分拣机器人及其控制方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011016221.X (22)申请日 2020.09.24 (71)申请人 苏州嘉诺智能装备有限公司 地址 215200 江苏省苏州市吴江经济技术 开发区龙桥路558号 (72)发明人 袁靖周翔刘永泰 (74)专利代理机构 苏州威世朋知识产权代理事 务所(普通合伙) 32235 代理人 郭红岩 (51)Int.Cl. B25J 15/08(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 分拣机器人及其控制方法 (57)摘要 本发明揭示了一种分拣机。

2、器人及其控制方 法， 所述分拣机器人包括安装座、 通过第一转轴 设于所述安装座的左夹爪、 通过第二转轴设于所 述安装座的右夹爪、 及驱动所述左夹爪和右夹爪 旋转的驱动机构， 所述左夹爪和右夹爪的结构形 式相对称且相对称设置， 所述分拣机器人还包括 用于置放待抓取物料的传动带， 定义第一转轴至 左夹爪在待抓取物料上的抓取点在垂直于待抓 取物料的方向上的距离为h， 若cb， 则 若cb， 则 其中， c为待抓取物料的宽 度， b为第一转轴和第二转轴之间的轴心距， a为 左夹爪的长度。 本发明提供的分拣机器人及其控 制方法， 能对物料进行精准抓取、 且分拣效率更 高。 权利要求书2页 说明书5页 附。

3、图2页 CN 112008754 A 2020.12.01 CN 112008754 A 1.一种分拣机器人， 其特征在于， 所述分拣机器人包括安装座、 通过第一转轴设于所述 安装座的左夹爪、 通过第二转轴设于所述安装座的右夹爪、 及驱动所述左夹爪和右夹爪旋 转的驱动机构， 所述左夹爪和右夹爪的结构形式相对称且相对称设置， 所述分拣机器人还 包括用于置放待抓取物料的传动带， 定义第一转轴至左夹爪在待抓取物料上的抓取点在垂 直 于 待抓取 物料的 方向 上的 距离为 h ， 若c b ， 则若c b ， 则 其中， c为待抓取物料的宽度， b为第一转轴和第二转轴之间的轴心距， a 为左夹爪的长度。

4、。 2.根据权利要求1所述的分拣机器人， 其特征在于， 所述分拣机器人还包括控制左夹爪 和右夹爪运动的控制单元和与所述控制单元电连接的图像单元， 所述图像单元用于获取所 述物料的物料参数， 所述物料参数被传输至所述控制单元， 所述控制单元对物料参数进行 计算处理并控制所述左夹爪和右夹爪的运动。 3.根据权利要求2所述的分拣机器人， 其特征在于， 定义所述左夹爪和右夹爪在每次抓 取之前， 左夹爪的最下端点与右夹爪的最下端点的张开行程为S， Sc+2x， 其中x为待抓取 物料附加的抓取阈值， 若cb， 则xc， c为分拣机器人的系统误差。 4.根据权利要求2所述的分拣机器人， 其特征在于， 定义所。

5、述左夹爪和右夹爪在每次抓 取之前， 左夹爪的最下端点与右夹爪的最下端点的张开行程为S， Sc+2x， 其中x为待抓取 物料附加的抓取阈值， 若cb且d2(a-h)则xc， c为分拣机器人的系统误差。 5.根据权利要求3或4所述的分拣机器人， 其特征在于， cc1+c2+c3， 其中c1 为图像处理时间差造成的误差， c2为图像处理中轮廓偏移误差， c3为分拣机器人本体误 差。 6.根据权利要求2所述的分拣机器人， 其特征在于， 定义所述左夹爪和右夹爪在每次抓 取之前， 左夹爪的最下端点与右夹爪的最下端点的张开行程为S， Sc+2xs， 其中xs为待抓取 物料附加的抓取阈值， 其中cb且d2(a。

6、-h)， 7.一种分拣机器人的控制方法， 其特征在于， 所述分拣机器人包括安装座、 通过第一转 轴设于所述安装座的左夹爪、 通过第二转轴设于所述安装座的右夹爪、 及驱动所述左夹爪 和右夹爪旋转的驱动机构， 所述左夹爪和右夹爪的结构形式相对称且相对称设置， 所述分 拣机器人还包括用于置放待抓取物料的传动带， 所述第一转轴和第二转轴之间的轴心距为 b， 所述控制方法包括如下步骤： 确认所述物料的宽度c和厚度d； 定义第一转轴至左夹爪在待抓取物料上的抓取点在垂直于待抓取物料的方向上的距 离为h， 比较c和b的大小， 若cb， 则若cb， 则 8.根据权利要求7所述的控制方法， 其特征在于， 所述分拣。

7、机器人还包括控制左夹爪和 右夹爪运动的控制单元和与所述控制单元电连接的图像单元， 所述图像单元用于获取所述 物料的物料参数宽度c和厚度d， 宽度c和厚度d被传输至所述控制单元， 所述控制单元对宽 权利要求书 1/2 页 2 CN 112008754 A 2 度c、 厚度d和轴心距b进行分析并计算距离h。 9.根据权利要求7所述的控制方法， 其特征在于， 定义所述左夹爪和右夹爪在每次抓取 之前， 左夹爪的最下端点与右夹爪的最下端点的张开行程为S， Sc+2x， 其中x为待抓取物 料附加的抓取阈值， 若cb， 则xc， c为分拣机器人的系统误差。 10.根据权利要求7所述的控制方法， 其特征在于，。

8、 定义所述左夹爪和右夹爪在每次抓 取之前， 左夹爪的最下端点与右夹爪的最下端点的张开行程为S， Sc+2xs， 其中xs为待抓取 物料附加的抓取阈值， 其中cb且d2(a-h)， 权利要求书 2/2 页 3 CN 112008754 A 3 分拣机器人及其控制方法 技术领域 0001 本发明涉及一种分拣机器人及其控制方法。 背景技术 0002 现有机械手分拣技术主要有两种。 第一种是气吸式吸盘， 即机械手在与物料接触 的表面产生负压， 从而将物料吸附， 进而实现对物料的抓取。 而该种方式， 由于受到吸盘工 作原理以及真空泵性能的限制， 这类机械手只适合抓取质量轻、 且表面光滑的物料， 对重量 。

9、大或者表面粗糙的物料， 则难以通过负压吸附抓取。 0003 第二种是手抓式机械夹爪， 即机械手模拟人手的方式抓取物料。 该种方式中， 物料 表面是否光滑对机械手抓取无影响， 且适合抓取较重物料。 建筑垃圾中包含很多金属、 厚重 木料、 红砖等物料， 该种手抓式机械夹爪可对建筑垃圾进行分拣。 但机械夹爪的弧形闭合轨 迹会导致对宽度较小、 厚度较薄的物料抓取时很难取得有效分拣。 0004 另外， 传统分拣方式中， 夹爪在抓取的开始阶段被设定为张开固定的行程， 这不仅 增加了抓取的时间， 也影响了对一些特殊物料的抓取效果。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种分拣机器人及其控制方法， 能对物。

10、料进行精准抓取、 且分拣效率更高。 0006 为实现上述发明目的之一， 本发明一实施方式提供一种分拣机器人， 其特征在于， 所述分拣机器人包括安装座、 通过第一转轴设于所述安装座的左夹爪、 通过第二转轴设于 所述安装座的右夹爪、 及驱动所述左夹爪和右夹爪旋转的驱动机构， 所述左夹爪和右夹爪 的结构形式相对称且相对称设置， 所述分拣机器人还包括用于置放待抓取物料的传动带， 定义第一转轴至左夹爪在待抓取物料上的抓取点在垂直于待抓取物料的方向上的距离为 h， 若cb， 则若cb， 则其中， c为待抓取物料的宽度， b为第一转轴和第二转轴之间的轴心距， a为左夹爪的长度。 0007 作为本发明一实施方。

11、式的进一步改进， 所述分拣机器人还包括控制左夹爪和右夹 爪运动的控制单元和与所述控制单元电连接的图像单元， 所述图像单元用于获取所述物料 的物料参数， 所述物料参数被传输至所述控制单元， 所述控制单元对物料参数进行计算处 理并控制所述左夹爪和右夹爪的运动。 0008 作为本发明一实施方式的进一步改进， 定义所述左夹爪和右夹爪在每次抓取之 前， 左夹爪的最下端点与右夹爪的最下端点的张开行程为S， Sc+2x， 其中x为待抓取物料 附加的抓取阈值， 若cb， 则xc， c为分拣机器人的系统误差。 0009 作为本发明一实施方式的进一步改进， 定义所述左夹爪和右夹爪在每次抓取之 前， 左夹爪的最下端。

12、点与右夹爪的最下端点的张开行程为S， Sc+2x， 其中x为待抓取物料 附加的抓取阈值， 若cb且d2(ah)则xc， c为分拣机器人的系统误差。 说明书 1/5 页 4 CN 112008754 A 4 0010 作为本发明一实施方式的进一步改进， cc1+c2+c3， 其中c1为图像处 理时间差造成的误差， c2为图像处理中轮廓偏移误差， c3为分拣机器人本体误差。 0011 作为本发明一实施方式的进一步改进， 定义所述左夹爪和右夹爪在每次抓取之 前， 左夹爪的最下端点与右夹爪的最下端点的张开行程为S， Sc+2xs， 其中xs为待抓取物料 附加的抓取阈值， 其中cb且d2(a-h)， 0。

13、012 为实现上述发明目的之一， 本发明一实施方式还提供一种分拣机器人的控制方 法， 其特征在于， 所述分拣机器人包括安装座、 通过第一转轴设于所述安装座的左夹爪、 通 过第二转轴设于所述安装座的右夹爪、 及驱动所述左夹爪和右夹爪旋转的驱动机构， 所述 左夹爪和右夹爪的结构形式相对称且相对称设置， 所述分拣机器人还包括用于置放待抓取 物料的传动带， 所述第一转轴和第二转轴之间的轴心距为b， 所述控制方法包括如下步骤： 0013 确认所述物料的宽度c和厚度d； 0014 定义第一转轴至左夹爪在待抓取物料上的抓取点在垂直于待抓取物料的方向上 的距离为h， 比较c和b的大小， 若cb， 则若cb， 。

14、则 0015 作为本发明一实施方式的进一步改进， 所述分拣机器人还包括控制左夹爪和右夹 爪运动的控制单元和与所述控制单元电连接的图像单元， 所述图像单元用于获取所述物料 的物料参数宽度c和厚度d， 宽度c和厚度d被传输至所述控制单元， 所述控制单元对宽度c、 厚度d和轴心距b进行分析并计算距离h。 0016 作为本发明一实施方式的进一步改进， 定义所述左夹爪和右夹爪在每次抓取之 前， 左夹爪的最下端点与右夹爪的最下端点的张开行程为S， Sc+2x， 其中x为待抓取物料 附加的抓取阈值， 若cb， 则xc， c为分拣机器人的系统误差。 0017 作为本发明一实施方式的进一步改进， 定义所述左夹爪。

15、和右夹爪在每次抓取之 前， 左夹爪的最下端点与右夹爪的最下端点的张开行程为S， Sc+2xs， 其中xs为待抓取物料 附加的抓取阈值， 其中cb且d2(a-h)， 0018 与现有技术相比， 本发明提供的技术方案中， 能根据物料宽度c与两转轴之间的轴 心距b之间的大小关系， 计算出相对应的h值， 也就是将左夹爪和右夹爪在垂直于物料方向 上的位置调整到位， 从而能对物料进行精准抓取、 且分拣效率更高。 附图说明 0019 图1是本发明具体实施方式中分拣机器人的示意图； 0020 图2是本发明具体实施方式中分拣机器人的左夹爪和右夹爪的下端点的运动轨迹 示意图。 具体实施方式 0021 以下将结合附。

16、图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。 但这些实施方式并 不限制本发明， 本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、 方法、 或功能上的 变换均包含在本发明的保护范围内。 说明书 2/5 页 5 CN 112008754 A 5 0022 在本申请的各个图示中， 为了便于图示， 结构或部分的某些尺寸会相对于其它结 构或部分夸大， 因此， 仅用于图示本申请的主题的基本结构。 0023 另外， 本文使用的例如 “上” 、“上方” 、“下” 、“下方” 等表示空间相对位置的术语是 出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的 关系。 空间相对位置的术语可以。

17、旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不 同方位。 例如， 如果将图中的设备翻转， 则被描述为位于其他单元或特征 “下方” 或 “之下” 的 单元将位于其他单元或特征 “上方” 。 因此， 示例性术语 “下方” 可以囊括上方和下方这两种 方位。 设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)， 并相应地解释本文使用的与空 间相关的描述语。 0024 如图1所示， 本发明公开了一种分拣机器人， 分拣机器人包括安装座10、 通过第一 转轴12设于安装座10的左夹爪14、 通过第二转轴16设于安装座10的右夹爪18、 及驱动左夹 爪14和右夹爪18旋转的驱动机构， 左夹爪14和右夹爪18。

18、的结构形式相对称且相对称设置， 分拣机器人还包括用于置放待抓取物料20的传动带。 左夹爪14可被驱动地绕第一转轴12旋 转， 右夹爪18可被驱动地绕第二转轴16旋转， 且左夹爪14和右夹爪18同步旋转。 0025 进一步参照图2， 左夹爪14和右夹爪18在张开的最大行程收拢至闭合状态的过程 中， 运动轨迹为两条对称的弧线， 且弧线存在着最低点。 为了证明这个结论， 可以对最大张 开行程为500mm、 第一转轴12和第二转轴16之间的轴心距为200mm的夹爪下端点进行闭合过 程轨迹分析。 0026 从轨迹分析中可以看出， 在夹爪张开行程为400mm时， 左夹爪14和右夹爪18的下端 点坐标为-2。

19、82mm， 收拢过程中， 左夹爪14和右夹爪18的下端点坐标逐渐减小。 当左夹爪14和 右夹爪18下端收拢至与第一转轴12和第二转轴16之间的轴心距相等位置， 即左夹爪14和右 夹爪18与地面近似垂直时， 左夹爪14和右夹爪18到达最低点， 随后在收拢至闭合状态过程 中， 左夹爪14和右夹爪18的下端点坐标再逐渐增大。 0027 通过分析可知， 在左夹爪14和右夹爪18从最大张开行程至闭合过程中， 左夹爪14 和右夹爪18的下端点的运动轨迹是一条先下降后上升的弧线， 左夹爪14和右夹爪18的张开 行程与第一转轴12和第二转轴16之间的轴心距相等时为轨迹最低点， 这意味着不同尺寸的 薄板物料对机。

20、器人抓取效果的影响是不同的， 因此本实施例提出了一种根据不同尺寸物料 执行不同运动控制策略的分拣机器人及其控制方法。 0028 为了保护左夹爪14和右夹爪18的机械结构， 在左夹爪14和右夹爪18降低高度抓取 物料的过程中， 需避免左夹爪14、 右夹爪18与传动带的直接碰撞,因此应保证夹爪在最低位 置仍然可以自由开合而不触碰传动带。 在抓取一些较厚的物料时， 左夹爪14和右夹爪18可 以安全、 有效的完成抓取任务， 而在面对一些较薄的物料时， 左夹爪14和右夹爪18在抓取的 过程中有撞击传动带的风险， 尤其是当物料较窄时， 左夹爪14和右夹爪18可能无法抓取到 物料。 以下可根据具体待抓取物料。

21、20的尺寸不同采用不同的抓取方案， 从而保证了左夹爪 14和右夹爪18不但不会与传动带相触碰， 而且大大提高了分拣效率。 0029 具体的， 定义第一转轴12至左夹爪14在待抓取物料20上的抓取点在垂直于待抓取 物料20的方向上的距离为h， 若cb， 则若cb， 则其 中， c为待抓取物料20的宽度， b为第一转轴12和第二转轴16之间的轴心距， a为左夹爪14的 说明书 3/5 页 6 CN 112008754 A 6 长度。 由于左夹爪14和右夹爪18的结构形式相对称， 因此右夹爪18的长度与左夹爪14的长 度相同， 右夹爪18的长度也为a。 0030 当cb时， 也就是物料宽度刚好与第一。

22、转轴12和第二转轴16之间的轴心距相等， 这意味着当分拣机器人抓取住物料时， 左夹爪14和右夹爪18与水平面成直角， 在这种情况 下， 由于左夹爪14和右夹爪18的抓取位置为其下端点最小坐标， 因此并不会出现左夹爪14、 右夹爪18与传动带的碰撞问题。 而当cb时， 也就是物料宽度大于第一转轴12和第二转轴16 之间的轴心距时， 左夹爪14和右夹爪18的抓取位置也为其下端点最小坐标， 因此也不会出 现左夹爪14、 右夹爪18与传动带的碰撞问题。 0031 本优选实施例， 能根据物料宽度c与两转轴之间的轴心距b之间的大小关系， 计算 出相对应的h值， 也就是将左夹爪14和右夹爪18在垂直于物料方。

23、向上的位置调整到位， 从而 能对物料进行精准抓取、 且分拣效率更高。 0032 而当cb时， 也就是物料宽度小于第一转轴12和第二转轴16之间的轴心距时， 左 夹爪14和右夹爪18的抓取位置并不是下端点最小坐标， 而左夹爪14和右夹爪18的下端点最 小坐标点为抓取过程中某一点， 此时为避免左夹爪14、 右夹爪18与传动带相碰撞， 需要进一 步设置左夹爪14和右夹爪18在每次抓取之前， 左夹爪14的最下端点与右夹爪18的最下端点 的张开行程。 0033 具体的， 定义左夹爪14和右夹爪18在每次抓取之前， 左夹爪14的最下端点与右夹 爪18的最下端点的张开行程为S， 则Sc+2x， 其中x为待抓。

24、取物料20附加的抓取阈值， 若c b， 则xc， c为分拣机器人的系统误差。 另外， 若cb且d2(ah)则x也设置成x c。 此时左夹爪14和右夹爪18不但不会与传动带相碰撞， 而且分拣效率比较高。 进一步的， x c+10mm。 0034 优选的， 分拣机器人还包括控制左夹爪14和右夹爪18运动的控制单元和与控制单 元电连接的图像单元， 图像单元用于获取物料的物料参数， 物料参数被传输至控制单元， 控 制单元对物料参数进行计算处理并控制左夹爪14和右夹爪18的运动。 当然， 物料参数也可 以人工输入进控制单元。 具体的， 图像单元用于获取物料的物料参数宽度c和厚度d， 宽度c 和厚度d被传。

25、输至控制单元， 控制单元对宽度c、 厚度d和轴心距b进行分析并计算距离h。 0035 进一步的， cc1+c2+c3， 其中c1为图像处理时间差造成的误差， c2为 图像处理中轮廓偏移误差， c3为分拣机器人本体误差。 0036 具体的， 图像单元处理传动带上的物料信息是需要一定时间的， 物料种类、 颜色、 密度的差异也会对处理速度造成一定的影响， 因此图像单元每一次传输的时间差并不相 同。 假设图像单元对一张照片的处理时间为t， 传动带移动速度为v， 当t秒后分拣机器人接 收到物料位置信息实际上是t秒之前物料所在的位置， 由处理时间差造成的误差为c1 (vt)。 0037 图像处理中轮廓偏移。

26、误差由图像单元的相机性能决定， 相机捕获移动物料时， 可 能会造成拍摄的图片脱焦、 边缘模糊， 无法对图像轮廓进行准确的识别， 造成误差c2， 以 Basler acA4112-8gc GigE相机为例， 传动带输送方向识别轮廓误差在0.5mm以内， 垂直于 传动带输送方向识别轮廓误差在0.3mm以内， 因此如果使用该型号相机， 相机误差应设置为 0.5mm， 也就是图像处理中的轮廓偏移误差c2设置为0.5mm； 因此具体采用不同的相机， 采 用与其相机对应的误差值。 说明书 4/5 页 7 CN 112008754 A 7 0038 对应不同的机械结构的分拣机器人本体误差， 分拣机器人会随着。

27、使用时间的增加 造成的结构磨损， 导致电机精度下降、 模组寿命缩短等问题， 从而造成误差c3， 以尺寸 2650mm*3230mm的铝合金四轴龙门式模组为例， 3000小时使用时长的机械结构误差在传动 带输送方向为2.5mm， 垂直于传动带输送方向为1.3mm， 因此误差c3设置为2.5mm。 0039 另外， 当cb且d2(a-h)， 为避免左夹爪14和右夹爪18与传动带碰撞， 需调整抓 取阈值， 仍定义左夹爪14和右夹爪18在每次抓取之前， 左夹爪14的最下端点与右夹爪18的 最下端点的张开行程为S， 则Sc+2xs， 其中xs为待抓取物料20附加的抓取阈值， 其中， 因此， 本实施例提供。

28、的分拣机器人， 可根据不同的物料参数， 自适应调整不同的抓取阈值。 从而确保了左夹爪14和右夹爪18不与传动带相触碰的情况 下， 分拣效率更高。 0040 本实施方式还提供了一种分拣机器人的控制方法， 控制方法包括如下步骤： 0041 确认物料的宽度c和厚度d； 0042 定义第一转轴12至左夹爪14在待抓取物料20上的抓取点在垂直于待抓取物料20 的方向上的距离为h ， 比 较c和b的大小 ， 若cb ， 则若cb ， 则 0043 应当理解， 虽然本说明书按照实施方式加以描述， 但并非每个实施方式仅包含一 个独立的技术方案， 说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见， 本领域技术人员应当将说 明书作为一个整体， 各实施方式中的技术方案也可以经适当组合， 形成本领域技术人员可 以理解的其他实施方式。 0044 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说 明， 它们并非用以限制本发明的保护范围， 凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式 或变更均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 8 CN 112008754 A 8 图1 说明书附图 1/2 页 9 CN 112008754 A 9 图2 说明书附图 2/2 页 10 CN 112008754 A 10 。