CN111152197A - 机器人抓手跟踪抓取控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人抓手跟踪抓取控制方法及***，其中控制方法包括：将待抓取物料在传送带上游的初始位置信息和抓取信息传输给机器人抓手，并将其存储在机器人抓手的待抓取队列中；机器人抓手实时读取传送带的编码器的编码信号，并根据初始位置信息对物料的实时位置进行监控；当机器人抓手处于空闲状态时，检测待抓取队列是否有待抓取物料信息，如果有，根据待抓取队列中排在最前方的物料的当前位置和机器人抓手的当前位置计算跟随路径，机器人抓手以电子凸轮的方式对传送带的编码器进行实时跟随，以使得在目标物料进入抓取区域的最短距离内被抓取；采用上述机器人抓手跟踪抓取控制方法，可有效提高抓取效率，并提升机器人的使用寿命。

Description

机器人抓手跟踪抓取控制方法及***

技术领域

本发明涉及机器人抓取控制技术领域，尤其涉及一种机器人抓手跟踪抓取控制方法及***。

背景技术

随着工业机器人的不断发展，越来越多的流水线作业采用机器人与传送带1’配合的方式进行物料的抓取工作，如在垃圾分选作业流程中，如图5，通过安装在传送带1’下游的机器人抓手2’对传送带1’由上游运送过来的垃圾进行抓取，以实现垃圾的分选，在目前对机器人抓手2’进行控制的的跟踪抓取方法中，一般通过图像采集装置3’对传送带1’上位于拍照区域的垃圾物料进行拍照，获得物料的当前位置后，将位置发送给机器人抓手2’，机器人抓手2’通过接受安装在传送带1’上的编码信号，记录拍照完成时刻的编码器位置，并在传送带1’运动的过程中，实时更新物料的当前位置。在物料位于抓取区域上游时，如位于位置点Z1’，机器人抓手即使处于空闲状态，也一直处在等待位置，等待物料进入抓取区域，只有当物料越过抓取区域的上游极限J1’，如位于位置点Z2’，机器人抓手2’从等待位置开始运行，以设定的最大速度和最大加速度，对物料进行跟踪，当机器人抓手2’在物料上方与物料开始同步跟随时，同时向下运动对物料进行抓取，抓取完成后，向上运动一定高度后，退出同步跟随。按照这种方法，由于机器人抓手2’要从等待位置开始运行，当机器人抓手2’运动到物料上方进行抓取时，物料已经过了抓取区域的上游位置一段距离，造成抓取时间和空间的浪费，无法保证在刚过上游最短距离时直接抓取，而且机器人抓手2’会一直按照最大的速度和加速度进行工作，降低机器人抓手2’的使用寿命，而无法利用等待时间提前慢速移动到抓取位置，这会有损机器人抓手2’的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人抓手跟踪抓取控制方法，通过缩短机器人抓手的等待时间使得物料在进入抓取区域后的最短距离内被抓取，以提升抓取效率，延长机器人抓手的使用寿命。

本发明的另一目的是提供一种机器人抓手跟踪抓取控制***，通过缩短机器人抓手的等待时间使得物料在进入抓取区域后的最短距离内被抓取，以提升抓取效率，延长机器人抓手的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明公开了一种机器人抓手跟踪抓取控制方法，机器人抓手设置在传送带的下游位置，用于抓取传送带上传送过来的物料，所述跟踪抓取控制方法包括：

将待抓取物料在传送带上游的初始位置信息和抓取信息传输给机器人抓手，并将其存储在所述机器人抓手的待抓取队列中；

所述机器人抓手实时读取所述传送带的编码器的编码信号，并根据所述初始位置信息对所述物料的实时位置进行监控；

当所述机器人抓手处于空闲状态时，检测所述待抓取队列是否有待抓取物料信息，如果有，根据所述待抓取队列中排在最前方的物料的当前位置和所述机器人抓手的当前位置计算跟随路径，所述机器人抓手以电子凸轮的方式对所述传送带的编码器进行实时跟随，以使得在目标物料进入抓取区域的最短距离内被抓取。

与现有技术相比，本发明机器人抓手跟踪抓取控制方法，机器人抓手对传送带上的物料的实时位置进行监控，当机器人抓手处于空闲状态时，只要检测到机器人抓手的待抓取队列有待抓取物料信息，无论该物料是否进入机器人抓手的抓取区域，机器人抓手即根据该物料的当前位置和机器人抓手的当前位置计算跟随路径，以电子凸轮的方式对所述传送带的编码器进行实时跟随，开始执行对该物料的跟随工作，从而使得，在目标物料进入抓取区域的最短距离内被抓取，从而有效提高抓取效率，另外，由于机器人抓手可在物料进入抓取区域前提前动作，当目标物料距离抓取区域比较远时，机器人抓手可以较慢速度和加速度进行跟随，从而提升机器人的使用寿命。

较佳地，在所述传送带的上游位置设置有图像采集装置，所述机器人抓手触发所述图像采集装置采集经过其所在位置处的物料图片，通过对所述物料图片的处理，获得所述物料图片中每一物料的所述初始位置信息和所述抓取信息。

较佳地，在将当前任一物料的初始位置信息和所述抓取信息存入所述待抓取队列之前，将当前物料对应的初始位置信息与所述待抓取队列中存储的所有物料对应的初始位置信息进行比对，如果二者的距离小于某一预设值，则将当前物料对应的初始位置信息和所述抓取信息丢弃。

较佳地，当根据所述待抓取队列中排在最前方的物料的当前位置和所述机器人抓手的当前位置计算跟随路径时，如果计算出的跟随路径越过或靠近所述抓取区域的下游极限位置，放弃对当前物料的抓取工作。

本发明还公开一种机器人抓手跟踪抓取控制***，其包括机器人抓手、传送带和工控机；

所述传送带，用于传送待抓取物料；

所述工控机，用于将待抓取物料在传送带上游的初始位置信息和抓取信息传输给所述机器人抓手；

所述机器人抓手，其设置在所述传送带的下游位置，将从所述工控机接收到的每个物料的初始位置信息和抓取信息依次存储在待抓取队列中，且，所述传送带运行过程中，所述机器人抓手可实时读取所述传送带的编码器的编码信号，并根据所述初始位置信息对位于所述传送带上的所述物料的实时位置进行监控；

在所述机器人抓手处于空闲状态时，如果所述机器人抓手检测到所述待抓取队列有待抓取物料信息，所述机器人抓手根据所述待抓取队列中排在最前方的物料的当前位置和所述机器人抓手的当前位置计算跟随路径，且以电子凸轮的方式对所述传送带的编码器进行实时跟随，以使得在目标物料进入抓取区域的最短距离内被抓取。

较佳地，还包括设置在所述传送带上游的图像采集装置，所述图像采集装置用于根据所述机器人抓手的触发采集传送带上的物料图片，所述工控机通过对所述物料图片的处理，获得所述物料图片中每一物料的所述初始位置信息和所述抓取信息。

较佳地，所述机器人抓手中还设置有比对模块，所述比对模块用于在将任一物料的初始位置信息和抓取信息存入所述待抓取队列之前，将当前物料对应的初始位置信息与所述待抓取队列中存储的所有物料对应的初始位置信息进行比对，如果二者的距离小于某一预设值，则将当前物料对应的初始位置信息和所述抓取信息丢弃。

较佳地，所述机器人抓手根据所述待抓取队列中排在最前方的物料的当前位置和所述机器人抓手的当前位置计算跟随路径时，如果计算出的跟随路径越过或靠近所述抓取区域的下游极限位置，放弃对当前物料的抓取工作。

本发明还公开一种机器人抓手跟踪抓取控制***，其包括一个或多个处理器、存储器；以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的机器人抓手跟踪抓取控制法的指令。

另外本发明还公开一种计算机可读存储介质，其包括测试用计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如上所述的机器人抓手跟踪抓取控制方法。

附图说明

图1为本发明实施例机器人抓手跟踪抓取控制***的***结构图。

图2为本发明实施例中机器人抓手对物料的跟踪示意图。

图3为本发明实施例中机器人抓手在反向慢速追踪抓取过程中的速度变化示意图。

图4为本发明实施例中机器人抓手在反向快速追踪抓取过程中的速度变化示意图。

图5为现有技术中机器人抓手对物料的跟踪示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

如图1和图2所示，本发明公开了一种机器人抓手跟踪抓取控制***，包括通过交换机6互相通信连接的机器人抓手2和工控机4，传送带1上设置有编码器5，用于测量传送带1的速度和记录传送带1上物料的位置，机器人抓手2与编码器5通信连接，机器人抓手2设置在传送带1的下游位置，用于抓取传送带1上传送过来的物料。

该控制***所对应的控制方法为：

工控机4将待抓取物料在传送带1上游的初始位置信息和抓取信息传输给机器人抓手2，并将其存储在机器人抓手2的待抓取队列中，本实施例中的抓取信息包括物料的轮廓、姿态和材质信息等；

机器人抓手2实时读取传送带1的编码器5的编码信号，并根据初始位置信息对物料的实时位置进行监控；

当机器人抓手2处于空闲状态（包括等待状态和放料完成状态）时，检测待抓取队列是否有待抓取物料信息，如果有，根据待抓取队列中排在最前方的物料的当前位置和机器人抓手2的当前位置并采用运动目标跟踪算法计算跟随路径，机器人抓手2以电子凸轮的方式对传送带1的编码器5进行实时跟随，以使得在目标物料进入抓取区域的最短距离内被抓取。

由此可知，当机器人抓手2处于空闲状态时，只要检测到机器人抓手2的待抓取队列有待抓取物料信息，无论该物料是否进入机器人抓手2的抓取区域，机器人抓手2即根据该物料的当前位置和机器人抓手2的当前位置计算跟随路径，并以电子凸轮的方式对传送带1的编码器5进行实时跟随，开始执行对该物料的跟随工作，从而使得，在目标物料进入抓取区域的最短距离内被抓取。如图2所示，物料走出拍照区域后，位于位置点Z1，如果此时机器人抓手处于空闲状态，即刻对该物料进行跟踪，经过位置点Z2，在越过抓取区域的上游极限J1后的很短距离内的位置点Z3即可追上物料并将其抓取。相比传统中只有在物料进入抓取区域后才控制机器人抓手2从等待位置开始动作的方式，可有效提高抓取效率，另外，由于机器人抓手2可在物料进入抓取区域前提前动作，当目标物料距离抓取区域比较远时，机器人抓手2可以较慢速度和加速度进行跟随，从而提升机器人的使用寿命。另外需要说明的是，本实施例中的运动目标跟踪算法为本领域技术人员的公知常识，故，在此不再对其赘述。

为便于工控机4获取待抓取物料的初始位置信息和抓取信息，控制***中还包括于传送带1上游设置的拍照区域设置的图像采集装置3，图像采集装置3通过交换机6与工控机4通信连接，机器人抓手触发图像采集装置3采集经过其所在位置处的物料图片，工控机4基于深度学习模型对图像采集装置3采集到的物料图片进行处理，获得物料图片中每一物料的初始位置信息和抓取信息。具体地，本实施例中的图像采集装置3为相机，首先，对相机、机器人抓手2和传送带1的坐标系进行标定，以获得相机、机器人抓手2和传送带1的坐标系的转换关系。工作时，机器人抓手2通过传送带1的编码器5，以固定的时间间隔或传送带1运动固定的距离间隔为依据发触发信号给工控机4，工控机4调用相机拍照函数控制相机进行拍照，机器人抓手2同时记录下当前时刻的传送带1的编码器5状态，然后根据编码器5状态的实时变化即可得出本次拍照得到的图片中的物料在传送带1上的实时位置。当工控机4得到相机拍摄的图片后，通过模板匹配或深度学习的方式对该图片进行处理，获得图片上各个物料在相机坐标系下的包括初始位置信息和抓取信息的物料信息，并将这些物料信息发送给机器人抓手2。机器人抓手2获得当前物料信息后，首先根据相机坐标系和传送带1坐标系的转换关系，将相机坐标系下的物料的初始位置信息转换为传送带1坐标系下的初始位置信息，然后将这些转换后的初始位置信息和与其对应的抓取信息依次存入机器人抓手2的待抓取队列中。

由于拍照时相邻两张图片可能会有重叠区，同一个物料可能会出现在不同的图片中，导致重复抓取。因此，本实施例中的控制***还包括一比对模块，将任一物料的初始位置信息和抓取信息存入待抓取队列之前，通过比对模块将当前物料对应的初始位置信息与待抓取队列中存储的所有物料对应的初始位置信息进行比对，如果二者的距离小于某一预设值，则表示当前物料被重复拍照，将当前物料对应的物料信息丢弃，如果二者的间距大于某一预设值，将该物料对应的物料信息加入待抓取队列。对于待抓取队列中的物料，机器人抓手2会根据当前传送带1的编码器5的实际状态和待抓取队列中拍照时刻采集的传送带1的编码器5状态，实时的更新当前抓取队列中所有物料的当前位置，以做到对待抓取物料的实时监控。

如图3和图4，机器人抓手2在执行抓取动作的过程中，将经历追踪区、同步区和放料区三个运动阶段，在追踪区，机器人抓手2从反向或同向追上目标物料，当追上目标物料时保持与目标物料速度同步，进入同步区，在同步区机器人抓手2下探将目标物料抓取，然后进入放料区，在放料区会经历加速、匀速和减速三个阶段。当机器人抓手2在等待位置或放料位置检测到待抓取队列中有物料信息而准备进行下一次跟踪抓取运动之前，机器人抓手2会根据目标物料的当前位置和机器人抓手2当前位置的距离的不同，调整机器人抓手2在追踪区的速度和加速度，如果此时目标物料距离机器人抓手2比较远，如图3所示，机器人抓手2以较慢的速度和加速度开始反向慢速追踪，在此阶段，机器人抓手2经历反向加速、匀速和减速然后再同向加速四个过程，机器人抓手2同向加速时以设定的最大加速度加速到与传送带1速度相同，此时恰好运行到目标物料的正上方，并保持与目标物料同步运动，然后机器人抓手2下探将物料抓取并放置到物料框中。如果目标物料距离机器人抓手2比较近，如图4所示，机器人抓手2以较快的速度和加速度开始反向快速追踪。当然，如果当前目标物料位于机器人抓手2的下游位置，机器人抓手2也可以同向快速追踪。

另外，如图2，当机器人抓手2在等待位置或放料位置检测到待抓取队列中有待抓取物料准备进行下一次跟踪抓取运动之前，如果该物料在传送带1上位于位置点Z4，已经远超过机器人抓手2的当前位置，如果还选择去抓取，则机器人抓手2可能在同步跟随的过程中撞到抓取区域的下游极限J2，导致报警停机。对此，现有技术中，如图5，一般在下游极限J2’位置之前再设置一个拾取界限J3’，当进行下一次跟踪抓取运动之前进行判断，待抓取队列中的物料的实时位置只要超过拾取界限J3’，就放弃对该物料的抓取，只进行没有超过拾取界限J3’的物料的跟踪抓取。然而，拾取界限J3’的位置不易设置。如果拾取界限J3’太靠近下游极限，机器人抓手2’容易撞到下游极限Z2’导致报警停机，如果拾取界限J3’太远离下游极限，则当待抓取物料较多时，很多物料会因为已经过了拾取界限J3’导致放弃抓取，影响设备效率。因此，这种方法必须反复实际测试才能确认最佳的拾取界限J3’位置。另外，该方法的最佳拾取界限J3’会受到传送带1’速度的影响，传送带1’速度越慢，最佳拾取界限J3’会越靠近下游极限，传送带1速度越快，最佳拾取界限J3’会越远离下游极限，所以，当生产线的传送带1’速度发生变化时，拾取界限J3’需要重新进行手动调整。为解决该技术问题，较佳地，根据本实施例中的控制***，当机器人抓手2在等待位置或放料位置检测到待抓取队列中有待抓取物料而准备进行下一次跟踪抓取运动之前，根据机器人抓手2的当前位置和待抓取物料的当前位置，可直接计算出来追踪区和同步区的运动路径，并得出同步区结束时机器人抓手2的位置，如果该位置没有超过抓取区域的下游极限J2，则进行本次抓取，如果该位置已经超过或接近下游极限J2，如物料位于位置点Z5，则放弃本次抓取。由于在追踪区和同步区内，机器人抓手2速度与传送带1速度是同步跟随的，因此计算出来的同步区结束时机器人抓手2的位置是准确的，不会因为传送带1速度的变化而变化。如图所示，位置1为机器人抓手2进行本次抓取运动之前目标物料的实时位置，位置2为同步跟踪抓取结束时物料和机器人抓手2的预测位置，由于该预测位置靠近下游极限，放弃本次抓取工作。另外，为了保证安全，可将下游极限适当提前一个安全量。因此，当传送带1的速度发生变化时，控制***也会自动提前判断机器人抓手2是否应该进行本次跟踪抓取，而不会撞到下游极限，简化了用户的操作流程。

本发明还公开一种机器人抓手跟踪抓取控制***，其包括一个或多个处理器、存储器；以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的机器人抓手跟踪抓取控制法的指令。

另外本发明还公开一种计算机可读存储介质，其包括测试用计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如上所述的机器人抓手跟踪抓取控制方法。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种机器人抓手跟踪抓取控制方法，机器人抓手设置在传送带的下游位置，用于抓取传送带上传送过来的物料，其特征在于，所述跟踪抓取控制方法包括：

将待抓取物料在传送带上游的初始位置信息和抓取信息传输给机器人抓手，并将其存储在所述机器人抓手的待抓取队列中；

所述机器人抓手实时读取所述传送带的编码器的编码信号，并根据所述初始位置信息对所述物料的实时位置进行监控；

当所述机器人抓手处于空闲状态时，检测所述待抓取队列是否有待抓取物料信息，如果有，根据所述待抓取队列中排在最前方的物料的当前位置和所述机器人抓手的当前位置计算跟随路径，所述机器人抓手以电子凸轮的方式对所述传送带的编码器进行实时跟随，以使得在目标物料进入抓取区域的最短距离内被抓取。

2.根据权利要求1所述的机器人抓手跟踪抓取控制方法，其特征在于，在所述传送带的上游位置设置有图像采集装置，所述机器人抓手触发所述图像采集装置采集经过其所在位置处的物料图片，通过对所述物料图片的处理，获得所述物料图片中每一物料的所述初始位置信息和所述抓取信息。

3.根据权利要求1所述的机器人抓手跟踪抓取控制方法，其特征在于，在将当前任一物料的初始位置信息和所述抓取信息存入所述待抓取队列之前，将当前物料对应的初始位置信息与所述待抓取队列中存储的所有物料对应的初始位置信息进行比对，如果二者的距离小于某一预设值，则将当前物料对应的初始位置信息和所述抓取信息丢弃。

4.根据权利要求1所述的机器人抓手跟踪抓取控制方法，其特征在于，当根据所述待抓取队列中排在最前方的物料的当前位置和所述机器人抓手的当前位置计算跟随路径时，如果计算出的跟随路径越过或靠近所述抓取区域的下游极限位置，放弃对当前物料的抓取工作。

5.一种机器人抓手跟踪抓取控制***，其特征在于，包括机器人抓手、传送带和工控机；

所述传送带，用于传送待抓取物料；

所述工控机，用于将待抓取物料在传送带上游的初始位置信息和抓取信息传输给所述机器人抓手；

所述机器人抓手，其设置在所述传送带的下游位置，将从所述工控机接收到的每个物料的初始位置信息和抓取信息依次存储在待抓取队列中，且，所述传送带运行过程中，所述机器人抓手可实时读取所述传送带的编码器的编码信号，并根据所述初始位置信息对位于所述传送带上的所述物料的实时位置进行监控；

在所述机器人抓手处于空闲状态时，如果所述机器人抓手检测到所述待抓取队列有待抓取物料信息，所述机器人抓手根据所述待抓取队列中排在最前方的物料的当前位置和所述机器人抓手的当前位置计算跟随路径，且以电子凸轮的方式对所述传送带的编码器进行实时跟随，以使得在目标物料进入抓取区域的最短距离内被抓取。

6.根据权利要求5所述的机器人抓手跟踪抓取控制***，其特征在于，还包括设置在所述传送带上游的图像采集装置，所述图像采集装置用于根据所述机器人抓手的触发采集传送带上的物料图片，所述工控机通过对所述物料图片的处理，获得所述物料图片中每一物料的所述初始位置信息和所述抓取信息。

7.根据权利要求5所述的机器人抓手跟踪抓取控制***，其特征在于，所述机器人抓手中还设置有比对模块，所述比对模块用于在将任一物料的初始位置信息和抓取信息存入所述待抓取队列之前，将当前物料对应的初始位置信息与所述待抓取队列中存储的所有物料对应的初始位置信息进行比对，如果二者的距离小于某一预设值，则将当前物料对应的初始位置信息和所述抓取信息丢弃。

8.根据权利要求5所述的机器人抓手跟踪抓取控制***，其特征在于，所述机器人抓手根据所述待抓取队列中排在最前方的物料的当前位置和所述机器人抓手的当前位置计算跟随路径时，如果计算出的跟随路径越过或靠近所述抓取区域的下游极限位置，放弃对当前物料的抓取工作。

9.一种机器人抓手跟踪抓取控制***，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器；

以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1至4任一项所述的机器人抓手跟踪抓取控制方法的指令。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括测试用计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如权利要求1至4任一项所述的机器人抓手跟踪抓取控制方法。

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