CN104528389B - 一种错位码垛规划的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型错位码垛规划的方法。本发明提供的新型错位码垛方法，包括码垛过程中的货物信息、托盘信息、码垛层数及错位信息，将上述信息整合生成TXT格式的文件，便于保存和阅读、修改；通过TCP/IP协议，将码垛信息文本文档提交给上位机，上位机接收到数据，首先判断数据的合理性，然后解析成码垛机器人码垛所需要的数据。本发明可以快速的计算出最优垛型，并仿真出该垛型，直观的判断出是否存在干涉问题。本发明不仅可以提供最优的垛型，而且奇数层和偶数层之间形成错位，使垛型最稳定。

Description

一种错位码垛规划的方法

技术领域

本发明涉及码垛机器人堆码应用领域，更具体的说，是一种可以根据任意尺寸的箱型、货物生成合理垛型的错位码垛规划的方法。

背景技术

随着技术的不断发展，码垛方式在现代企业中占有重要的地位。近年来，随着物流业的迅猛发展，研究机器人码垛技术具有十分重要的意义。在工厂中大量使用码垛机器人不仅可以提高劳动生产效率，降低生产成本，而且可以极大的保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度。码垛机器人在码垛过程中，一般会采用在线示教生成垛型，过程繁琐，且占用大量的时间，对于企业来说，会增加成本；而且采用示教的方式，码垛出来的垛型，都是按着人们习惯的方式来码垛，缺乏准确合理的计算，造成托盘空间的浪费；示教过程是针对某个具体的箱型，如果箱型的尺寸发生了变化，必须重新示教，会造成时间的浪费。当前的工业产品多样化，产品及包装箱的尺寸变化复杂，这迫切要求用户能根据不同的尺寸，快速的生成所需的合理垛型。针对以上不足，本发明提出了新型错位码垛规划的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型错位码垛规划的方法，以满足企业不同尺寸外形产品的高效码垛要求。

本发明一种错位码垛规划的方法，按照下述步骤进行：

(1)输入基本的数据：

用户输入自定义的垛型数据，数据包括托盘的长、宽，货物的长、宽、高，码垛层数；

(2)计算最优垛型：根据货物长宽之间的补偿作用，合理的利用托盘上的面积，使托盘上码垛的货物的个数最多；相邻区域货物的摆放方式正好相差90度；

将托盘随机分成六个区域：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，各个区域的面积是随机分配的；L₀₁和L₀₂分别表示托盘的长和宽；在托盘上建立托盘坐标系，以托盘左上角点作为托盘的原点，计算各个货物的坐标都是以该坐标系为参考的；

所述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域称为托盘的使用面积，Ⅴ、Ⅵ区域为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域之间的间隔面积，Ⅴ、Ⅵ区域称为可再利用面积；设定Ⅰ、Ⅲ区域为沿L₀₁方向分布，设定Ⅰ、Ⅱ区域为沿L₀₂方向分布，

在托盘上建立0L₁L₂坐标系，在L₁方向上，为托盘的L₀₁边，设摆放货物A边的个数为χ₁₁个，摆放B边的个数为χ₁₂，则Ⅰ、Ⅲ区域在L₀₁上所占的长度为：L₁＝x₁₁*A+x₁₂*B；同理，在L₂方向上，则Ⅰ、Ⅱ区域在L₀₂边上所占的长度为：L₂＝x₂₁*A+x₂₂*B；

若Ⅰ区域中货物的长边对应L₀₁，短边对应L₀₂，则Ⅱ区域中短边对应L₀₁，长边对应L₀₂，Ⅲ区域中货物的短边对应L₀₁，长边对应L₀₂，Ⅳ区域中长边对应L₀₁，短边对应L₀₂；第Ⅴ、Ⅵ区根据实际情况放置货物；设货物的长边为B，短边为A，设在I～IV区域内容纳包装个数为n₁、n₂、n₃及n₄，它们的值为：

n₁＝x₁₂×x₂₁

n₃＝x₁₁×x₂₂

第Ⅴ、Ⅵ区域称为可再利用面积，求出容纳个数n₅及n₆，由可以求出最优的垛型，即各个区域中所放置货物的个数；

(3)判断奇数层与偶数层之间的错位，计算最大的错位量：

错位指的是偶数层中的箱子正好压住奇数层中相邻箱子的缝隙；在本方法中，定义错位单位：在托盘的四周，奇数层中货物之间的缝隙距偶数层货物两边的最短距离，称之为错位单元。错位量最大指的是托盘四周所有的错位单元的总和最大值，此时符合要求的垛型即为所要求的垛型；

具体步骤如下：

(a)奇数层按第一区域中货物的短边对应L₀₂，货物的长边对应L₀₁，偶数层按第一区域中货物的长边对应L₀₂，货物的短边对应L₀₁，在此情况下我们计算错位量1；

(b)奇数层按第一区域中货物的长边对应L₀₂，货物的短边对应L₀₁，偶数层按第一区域中货物的短边对应L₀₂，货物的长边对应L₀₁，在此情况下我们计算错位量2；

(c)定义CW为错位量；奇数层χ₂₁位置处的最后一个缝隙应单独考虑：CW_i＝min(d₁，d₂)，所以错位总和为：

CW_1偶＝CW_1奇+CW_i

偶数层中的包装件跨过奇数层中的包装件的缝隙时计算CW_i＝min(d₁，d₂)，所以错位总和为：

最终，比较错位量1和错位量2的大小，选取较大的错位量作为最终结果；

(4)最后仿真该垛型，判断码垛过程当中，货物是否发生干涉，最终生成码垛所需的信息文本，发送给上位机。

本发明新型错位码垛规划方法的优点在于：

1、本方法能够快速的计算出任意箱型的最优垛型。该垛型不仅最稳定，而且托盘的利用率最高。

2、本方法能够仿真出最优垛型，用户直观的观察垛型。允许在误差范围内，不断调整最优垛型，达到最优的情况。

3、本方法可以生成码垛机器人码垛时所需的数据，简化了码垛编程的过程，提高了效率。

4、本方法为机器人码垛过程奠定了基础，使码垛过程中避免货物相互干涉造成码垛失败、货物损坏。

本发明新型错位码垛规划的方法，用于所有等高箱型或类似于箱型的货物码垛。托盘码垛属于空间布局问题，尽可能多的把货物摆放到有限的托盘空间上；同时考虑货物运输过程中的稳定性。本发明不仅可以提供最优的垛型，而且奇数层和偶数层之间形成错位，使垛型最稳定。

附图说明

图1是错位码垛规划的方法整体流程图；

图2是托盘分区示意图；

图3是最优垛型计算示意图；

图4是奇数层摆放示意图；

图5是偶数层摆放示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明一种新型错位码垛规划的方法，如图1所示，按照下述步骤完成：

(1)输入基本的数据

用户输入自定义的垛型数据，包括托盘的长、宽，货物的长、宽、高及码垛层数；

(2)计算最优垛型过程，一层内码垛个数优化，根据货物长宽之间的补偿作用，合理的利用托盘上的面积，使托盘上码垛的货物的个数最多；所以相邻区域码放货物的方式不一样，相邻区域货物的摆放方式正好相差90度；

如图2所示，将托盘随机分成六个区域：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，各个区域的面积是随机分配的；L₀₁和L₀₂分别表示托盘的长和宽；在托盘上建立托盘坐标系，以托盘左上角点作为托盘的原点，计算各个货物的坐标都是以该坐标系为参考的；

从图3可知，在托盘上建立0L₁L₂坐标系，在L₁方向上，为托盘的L₀₁边，设摆放货物A边的个数为χ₁₁个，摆放B边的个数为χ₁₂，则Ⅰ、Ⅲ区域在L₀₁上所占的长度为：L₁＝x₁₁*A+x₁₂*B；同理，在L₂方向上，则Ⅰ、Ⅱ区域在L₀₂边上所占的长度为：L₂＝x₂₁*A+x₂₂*B。

在L₀₁托盘边上，最多容纳A边的个数为INT(L₀₁/A)，最多容纳B边的个数为INT(L₀₁/B)；同理，在L₀₂托盘边上，最多容纳A边个数为INT(L₀₂/A)，最多容纳B边个数为INT(L₀₂/B)。所以当χ₁₂从INT(L₀₁/B)～0以整数变化时，χ₁₁从0～INT(L₀₁/A)以整数变化；同理，当χ₁₁及χ₁₂一定，χ₂₁从INT(L₀₂/A)～0变化，χ₂₂从0～INT(L₀₂/B)以整数变化。

若设I～IV区域内容纳货物的个数为n₁、n₂、n₃及n₄，它们的值为：

n₁＝x₁₂×x₂₁

n₃＝x₁₁×x₂₂

由于第V、VI区为可再利用面积，可求出容纳个数n₅及n₆，也有可能两者都为零。由可以求出最优的垛型，即各个区域中所放置货物的个数。

(3)层与层间错位码垛

本发明错位码垛规划的方法，不仅使托盘的利用率最大，而且按此方法码垛出来的垛型也最稳定。考虑约束条件即垛型的稳定性最好。错位指的是偶数层中的箱子正好压住奇数层中相邻箱子的缝隙(托盘的四周)。在新型错位码垛规划的方法中，定义错位单位：在托盘的四周，奇数层中货物之间的缝隙距偶数层货物(缝隙之上的货物)两边的最短距离，称之为错位单元。错位量最大指的是托盘四周所有的错位单元的总和最大值，此时符合要求的垛型即为所要求的垛型。

由错位单位的定义可知，计算错位总和的最大值，考虑到了托盘的各边的错位量。在本发明中考虑了两种情况：一、奇数层按着图4的方式摆放，偶数层按着图5的方式摆放，在此情况下我们计算错位量1；二、奇数层按着图5的方式摆放，偶数层按着图4的方式摆放，在此情况下我们计算错位量2，定义CW为错位量。

奇数层χ₂₁位置处的最后一个缝隙应单独考虑：CW_i＝min(d₁，d₂)，所以错位总和为：

CW_1偶＝CW_1奇+CW_i

偶数层中的包装件跨过奇数层中的包装件的缝隙时计算CW_i＝min(d₁，d₂)，所以错位总和为：

最终，比较错位量1和错位量2的大小，选取较大的错位量作为最终结果。

(4)考虑到奇数层和偶数层之间的错位，偶数层的摆放方式与奇数层的摆放方式不相同。在本发明一种的错位码垛规划方法中，偶数层中的第一区域是货物短边对应的托盘的L₀₁，货物长边对应托盘的L_O2，其他各个区域依次变化。计算最优垛型的方式如步骤2所示。

(5)此步骤仿真本发明新型错位码垛规划方法得出的垛型，直观的观察垛型情况。由于每个箱型的尺寸允许存在3到8毫米的误差，所以若垛型不符合工厂的实际情况，在允许误差范围内，可以更改货物的尺寸，使垛型符合最终的实际情况。

(6)当仿真过程结束后，本发明新型错位码垛规划方法会生成相应的文本数据。该数据包含码垛机器人码垛所需的数据，通过TCP/IP协议，发送给上位机。码垛机器人可以根据此数据将货物按照仿真出来的垛型码垛。

Claims (1)

1.一种错位码垛规划的方法，其特征在于：按照下述步骤进行：

(1)输入基本的数据：

用户输入自定义的垛型数据，数据包括托盘的长、宽，货物的长、宽、高，码垛层数；

(2)计算最优垛型：根据货物长宽之间的补偿作用，合理的利用托盘上的面积，使托盘上码垛的货物的个数最多；相邻区域货物的摆放方式正好相差90度；

将托盘随机分成六个区域：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，各个区域的面积是随机分配的；L₀₁和L₀₂分别表示托盘的长和宽；在托盘上建立托盘坐标系，以托盘左上角点作为托盘的原点，计算各个货物的坐标都是以该坐标系为参考的；

所述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域称为托盘的使用面积，Ⅴ、Ⅵ区域为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域之间的间隔面积，Ⅴ、Ⅵ区域称为可再利用面积；设定Ⅰ、Ⅲ区域为沿L₀₁方向分布，设定Ⅰ、Ⅱ区域为沿L₀₂方向分布，

在托盘上建立0L₁L₂坐标系，在L₁方向上，为托盘的L₀₁边，设摆放货物A边的个数为χ₁₁个，摆放B边的个数为χ₁₂，则Ⅰ、Ⅲ区域在L₀₁上所占的长度为：L₁＝x₁₁*A+x₁₂*B；同理，在L₂方向上，则Ⅰ、Ⅱ区域在L₀₂边上所占的长度为：L₂＝x₂₁*A+x₂₂*B；

若Ⅰ区域中货物的长边对应L₀₁，短边对应L₀₂，则Ⅱ区域中短边对应L₀₁，长边对应L₀₂，Ⅲ区域中货物的短边对应L₀₁，长边对应L₀₂，Ⅳ区域中长边对应L₀₁，短边对应L₀₂；第Ⅴ、Ⅵ区根据实际情况放置货物；设货物的长边为B，短边为A，设在I～IV区域内容纳包装个数为n₁、n₂、n₃及n₄，它们的值为：

n₁＝x₁₂×x₂₁

$n_2=x_{22}\×INT\left(\frac{x_{12}\×B}{A}\right)$

n₃＝x₁₁×x₂₂

$n_4=x_{21}\×INT\left(\frac{x_{11}}{B}\right)$

第Ⅴ、Ⅵ区域称为可再利用面积，求出容纳个数n₅及n₆，由可以求出最优的垛型，即各个区域中所放置货物的个数；

(3)判断奇数层与偶数层之间的错位，计算最大的错位量：

错位指的是偶数层中的箱子正好压住奇数层中相邻箱子的缝隙；在本方法中，定义错位单位：在托盘的四周，奇数层中货物之间的缝隙距偶数层货物两边的最短距离，称之为错位单元；错位量最大指的是托盘四周所有的错位单元的总和最大值，此时符合要求的垛型即为所要求的垛型；

具体步骤如下：

(a)奇数层按第一区域中货物的短边对应L₀₂，货物的长边对应L₀₁，偶数层按第一区域中货物的长边对应L₀₂，货物的短边对应L₀₁，在此情况下我们计算错位量1；

(b)奇数层按第一区域中货物的长边对应L₀₂，货物的短边对应L₀₁，偶数层按第一区域中货物的短边对应L₀₂，货物的长边对应L₀₁，在此情况下我们计算错位量2；

(c)定义CW为错位量；奇数层χ₂₁位置处的最后一个缝隙应单独考虑：CW_i＝min(d₁，d₂)，所以错位总和为：

CW_1偶＝CW_1奇+CW_i

偶数层中的包装件跨过奇数层中的包装件的缝隙时计算CW_i＝min(d₁，d₂)，所以错位总和为：

最终，比较错位量1和错位量2的大小，选取较大的错位量作为最终结果；

(4)最后仿真该垛型，判断码垛过程当中，货物是否发生干涉，最终生成码垛所需的信息文本，发送给上位机。