文/王磊 欧阳世波 郑宇 陈海军 全英玉

在工业制造和物流领域，各种工业机器人可用于优化货物的流转，其中物料的拆垛是常见应用之一。“机器人拆垛”通常指利用机械臂将物料按顺序从托盘上卸载的过程，可以用于替代简单但繁重的体力劳动。在物流领域中，存在将不同品规的货物（即不同尺寸、重量或纹理的商品）装在箱子内进行交付的场景，如图1所示。

图1 由不同形状的产品组成的混合托盘示例

然而，早期的机器人拆垛系统主要通过人工控制来完成机器人抓取，只适用于单一货物的卸载，且要求货物按照固定顺序排列，机器人并不具备感知能力，无法对外界的变化做出反应。然而，多品规物料拆垛系统的待卸载物体尺寸多变，且码放不规整，因而要求机器人具备实时的环境感知能力以引导抓取动作。

随着各类光学传感器的发展，人们逐渐将计算机视觉技术引入机器人抓取任务中，以提高机器人获取外界信息的能力。基于视觉引导的机器人拆垛系统通常包含五个模块，分别为视觉信息获取模块、物体定位与分析模块、抓取位置计算模块、手眼坐标转换模块和运动规划模块，如图2所示。其中，前三个模块为视觉系统的主体部分，负责获取、处理视觉信息，提供物体位姿。后两个模块主要用于向机器人提供控制信息，完成抓取功能。下面我们将对每个模块、常用方法及实施案例进行介绍。

图2 物流拆垛机器人视觉系统总体结构示意图