一种基于扫码和姿态控制的机器人拣选系统的制作方法

本实用新型涉及机器人拣选技术领域，特别是涉及一种基于扫码和姿态控制的机器人拣选系统。

背景技术：

随着今天电商行业和整体经济的快速发展，消费者的消费需求也在日益剧增。3c产品、化妆品、洗浴用品等日常产品在电商平台的销量也越来越大。这些产品不仅品牌多，型号多，而且形状和尺寸也是各不相同。而在产品外包装上，商品条形码的位置和大小更是差异巨大。这种现状给打包发货带来了巨大挑战，传统自动化工业面对海量规格各异的产品遇到了困难，因此需要大量的人力去完成相关的工作。

随着人力成本的增加，与企业效率需求的增加。新的工业智能化技术应运而生，3d视觉技术就是其中的一种。基于3d视觉技术，人们可以处理各种商品混乱堆叠的抓取应用，再结合读码技术与自动化技术，智能工业成为现实。

因此，本领域亟需一种新型的智能化系统，为电商物流行业提供无序抓取、读码、上包等一系列完整的解决方案。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于扫码和姿态控制的机器人拣选系统，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型的第一方面提供一种基于扫码和姿态控制的机器人拣选系统，包括：视觉系统，用于获取待拣选物品的视觉信息并生成对应的抓取姿态信息；拣选机器人，与所述视觉系统通信连接，以接受所述待拣选物品的视觉信息和抓取姿态信息；所述拣选机器人移动至待拣选物品当前所在位置后抓取所述待拣选物品至目标位置，并调整待拣选物品的摆放姿态；所述摆放姿态包括摆放方向和/或摆放面朝向。

于本实用新型的第一方面的一些实施例中，机器人拣选系统还包括：第一扫码系统，用于扫描待拣选物品底部，以确认物品底部是否有识别码；转向机构，用于带动所述待拣选物品翻转，以使物品识别码不位于底部。

于本实用新型的第一方面的一些实施例中，所述目标位置设有供放置待拣选物品的透明承载件；所述第一扫码系统位于所述透明承载件的下方；所述转向机构包括：转向盒，包括用于容纳待拣选物品的容纳腔，通过自身翻转来带动待拣选物品翻转；推动机构，包括可伸缩推动件，用于在所述第一扫码系统识别到物品底部有识别码时推动物品至转向盒的容纳腔内，并待转向盒翻转后再推动物品至下一工序；还用于在所述第一扫码系统并未识别到物品底部有识别码时推动物品至下一工序。

于本实用新型的第一方面的一些实施例中，所述转向机构包括：吸盘机构；所述拣选机器人抓取待拣选物品途径所述第一扫码系统的上方；若识别到底部有识别码，则拣选机器人将待拣选物品放置于所述吸盘机构上，待所述吸盘机构旋转后再抓取所述待拣选物品至传输机构；若未识别到底部有识别码，则拣选机器人将待拣选物品放置于传输机构；所述传输机构，用于将待拣选物品传输至下一工序。

于本实用新型的第一方面的一些实施例中，所述视觉系统获取的视觉信息包括待拣选物品的外形尺寸信息；所述拣选机器人调整待拣选物品的摆放方向的方式包括：通过拣选机器人的旋转轴，并根据所述待拣选物品的外形尺寸信息，调整待拣选物品的摆放方向至预设方向。

于本实用新型的第一方面的一些实施例中，所述拣选机器人调整待拣选物品的摆放面朝向的方式包括：根据所述待拣选物品的外形尺寸信息判断当前抓取的面是否为大面；若不是，则利用拣选机器人的末端执行器将所述待拣选物品拨倒。

于本实用新型的第一方面的一些实施例中，所述拣选机器人调整待拣选物品的摆放面朝向的方式包括：根据所述待拣选物品的外形尺寸信息判断当前抓取的面是否为大面；若不是，则调整拣选机器人的末端执行器的姿态来调整待拣选物品的摆放面朝向。

于本实用新型的第一方面的一些实施例中，还包括：第二扫码系统，包括多个分散分布的扫码器，用于对待拣选物品的多个面进行扫码。

于本实用新型的第一方面的一些实施例中，所述拣选机器人包括机器人本体和末端执行器；所述末端执行器用于抓取所述待拣选物品。

于本实用新型的第一方面的一些实施例中，所述末端执行器包括吸盘、气动手指、或夹具。

如上所述，本实用新型的一种基于扫码和姿态控制的机器人拣选系统，具有以下有益效果：本实用新型从实际应用出发，在商品拣选过程不仅可以实现条码识别的功能，还开发出可以实现对商品方向和姿态控制的功能。集拣选、扫码和定向功能于一体，正是本产品的核心所在。

附图说明

图1显示为本实用新型一实施例中基于扫码和姿态控制的机器人拣选系统的结构示意图。

图2显示为本实用新型一实施例中拣选机器人的结构示意图。

图3a显示为本实用新型一实施例中调整物品的摆放面朝向的示意图。

图3b显示为本实用新型一实施例中调整物品的摆放面朝向的示意图。

图3c显示为本实用新型一实施例中调整物品的摆放面朝向的示意图。

图4a显示为本实用新型一实施例中调整物品的摆放面朝向的示意图。

图4b显示为本实用新型一实施例中调整物品的摆放面朝向的示意图。

图4c显示为本实用新型一实施例中调整物品的摆放面朝向的示意图。

图5显示为本实用新型一实施例中视觉系统的结构示意图。

图6a显示为本实用新型一实施例中扫码系统的结构示意图。

图6b显示为本实用新型一实施例中扫码系统的结构示意图。

图7显示为本实用新型一实施例中转向机构的结构示意图。

图8显示为本实用新型一实施例中转向机构的结构示意图。

图9显示为本实用新型一实施例中基于扫码和姿态控制的机器人拣选系统的工作流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本实用新型的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本实用新型的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本实用新型的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本实用新型。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

为了给电商物流行业提供无序抓取、读码、上包等一系列完整的解决方案，本实用新型提出了一种新型的对商品进行拣选分离、扫码及姿态控制的工业自动化系统。其中，拣选分离功能是利用机器人运动控制技术和3d视觉技术，可以把多种类型且混乱堆叠的物品稳定且快速的进行逐个抓取，机器人将抓取的产品放置到下游位置时就实现了产品分离，这将可以应用于各类商品的出库和零部件的上料等。扫码功能是在物流和电商领域通常涉及到商品与订单的对应关系，以及包裹的运输状态跟踪，而这些要求通常都依靠扫码商品或包裹上的条形码来实现。姿态控制功能是在工业自动化领域的零件加工或产品装配时，通常都需要对半成品的进料方向和姿态有特定的要求，以此来实现高效且稳定的自动化生产，在物流和电商领域，在进行商品打包或是箱体码垛等作业时也对商品的放置姿态和方向有特定要求。

因此，本实用新型从实际应用出发，在商品拣选过程不仅可以实现条码识别的功能，还开发出可以实现对商品方向和姿态控制的功能。集拣选、扫码和定向功能于一体，正是本产品的核心所在。为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定实用新型。

如图1所示，展示了本实用新型一实施例中基于扫码和姿态控制的机器人拣选系统的结构示意图。本实施例的机器人拣选系统主要包括：拣选机器人11、视觉系统(未图示)、第一扫码系统12、第二扫码系统13、转向机构14。为便于本领域技术人员理解，下文将对机器人拣选系统中的各个机构/系统做进一步的说明。但应理解的是，本实施例提供的机器人拣选系统是一套硬件系统，既可以单独使用也可与软件或程序结合使用，但本实用新型本身并不涉及任何软件技术的更新。

如图2所示，展示了本实用新型一实施例中拣选机器人的结构示意图。本实施例的拣选机器人包括机器人本体21和末端执行器22。

可选的，机器人本体21可选用六轴机器人、四轴机器人、八轴机器人、xyz三轴机器人、并联机器人等多轴机器人，或也可选用具有3个旋转关节能够应用于装配作业的scara机器人、或者能够实现高精度拾料的delta机器人等等。值得说明的是，在实际的应用场景中，任何能够实现抓取及运输功能的自动化装置都能应用于本实用新型的技术方案中。

可选的，末端执行器22包括但不限于吸盘、气动手指、或夹具等。在实际应用中，可根据待拣选物品的尺寸信息来确定末端执行器类型，例如小尺寸待拣选物品采用小尺寸吸盘气动手指、或夹具，大尺寸待拣选物品采用大尺寸吸盘气动手指、或夹具或者多个吸盘、多个气动手指、多个夹具的组合。也可根据待拣选物品的姿态信息来确定末端执行器类型，例如姿态规则平整的待拣选物品采用吸盘来吸取，姿态不规则平整的待拣选物品采用气动手指或夹具来抓取等，本实施例不作限定。

在本实施例中，拣选机器人用于将待拣选物品从拣选位运输至目标位置，并调整待拣选物品的摆放姿态，包括调整待拣选物品的摆放方向以及摆放面朝向。

在一些示例中，拣选机器人调整待拣选物品的摆放方向的过程包括：拣选机器人根据来自视觉系统的待拣选物品的外形尺寸信息(包括长、宽、高等信息)，通过旋转轴(例如机器人第六轴)来调整待拣选物品的摆放方向。以六面体为例，放置六面体时需要控制长边的朝向，那么视觉系统先获取并计算出这个六面体的长、宽、高信息，通过机器人第六轴的旋转来控制长边的朝向。

在一些示例中，拣选机器人调整待拣选物品的摆放面朝向的过程包括：若机器人当前吸取面为小面，则令末端执行器执行拨倒动作，从而将拣选物品拨倒后实现大面朝上。为便于本领域技术人员理解，现结合图3a～3c中的三种情况来说明。在图3a中，待拣选物品32的小面(由长和高组成的面)朝上，拣选机器人的末端执行器31吸取小面后可沿箭头a的方向将待拣选物品32拨倒，从而使待拣选物品32的大面(由长和宽组成的面)朝上。在图3b中，待拣选物品32的小面(由宽和高组成的面)朝上，拣选机器人的末端执行器31吸取小面后可沿箭头b的方向将待拣选物品32拨倒，从而使待拣选物品32的大面(由长和宽组成的面)朝上。在图3c中，待拣选物品32的大面(由长和宽组成的面)朝上，末端执行器31就无需执行拨倒的动作。

在一些示例中，拣选机器人调整待拣选物品的摆放面朝向的过程包括：若机器人当前吸取面为小面，则通过改变末端执行器的姿态来实现大面朝上。为便于本领域技术人员理解，现结合图4a～4c中的三种情况来说明。在图4a中，待拣选物品42的小面(由长和高组成的面)朝上，利用拣选机器人的灵活性，改变末端执行器41的姿态，使待拣选物品42卧倒后大面朝上。在图4b中，待拣选物品42的小面(由宽和高组成的面)朝上，利用拣选机器人的灵活性，改变末端执行器41的姿态，使待拣选物品42卧倒后大面朝上。在图4c中，待拣选物品42的大面(由长和宽组成的面)朝上，末端执行器41就无需改变姿态。

如图5所示，展示了本实用新型一实施例中视觉系统的结构示意图。视觉系统51设于支撑架上，其视觉扫描范围覆盖拣选位，用于扫描拣选位上的待拣选物品52。需说明的是，本实施例涉及的待拣选物品的种类包括但不限于3c产品、零食、日用化学品、五金零件、快递包裹或者服饰等，本实施例不作限定。

在一些示例中，视觉系统51包括图像采集模块、图像处理模块和通信模块；图像采集模块用于采集拣选位中各个待拣选物品的图像；图像处理模块用于从图像中提取待拣选物品的视觉信息(如位置信息、深度信息、外形尺寸信息等)并生成对应的抓取姿态信息；通信模块用于将待拣选物品的视觉信息、抓取姿态信息以及目标位置信息向外传输(如传输给拣选机器人等)。

本实施例涉及的图像采集模块可选用照相机、视频摄像机、集成有光学系统或ccd芯片的摄像模块、集成有光学系统和cmos芯片的摄像模块等；为提升视觉扫描区域的大小，图像采集模块也可选用广角镜头或鱼眼镜头等。图像处理模块可选用arm(advancedriscmachines)控制器、fpga(fieldprogrammablegatearray)控制器、soc(systemonchip)控制器、dsp(digitalsignalprocessing)控制器、或者mcu(micorcontrollerunit)控制器等等。通信模块可选用wi-fi模块、zigbee模块、蓝牙模块、nb-iot模块、lora模块、emtc模块等，本实施例不作限定。

如图6a和6b所示，展示了本实用新型一实施例中扫码系统的结构示意图。本实施例共涉及两个扫码系统，分别是第一扫码系统61和第二扫码系统62，图6a展示的是扫码系统的侧视图，图6b展示的是扫码系统的俯视图。

第一扫码系统6a位于透明板64的下方，透明板64上方供放置待拣选物品63。第一扫码系统6a透过透明板64扫描待拣选物品63的底部。值得一提的是，第一扫码系统61的作用在于检验待拣选物品63的底部是否有识别码(如二维码或条形码等)，若检验到待拣选物品63的底部有识别码，则要借助转向机构来翻转物品，确保识别码不在底部。

第二扫码系统6b位于后续的运输通道上，即在第一扫码系统6a扫码识别后再由第二扫码系统6b进行二次扫码。本实施例中的第二扫码系统6b包括多个分散分布的扫码器，如分别在前、后、左、右和上方，或在右上、右下、左上、坐下和上方布置5套扫码器，用于对待拣选物品除底面以外的其他面进行扫码。

如图7所示，展示了本实用新型一实施例中转向机构的结构示意图。本实施例的转向机构包括转向盒71、透明承载件72、推动机构73、扫码器74，待拣选物品75放置于透明承载件72上。应理解的是，透明承载件72上放置的待拣选物品75在进行转向前，已先通过拣选机器人的末端执行器进行摆放方向和摆放面朝向的调整。另外，本实施例中的扫码器74即为图6中的第一扫码系统6a，本实施例不再赘述。

具体来说，拣选机器人利用末端执行器将待拣选物品75放置于透明承载件72上，并通过姿态控制确保在放置时待拣选物品75的大面朝上。位于透明承载件72下方的扫码器74透过透明承载件72扫描待拣选物品75的底部是否有识别码。推动机构73用于推动待拣选物品75进入转向盒。若待拣选物品75的底部有识别码，那么转向盒71将绕x轴旋转180°后再由推动机构73将待拣选物品推动进入下一工序；若待拣选物品75的底部没有识别码，那么转向盒71不转动，推动机构73直接将待拣选物品推动进入下一工序。

需说明的是，本实用新型中的转向机构不仅针对多面体物品，也可针对二面体或非常薄的物品，具体如图8所示的结构图。转向机构具体包括吸盘机构81和传输机构82。吸盘机构81包括多个真空吸盘/电磁吸盘，传输机构82可选用传送带。

拣选机器人利用末端执行器将待拣选物品抓取后途径一个读码系统的上方，用于识别物品地面是否有识别码。需说明的是，本实施例中可不再设置透明承载件，只需拣选机器人的传输路径经过读码系统即可。若待拣选物品的底部没有识别码，拣选机器人便可将其直接放置在传输机构82上；若待拣选物品的底部有识别码，那么拣选机器人将该物品送至吸盘机构81上，吸盘机构81绕安装轴旋转180°，然后拣选机器人再将物品放置在传输机构82上。

如图9所示，展示了本实用新型一实施例中基于扫码和姿态控制的机器人拣选系统的工作流程示意图。结合图1来对解释各个工作流程步骤。

步骤s901：上游来料。人工或通过agv(automatedguidedvehicle)小车将待拣选物品从上游输送至拣选位15；具体可将装有待拣选物品的料箱放入来料输送系统并运输至拣选位15，或是待拣选物品在上游由输送带运输至拣选位15。

步骤s902：视觉系统(未图示)设于支撑杆上且扫描范围覆盖拣选位15，用于获取待拣选物品的视觉信息(如位置信息、深度信息、外形尺寸信息等)并生成对应的抓取姿态信息；视觉系统将待拣选物品的视觉信息和抓取姿态信息都传输给拣选机器人11。拣选机器人11接收到这些信息后，首先根据所述待拣选物品的视觉信息移动至待拣选物品当前所在位置，然后根据抓取姿态信息调整其末端执行器(如吸盘或夹爪等工具)的抓取姿态后抓取所述待拣选物品至目标位置。

步骤s903：针对有方向要求和无方向要求的物品采用不同策略处理。

步骤s904：针对有方向要求的物品，拣选机器人11利用末端执行器调整待拣选物品的摆放姿态，包括调整待拣选物品的摆放方向以及摆放面朝向。针对没有方向要求的物品，直接进入步骤s907。

步骤s905：判断是否完全定向。

步骤s906：若没有完全定向，位于目标位置(采用透明材料)下方的第一扫码系统12识别目标位置上放置的待拣选物品底部是否有识别码，并给出结果信息。转向机构14将底部有识别码的待拣选物品进行转向操作后传输至第二扫码系统13的扫码区域内，从而确保带有识别码的面部在物品底部，并进入步骤s907。若已完全定向，则直接进入步骤s907。

步骤s907：判断是否扫码。若无需扫码，则直接进入步骤s909；若需要扫码，则进入步骤s908。

步骤s908：第二扫码系统13包括多个分散分布的扫码器，如分别在前、后、左、右和上方，或在右上、右下、左上、坐下和上方布置5套扫码器，用于对待拣选物品除底面以外的其他面进行扫码，完成后进入步骤s909。

步骤s909：将待拣选物品输送至下游，进行如打包、检测、生成订单等操作。

综上所述，本实用新型提供一种基于扫码和姿态控制的机器人拣选系统，本实用新型从实际应用出发，在商品拣选过程不仅可以实现条码识别的功能，还开发出可以实现对商品方向和姿态控制的功能。集拣选、扫码和定向功能于一体，正是本产品的核心所在。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

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