[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

本發明公開了一種基于點激光測距的貨箱自動抓取裝置及方法。該裝置包括激光測距單元、信息處理與控制單元和執行單元。方法為：首先由安裝在抓取裝置上的一組點激光距離傳感器組成的激光測距單元實時采集目標貨箱不同位置的距離信息，距離信息通過數據傳輸模塊送至信息處理與控制單元；然后信息處理與控制單元對距離信息進行分析和處理，獲得抓取裝置相對于目標貨箱的距離和姿態信息；最后，信息處理與控制單元根據位姿信息控制執行單元調整抓具位姿，使抓具運動到合適位置并收緊卡爪，實現目標貨箱的抓取。本發明實現了貨箱抓取過程的自動化，提高了工業生產中抓取工作的效率和準確率。

技術領域

本發明涉及自動控制技術領域，特別是一種基于點激光測距的貨箱自動抓取裝置及方法。

背景技術

隨著自動化技術的飛速發展，生產生活中很多需要人類工作的地方已經被機器取代，生產生活效率得到了很大的提高。在工業生產中常常需要對貨箱進行搬運或移動等操作，若是使用人力的方式來完成此類任務，在搬運比較重的目標時，容易出現安全事故，即使時借助機械臂等工具來輔助人力，效率也十分低。

目前已經存在的貨箱自動抓取技術存在很多不成熟的地方，例如精度不足，或者價格十分昂貴。彭一航等(一種新型不銹鋼管包裝箱高速碼垛設備的設計與實現，《機床與液壓》2018年第5期)提出了一種包裝箱高速碼垛設備，將原來人工碼垛改進為自動化碼垛，但是該裝置并沒有使用傳感器對貨箱位置實現精準的定位，系統處于開環控制狀態，不能實現完全的自動化。而曹動(一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置，CN205709438U)提出的一種用于集裝箱的自動檢測抓箱裝置使用攝像機采集圖像信息，用圖像處理技術判斷目標箱體引導堆垛機械在正確位置實現抓箱。雖然該裝置使用攝像機作為傳感器實現了對貨箱的精準定位，但是工業攝像機往往成本高昂，并且檢測精度效果易受環境的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠對貨箱進行自動抓取、減少人力勞動、提高生產效率的基于點激光測距的貨箱自動抓取裝置及方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于點激光測距的貨箱自動抓取裝置，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、伸縮臂、旋轉關節、抓具和大臂旋轉關節，其中抓具包括抓具主架和卡爪；所述執行單元用于實現抓取目標貨箱的任務；

所述激光測距單元，包括激光距離傳感器，用于采集抓具與目標貨箱之間的距離信息，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，用于對采集到的距離信息進行分析和處理，得到抓具與目標貨箱之間的位姿信息，并控制執行單元將抓具運動到抓取目標貨箱正上方。

進一步地，所述激光測距單元包括在抓具上四個頂點安裝的四個激光距離傳感器和數據傳輸模塊；

所述激光距離傳感器型號為DT500型激光距離傳感器，用于采集抓具與目標貨箱之間的距離數據，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得到的距離信息發送到信息處理與控制單元。

進一步地，所述信息處理與控制單元包括控制器，所述控制器采用型號為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的四組距離數據，得到抓具與目標貨箱四個角的距離信息，并計算抓具相對于目標貨箱的位姿，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。

進一步地，執行單元中：

所述大臂能夠在水平面上旋轉，用于實現作業面的平移；大臂長度為L1；

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