本發(fā)明涉及揀選機(jī)器人，具體地，涉及一種箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、揀選機(jī)器人，是一種具備了傳感器、物鏡和電子光學(xué)系統(tǒng)的智能設(shè)備，可以快速進(jìn)行貨物分揀和搬運(yùn)。

2、越來(lái)越多的視覺(jué)傳感器、力傳感器會(huì)使用到揀選機(jī)器人上，揀選機(jī)器人將會(huì)變得越來(lái)越智能化。隨著傳感與識(shí)別系統(tǒng)、人工智能等技術(shù)進(jìn)步，機(jī)器人從被單向控制向自己存儲(chǔ)、自己應(yīng)用數(shù)據(jù)方向發(fā)展，逐漸信息化。

3、當(dāng)通過(guò)揀選機(jī)器人對(duì)貨物進(jìn)行分揀和搬運(yùn)時(shí)，需要通過(guò)視覺(jué)傳感器對(duì)貨物進(jìn)行圖像采集，通對(duì)所述貨物的圖像進(jìn)行識(shí)別確定貨物的姿態(tài)，然后揀選機(jī)器人通過(guò)裝載的夾具或吸盤對(duì)該貨物進(jìn)行揀選或搬運(yùn)。

4、當(dāng)對(duì)來(lái)料進(jìn)行裝箱時(shí)，需要在箱體內(nèi)對(duì)來(lái)料物品進(jìn)行多層的存放，現(xiàn)有技術(shù)中的裝箱方法精度交底，將物品的放置不合理將會(huì)降低每層物品裝入的數(shù)量，或者影響到裝箱的層數(shù)，相鄰物品之間的間隙太多也會(huì)影響到裝箱率。因此需要提高新的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，包括：

3、高度圖生成模塊，用于獲取所述箱體及其內(nèi)側(cè)存放目標(biāo)物體的點(diǎn)云圖，根據(jù)所述點(diǎn)云圖生成高度圖；

4、擺放地圖生成模塊，用于將所述高度圖進(jìn)行聚類分層，形成多個(gè)由低至高依次排列的層空間，在每一所述層空間內(nèi)構(gòu)建自由擺放地圖；

5、放置位置計(jì)算模塊，用于由底層至上層依次在自由擺放地圖內(nèi)進(jìn)行空閑位置的查找，當(dāng)存在空閑位置時(shí)，輸出擺放位置，該擺放位置用于機(jī)器人對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行放置：

6、擺放控制模塊，用于控制高度圖生成模塊、擺放地圖生成模塊以及放置位置計(jì)算模塊重復(fù)運(yùn)行，直至將物體擺滿箱體或完成任務(wù)數(shù)量的揀選。

7、優(yōu)選地，所述高度圖生成模塊包括如下單元：

8、點(diǎn)云獲取單元，用于獲取所述箱體及其內(nèi)側(cè)存放目標(biāo)物體的點(diǎn)云圖，將相機(jī)坐標(biāo)系下的點(diǎn)云圖投影到圖像坐標(biāo)系，計(jì)算出點(diǎn)云圖中的每一點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，獲得圖像坐標(biāo)系下的二維點(diǎn)云；

9、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換單元，用于將圖像坐標(biāo)系下的二維點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到像素坐標(biāo)系，計(jì)算出圖像坐標(biāo)系下的二維點(diǎn)云在圖像像素坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，獲得像素坐標(biāo)系下的二維點(diǎn)云；

10、高度圖生成單元，用于將像素坐標(biāo)系下的二維點(diǎn)云及每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度值投影至預(yù)設(shè)置的高度圖模型中生成所述目標(biāo)高度圖。

11、優(yōu)選地，所述點(diǎn)云獲取單元包括如下部分：

12、投影機(jī)控制部分，用于控制所述深度相機(jī)中的投影機(jī)向所述箱體投射結(jié)構(gòu)光；

13、傳感器控制部分，用于控制所述深度相機(jī)中的光接收傳感器接收所述物品反射后的所述結(jié)構(gòu)光生成多張結(jié)構(gòu)光圖像；

14、深度重建部分，用于根據(jù)多張所述結(jié)構(gòu)光圖像進(jìn)行深度重建生成所述箱體及其內(nèi)側(cè)存放目標(biāo)物體的點(diǎn)云圖。

15、優(yōu)選地，所述自由擺放地圖中的每個(gè)像素點(diǎn)表示在該層空間該點(diǎn)能否夠?qū)δ繕?biāo)物體進(jìn)行支撐，多個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行穩(wěn)定支撐的像素點(diǎn)形成所述空閑位置。

16、優(yōu)選地，所述放置位置計(jì)算模塊包括如下單元：

17、位置查找單元，用于在位于底層的自由擺放地圖內(nèi)沿預(yù)設(shè)置的斜角方向查找空閑位置；

18、擺放控制單元，用于當(dāng)查找空閑位置時(shí)，控制機(jī)器人將目標(biāo)物體擺放至該空閑位置處，則觸發(fā)高度圖生成模塊，當(dāng)不存在空閑位置時(shí)觸發(fā)查找控制單元；

19、查找控制單元，用于依次對(duì)位于上一層的自由擺放地圖進(jìn)行空閑位置查找直至位于最頂層的自由擺放地圖。

20、優(yōu)選地，所述放置位置計(jì)算模塊還包括如下單元：

21、頂層構(gòu)建單元，用于根據(jù)最頂層的所述自由擺放地圖增加預(yù)設(shè)置的目標(biāo)高度后構(gòu)建更上一層的自由擺放地圖，以將所述目標(biāo)物體擺放至更上一層的自由擺放地圖中。

22、優(yōu)選地，當(dāng)控制機(jī)器人將目標(biāo)物體擺放至空閑位置時(shí)通過(guò)如下單元實(shí)現(xiàn)：

23、尺寸確定單元，用于獲取目標(biāo)物體的點(diǎn)云圖，根據(jù)所述目標(biāo)物體的點(diǎn)云圖確定所述目標(biāo)物體的三維尺寸；

24、比例調(diào)節(jié)單元，用于獲取預(yù)設(shè)置的比例調(diào)節(jié)因子，根據(jù)所述比例調(diào)節(jié)因子調(diào)整所述目標(biāo)物體的三維尺寸生成目標(biāo)三維尺寸；

25、擺放控制單元，用于控制所述位置查找單元根據(jù)所述目標(biāo)三維尺寸查找空閑位置，并進(jìn)而控制機(jī)器人單元將目標(biāo)物體擺放至該空閑位置。

26、優(yōu)選地，將所述高度圖進(jìn)行聚類分層，包括：

27、對(duì)所述高度圖進(jìn)行膨脹和腐蝕；

28、將所述高度圖的最小高度值和最大高度值進(jìn)行均勻分隔，存儲(chǔ)形成數(shù)據(jù)陣列；

29、對(duì)所述數(shù)據(jù)陣列中的每個(gè)值進(jìn)行核密度估計(jì)生成kde值，并進(jìn)而根據(jù)所述kde值計(jì)算局部最大值；

30、將所述高度圖中的每一像素值替換為對(duì)應(yīng)的及最接近的局部最大值生成層空間。

31、優(yōu)選地，在進(jìn)行所述核密度估計(jì)時(shí)，采用高斯核函數(shù)作為核函數(shù)。

32、優(yōu)選地，所述像素坐標(biāo)系為以圖像左上角為原點(diǎn)op，像素的行、列方向分別為u、v坐標(biāo)軸方向建立的二維直角坐標(biāo)系；

33、所述圖像坐標(biāo)系為以鏡頭光軸與圖像平面的交點(diǎn)為原點(diǎn)o1，平行于像素的行、列方向?yàn)閤，y坐標(biāo)軸方向建立的二維直角坐標(biāo)系；

34、所述相機(jī)坐標(biāo)系為以鏡頭光心為原點(diǎn)oc，平行于像素的行、列方向分別為xc軸和yc軸方向，根據(jù)右手坐標(biāo)系規(guī)則確定zc軸方向建立的三維直角坐標(biāo)系。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

36、本發(fā)明中先根據(jù)所述箱體及其內(nèi)側(cè)存放目標(biāo)物體的點(diǎn)云圖生成高度圖，然后將所述高度圖進(jìn)行聚類分層，由低至高逐層構(gòu)建的層空間，在每一所述層空間內(nèi)構(gòu)建自由擺放地圖，由底層至上層依次在自由擺放地圖內(nèi)進(jìn)行空閑位置的查找，當(dāng)存在空閑位置時(shí)，輸出擺放位置，該擺放位置用于機(jī)器人對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行放置，重復(fù)多次將物體擺滿箱體或完成任務(wù)數(shù)量的揀選，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體在箱體內(nèi)的整齊擺放。

技術(shù)特征：

1.一種箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，其特征在于，所述高度圖生成模塊包括如下單元：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，其特征在于，所述點(diǎn)云獲取單元包括如下部分：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，其特征在于，所述自由擺放地圖中的每個(gè)像素點(diǎn)表示在該層空間該點(diǎn)能否夠?qū)δ繕?biāo)物體進(jìn)行支撐，多個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行穩(wěn)定支撐的像素點(diǎn)形成所述空閑位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，其特征在于，所述放置位置計(jì)算模塊包括如下單元：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，其特征在于，所述放置位置計(jì)算模塊還包括如下單元：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)控制機(jī)器人將目標(biāo)物體擺放至空閑位置時(shí)通過(guò)如下單元實(shí)現(xiàn)：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，其特征在于，將所述高度圖進(jìn)行聚類分層，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，其特征在于，在進(jìn)行所述核密度估計(jì)時(shí)，采用高斯核函數(shù)作為核函數(shù)。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，其特征在于，所述像素坐標(biāo)系為以圖像左上角為原點(diǎn)op，像素的行、列方向分別為u、v坐標(biāo)軸方向建立的二維直角坐標(biāo)系；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種箱體內(nèi)物體整齊擺放系統(tǒng)，包括：高度圖生成模塊，用于獲取所述箱體及其內(nèi)側(cè)存放目標(biāo)物體的點(diǎn)云圖，根據(jù)所述點(diǎn)云圖生成高度圖；擺放地圖生成模塊，用于將所述高度圖進(jìn)行聚類分層，形成多個(gè)由低至高依次排列的層空間，在每一所述層空間內(nèi)構(gòu)建自由擺放地圖；放置位置計(jì)算模塊，用于由底層至上層依次在自由擺放地圖內(nèi)進(jìn)行空閑位置的查找，當(dāng)存在空閑位置時(shí)，輸出擺放位置，該擺放位置用于機(jī)器人對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行放置：擺放控制模塊，用于控制高度圖生成模塊、擺放地圖生成模塊以及放置位置計(jì)算模塊重復(fù)運(yùn)行，直至將物體擺滿箱體或完成任務(wù)數(shù)量的揀選。本發(fā)明中能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)物體在箱體內(nèi)的整齊擺放。

技術(shù)研發(fā)人員：潘增陽(yáng),劉中元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：星猿哲科技（上海）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19