具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供了一种基于3D视觉的混合拆码垛方法，包括如下步骤：

在用于装载箱体的托盘上设置重力感应装置，实时获取托盘上箱体的水平重心位置；

设置3D视觉装置对箱体的尺寸和边缘位置进行识别，引导机械手对箱体进行抓取；

在所述机械手上设置抓取称重装置，在对箱体进行抓取的同时检测箱体的重量；

根据所述托盘上箱体的水平重心位置、所述箱体的尺寸和边缘位置以及所述箱体的重量，确定拆码垛的顺序，并利用所述机械手完成混合拆码垛。

具体地，在本发明的一个实施例中，所述基于3D视觉的混合拆码垛方法的流程示意图如图1所示，具体包括如下步骤：

当用于输送待码垛箱体的输送装置开始运行后，用于装载箱体的带有托盘的小车移动至码垛位置。设置于输送装置前端的3D视觉装置开始对箱体进行拍照，并根据采集的图像及其位置信息获取箱体的尺寸及边缘坐标，然后由机械手进行码垛(如图2所示)，待垛满后完成码垛过程。

此时带有托盘的小车则载着码好的箱体运输到库门，利用3D视觉装置再次对箱体进行拍照，并根据采集的图像及其位置信息获取各箱体的尺寸及边缘坐标，将其作为入库信息上传，完成小车入库(如图3所示)。

待小车完成入库后，小车便移动至拆垛位置，由机械手进行拆垛(如图4所示)，待垛空后完成拆垛过程，结束混合拆码垛过程。

在上述码垛过程中，具体包括如下步骤：

A1、在用于输送待码垛箱体的输送装置的前端设置3D视觉装置，对待码垛的各箱体的尺寸和边缘位置进行检测。

其中，3D视觉装置包括3D相机、测距传感器以及用于对所述3D相机和所述测距传感器采集的信息进行处理的信息处理系统。

所述信息处理系统包括图像分割模块和箱体识别模块；所述图像分割模块与所述3D相机电性连接，用于对所述3D相机采集的图像数据进行分割处理，识别出箱体的边缘轮廓；所述箱体识别模块与所述图像分割模块和所述测距传感器分别电性连接，用于计算箱体的尺寸及边缘坐标。

具体地，当3D相机采集到箱体的图像数据时，所述图像分割模块对采集到的图像数据进行预处理后再进行图像分割，具体步骤如下：

A11、先采用二值化处理算法对3D相机采集到的箱体图像进行二值化处理，增大图像的对比度，以便对箱体及背景进行准确分割；

A12、再采用中值滤波算法去除箱体图像中的噪声，提高边缘检测精度；

A13、然后采用边缘检测算法对箱体的边缘像素进行提取，分割出箱体的边缘轮廓。

在完成箱体边缘轮廓识别后，箱体识别模块基于得到的箱体边缘轮廓与测距传感器采集的信息进一步对箱体的尺寸及边缘坐标进行计算，具体步骤如下：

A14、根据箱体边缘轮廓在采集的图像中建立第一坐标系，得出在第一坐标系中箱体的尺寸(a₁，b₁，c₁)及箱体边缘的坐标P_i(x_i1，y_i1，z_i1)；其中，a₁，b₁，c₁分别表示在第一坐标系中箱体的长、宽、高，P_i(x_i1，y_i1，z_i1)表示箱体边缘上某一点i在第一坐标系中的三维坐标；

A15、再基于机械手所处的位置建立第二坐标系，并根据测距传感器采集的实际距离将第一坐标系下的箱体尺寸和箱体边缘的坐标转化至第二坐标系下，即得到箱体的尺寸(a₂，b₂，c₂)及箱体边缘的坐标P_i(x_i2，y_i2，z_i2)。

基于上述方式，3D视觉装置能够对箱体的尺寸及边缘位置进行准确识别，并将其转化为机械手所处的坐标系下，以便引导机械手对箱体进行准确抓取。在得到箱体尺寸及边缘位置信息后，继续进行如下步骤：

A2、根据步骤A1测得的各箱体的尺寸，确定码垛顺序和各箱体的码放位置。

其中，码垛顺序是在输送装置输出的箱体传送顺序的基础上，根据箱体的尺寸进行确定。在本发明的一个实施例中，在完成箱体尺寸识别后，将尺寸大于预设范围的箱体标记为大型箱体，将尺寸小于预设范围的箱体标记为小型箱体，在箱体传送顺序的基础上，将大型箱体的排序提前，小型箱体的排序推后，按照由大至小的顺序进行码放。

同时，在码放大型箱体的过程中，根据托盘的面积和箱体的尺寸计算大型箱体码放在第一层后是否存在多余空间，若存在的多余空间能够放下小型箱体，则将该空间预留给小型箱体，继续进行第二层的码放，待轮到小型箱体后，再将其放置预留空间，以提高托盘上空间的利用率。

A3、按照步骤A2确定的所述码垛顺序和步骤A1测得的所述箱体的边缘位置，引导机械手按照所述码垛顺序对箱体进行抓取。

A4、利用设置于所述机械手上的所述抓取称重装置在抓取过程中对箱体的重量进行检测，同时利用设置于所述托盘上的所述重力感应装置对所述托盘上箱体的水平重心位置进行检测。

其中，所述重力感应装置包括若干个均匀分布于所述托盘表面的重力传感器；所述抓取称重装置包括称重台和设置于所述称重台表面的称重传感器。

在本发明的一个实施例中，重力感应装置包括设置于托盘底部的三个重力传感器，这三个称重传感器在托盘上的坐标分别为(a₁，b₁)、(a₂，b₂)和(a₃，b₃)，其采集到的重力分别表示为G₁、G₂和G₃；托盘自身的重力表示为g，托盘的水平重心的坐标为(x，y)。

基于平衡状态下的受力平衡，可以得到如下等式：

∑F_Z＝0 G+g-G₁-G₂-G₃＝0

∑M_y＝0 GX+ga-G₁a₁-G₂a₂-G₃a₃＝0

∑M_x＝0 GY+gb-G₁b₁-G₂b₂-G₃b₃＝0

根据上述等式可以推导得到：

G＝G₁+G₂+G₃-g

X＝(G₁a₁+G₂a₂+G₃a₃-ga)/G

Y＝(G₁b₁-G₂b₂-G₃b₃-gb)/G

其中，G为托盘上箱体的整体重力，X、Y则分别代表托盘上箱体的整体重心在水平方向上的横坐标和纵坐标。

A5、在对当前托盘上箱体的水平重心进行检测后，再根据当前机械手已经抓取的箱体的尺寸、重量及其在步骤A2中确定的码放位置，在实际码放前先建立三维模型，利用三维模型计算该箱体实际码放后托盘上箱体的水平重心位置和竖直重心位置，并判断其是否在预设的重心安全阈值内。

若计算得到的水平重心位置和竖直重心位置均处于所述重心安全阈值内，则表明当前操作可行，从而引导所述机械手将抓取的箱体按照所述码放位置码放于托盘上。

若计算得到的水平重心位置和竖直重心位置中任意一个超出所述重心安全阈值的范围，则表明当前操作存在风险，则重新生成该箱体的码放位置，并根据新的码放位置再次计算新的码放位置下对应的水平重心位置和竖直重心位置是否在预设的重心安全阈值内，若依然不在该范围内，则继续重复该步骤，直至新生成的箱体码放位置能够满足条件。

在本发明的一个实施例中，重新生成的箱体码放位置为原位置的相邻位置，其方位根据水平重心和竖直重心的偏离情况确定。例如，当计算的水平重心位置处于重心安全阈值的左侧，则重新生成的箱体码放位置位于原位置右侧的相邻位置。

基于上述方式，本发明能够对在准确抓取箱体进行码垛的同时保证码垛过程的安全，并提高托盘上的空间利用率。

在完成码垛后，进行的拆垛过程具体包括如下步骤：

B1、利用设置于所述托盘上的所述重力感应装置对所述托盘上箱体的水平重心位置进行检测。

其中，水平重心位置的检测方法与步骤A4中一致，在此不再赘述。

B2、利用所述3D视觉装置对所述托盘上各箱体的尺寸和边缘位置进行识别，按照预设的拆垛顺序引导机械手对箱体进行试抓取。

其中，3D视觉装置对箱体的尺寸和边缘位置的识别方式与步骤A1中一致，在此不再赘述。

B3、在所述机械手对箱体进行试抓取时，利用所述抓取称重装置对箱体的重量进行检测，并根据所述托盘上箱体的水平重心位置变化情况生成修订后的拆垛顺序。

当所述托盘上箱体的水平重心位置的变化在安全阈值内时，表明当前的拆垛顺序可行，则修订后的拆垛顺序依然与所述预设的拆垛顺序保持一致。

当所述托盘上箱体的水平重心位置的变化超出安全阈值时，表明当前的拆垛顺序存在风险，则重新生成与预设的拆垛顺序不同的修订后的拆垛顺序。

在本发明的一个实施例中，预设的拆垛顺序根据由上至下、由左至右、由前至后的方式拟定，即先对顶层的第一行箱体由左至右进行拆垛，再对第二行箱体由左至右进行拆垛，以此类推，完成对顶层的拆垛后，再按照同样的方式对下一层进行拆垛。

当需要对该拆垛顺序进行修订时，则根据托盘上箱体的水平重心位置的变化情况进行调整。例如，当试抓取时发现箱体a的水平重心位置向右偏离，则放下该箱体a，改为抓取与箱体a左右对称且位于箱体a右侧的箱体b，然后继续由箱体b向右进行拆垛，待达到最右端时再重新从箱体a开始由左至右进行拆垛，直至本行以拆完，再转移至下一行进行拆垛。

B4、机械手按照上述修订后的拆垛顺序不断抓取箱体并移出托盘，直至垛空，即完成拆垛。

通过上述方式，本发明能够根据试抓取过程中测得的箱体重量及托盘上箱体的水平重心位置的变化情况来检验抓取顺序是否合理，有效保证了拆垛过程的安全稳定，并提高拆垛效率。

综上所述，本发明提供了一种基于3D视觉的混合拆码垛方法，包括在用于装载箱体的托盘上设置重力感应装置，实时获取托盘上箱体的水平重心位置；设置3D视觉装置对箱体的尺寸和边缘位置进行识别，引导机械手对箱体进行抓取；在机械手上设置抓取称重装置，在对箱体进行抓取的同时检测箱体的重量；根据托盘上箱体的水平重心位置、箱体的尺寸和边缘位置以及箱体的重量，确定拆码垛的顺序，并利用机械手完成混合拆码垛。通过上述方式，本发明能够利用重力感应装置实时获取托盘上箱体的整体重心位置，对拆码垛顺序及码放位置进行调整，保证拆码垛过程的安全；并利用3D视觉装置识别箱体的大小及边缘，提高托盘上的空间利用率，实现稳定高效的混合拆码垛过程。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。