[发明专利]基于三维点云的机器人自动拆袋方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于三维点云的机器人自动拆袋方法及系统，该方法包括：通过3D相机获取堆料盘周围环境信息；通过点云聚类对每个袋装料包进行分割；获取紧凑包围盒，并通过紧凑包围盒求解每个袋装料包的中心点位置及其姿态；对所有袋装料包的中心点进行排序；通过Modbus Tcp通讯协议与机器人建立连接，并将袋装料包中心点位置和姿态传输给机器人；机器人末端抓取单元依次进行袋装料包抓取、拆包、倒料、脱袋、复位，如此循环，直至堆料盘上的袋装料包全部抓取、拆袋完毕；本发明能够适用于施工现场复杂环境下，能够满足智能化自动拆袋的要求，避免了搅拌站活灰工岗位职业病的发生，也大大提高了施工效率。

技术领域

本发明属于自动拆袋技术领域，更具体地，涉及一种基于三维点云的机器人自动拆袋方法及系统。

背景技术

建筑材料的水泥、耐火泥等不定形材料均采用袋装，在施工过程中，通常由人工搬运-拆包-倾倒进搅拌机，过程中会产生大量的粉尘，搅拌站施工人员的岗位成为了腰肌劳损、矽肺病等职业病的高发岗位。近年来随着制造业的蓬勃发展，大量机器人替代人力用来搬运物料，相较于传统的人工搬运方式而言，机器人的载荷更大、准确率更高、效率遥遥领先。使用机器人来进行袋装料的自动拆袋，不仅可以将施工人员从繁重的搬运工作中解放出来，而且可以有效避免职业病的发生。

由于，袋装料包内的不定形材料填充的不一定均匀，机器人抓取端需夹持袋装料中线以下，避免搬运过程中造成脱落；而且，袋装料堆垛上的袋装料包相互紧贴，机器人抓取端也无法夹持到袋装料中线以下；另外，机器人在拆袋过程中需要获知目标袋装料包的位置，采用激光传感器技术识别物体进行视觉引导，针对施工现场环境的复杂性，袋装料包相互堆叠，周围干扰物较多，导致对目标袋装料包分类和分割精度不高。

鉴于此，目前亟需发明一种基于三维点云的机器人自动拆袋系统和方法，满足袋装料包的精准识别，对目标料包两侧的料包进行拨离，以便机器人抓取端夹持到袋装料中线以下，避免料包无法抓取和搬运过程中造成脱落。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于三维点云的机器人自动拆袋方法及系统，通过在机器人末端设置抓取单元，抓取单元上设抓袋组件和拨袋组件，二者分别执行目标袋装料包的抓取和目标袋装料包两侧料包的拨离，进而便于抓取单元夹持到袋装料包中线以下，增加了机器人自动拆袋整个操作流程的稳定性；通过点云预处理和点云分割方法分割出每个料包，然后使用紧凑包围盒解算出料包的中心点位置及其姿态，对中心点进行排序后，通过Modbus Tcp通讯协议与机器人建立连接，并将袋装料包中心点位置和姿态传输给机器人，驱动机器人末端抓取单元进行按序抓取袋装料包操作；本发明适用于施工现场复杂环境，能够满足智能化自动拆袋的要求，在避免搅拌站活灰工岗位职业病的发生的同时，能够大大提高施工效率。

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种基于三维点云的机器人自动拆袋方法，包括以下步骤：

S1:通过3D相机获取堆料盘周围环境信息；

S2:通过点云聚类对每个袋装料包进行分割；

S3:获取紧凑包围盒，并通过紧凑包围盒求解每个袋装料包的中心点位置及其姿态；

S4:对所有袋装料包的中心点进行排序；

S5:通过Modbus Tcp通讯协议与机器人建立连接，并将袋装料包中心点位置和姿态传输给机器人；

S6:机器人末端抓取单元循环进行袋装料包的抓取、拆包、倒料、脱袋、复位，直至堆料盘上的袋装料包全部抓取、拆袋完毕。

进一步地，步骤S1中堆料盘周围环境信息的获取包括如下步骤：

S11:通过堆料盘上方3D相机中的激光雷达来采集堆料盘周围环境的原始点云数据，并对原始点云数据进行下采样操作；

S12:将下采样操作后的点云数据中的每个点转移到机器人坐标系中；