[发明专利]一种基于点激光测距的货箱自动抓取装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于点激光测距的货箱自动抓取装置及方法。该装置包括激光测距单元、信息处理与控制单元和执行单元。方法为：首先由安装在抓取装置上的一组点激光距离传感器组成的激光测距单元实时采集目标货箱不同位置的距离信息，距离信息通过数据传输模块送至信息处理与控制单元；然后信息处理与控制单元对距离信息进行分析和处理，获得抓取装置相对于目标货箱的距离和姿态信息；最后，信息处理与控制单元根据位姿信息控制执行单元调整抓具位姿，使抓具运动到合适位置并收紧卡爪，实现目标货箱的抓取。本发明实现了货箱抓取过程的自动化，提高了工业生产中抓取工作的效率和准确率。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别是一种基于点激光测距的货箱自动抓取装置及方法。

背景技术

随着自动化技术的飞速发展，生产生活中很多需要人类工作的地方已经被机器取代，生产生活效率得到了很大的提高。在工业生产中常常需要对货箱进行搬运或移动等操作，若是使用人力的方式来完成此类任务，在搬运比较重的目标时，容易出现安全事故，即使时借助机械臂等工具来辅助人力，效率也十分低。

目前已经存在的货箱自动抓取技术存在很多不成熟的地方，例如精度不足，或者价格十分昂贵。彭一航等(一种新型不锈钢管包装箱高速码垛设备的设计与实现，《机床与液压》2018年第5期)提出了一种包装箱高速码垛设备，将原来人工码垛改进为自动化码垛，但是该装置并没有使用传感器对货箱位置实现精准的定位，系统处于开环控制状态，不能实现完全的自动化。而曹动(一种用于集装箱的自动检测抓箱和码放位置的装置，CN205709438U)提出的一种用于集装箱的自动检测抓箱装置使用摄像机采集图像信息，用图像处理技术判断目标箱体引导堆垛机械在正确位置实现抓箱。虽然该装置使用摄像机作为传感器实现了对货箱的精准定位，但是工业摄像机往往成本高昂，并且检测精度效果易受环境的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对货箱进行自动抓取、减少人力劳动、提高生产效率的基于点激光测距的货箱自动抓取装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于点激光测距的货箱自动抓取装置，包括激光测距单元、信息处理与控制单元和执行单元；

所述执行单元，包括大臂、伸缩臂、旋转关节、抓具和大臂旋转关节，其中抓具包括抓具主架和卡爪；所述执行单元用于实现抓取目标货箱的任务；

所述激光测距单元，包括激光距离传感器，用于采集抓具与目标货箱之间的距离信息，并将采集的距离数据传输至信息处理与控制单元；

所述信息处理与控制单元，包括控制器，用于对采集到的距离信息进行分析和处理，得到抓具与目标货箱之间的位姿信息，并控制执行单元将抓具运动到抓取目标货箱正上方。

进一步地，所述激光测距单元包括在抓具上四个顶点安装的四个激光距离传感器和数据传输模块；

所述激光距离传感器型号为DT500型激光距离传感器，用于采集抓具与目标货箱之间的距离数据，测量距离为30m，重复精度为1mm，测量精度为±3mm；

所述数据传输模块为串行通讯接口，用于将激光距离传感器得到的距离信息发送到信息处理与控制单元。

进一步地，所述信息处理与控制单元包括控制器，所述控制器采用型号为STM32F103的嵌入式处理器；所述嵌入式处理器通过接收来自激光距离传感器的四组距离数据，得到抓具与目标货箱四个角的距离信息，并计算抓具相对于目标货箱的位姿，嵌入式处理器根据位姿信息发送相应的控制信号到执行单元。

进一步地，执行单元中：

所述大臂能够在水平面上旋转，用于实现作业面的平移；大臂长度为L1；

所述伸缩臂上端固定在大臂末端，下端能够进行竖直方向上的位移，用于下放和抬升抓具，伸缩臂初始长度为L2，伸长距离范围为[0,ΔL2]；