阅读说明：本技术 一种分拣装置、系统及方法、电子设备 (Sorting device, system and method and electronic equipment ) 是由 谢易 卢忠岩 郑保创 殷军普 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种分拣装置,应用在传送装置上,包括工业机器人、控制系统、视觉系统、工业相机和编码器,其中：控制系统集成包括有编码器,所述编码器用于对传送装置位移进行计数并由控制系统实时采集编码器数值；工业相机由控制系统触发进行拍摄,拍摄得到的图像由视觉系统获取；视觉系统对拍摄得到的图像中的目标物体位置和类别进行识别并发送至控制系统；工业机器人根据控制系统的指令对目标物体进行分拣。本发明使用传送带每次移动固定距离进行硬件触发工业相机拍照,同时取消了同步开关的使用,并且根据目标物体的实时位置计算出每次分拣的合适跟踪起点,加快了工业机器人的分拣效率。(The invention discloses a sorting device, which is applied to a conveying device and comprises an industrial robot, a control system, a vision system, an industrial camera and an encoder, wherein: the control system integration comprises an encoder, wherein the encoder is used for counting the displacement of the conveying device and acquiring the numerical value of the encoder in real time by the control system; the industrial camera is triggered by the control system to shoot, and the shot image is acquired by the vision system; the vision system identifies the position and the type of a target object in the shot image and sends the position and the type to the control system; and the industrial robot sorts the target object according to the instruction of the control system. The invention uses the conveyor belt to move a fixed distance each time to carry out hardware triggering industrial camera photographing, simultaneously cancels the use of a synchronous switch, and calculates the proper tracking starting point for each sorting according to the real-time position of the target object, thereby quickening the sorting efficiency of the industrial robot.)

一种分拣装置、系统及方法、电子设备

技术领域

本发明涉及自动化领域，尤其涉及一种分拣装置、系统及方法、电子设备。

背景技术

智能制造是国家2025战略的核心，也是产业升级的必然趋势和要求。智能制造中关键核心之一就是工业生产的自动化和智能化。

目前，工业机器人在自动化生产线的生产中应用非常广泛，主要用于对传送带上的物体进行各种操作，例如搬运、加工和检测等。

分拣属于搬运场景之一，现在的分拣方式大都使用的是固定频率分拣，依靠同步开关，每次分拣以同一个位置作为起点开始跟踪，以固定的频率进行目标物体的分拣。

目前这种分拣技术并不能有效解决分拣物种类繁多的情况，还有进入传送带的位置不可预估等特点的复杂场景。并且由于现有技术的限制，传送带运行比较慢，目标物体之间的位置相对稀疏，工业机器人总是会等待物体到来再分拣，这大大降低了分拣效率，生产力效率比较低。

因此，如何能够识别多目标等复杂场景下并且高效分拣物品是目前首要解决的问题。

发明内容

本发明一种分拣装置，应用在传送装置上，包括工业机器人、控制系统、视觉系统、工业相机和编码器，其中：

控制系统集成包括有编码器，所述编码器用于对传送装置位移进行计数并由控制系统实时采集编码器数值；

工业相机由控制系统触发进行拍摄，拍摄得到的图像由视觉系统获取；

视觉系统对拍摄得到的图像中的目标物***置和类别进行识别并发送至控制系统；

工业机器人根据控制系统的指令对目标物体进行分拣。

本发明还公开一种分拣系统，包括权利要求1所述的分拣装置、传送装置以及若干分拣收集器，所述分拣装置用以将传送装置上的物体进行分拣，并分类放置到对应的分拣收集器中。

本发明还公开一种分拣方法，包括步骤：

(1)控制系统不断触发相机拍摄传输装置上的目标物体并发送触发时刻的编码器数值到视觉系统；

(2)视觉系统对拍摄获得的图像进行识别，并将识别获得的目标物体信息和接收到的编码器数值进行绑定发送至控制系统；

(3)控制系统根据视觉系统发送的编码器数值和识别结果对目标物体进行实时定位，并控制工业机器人进行分拣处理。

进一步地，步骤(1)包括：

计算编码器数值的固定变化量：首先测算出工业相机在传送带运动方向上可视距离大小，然后根据传送转置移动距离与编码器数值变化之间的关系计算出可视距离对应的编码器数值的固定变化量。

进一步地，其步骤(2)包括：

接收相机拍摄时刻对应的编码器数值；

获取相机拍摄的目标物体图像；

将编码器数值和目标物体识别结果进行绑定并发送至控制系统。

进一步地，步骤(3)中控制系统对目标物体的实时位置准确计算，其公式为：

y(t)＝y(0)+[(e(t)+Er)-(e(0)+Ep)]*k+b+L(随机)

其中：

e(0)：编码器数值为；

y(0)：视觉系统对拍摄图像进行识别得到拍照时刻目标物体的位置；

e(t)：实时计算时刻的编码器数值；

y(t)：控制系统计算目标物体的实时位置；

Ep：触发工业相机拍摄的拍照延时，以编码器数值变化的绝对值衡量；

Er：是控制系统发送实时位置给工业机器人执行的指令延时，以编码器数值变化的绝对值衡量；

k：斜率；

b:截距；

L(随机)：L(随机)＝在传送带固定速度运动的情况下每100ms编码器的平均值*变化系数u，变化系数u在-1到1之间，根据实际场景调整一个合适值。

进一步地，步骤(3)进行分拣处理包括：

如果目标物体的当前位置已经离开可分拣区域，则控制系统从目标数据队列的队列头取出新的目标物体进行计算；

如果目标物体的当前位置还未进可分拣区域，则循环实时计算目标物体的当前位置，直到目标物体进入可分拣区域；

如果目标物体的当前位置在可分拣区域，则将这个目标物体的当前位置发送给工业机器人开始跟踪执行，并分拣到对应的分拣收集器中。

进一步地，步骤(3)进行分拣处理包括：

如果目标物体的当前位置已经离开可分拣区域，则控制系统从目标数据队列的队列头取出新的目标物体进行计算；

如果目标物体的当前位置还未进可分拣区域，则循环实时计算目标物体的当前位置，直到目标物体进入可分拣区域；

如果在可分拣区域同时出现多个目标物体，对进入分拣区域的目标物体直接分拣。

本发明还公开一种电子设备，包括存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机实现权利要求1至8任一项所述的分拣功能。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例中的分拣装置系统以及方法，相较于传统的按照固定节拍分拣方式，本发明使用传送带每次移动固定距离进行硬件触发工业相机拍照，同时取消了(光电)同步开关的使用，并且根据目标物体的实时位置计算出每次分拣的合适跟踪起点，加快了工业机器人的分拣效率。

为了保证分拣的精度和稳定，本发明使用同步跟踪方式进行分拣，并对传送带运行过程中由于带动传送带运行的电机转动频率的波动会出现速度轻微的变化做动态的位置补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种分拣装置结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种分拣流程示意图；

图3为本申请实施例公开的一种分拣流程实现示意图。

1-相机，2-视觉系统，3-控制系统，4-工业机器人30-编码器

5-分拣物收集器6-传输装置，7-相机可视区域8-可分拣区域

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参阅图1，图1为本申请实施例公开的一种分拣装置结构示意图，应用在各种物流搬运场景的传送装置上，本分拣装置包括工业机器人、控制系统、视觉系统、工业相机和编码器，其中：

控制系统集成包括有编码器，所述编码器用于对传送装置进行计数并实时发送至控制系统；

工业相机用以拍摄，并将拍摄得到的图像发送至视觉系统；

视觉系统对拍摄得到的图像中的目标物***置进行解析，发送至控制系统；

工业机器人根据控制系统的指令对目标物体进行分拣。

基于上述实施例的分拣装置，本申请还公开一种分拣系统，分拣装置、传送装置以及若干分拣收集器，等待分拣的物体沿着传送装置的传送带运动方向进行流动，所述分拣装置用以将传送装置上的物体进行分拣，并分类放置到对应的分拣收集器中。

本申请还公开了一种分拣方法，其步骤包括：

S1:控制系统触发相机拍摄传输装置上的目标物体并发送触发时刻的编码器数值到视觉系统；

S2:视觉系统对拍摄获得的图像进行识别，并将识别获得的目标物体信息和接收到的编码器数值进行绑定发送至控制系统；

S3:控制系统根据视觉系统发送的编码器数值和识别结果对目标物体进行实时定位，并控制工业机器人进行分拣处理。

请参阅图2和图3，并结合图1，具体详细说明本申请分拣装置的详细分拣实施方法和过程。

S1步骤：相机对传输装置上的目标物体进行拍摄，本实施例中，针对在工业自动化搬运场景中，使用工业相机进行拍摄。

控制系统触发工业相机拍摄的频率是根据编码器数值每增加固定变化量进行一次触发工业相机拍摄，关于编码器数值的固定变化量的测量，首先测算出工业相机在传送带运动方向上可视距离大小，然后根据传送转置移动距离与编码器数值变化之间的关系计算出可视距离对应的编码器数值的固定变化量。

控制系统每次触发拍照时，读取当前编码器数值并发送给视觉系统。为了不漏拍目标物体，实际操作中的控制系统的触发间隔可以小于编码器数值的固定变化量。

具体的触发实现方式通过控制自主I/O模块的工业相机触发线的连接端口，以电平变化的方式触发工业相机拍照(上升沿或者下降沿触发工业相机拍摄图片)，并读取拍照时刻的编码器数值。

S2:视觉系统对拍摄获得的图像进行识别，获得目标物体信息，并发送至控制系统，具体包括如下步骤：

S20：接收相机拍摄时刻对应的编码器数值；

S21：获取相机拍摄的目标物体图像；

当视觉系统接收到控制系统发送的编码器数值时，视觉系统从工业相机中取出拍摄图片并识别出这张图片中的目标物体的坐标位置和类别。

S22：将编码器数值和目标物体识别结果进行绑定并发送至控制系统。

对于一张新拍摄的图片，视觉系统将这个接收到的编码器数值和目标物体的识别结果进行绑定并发送给控制系统。发送的方式，可以通过TCP协议的网络方式，也可以采用其他无线协议的方式通过无线的方式发送。

S3:控制系统根据视觉系统发送的编码器数值和识别结果对目标物体进行实时定位，并控制工业机器人进行分拣处理。

控制系统接收视觉系统发送的编码器数值和识别结果，将其存入目标物体队列的对列尾。

为了加快工业机器人的分拣效率，因此需要控制系统对目标物体的实时位置的准确度有较高要求，本实施例中，取消传统的分拣方法如同步开关的方式。为了让定位更加准确，本发明将误差划分为可测量的固定误差和动态变化的随机误差。

目标物体的实时计算方式：

为了测试编码器数值变化和传送带移动距离之间的对应关系，本申请通过工业机器人测试传送带上点的移动距离，获取多组在传送带在不同电机频率下编码器数值的变化值，计算编码器数值的变化对应的传送带的移动距离的关系。得出编码器数值的变化和传送带移动距离的线性关系，得到对应的斜率k和截距b。对应关系式：传送带移动距离＝编码器变化数值*斜率K+截距b。

可测量的固定误差：

测试工业相机拍照延时误差时长TP，通过控制系统测试TP时长对应编码器数值的变化Ep；

测试控制系统发送目标位置由工业机器人执行延时误差时长TR，通过控制系统测试TR时长对应编码器数值的变化Er。

动态变化的随机误差：

L(随机)＝在传送带固定速度运动的情况下每100ms编码器的平均值*变化系数u

变化系数u在-1到1之间，根据实际场景调整一个合适值；

控制系统单独开启一个任务计算单位时间内的编码器数值的变化。

计算目标物体实时位置y(t)，其公式为:

y(t)＝y(0)+[(e(t)+Er)-(e(0)+Ep)]*k+b+L(随机)

其中，编码器数值变化ex和传送转置移动距离S的关系S＝k*ex+b，k和b为线性拟合的常数值，k是斜率，b是截距。

触发拍照时刻：编码器数值为e(0)，视觉系统对拍摄图像进行识别得到拍照时刻目标物体的位置y(0)；

实时计算时刻：编码器数值为e(t)，控制系统计算目标物体的实时位置y(t)；

Ep是触发工业相机拍摄的拍照延时，以编码器数值变化的绝对值衡量；

Er是控制系统发送实时位置给工业机器人执行的指令延时，以编码器数值变化的绝对值衡量；

L(随机)＝在传送带固定速度运动的情况下每100ms编码器的平均值*变化系数u，变化系数u在-1到1之间，根据实际场景调整一个合适值。

控制系统对目标物体进行分拣处理，如果是系统刚开机，则首先进行等待工业机器人进行初始化完成。

然后从目标物体队列的队列头取出一个目标物体，计算取出的目标物体对应的目标物体的当前位置。控制系统对目标物体的当前位置进行判断，主要包括以下几种情况：

如果目标物体的当前位置已经离开工业机器人的可分拣区域，则控制系统从目标物体队列的队列头取出新的目标物体进行计算；

如果目标物体的当前位置还未进入工业机器人的可分拣区域，则循环实时计算目标物体的当前位置，直到目标物体进入可分拣区域；

如果目标物体的当前位置在工业机器人的可分拣区域，则将这个目标物体的当前位置发送给工业机器人开始跟踪执行，并实时抓取目标物体放入至对应的分拣收集器，通常情况分拣收集器设置有多个，每个分拣收集器只容纳一种货品类别。

当工业机器人在执行跟踪执行命令时，控制系统等待工业机器人完成分拣信号，然后从目标物体队列的队列头取出新的目标物体并计算这个新的有效的目标位置发送给工业机器人作为下一次跟踪的起点。

如果在可分拣区域同时出现多个目标物体，为了加快工业机器人的分拣效率，工业机器人在下次分拣时，可以对进入分拣区域的目标物体直接分拣，无需回到起点等待。

本发明在控制系统发送给工业机器人目标位置后，等待工业机器人完成分拣信号，然后从目标物体队列取出下一个有效的目标位置并计算其当前在传送带上的位置，并发送这个新的位置作为下一次工业机器人分拣的起点，这样的方式减少了工业机器人的等待停留时间，加快了工业机器人的分拣效率。控制系统可以在工业机器人从跟踪抓取的结束位置运动到分拣物收集器的位置进行下一个新目标的开始位置计算，减少工业机器人的停留时间。

此外，本申请还提供一种电子设备，包括存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机实现上述分拣功能。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本发明实施例装置中的模块、单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例以及不同实施例的特征进行结合或组合。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以用硬件实现，或固件实现，或它们的组合方式来实现。当使用软件实现时，可以将上述功能存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。以此为例但不限于：计算机可读介质可以包括随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、电可擦可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。此外。任何连接可以适当的成为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术从网站、服务器或者其他远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线和微波之类的无线技术包括在所属介质的定义中。如本发明所使用的，盘(Disk)和碟(disc)包括压缩光碟(CD)、激光碟、光碟、数字通用光碟(DVD)、软盘和蓝光光碟，其中盘通常磁性的复制数据，而碟则用激光来光学的复制数据。上面的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。

总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。