本發(fā)明屬于一種工業(yè)在線視覺檢測系統，具體涉及一種基于視覺的全自動上料機器人系統以及上料和輸運方法。

背景技術：

工業(yè)固體灌裝設備是負責自動完成對固體產品進行容器化包裝的一類設備。此類設備的生產原材料可以被分成灌裝物和容器兩種。所有的原材料在灌裝之前都是被分別預置于各自的料倉中。由于工業(yè)上的固體灌裝設備大多是定制化的設備，大多數都是獨立運行的設備。往往需要人工來實現原料料倉的預置和補料。為了提升自動化的程度，出現了兩類上料方案。一種是自動化的上料流水線，這類方法比較占地并且很難做到同時適應多類品種。另一方案是采用半自動上料機器人，此類方法解決了流水線的弊端，但還是需要人工輔助控制同時還是存在人體接觸產品的安全衛(wèi)生問題。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于避免上述不足之處，提供一種基于視覺的全自動上料機器人系統，該系統包括：物料總站子系統、灌裝料倉、上料機器人子系統和灌裝設備；所述灌裝料倉從所述物料總站子系統獲取物料，將物料送至所述灌裝設備，由所述上料機器人子系統控制所述灌裝料倉的行程、避開障礙物和取放物料；所述上料機器人子系統包括上料機器人、三維輸運平臺、運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統、料堆三維外形掃描成像系統和基于機械臂的堆料平整系統；上料機器人控制和支撐所述三維輸運平臺、所述運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統、所述料堆三維外形掃描成像系統和所述堆料平整系統；所述運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統包括安裝在所述上料機器人周邊的非接觸的視覺距離傳感器，通過所述視覺距離傳感在三維空間巡查所有所述灌裝設備的料倉，探測所述灌裝設備的所述料倉缺料就自動上料。

進一步的，視覺距離傳感器采用時間飛行相機、基于結構光的三維相機或毫米波雷達。

進一步的，動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統系統通過所述視覺距離傳感器探測周邊物體的外形特征和距離，結合所述上料機器人自身的三維尺寸計算出運行線路上障礙物的危險級別。

進一步的，所述運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統系統通過所述視覺距離傳感器獲取所述灌裝料倉的運行軌跡和所述障礙物的特征，并不斷探測計算獲得所述灌裝設備的料倉的坐標。由所述上料機器人根據所述灌裝設備的料倉的坐標、所述灌裝料倉的運行軌跡和所述障礙物的特征，進行所述灌裝料倉的路徑規(guī)劃。

進一步的，料堆三維外形掃描成像系統獲取所述灌裝設備的料倉內物料是否符合預設掃描閾值。

進一步的，本發(fā)明提供一種基于視覺的全自動上料機器人系統的上料和輸運方法，該方法步驟包括：上料機器人剛啟動時，所述灌裝料倉為空，需要在第一位置處進所述物料總站上料；由所述運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統探測所述灌裝設備的料倉，直至探測到需要上料的所述灌裝設備的料倉；進行上料；由所述料堆三維外形掃描成像系統掃描上料后的所述灌裝設備的所述料倉，由基于機械臂的堆料平整系統對所述灌裝設備的所述料倉進行平整處理。

進一步的，在第一位置之后，經過第二位置的過程中沿路經不斷通過所述運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統尋找灌裝設備，在第三位置處發(fā)現第一灌裝設備并定位其料倉；定位之后，所述料堆三維外形掃描成像系統對所述第一灌裝設備的所述料倉進行物料掃描分析，一旦發(fā)現物料充足便離開繼續(xù)搜尋下一灌裝設備；經過第四位置后，在第五位置處發(fā)現第二灌裝設備并定位其料倉；之后，對第二灌裝設備的所述料倉進行物料掃描分析，發(fā)現物料不充足便通過所述上料機器人對所述第二灌裝設備進行上料；上料完成后，再次對所述第二灌裝設備的所述料倉進行物料掃描，獲得掃描值，分析得出物料堆放形態(tài)是否符合預設的掃描閾值；當所述掃描值超過預定閾值時，采用所述基于機械臂的堆料平整系統對所述第二灌裝設備的所述料倉的物料進行平整處理，如此重復直到最終所述掃描值滿足要求；之后再完成第六位置和第七位置處的第三灌裝設備的尋找、上料和平整工序；到第八位置時判斷所述灌裝料倉是否需要添料，如需要則返回所述物料總站添料否則繼續(xù)尋找灌裝設備。

進一步的，在物料輸運過程中，所述運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統發(fā)現障礙物時，進行停車處理，停止所述灌裝料倉，然后再重新開啟物料輸運。

進一步的，基于機械臂的堆料平整系統對所述灌裝設備的所述料倉進行平整處理的步驟為：上料結束后，采用所述料堆三維外形掃描成像系統對所述灌裝設備的所述料倉進行三維掃描，獲得掃描值；當所述掃描值超過預定閾值時，采用所述機械臂進行物料平整；再次進行三維掃描分析該料倉的物料的掃描值，重復上述步驟直至掃描值合格，則結束。

上述系統和方法通過設置視覺傳感器提高了工業(yè)生產線自動化的程度，提高了生產效率，保證了物料的衛(wèi)生。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于視覺的全自動上料機器人系統圖。

圖2是本發(fā)明的輸運及上料流程圖。

圖3是本發(fā)明的輸運中的避障流程圖。

圖4是本發(fā)明的堆料平整流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

實施例：如圖1所示，一種基于視覺的全自動上料機器人系統，該系統包括物料總站子系統、灌裝料倉(如小車)、上料機器人子系統和灌裝設備。所述灌裝料倉從物料總站子系統領取物料，將物料送至所述灌裝設備，由所述上料機器人子系統控制所述灌裝料倉的行程、避開障礙物和取放物料。

其中，上料機器人子系統包括上料機器人、三維輸運平臺、運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統、料堆三維外形掃描成像系統和基于機械臂的堆料平整系統組成；上料機器人控制和支撐所述三維輸運平臺、所述運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統、所述料堆三維外形掃描成像系統和所述堆料平整系統。

所述物料總站子系統一方面的功能是負責接接納、分類管理和暫存各類原料總成。另一方面，配合相應所述上料機器人的取料請求，然后通過真空、機器人或專用提升加料裝置等裝置對應的所述灌裝料倉向灌裝設備的料倉供料。

所述上料機器人子系統在生產過程中負責提取并背負所需的物料，通過在三維空間自由巡視所關聯的所有灌裝設備的料倉，一旦發(fā)現生產缺料現象就會自動上料。

其中，所述三維輸運平臺負責整個所述上料機器人的空間三維位置移動，以實現物料運輸，并配合完成料位巡視、上料和物料整理等其他工作。具體的方式可以采用地面運動的輪式地盤和液壓提升裝置，或者采用天花板運動吊軌配合滑輪提升系統等方式來實現。

所述灌裝料倉負責在物料總站子系統和灌裝設備料倉之間的物料運送功能，自身配有料位檢測傳感器(三維或多點一維傳感器等)。

所述運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統由安裝在所述上料機器人周邊和上下方的非接觸的視覺距離傳感器組成。所述傳感器可以采用TOF(Time Of Flight)相機、基于結構光的三維相機或毫米波雷達等。所述運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統系統不斷探測周邊物體的外形特征和距離，結合所述上料機器人自身的三維尺寸計算出運行線路上障礙物的危險級別。同時，結合所述灌裝料倉(如小車)的運行軌跡和探測到的障礙物的特征，并可以不斷計算出定位灌裝設備料倉的精確坐標。這些信息不斷提供給上料機器人的控制系統，輔助其完成路線規(guī)劃和灌裝設備的料倉巡視任務的制定。

所述料堆三維外形掃描成像系統負責在所述上料機器人運行到上料工位后對所述灌裝設備的料倉的剩余物料進行三維掃描和評估。此功能需要在上料之前做出上料需求判別和在上料之后判別是否上料充分，以及物料堆放情況是否需要進行整理。也可采用在前使用的相機。

所述上料機器人負責將所述灌裝料倉中的物料轉移到灌裝設備的料倉中。

所述基于機械臂的堆料平整系統將物料重新優(yōu)化整理或排布，以保證灌裝工作的良品率。

具體的：輸運及上料流程描述如圖2所示，車間有上料機器人子系統、灌裝料倉、三臺灌裝設備和一臺物料總站。上料機器人剛起動時，灌裝料倉(如小車)為空，需要在[1]位置處進所述物料總站上料。隨后經過[2]位置的過程中沿路經不斷通過運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統尋找灌裝設備，最終會在[3]位置處發(fā)現灌裝設備1并定位其料倉。定位之后料堆三維外形掃描成像系統對灌裝設備1的料倉進行物料掃描分析，一旦發(fā)現物料充足便離開繼續(xù)搜尋下一灌裝設備。經過[4]位置后，在[5]位置處發(fā)現灌裝設備2并定位其料倉。之后，對其灌裝設備2的料倉進行物料掃描分析，發(fā)現物料不充足便通過上料機器人對灌裝設備2進行上料。上料完成后，再次對灌裝設備2的料倉進行物料掃描，獲得掃描值，判斷掃描值是否在預定掃描閾值內，隨后基于機械臂的堆料平整系統對灌裝設備2的料倉的物料進行從新整理，如此重復直到最終掃描值滿足要求。之后再完成[6][7]處的灌裝設備3的尋找、上料和平整工作。到[8]位置時判斷上料機器人的灌裝料倉是否需要添料，如需要則返回物料總站添料否則返回[2]。

物料輸運中的避障流程描述如圖3，車間布置如上所述。

同輸運及上料流程類似，但在輸運過程中，所述運動空間障礙物探測及灌裝設備定位系統一旦發(fā)現障礙物，就會及時剎車，停止所述灌裝料倉，等待障礙物問題解決或操作人員確認后下達新的輸運方案后，上料機器人會重新工作。

堆料平整流程描述如圖4，步驟如下：

第一步：三維掃描分析并灌裝料倉的物料量；

第二步：一旦發(fā)現物料量不夠就立刻計算實際所需量，隨后上料；

第三步：上料結束后，三位掃描分析灌裝料倉的物料是否符合預設掃描閾值；

第四步：采用機械臂進行物料平整；

第五步：再次三維掃描分析灌裝料倉的物料是否符合預設掃描閾值，如不合格跳至第四步，否則結束。

最后應說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。