CN113290552B - 物品放置***以及物品放置方法 - Google Patents

物品放置***以及物品放置方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种物品放置***以及物品放置方法。本发明的物品放置***包括：棚车(1)，其具有用于放置物品(3)的多个隔间；机器人(2)，其与棚车(1)相对设置，用于将抓取的物品(3)放入棚车(1)的指定隔间(11)内；摄像机(4)，其设置在机器人(2)的前端，拍摄指定隔间(11)；以及控制***(100)，其对机器人(2)、视觉识别***(200)进行控制。通过本发明的物品放置***，能够提高隔间中心位置的计算精度，准确地将物品放置到置物架的隔间内。

Description

物品放置***以及物品放置方法
技术领域
本发明涉及物品放置***以及物品放置方法。
背景技术
在自动化制造领域通过机器人的输送功能和视觉识别***的定位功能自动在目标位置进行物品的取放操作。在自动化制造工序中，通过视觉识别***来识别置物架上的物品放置位置，并将物品放置在识别出的物品放置位置上。
发明内容
【发明要解决的技术问题】
一般来说，放置物品的置物架具有数十个横竖排列的隔间，在放置物品时，将移动的置物架固定在基台上，并使机器人与置物架相对放置。将机器人和置物架的位置固定之后，机器人的控制***能够根据置物架的设计尺寸参数计算每个隔间的中心位置，并以该中心位置为基准将物品放置到隔间内。
但是，置物架存在多个，各个置物架的实际尺寸和设计尺寸之间存在误差，而且置物架在使用过程中也多少会产生变形，因此，根据置物架的设计尺寸参数计算出的隔间的中心位置与实际的中心位置之间存在偏差。
在自动化制造工序中，通过视觉识别***来识别置物架上的物品放置位置，并将物品放置在识别出的物品放置位置上。
然而，现有技术中所采用的视觉识别***一般包括2D摄像机以及视觉识别程序，2D摄像机能够识别的对象的空间位置精度不足，结果导致机器人有时无法将物品放入到隔间内的指定位置。
本发明的目的在于提供能够提高物品的位置放置精度的物品放置***以及物品放置方法。
【解决问题的技术手段】
为了达成上述的目的，本发明的方案1所记载的发明中，物品放置***包括：置物架，其具有用于放置物品的多个隔间；机器人，其与所述置物架相对设置，用于将抓取的物品放入所述置物架的指定隔间内；拍摄单元，其设置在所述机器人的前端，拍摄所述指定隔间；坐标建立部，其建立包括所述机器人以及所述置物架的专用坐标系；理论中心坐标计算部，其根据所述置物架的设计尺寸计算所述指定隔间在所述专用坐标系中的理论中心坐标；拍摄控制部，其控制所述机器人将所述拍摄单元移动到与所述理论中心坐标的位置正面相对的位置，通过所述拍摄单元来拍摄所述指定隔间；以及视觉识别部，其基于所述拍摄单元拍摄的所述指定隔间的图像，计算所述指定隔间的视觉识别中心坐标，在所述视觉识别部计算出所述视觉识别中心坐标之后，所述拍摄控制部控制所述机器人将所述拍摄单元移动到与所述视觉识别中心坐标的位置正面相对的位置，通过所述拍摄单元再次拍摄所述指定隔间，所述视觉识别部根据再次拍摄的所述指定隔间的图像，再次计算所述指定隔间的视觉识别中心坐标，所述物品放置***还包括物品放置部，所述物品放置部以再次计算出的所述视觉识别中心坐标为所述指定隔间的中心，控制所述机器人来放置所述物品。
根据上述构成，能够提高隔间中心位置的计算精度，准确地将物品放置到置物架的隔间内。
方案2所记载的发明中，隔间判定部判定是否存在剩余隔间，在判定存在剩余隔间的情况下，按照预先规定的顺序指定所述置物架的某一隔间作为所述指定隔间，在判定不存在剩余隔间的情况下，结束所述物品放置***的动作。
根据上述构成，能够确保在置物架的每个隔间放置物品。
进一步地，方案3所记载的发明中，在方案2所记载的物品放置***中，所述视觉识别部基于所述拍摄单元首次拍摄的所述指定隔间的图像，判定所述指定隔间是否能够放置物品，在判定所述指定隔间能够放置物品的情况下，计算所述指定隔间的所述视觉识别中心坐标，在判定所述指定隔间不能够放置物品的情况下，返回到所述隔间判定部的处理。
根据上述构成，能够防止在隔间中存在物品的情况下，仍然进行物品的放置操作。
方案4所记载的发明中，在方案1～3中任意一项所记载的物品放置***中，反复进行如下动作，直至达到预先设置的次数为止：在所述视觉识别部计算出所述视觉识别中心坐标之后，所述拍摄控制部控制所述机器人将所述拍摄单元移动到与所述视觉识别中心坐标的位置正面相对的位置，通过所述拍摄单元再次拍摄所述指定隔间，所述视觉识别部根据再次拍摄的所述指定隔间的图像，再次计算所述指定隔间的视觉识别中心坐标。
根据上述构成，能够进一步提高隔间中心位置的计算精度，准确地将物品放置到置物架的隔间内。
【发明的效果】
通过本发明的物品放置***以及物品放置方法，能够提高隔间中心位置的计算精度，准确地将物品放置到置物架的隔间内。
附图说明
图1是示出本发明的物品放置***的构成的示意图。
图2是示出本发明的物品放置***的控制***及其控制对象的构成图。
图3是示出本发明的物品放置***的物品放置方法的动作的流程图。
图4是示出本发明的置物架的隔间的各个中心坐标的位置关系的示意图。
图5是示出不同位置的两部摄像机与置物架的隔间的位置关系的示意图。
图6是示出图5所示的两部摄像机所拍摄的隔间的图像的示意图。
图7是示出视觉识别偏差与摄像机位置偏差的关系的图。
具体实施方式
[发明的原理]
首先，对本发明的原理进行说明。
为了将物品准确放入到置物架的隔间内，需要确定隔间的中心坐标的位置。本发明的目的在于找到隔间的准确的中心坐标，提高物品放置的精度。
在进行放置作业之前，将置物架固定在地面的基座上，使机器人与置物架相对设置。以该基座作为坐标原点，建立包括置物架与机器人的专用坐标系。摄像机安装在机器人的工作手臂的前端，机器人使摄像机在与置物架前表面平行的平面内移动，摄像机的拍摄方向与置物架前表面垂直。本文中，将图1中置物架的与机器人相对的一面定义为置物架的前表面。
图4是示出本发明的置物架的隔间的各个中心坐标的位置关系的示意图。其中，A0是置物架的某一隔间的理论中心坐标，该理论坐标通过置物架制造时的设计尺寸参数计算得出，或者也可以预先存储隔间位置与理论中心坐标的关系表，通过访问该关系表而得出。A1是该隔间的实际中心坐标，如图4所示，理论中心坐标A0和实际中心坐标A1之间存在偏差，其原因在于置物架制造时产生的尺寸偏差，越是廉价的置物架，理论中心坐标A0和实际中心坐标A1之间的偏差越大。
在通过视觉识别***来识别隔间的中心位置时，将摄像机移动到与理论中心坐标A0正面相对的位置，拍摄隔间的2D图像。基于该图像通过视觉识别来计算视觉识别中心坐标，A2是通过视觉识别***计算的视觉识别中心坐标。如图4所示，该视觉识别中心坐标A2与实际中心坐标A1之间仍然存在偏差，即产生视觉识别偏差。
本发明的发明人经过研究发现，产生视觉识别偏差的原因在于摄像机的位置与隔间的实际中心之间存在偏差。图5是示出不同位置的两部摄像机与置物架的隔间的位置关系的示意图。图6是示出图5所示的两部摄像机所拍摄的隔间的图像的示意图。图5左侧的摄像机的位置偏离隔间的实际中心，其拍摄的图像与正常的图像相比发生了变形(参照图6左图)。图5右侧的摄像机的位置与隔间的实际中心正面相对，其拍摄的图像为正常图像(参照图6右图)。如果通过图6左图来计算出视觉识别中心坐标，就会产生视觉识别偏差。因此，可以得出结论，摄像机的拍摄位置与隔间的实际中心的偏差即摄像机位置偏差越大，产生的视觉识别偏差越大。图7示出视觉识别偏差与摄像机位置偏差的关系的图。其横轴表示摄像机位置偏差、纵轴表示视觉识别偏差，如图7所示二者呈非线性正比例关系。
[实施例]
以下，对本发明的具体实施例进行说明。图1是示出本发明的物品放置***的构成的示意图。如图1所示，本发明的物品放置***包括：作为置物架的棚车1，其具有用于放置物品3的多个隔间；机器人2，其与棚车1相对设置，用于将抓取的物品3放入棚车1的指定隔间11内；作为拍摄单元的摄像机4，其设置在机器人2的前端，拍摄指定隔间11；以及控制***100。如图1所示，所述控制***100对机器人2进行驱动控制、对包括摄像机4的视觉识别***200(图2)进行拍照与视觉识别控制。在机器人2的前端还设置有夹持部21，用于夹持物品3，控制***100对夹持部21进行驱动控制。此外，控制***100还能够对棚车1进行检测，由此例如以棚车1固定到基座(未图示)为触发，启动物品放置***的动作，或者也可以通过操作人员操作控制面板来启动物品放置***的动作。
摄像机4在拍照时始终位于与棚车1的前表面平行的平面内，也就是说摄像机4与棚车1的前表面的距离为固定值。拍摄方向与棚车1前表面垂直，由此使得拍摄的图像大小统一且精度一致。
图2是示出本发明的物品放置***的控制***100及其控制对象的构成图。如图2所示，控制***100包括：坐标建立部101，其建立包括机器人2以及棚车1的专用坐标系；理论中心坐标计算部102，其根据棚车1的设计尺寸计算指定隔间11在专用坐标系中的理论中心坐标；拍摄控制部103，其控制机器人2将摄像机4移动到与理论中心坐标的位置正面相对的位置，通过摄像机4来拍摄指定隔间11；视觉识别部104，其基于摄像机4拍摄的指定隔间11的图像，计算指定隔间11的视觉识别中心坐标；物品放置部105，其以最终计算出的视觉识别中心坐标为指定隔间11的中心，控制机器人2来放置物品3；以及隔间判定部106，其判定是否存在剩余隔间，在判定存在剩余隔间的情况下，按照预先规定的顺序指定棚车1的某一隔间作为指定隔间11，在判定不存在剩余隔间的情况下，结束物品放置***的动作。
视觉识别部104还能够基于摄像机4首次拍摄的指定隔间11的图像，判定指定隔间11是否能够放置物品，在判定指定隔间11能够放置物品的情况下，计算指定隔间11的视觉识别中心坐标，在判定指定隔间11不能够放置物品的情况下，返回到隔间判定部106的处理。判定隔间是否能够放置物品例如包括如下等情况：可以是判定隔间是否已有物品，在隔间已有物品的情况下，判定不能够放置物品；也可以是判定隔间是否存在异物，在隔间存在异物的情况下，判定不能够放置物品；也可以是判定隔间是否损坏，在隔间损坏的情况下，判定不能够放置物品。
如图2所示，控制***100能够对机器人2以及设置在机器人2的前端的夹持部21的动作进行控制，并能够对视觉识别***200进行控制。
在本实施例的控制***100中，坐标建立部101、理论中心坐标计算部102、拍摄控制部103、物品放置部105、隔间判定部106能够通过控制器、存储装置及接口和控制这些硬件资源的程序来实现。
如图2所示，坐标建立部101、理论中心坐标计算部102、拍摄控制部103、物品放置部105、隔间判定部106等功能部都集成在控制***100中。但也并不限定于此，例如，其中的坐标建立部101、理论中心坐标计算部102也可以通过设置于机器人2的控制器和程序来实现。现有技术的机器人中具有坐标建立部101、理论中心坐标计算部102的功能，可以通过购入机器人来实现上述各功能部的功能。
本实施例的视觉识别***200包括：摄像机4，该摄像机4具有光源，用于拍摄图片；视觉识别部104，其用于对拍摄的图片进行视觉识别。视觉识别部104通过控制器、存储装置及接口和控制这些硬件资源的程序来实现。
接着，对本实施例的物品放置***的动作进行说明。图3是示出本发明的物品放置***的物品放置方法的动作的流程图。
坐标建立部101建立包括机器人2以及棚车1的专用坐标系(图3的步骤S1)，本实施例中，棚车1固定在地面的基座上，以该基座的指定位置作为坐标原点，建立包括棚车1与机器人2的专用坐标系。
隔间判定部106判定是否存在剩余隔间，在判定存在剩余隔间的情况下，按照预先规定的顺序指定棚车1的某一隔间作为指定隔间11，在判定不存在剩余隔间的情况下，结束物品放置***的动作(图3的步骤S2、S3)。统一规格的棚车1的隔间的总量是固定的，隔间判定部106可以基于隔间的总量以及指定隔间操作的次数来判定是否存在剩余隔间。预先规定的顺序例如是从上到下、从左到右。
理论中心坐标计算部102根据棚车1的设计尺寸计算指定隔间11在专用坐标系中的理论中心坐标(图3的步骤S4)。这里的理论中心坐标对应于图4的A0。
拍摄控制部103控制机器人2将摄像机4移动到与理论中心坐标的位置正面相对的位置，即，图4所示的摄像机的位置，通过摄像机4来拍摄指定隔间11(图3的步骤S5)。
视觉识别部104基于在步骤S5中摄像机4拍摄的指定隔间11的图像，判定指定隔间11是否能够放置物品，在判定指定隔间11能够放置物品的情况下，视觉识别部104基于摄像机4拍摄的指定隔间11的图像，计算指定隔间11的视觉识别中心坐标，在判定指定隔间11不能够放置物品的情况下，返回到隔间判定部106的处理(图3的步骤S6、S7)。这里的视觉识别中心坐标对应于图4的A2。
视觉识别部104基于摄像机4拍摄的指定隔间11的图像计算指定隔间11的视觉识别中心坐标可以通过现有的视觉识别技术来实现，现有的视觉识别技术能够根据识别出的拍摄图像的轮廓线来计算视觉识别中心坐标。视觉识别部104判定指定隔间11是否能够放置物品也可以通过现有的视觉识别技术来实现。
拍摄控制部103控制机器人2将摄像机4移动到与视觉识别中心坐标的位置正面相对的位置，再次拍摄指定隔间11(图3的步骤S8)，基于在步骤S8中拍摄的指定隔间11的图像，再次计算指定隔间11的视觉识别中心坐标(图3的步骤S9)。由此，摄像机11二次拍摄指定隔间11时位于在步骤S7中计算的视觉识别中心坐标的位置，与在步骤S4中计算出的理论中心坐标的位置相比，该视觉识别中心坐标与实际中心坐标的偏差较小，因此，在步骤S9中计算出的指定隔间11的视觉识别中心坐标更接近实际中心坐标。
物品放置部105以在步骤S9中计算出的视觉识别中心坐标为指定隔间11的中心，控制机器人2来放置物品3(图3的步骤S10)。
这样，在物品放置***的动作结束之前(在图3的步骤S2中为“否”)，在每个操作周期内执行步骤S2～S10的处理。
此外，在步骤S9计算出的视觉识别中心坐标不能满足识别精度要求的情况下，可以重复进行步骤S8和步骤S9的处理。这里，重复的次数可以通过实验来确定并设置在控制***100中。在实际的放置操作中，重复进行步骤S8和步骤S9的处理，直至达到预先设置的次数为止。
通过本发明的物品放置***以及物品放置方法，能够提高隔间中心位置的计算精度，准确地将物品放置到置物架的隔间内。

Claims (8)

1.一种物品放置***，其特征在于，包括：
置物架，其具有用于放置物品的多个隔间；
机器人，其与所述置物架相对设置，用于将抓取的物品放入所述置物架的指定隔间内；
拍摄单元，其设置在所述机器人的前端，拍摄所述指定隔间；
坐标建立部，其建立包括所述机器人以及所述置物架的专用坐标系；
理论中心坐标计算部，其根据所述置物架的设计尺寸计算所述指定隔间在所述专用坐标系中的理论中心坐标；
拍摄控制部，其控制所述机器人将所述拍摄单元移动到与所述理论中心坐标的位置正面相对的位置，通过所述拍摄单元来拍摄所述指定隔间；以及
视觉识别部，其基于所述拍摄单元拍摄的所述指定隔间的图像，计算所述指定隔间的视觉识别中心坐标，
在所述视觉识别部计算出所述视觉识别中心坐标之后，所述拍摄控制部控制所述机器人将所述拍摄单元移动到与所述视觉识别中心坐标的位置正面相对的位置，通过所述拍摄单元再次拍摄所述指定隔间，所述视觉识别部根据再次拍摄的所述指定隔间的图像，再次计算所述指定隔间的视觉识别中心坐标，
所述物品放置***还包括物品放置部，所述物品放置部以再次计算出的所述视觉识别中心坐标为所述指定隔间的中心，控制所述机器人来放置所述物品。
2.根据权利要求1所述的物品放置***，其特征在于，还包括：
隔间判定部，其判定是否存在剩余隔间，在判定存在剩余隔间的情况下，按照预先规定的顺序指定所述置物架的某一隔间作为所述指定隔间，在判定不存在剩余隔间的情况下，结束所述物品放置***的动作。
3.根据权利要求2所述的物品放置***，其特征在于，
所述视觉识别部基于所述拍摄单元首次拍摄的所述指定隔间的图像，判定所述指定隔间是否能够放置物品，在判定所述指定隔间能够放置物品的情况下，计算所述指定隔间的所述视觉识别中心坐标，在判定所述指定隔间不能够放置物品的情况下，返回到所述隔间判定部的处理。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的物品放置***，其特征在于，
反复进行如下动作，直至达到预先设置的次数为止：在所述视觉识别部计算出所述视觉识别中心坐标之后，所述拍摄控制部控制所述机器人将所述拍摄单元移动到与所述视觉识别中心坐标的位置正面相对的位置，通过所述拍摄单元再次拍摄所述指定隔间，所述视觉识别部根据再次拍摄的所述指定隔间的图像，再次计算所述指定隔间的视觉识别中心坐标。
5.一种物品放置***的物品放置方法，该物品放置***包括：置物架，其具有用于放置物品的多个隔间；机器人，其与所述置物架相对设置，用于将抓取的物品放入所述置物架的指定隔间内；以及拍摄单元，其设置在所述机器人的前端，拍摄所述指定隔间，该物品放置***的物品放置方法的特征在于，包括：
第一步骤，建立包括所述机器人以及所述置物架的专用坐标系；
第二步骤，根据所述置物架的设计尺寸计算所述指定隔间在所述专用坐标系中的理论中心坐标；
第三步骤，控制所述机器人将所述拍摄单元移动到与所述理论中心坐标的位置正面相对的位置，通过所述拍摄单元来拍摄所述指定隔间；
第四步骤，基于在所述第三步骤中拍摄的所述指定隔间的图像，计算所述指定隔间的视觉识别中心坐标；
第五步骤，将所述拍摄单元移动到与所述视觉识别中心坐标的位置正面相对的位置，再次拍摄所述指定隔间；
第六步骤，基于在所述第五步骤中拍摄的所述指定隔间的图像，再次计算所述指定隔间的视觉识别中心坐标；以及
第七步骤，以在所述第六步骤中计算出的所述视觉识别中心坐标为所述指定隔间的中心，控制所述机器人来放置所述物品。
6.根据权利要求5所述的物品放置方法，其特征在于，
在所述第一步骤与所述第二步骤之间还具有隔间判定步骤：其判定是否存在剩余隔间，在判定存在剩余隔间的情况下，按照预先规定的顺序指定所述置物架的某一隔间作为所述指定隔间，在判定不存在剩余隔间的情况下，结束所述物品放置***的动作。
7.根据权利要求6所述的物品放置方法，其特征在于，
在所述第四步骤包括如下步骤：基于在所述第三步骤中拍摄的所述指定隔间的图像，判定所述指定隔间是否能够放置物品，在判定所述指定隔间能够放置物品的情况下，计算所述指定隔间的所述视觉识别中心坐标，在判定所述指定隔间不能够放置物品的情况下，返回到所述隔间判定步骤的处理。
8.根据权利要求5～7中任意一项所述的物品放置方法，其特征在于，
反复进行所述第五步骤和所述第六步骤的处理，直至达到预先设置的次数为止。
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