(4)的長度；

抓具(4)與目標貨箱(5)上表面調平，即δ的絕對值小于允許誤差X后，控制器(8)取和的平均值作為抓具(4)與目標貨箱(5)上表面之間的距離D，當距離D小于目標距離DT時，控制器(8)發送控制信號到執行單元，使伸縮臂(2)伸長，直到D等于DT。

2.根據權利要求1所述的基于點激光測距的貨箱自動抓取裝置，其特征在于，所述激光測距單元包括在抓具(4)上四個頂點安裝的四個激光距離傳感器(11)和數據傳輸模塊；

所述激光距離傳感器(11)型號為DT500型激光距離傳感器，用于采集抓具(4)與目標貨箱(5)之間的距離數據，測量距離為30m，重復精度為1mm，測量精度為±3mm；

所述數據傳輸模塊為串行通訊接口，用于將激光距離傳感器(11)得到的距離信息發送到信息處理與控制單元。

3.根據權利要求2所述的基于點激光測距的貨箱自動抓取裝置，其特征在于，所述信息處理與控制單元包括控制器(8)，所述控制器(8)采用型號為STM32F103的嵌入式處理器；所述嵌入式處理器通過接收來自激光距離傳感器(11)的四組距離數據，得到抓具(4)與目標貨箱(5)四個角的距離信息，并計算抓具(4)相對于目標貨箱(5)的位姿，嵌入式處理器根據位姿信息發送相應的控制信號到執行單元。

4.根據權利要求1、2或3所述的基于點激光測距的貨箱自動抓取裝置，其特征在于，執行單元中：

所述大臂(1)能夠在水平面上旋轉，用于實現作業面的平移；大臂(1)長度為L1；

所述伸縮臂(2)上端固定在大臂(1)末端，下端能夠進行豎直方向上的位移，用于下放和抬升抓具(4)，伸縮臂(2)初始長度為L2，伸長距離范圍為[0,ΔL2]；

所述旋轉關節(3)用于調整抓具(4)在水平方向的姿態，使抓具(4)與目標貨箱(5)上表面保持平行；旋轉關節(3)角度旋轉范圍為[-θ_max,θ_max]；

所述抓具(4)上裝有激光距離傳感器(11)和卡爪(12)，激光距離傳感器(11)用于實現抓具(4)與目標貨箱(5)距離的測量，卡爪(12)用于實現目標貨箱(5)的抓取。