CN112060065A - 一种基于3d视觉的机器人全自动无序上料*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***，包括上料装置、下料装置、摄影装置、活动机械手和中控***；本发明通过所述摄影装置检测上料传送带上物料的摆放密度与单个物料的位置和空间摆放方向，并将相关数据信息传递至所述中控***，中控***能过根据接收到的控制活动机械手运转、上料传送带运送速度和下料传送带组运送速度，保证机器运转过程中的稳定性和准确性，同时减少了人力操作，提高了工业自动化的程度。

Description

一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***

技术领域

本发明涉及机器人搬运技术领域，尤其涉及一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***。

背景技术

搬运作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。

当前机器人搬运技术被广泛应用于流水线搬运任务中，加强了工业自动化水平，然而，当前机器人搬运技术对搬运无序物料还不够智能，往往需要人工对物料进行摆放，或人工调整搬运速度，工业自动化水平不够并浪费人力；并且对于一些特定物料需放置特定的表面朝向，例如快递箱，摆放时需要将快递箱具有快递信息的一面朝上，以便后续对快递箱表面的信息进行扫描，因此，需要一种自动化调整物料摆放朝向的装置。

发明内容

为此，本发明提供一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***。用以克服现有技术中工业自动化水平过低导致的人力浪费的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***，包括：

上料装置，其至少包括一上料传送带，其用以传送待排序物料；

下料装置，其包括下料传送带组，其设置在所述上料装置的尾端，其用以传送已排序物料；

储料盘，其设置在所述上料传送带末端，用以储存上料传送带运送的无序物料；

摄影装置，其包括3D摄影机以及下料监控摄影机组，所述3D摄影机设置在所述上料装置的上方，用以拍摄所述上料装置上的物料，并将拍摄的图像信息发送至中控***，所述下料监控摄影机组设置在所述下料传送带组上方，以检测所述下料传送带组上物料的数目；

活动机械手，其设置在所述上料装置的尾端，其用以抓取所述上料传送带上的物料，并将物料摆放至所述下料传送带组上；

中控***，其与所述上料装置、下料装置、摄影装置和活动机械手电性连接并实时完成数据交换，以实时控制所述上料装置、下料装置、摄影装置和活动机械手；所述中控***包括：

触摸显示屏，其用以操控上料***；

图像处理模块，其用以接收所述3D摄影装置发出的图像信息，并根据所述图像信息判定所述上料传动带上的物料的类型以及摆放信息，所述图像处理模块确定所述摆放信息时包括物料朝向面信息和物料实时三维坐标信息，同时，生成第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4），i=1，2...Q，其中：Pi1表示第i物料表面朝向信息，Pi2表示第i物料实时坐标信息，Pi3表示物料缺陷信息，其初始值等于0，当物料存在缺陷时，Pi3等于1，Pi4表示物料种类；

所述图像处理模块使用前需采集预设物料信息，其过程包括：

S1，通过所述显示屏操作进入物料信息采集模式，选取若干种的物料，将任一物料放置在所述摄影装置下；

S2，调整物料的朝向，使所述摄影装置采集到物料的空间六面的特征信息，以使所述图像处理模块能通过物料的图像信息识别出物料的表面朝向以及物料的种类，形成第一类型标准物料信息矩阵B1（B11,B12,B13,B14,B15,B16）其中：B11表示第一物料标准物料底面特征信息，B12表示第一物料标准物料顶面特征信息，B13表示第一物料标准物料前面特征信息，B14表示第一物料标准物料后面特征信息，B15表示第一物料标准物料左面特征信息，S16表示第一物料标准物料右面特征信息；

S3，重复S2，将对不同的物料进行信息采集形成，第i类型物料标准物料信息矩阵Bi（Bi1,Bi2,Bi3,Bi4,Bi5,Bi6），i=1,2..n，其中，Bi1表示第一物料标准物料底面特征信息，Bi2表示第一物料标准物料顶面特征信息，Bi3表示第一物料标准物料前面特征信息，Bi4表示第一物料标准物料后面特征信息，Bi5表示第一物料标准物料左面特征信息，Si6表示第一物料标准物料右面特征信息。

S4，选择每种物料的预设面对应的预设特征，通过所述显示屏操作退出物料信息采集模式；

控制模块，其用以接收图像处理模块和缺陷检测模块发出的信息，同时，根据设定的物料摆放方向以及第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4）内的信息，控制所述活动机械手将不同种类的待排序物料抓取并调整物料朝向面后有序摆放至下料传送带组内不同的传送带上，同时，所述控制模块根据所述上料传送带上物料的杂乱程度实时调节传送带运行速度以及机械手的抓取速度，所述控制模块根据所述预设特征控制所述活动机械手的运转方式时，其包括：

当待检测物料顶面为预设面时，所述控制模块控制所述活动机械手根据物料种类直接将所述物料抓取放置在所述传送带组的对应传送带上；

当待检测物料顶面不为预设面时，所述控制模块控制所述活动机械手调整待排序物料的表面朝向，使调整后的待排序物料顶面为预设面，并将调整后的待排序物料按照种类整齐放置在所述传送带组对应传送带上。

进一步地、所述图像处理模块获取所述3D摄影机拍摄的图像信息后，提取所述图像信息内物料的各个表面的特征信息，首先判定物料的种类，确定物料种类后选取对应种类的第i类型标准物料信息矩阵Bi（Bi1,Bi2,Bi3,Bi4,Bi5,Bi6），同时，所述图像处理模块从所述第i类型标准物料信息矩阵Bi（Bi1,Bi2,Bi3,Bi4,Bi5,Bi6）内选取一个表面特征信息作为所述预设特征，将待排序物料的各个表面的特性信息与所述预设特征做匹配，并将与所述预设特征相匹配的表面作为预选择面，并将所述预选择面的朝向记录进第i物料表面朝向信息Pi1，其中：检测待排序物料表面时，优先检测待排序物料顶面，当待排序物料顶面特征信息与所述预设特征相匹配时，停止后续检测，确定当前待排序物料顶面为预设面，若待排序物料顶面特征信息与预先选择的物料摆放朝向顶面的表面特征信息不匹配时，再继续对待检测物料的其他表面进行检测当前待排序物料具备所述预设特征的表面的朝向，并将检测后的物料的表面朝向信息记录进所述第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4）内。

进一步地、所述控制模块内部设有物料摆放判断矩阵Q0、上料传送带速度调节参数矩阵C0、机械手运行速度矩阵V0和下料传送带组运行速度矩阵W0：

对于物料摆放判断矩阵Q0，Q0（Q1,Q2,Q3,Q4）, 其中，Q1为第一预设区间，Q2为第二预设区间，Q3为第三预设区间，Q4为第四预设区间，各参数具体数值按照顺序依次增加；

对于上料传送带速度调节参数矩阵C0，C0(C1,C2,C3,C4),其中，C1为第一预设上料传送带速度调节参数，C2为第二预设上料传送带速度调节参数，C3为第三预设上料传送带速度调节参数，C4为第四预设上料传送带速度调节参数；

对于机械手运行速度矩阵V0，V0(V1,V2,V3,V4),其中，V1为第一预设机械手运行速度，V2为第二预设机械手运行速度，V3为第三预设机械手运行速度，V4为第四预设机械手运行速度，各参数具体数值按照顺序依次增大；

对于下料传送带组运行速度矩阵W0，W0(W1,W2,W3,W4),其中，W1为第一预设下料传送带组运行速度，W2为第二预设下料传送带组运行速度，W3为第三预设下料传送带组运行速度，W4为第四预设下料传送带组运行速度，各参数具体数值按照顺序依次增大。

进一步地、所述控制模块根据所述上料传送带上物料的杂乱程度实时调节传送带运行速度以及机械手的抓取速度时，所述控制模块根据第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4）内的信息实时确定上料传送带上物料的数目N，以及顶面为预选面的物料的数量n，物料正确朝向面比例Q，

在确定物料正确朝向面比例Q后，所述控制模块将正确朝向面比例Q与预设物料摆放判断矩阵Q0内参数做对比：

当0＜Q≤Q1时，控制模块从所述C0矩阵中选取C1、从所述V0矩阵中选取V1、从所述W0矩阵中选取W1生成第一运行参数矩阵E1(C1,V1,W1),中控***根据E1中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C1，将机械手运行速度调整为V1，将下料传送带组运行速度调整为W1;

当Q1＜Q≤Q2时，控制模块从所述C0矩阵中选取C2、从所述V0矩阵中选取V2、从所述W0矩阵中选取W2生成第二运行参数矩阵E2(C2,V2,W2),中控***根据E2中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C2，将机械手运行速度调整为V2，将下料传送带组运行速度调整为W2;

当Q2＜Q≤Q3时，控制模块从所述C0矩阵中选取C3、从所述V0矩阵中选取V3、从所述W0矩阵中选取W3生成第三运行参数矩阵E3(C3,V3,W3),中控***根据E3中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C3，将机械手运行速度调整为V3，将下料传送带组运行速度调整为W3;

当Q3＜Q≤Q4时，控制模块从所述C0矩阵中选取C4、从所述V0矩阵中选取V4、从所述W0矩阵中选取W4生成第四运行参数矩阵E4(C4,V4,W4),中控***根据E4中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C4，将机械手运行速度调整为V4，将下料传送带组运行速度调整为W4；

设置检测周期t，当完成对所述上料传送带运行速度、机械手运行速度、下料传送带组运行速度调节并经过时间t后重复，进行新一轮监测调节。

进一步地、当所述中控***运行时，所述摄影装置实时扫描所述储料盘内物料、根据扫描到的信息判断储料盘内存有物料的种类并将判定结果传送到控制模块：

当摄影装置扫描到的图像内的物料种类与预设第i类物料矩阵Si所属的物料种类相同时，i=1,2,3,所述摄影装置判定所述储料盘内存有第i类物料；当摄影装置扫描到的图像内未检测到预设第i类物料矩阵Si内信息时，所述摄影装置判定所述储料盘内不含有第i类物料；

所述控制模块中还设有下料传送带启停程序，当所述摄影装置判定储料盘内存有第i类物料时，控制模块启动第i类物料下料传送带。

进一步地、所述下料传送带摄像头实时监测对应的下料传送带，并将监测结果传送至所述控制模块：

当下料传送带摄像头检测到第一类物料下料传送带上所有物料已完成运输且所述摄影装置判定储料盘内不含有第一类物料时，控制模块控制第一类物料下料传送带停止运行；

当第二下料传送带摄像头检测到第二类物料下料传送带上所有物料已完成运输且所述摄影装置判定储料盘内不含有第二类物料时，控制模块控制第二类物料下料传送带停止运行；

当第三下料传送带摄像头检测到第三类物料下料传送带上所有物料已完成运输且所述摄影装置判定储料盘内不含有第三类物料时，控制模块控制第三类物料下料传送带停止运行。

进一步地、所述储料盘下方设有振动器，振动器与所述控制模块相连，当所述摄影装置检测到储料盘内存有物料但无法判别物料种类时，控制模块判定储料盘内出现物料堆叠，控制模块根据判定结果启动所述振动器，振动器带动储料盘振动以使堆叠物料分开，当所述摄影装置检测到储料盘内的物料种类均能够判别时，控制模块判定到堆叠物料已分开，控制模块控制振动器停止运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过所述3D摄像头检测上料传送带上物料的摆放密度与单个物料的位置和空间摆放方向，并将相关数据信息传递至所述中控***，中控***能过根据接收到的控制活动机械手运转、上料传送带运送速度和下料传送带组运送速度，提高装置运转过程中的稳定性和可靠性，减少了人力操作，提高了工业自动化的程度。

尤其，本发明设置图像识别模块，对上料传送带上的物料进行监测，根据标准物料信息矩阵B（B1,B2,B3,B4,B5,B6）识别物料表面特征物料当前摆放的朝向以及物料的种类，方便后续控制活动机械手调整物料的方向并将物料分类放置在传送带组不同的传送带上。

尤其，中控***内部设有物料摆放判断矩阵Q0（Q1,Q2,Q3,Q4）、上料传送带速度调节参数矩阵C0(C1,C2,C3,C4)、机械手运行速度矩阵V0(V1,V2,V3,V4)和下料传送带组运行速度矩阵W0(W1,W2,W3,W4)，所述中控***根据上料传送带物料摆放的情况，调节上料传送带运行速度、机械手搬运速度和下料传送带组传送速度，保证传送带物料较少或物料本身摆放朝向正确时传送带能够有较高的传送速度，同时，若物料本身摆放朝向正确时活动机械手就没有了调整物料方向的过程，直接将待排序物料移动至下料传送带组上即可，活动机械手搬用速度也较快，因此提高传送带速度将有利于提高整个装置的搬用速率，相反的，若物料较多或摆放朝向不满足预设情况的物料较多，机械手需调整其方向搬用较慢，因此，适当做出调整，防止机械手物料过多出现堆积，机械手无法搬用的情况，提高了上料***可靠性和工作效率，进一步减少了人力操作，加大了工业自动化水平。

尤其，在所述上料传送带尾端设有接盘，当机械手未在指定的抓取区域内将物料抓取至所述下料传送带组时，上料传送带将该物料输送至上料传送带尾端并将物料输出至所述接盘承内，减少物料损失，提高经济效益。

尤其，本发明设置传送带组，将不同种类的物料放置在不同种类的传送带上，方便后续对不同类型的物料采取不同类型的处理。

附图说明

图1为本发明所述一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明所述一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***的结构示意图，本发明所述一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***包括：

上料装置，其至少包括一上料传送带2，其用以传送待排序物料；

下料装置，其包括下料传送带组6，其设置在所述上料装置的尾端，其用以传送已排序物料；

储料盘4，其设置在所述上料传送带2末端，用以储存上料传送带2运送的无序物料；

摄影装置，其包括3D摄影机3以及下料监控摄影机组7，所述3D摄影机3设置在所述上料装置的上方，用以拍摄所述上料装置上的物料，所述下料监控摄影机组7设置在所述下料传送带组6上方，以检测所述下料传送带组6上物料的数目；

活动机械手5，其设置在所述上料装置的尾端，其用以抓取所述上料传送带2上的物料，并将物料摆放至所述下料传送带组6上；

中控***1，其与所述上料装置、下料装置、摄影装置和活动机械手5电性连接并实时完成数据交换，以实时控制所述上料装置、下料装置、摄影装置和活动机械手5；所述中控***1包括：

触摸显示屏（图上未画出），其用以操控上料***；

图像处理模块，其用以接收所述3D摄影装置发出的图像信息，并根据所述图像信息判定所述上料传动带上的物料的类型以及摆放信息，所述图像处理模块确定所述摆放信息时包括物料朝向面信息和物料实时三维坐标信息，同时，生成第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4），i=1，2...Q，其中：Pi1表示第i物料表面朝向信息，Pi2表示第i物料实时坐标信息，Pi3表示物料缺陷信息，其初始值等于0当物料存在缺陷时，Pi3等于1，Pi4表示物料种类；

所述图像处理模块使用前需采集预设物料信息，其过程包括：

S1，通过所述显示屏操作进入物料信息采集模式，选取若干种的物料，将任一物料放置在所述摄影装置下，；

S2，调整物料的朝向，使所述摄影装置采集到物料的空间六面的特征信息，以使所述图像处理模块能通过物料的图像信息识别出物料的表面朝向以及物料的种类，形成第一类型标准物料信息矩阵B1（B11,B12,B13,B14,B15,B16）其中：B11表示第一物料标准物料底面特征信息，B12表示第一物料标准物料顶面特征信息，B13表示第一物料标准物料前面特征信息，B14表示第一物料标准物料后面特征信息，B15表示第一物料标准物料左面特征信息，S16表示第一物料标准物料右面特征信息；

S3，重复S2，将对不同的物料进行信息采集形成，第i类型物料标准物料信息矩阵Bi（Bi1,Bi2,Bi3,Bi4,Bi5,Bi6），i=1,2..n，其中，Bi1表示第一物料标准物料底面特征信息，Bi2表示第一物料标准物料顶面特征信息，Bi3表示第一物料标准物料前面特征信息，Bi4表示第一物料标准物料后面特征信息，Bi5表示第一物料标准物料左面特征信息，Si6表示第一物料标准物料右面特征信息。

S4，选择每种物料的预设面对应的预设特征，通过所述显示屏操作退出物料信息采集模式；

控制模块，其用以接收图像处理模块和缺陷检测模块发出的信息，同时，根据设定的物料摆放方向以及第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4）内的信息，控制所述活动机械手5将不同种类的待排序物料抓取并调整物料朝向面后有序摆放至下料传送带组6内不同的传送带上，同时，所述控制模块根据所述上料传送带2上物料的杂乱程度实时调节传送带运行速度以及机械手的抓取速度，所述控制模块根据所述预设特征控制所述活动机械手5的运转方式时，其包括：

当待检测物料顶面为预设面时，所述控制模块控制所述活动机械手5根据物料种类直接将所述物料抓取放置在所述传送带组的对应传送带上；

当待检测物料顶面不为预设面时，所述控制模块控制所述活动机械手5调整待排序物料的表面朝向，使调整后的待排序物料顶面为预设面，并将调整后的待排序物料按照种类整齐放置在所述传送带组对应传送带上。

具体而言、所述图像处理模块获取所述3D摄影机3拍摄的图像信息后，提取所述图像信息内物料的各个表面的特征信息，首先判定物料的种类，确定物料种类后选取对应种类的第i类型标准物料信息矩阵Bi（Bi1,Bi2,Bi3,Bi4,Bi5,Bi6），同时，所述图像处理模块从所述第i类型标准物料信息矩阵Bi（Bi1,Bi2,Bi3,Bi4,Bi5,Bi6）内选取一个表面特征信息作为所述预设特征，将待排序物料的各个表面的特性信息与所述预设特征做匹配，并将与所述预设特征相匹配的表面作为预选择面，并将所述预选择面的朝向记录进第i物料表面朝向信息Pi1，其中：检测待排序物料表面时，优先检测待排序物料顶面，当待排序物料顶面特征信息与所述预设特征相匹配时，停止后续检测，确定当前待排序物料顶面为预设面，若待排序物料顶面特征信息与预先选择的物料摆放朝向顶面的表面特征信息不匹配时，再继续对待检测物料的其他表面进行检测当前待排序物料具备所述预设特征的表面的朝向，并将检测后的物料的表面朝向信息记录进所述第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4）内。

具体而言、所述控制模块内部设有物料摆放判断矩阵Q0、上料传送带2速度调节参数矩阵C0、机械手运行速度矩阵V0和下料传送带组6运行速度矩阵W0：

对于物料摆放判断矩阵Q0，Q0（Q1,Q2,Q3,Q4）, 其中，Q1为第一预设区间，Q2为第二预设区间，Q3为第三预设区间，Q4为第四预设区间，各参数具体数值按照顺序依次增加；

对于上料传送带2速度调节参数矩阵C0，C0(C1,C2,C3,C4),其中，C1为第一预设上料传送带2速度调节参数，C2为第二预设上料传送带2速度调节参数，C3为第三预设上料传送带2速度调节参数，C4为第四预设上料传送带2速度调节参数；

对于机械手运行速度矩阵V0，V0(V1,V2,V3,V4),其中，V1为第一预设机械手运行速度，V2为第二预设机械手运行速度，V3为第三预设机械手运行速度，V4为第四预设机械手运行速度，各参数具体数值按照顺序依次增大；

对于下料传送带组6运行速度矩阵W0，W0(W1,W2,W3,W4),其中，W1为第一预设下料传送带组6运行速度，W2为第二预设下料传送带组6运行速度，W3为第三预设下料传送带组6运行速度，W4为第四预设下料传送带组6运行速度，各参数具体数值按照顺序依次增大。

具体而言、所述控制模块根据所述上料传送带2上物料的杂乱程度实时调节传送带运行速度以及机械手的抓取速度时，所述控制模块根据第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4）内的信息实时确定上料传送带2上物料的数目N，以及顶面为预选面的物料的数量n，物料正确朝向面比例Q，

在确定物料正确朝向面比例Q后，所述控制模块将正确朝向面比例Q与预设物料摆放判断矩阵Q0内参数做对比：

当0＜Q≤Q1时，控制模块从所述C0矩阵中选取C1、从所述V0矩阵中选取V1、从所述W0矩阵中选取W1生成第一运行参数矩阵E1(C1,V1,W1),中控***1根据E1中的参数，将上料传送带2运行速度调整为U*C1，将机械手运行速度调整为V1，将下料传送带组6运行速度调整为W1;

当Q1＜Q≤Q2时，控制模块从所述C0矩阵中选取C2、从所述V0矩阵中选取V2、从所述W0矩阵中选取W2生成第二运行参数矩阵E2(C2,V2,W2),中控***1根据E2中的参数，将上料传送带2运行速度调整为U*C2，将机械手运行速度调整为V2，将下料传送带组6运行速度调整为W2;

当Q2＜Q≤Q3时，控制模块从所述C0矩阵中选取C3、从所述V0矩阵中选取V3、从所述W0矩阵中选取W3生成第三运行参数矩阵E3(C3,V3,W3),中控***1根据E3中的参数，将上料传送带2运行速度调整为U*C3，将机械手运行速度调整为V3，将下料传送带组6运行速度调整为W3;

当Q3＜Q≤Q4时，控制模块从所述C0矩阵中选取C4、从所述V0矩阵中选取V4、从所述W0矩阵中选取W4生成第四运行参数矩阵E4(C4,V4,W4),中控***1根据E4中的参数，将上料传送带2运行速度调整为U*C4，将机械手运行速度调整为V4，将下料传送带组6运行速度调整为W4；

设置检测周期t，当完成对所述上料传送带2运行速度、机械手运行速度、下料传送带组6运行速度调节并经过时间t后重复，进行新一轮监测调节。

具体而言、当所述中控***运行时，所述摄影装置实时扫描所述储料盘4内物料、根据扫描到的信息判断储料盘4内存有物料的种类并将判定结果传送到控制模块：

当摄影装置扫描到的图像内的物料种类与预设第i类物料矩阵Si所属的物料种类相同时，i=1,2,3,所述摄影装置判定所述储料盘4内存有第i类物料；当摄影装置扫描到的图像内未检测到预设第i类物料矩阵Si内信息时，所述摄影装置判定所述储料盘4内不含有第i类物料；

所述控制模块中还设有下料传送带启停程序，当所述摄影装置判定储料盘4内存有第i类物料时，控制模块启动第i类物料下料传送带。

具体而言、所述下料传送带摄像头实时监测对应的下料传送带，并将监测结果传送至所述控制模块：

当下料传送带摄像头检测到第一类物料下料传送带上所有物料已完成运输且所述摄影装置判定储料盘4内不含有第一类物料时，控制模块控制第一类物料下料传送带停止运行；

当第二下料传送带摄像头检测到第二类物料下料传送带上所有物料已完成运输且所述摄影装置判定储料盘4内不含有第二类物料时，控制模块控制第二类物料下料传送带停止运行；

当第三下料传送带摄像头检测到第三类物料下料传送带上所有物料已完成运输且所述摄影装置判定储料盘4内不含有第三类物料时，控制模块控制第三类物料下料传送带停止运行。

具体而言、所述储料盘4下方设有振动器8，振动器8与所述控制模块相连，当所述摄影装置检测到储料盘4内存有物料但无法判别物料种类时，控制模块判定储料盘4内出现物料堆叠，控制模块根据判定结果启动所述振动器8，振动器8带动储料盘4振动以使堆叠物料分开，当所述摄影装置检测到储料盘4内的物料种类均能够判别时，控制模块判定到堆叠物料已分开，控制模块控制振动器8停止运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过所述3D摄像头检测上料传送带上物料的摆放密度与单个物料的位置和空间摆放方向，并将相关数据信息传递至所述中控***，中控***能过根据接收到的控制活动机械手运转、上料传送带运送速度和下料传送带组运送速度，提高装置运转过程中的稳定性和可靠性，减少了人力操作，提高了工业自动化的程度。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***，其特征在于，包括：

上料装置，其至少包括一上料传送带，其用以传送待排序物料；

下料装置，其包括下料传送带组，其设置在所述上料装置的尾端，其用以传送已排序物料；

储料盘，其设置在所述上料传送带末端，用以储存上料传送带运送的无序物料；

摄影装置，其包括3D摄影机以及下料监控摄影机组，所述3D摄影机设置在所述上料装置的上方，用以拍摄所述上料装置上的物料，并将拍摄的图像信息发送至中控***，所述下料监控摄影机组设置在所述下料传送带组上方，以检测所述下料传送带组上物料的数目；

活动机械手，其设置在所述上料装置的尾端，其用以抓取所述上料传送带上的物料，并将物料摆放至所述下料传送带组上；

中控***，其与所述上料装置、下料装置、摄影装置和活动机械手电性连接并实时完成数据交换，以实时控制所述上料装置、下料装置、摄影装置和活动机械手；所述中控***包括：

触摸显示屏，其用以操控上料***；

图像处理模块，其用以接收所述3D摄影装置发出的图像信息，并根据所述图像信息判定所述上料传动带上的物料的类型以及摆放信息，所述图像处理模块确定所述摆放信息时包括物料朝向面信息和物料实时三维坐标信息，同时，生成第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4），i=1，2...Q，其中：Pi1表示第i物料表面朝向信息，Pi2表示第i物料实时坐标信息，Pi3表示物料缺陷信息，其初始值等于0，当物料存在缺陷时Pi3等于1，Pi4表示物料种类；

所述图像处理模块使用前需采集预设物料信息，其过程包括：

S1，通过所述显示屏操作进入物料信息采集模式，选取若干种的物料，将任一物料放置在所述摄影装置下；

S2，调整物料的朝向，使所述摄影装置采集到物料的空间六面的特征信息，以使所述图像处理模块能通过物料的图像信息识别出物料的表面朝向以及物料的种类，形成第一类型标准物料信息矩阵B1（B11,B12,B13,B14,B15,B16）其中：B11表示第一物料标准物料底面特征信息，B12表示第一物料标准物料顶面特征信息，B13表示第一物料标准物料前面特征信息，B14表示第一物料标准物料后面特征信息，B15表示第一物料标准物料左面特征信息，S16表示第一物料标准物料右面特征信息；

S3，重复S2，将对不同的物料进行信息采集形成，第i类型物料标准物料信息矩阵Bi（Bi1,Bi2,Bi3,Bi4,Bi5,Bi6），i=1,2..n，其中，Bi1表示第一物料标准物料底面特征信息，Bi2表示第一物料标准物料顶面特征信息，Bi3表示第一物料标准物料前面特征信息，Bi4表示第一物料标准物料后面特征信息，Bi5表示第一物料标准物料左面特征信息，Si6表示第一物料标准物料右面特征信息；

S4，选择每种物料的预设面对应的预设特征，通过所述显示屏操作退出物料信息采集模式；

控制模块，其用以接收图像处理模块和缺陷检测模块发出的信息，同时，根据设定的物料摆放方向以及第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4）内的信息，控制所述活动机械手将不同种类的待排序物料抓取并调整物料朝向面后有序摆放至下料传送带组内不同的传送带上，同时，所述控制模块根据所述上料传送带上物料的杂乱程度实时调节传送带运行速度以及机械手的抓取速度，所述控制模块根据所述预设特征控制所述活动机械手的运转方式时，其包括：

当待检测物料顶面为预设面时，所述控制模块控制所述活动机械手根据物料种类直接将所述物料抓取放置在所述传送带组的对应传送带上；

当待检测物料顶面不为预设面时，所述控制模块控制所述活动机械手调整待排序物料的表面朝向，使调整后的待排序物料顶面为预设面，并将调整后的待排序物料按照种类整齐放置在所述传送带组对应传送带上。

2.根据权利要求1所述基于3D视觉的机器人全自动无序上料***，其特征在于，所述图像处理模块获取所述3D摄影机拍摄的图像信息后，提取所述图像信息内物料的各个表面的特征信息，首先判定物料的种类，确定物料种类后选取对应种类的第i类型标准物料信息矩阵Bi（Bi1,Bi2,Bi3,Bi4,Bi5,Bi6），同时，所述图像处理模块从所述第i类型标准物料信息矩阵Bi（Bi1,Bi2,Bi3,Bi4,Bi5,Bi6）内选取一个表面特征信息作为所述预设特征，将待排序物料的各个表面的特性信息与所述预设特征做匹配，并将与所述预设特征相匹配的表面作为预选择面，并将所述预选择面的朝向记录进第i物料表面朝向信息Pi1，其中：检测待排序物料表面时，优先检测待排序物料顶面，当待排序物料顶面特征信息与所述预设特征相匹配时，停止后续检测，确定当前待排序物料顶面为预设面，若待排序物料顶面特征信息与预先选择的物料摆放朝向顶面的表面特征信息不匹配时，再继续对待检测物料的其他表面进行检测当前待排序物料具备所述预设特征的表面的朝向，并将检测后的物料的表面朝向信息记录进所述第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4）内。

3.根据权利要求1所述基于3D视觉的机器人全自动无序上料***，其特征在于，所述控制模块内部设有物料摆放判断矩阵Q0、上料传送带速度调节参数矩阵C0、机械手运行速度矩阵V0和下料传送带组运行速度矩阵W0：

对于物料摆放判断矩阵Q0，Q0（Q1,Q2,Q3,Q4）, 其中，Q1为第一预设区间，Q2为第二预设区间，Q3为第三预设区间，Q4为第四预设区间，各参数具体数值按照顺序依次增加；

对于上料传送带速度调节参数矩阵C0，C0(C1,C2,C3,C4),其中，C1为第一预设上料传送带速度调节参数，C2为第二预设上料传送带速度调节参数，C3为第三预设上料传送带速度调节参数，C4为第四预设上料传送带速度调节参数；

对于机械手运行速度矩阵V0，V0(V1,V2,V3,V4),其中，V1为第一预设机械手运行速度，V2为第二预设机械手运行速度，V3为第三预设机械手运行速度，V4为第四预设机械手运行速度，各参数具体数值按照顺序依次增大；

对于下料传送带组运行速度矩阵W0，W0(W1,W2,W3,W4),其中，W1为第一预设下料传送带组运行速度，W2为第二预设下料传送带组运行速度，W3为第三预设下料传送带组运行速度，W4为第四预设下料传送带组运行速度，各参数具体数值按照顺序依次增大。

4.根据权利要求3所述基于3D视觉的机器人全自动无序上料***，其特征在于，所述控制模块根据所述上料传送带上物料的杂乱程度实时调节传送带运行速度以及机械手的抓取速度时，所述控制模块根据第i物料信息矩阵Pi（Pi1,Pi2，Pi3，Pi4）内的信息实时确定上料传送带上物料的数目N，以及顶面为预选面的物料的数量n，物料正确朝向面比例Q，

在确定物料正确朝向面比例Q后，所述控制模块将正确朝向面比例Q与预设物料摆放判断矩阵Q0内参数做对比：

当0＜Q≤Q1时，控制模块从所述C0矩阵中选取C1、从所述V0矩阵中选取V1、从所述W0矩阵中选取W1生成第一运行参数矩阵E1(C1,V1,W1),中控***根据E1中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C1，将机械手运行速度调整为V1，将下料传送带组运行速度调整为W1;

当Q1＜Q≤Q2时，控制模块从所述C0矩阵中选取C2、从所述V0矩阵中选取V2、从所述W0矩阵中选取W2生成第二运行参数矩阵E2(C2,V2,W2),中控***根据E2中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C2，将机械手运行速度调整为V2，将下料传送带组运行速度调整为W2;

当Q2＜Q≤Q3时，控制模块从所述C0矩阵中选取C3、从所述V0矩阵中选取V3、从所述W0矩阵中选取W3生成第三运行参数矩阵E3(C3,V3,W3),中控***根据E3中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C3，将机械手运行速度调整为V3，将下料传送带组运行速度调整为W3;

当Q3＜Q≤Q4时，控制模块从所述C0矩阵中选取C4、从所述V0矩阵中选取V4、从所述W0矩阵中选取W4生成第四运行参数矩阵E4(C4,V4,W4),中控***根据E4中的参数，将上料传送带运行速度调整为U*C4，将机械手运行速度调整为V4，将下料传送带组运行速度调整为W4；

设置检测周期t，当完成对所述上料传送带运行速度、机械手运行速度、下料传送带组运行速度调节并经过时间t后重复，进行新一轮监测调节。

5.根据权利要求4所述的一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***，其特征在于，当所述中控***运行时，所述摄影装置实时扫描所述储料盘内物料、根据扫描到的信息判断储料盘内存有物料的种类并将判定结果传送到控制模块：

当摄影装置扫描到的图像内的物料种类与预设第i类物料矩阵Si所属的物料种类相同时，i=1,2,3,所述摄影装置判定所述储料盘内存有第i类物料；当摄影装置扫描到的图像内未检测到预设第i类物料矩阵Si内信息时，所述摄影装置判定所述储料盘内不含有第i类物料；

所述控制模块中还设有下料传送带启停程序，当所述摄影装置判定储料盘内存有第i类物料时，控制模块启动第i类物料下料传送带。

6.根据权利要求5所述的一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***，其特征在于，所述下料传送带摄像头实时监测对应的下料传送带，并将监测结果传送至所述控制模块：

当下料传送带摄像头检测到第一类物料下料传送带上所有物料已完成运输且所述摄影装置判定储料盘内不含有第一类物料时，控制模块控制第一类物料下料传送带停止运行；

当第二下料传送带摄像头检测到第二类物料下料传送带上所有物料已完成运输且所述摄影装置判定储料盘内不含有第二类物料时，控制模块控制第二类物料下料传送带停止运行；

当第三下料传送带摄像头检测到第三类物料下料传送带上所有物料已完成运输且所述摄影装置判定储料盘内不含有第三类物料时，控制模块控制第三类物料下料传送带停止运行。

7.根据权利要求1所述的一种基于3D视觉的机器人全自动无序上料***，其特征在于，所述储料盘下方设有振动器，振动器与所述控制模块相连，当所述摄影装置检测到储料盘内存有物料但无法判别物料种类时，控制模块判定储料盘内出现物料堆叠，控制模块根据判定结果启动所述振动器，振动器带动储料盘振动以使堆叠物料分开，当所述摄影装置检测到储料盘内的物料种类均能够判别时，控制模块判定到堆叠物料已分开，控制模块控制振动器停止运行。

Images