CN106999987B - 用于将物品进给到分类机的装置及其分类机和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将物品进给到分类机(1)的装置，其包括：传送器平面，其用于使物品或包裹沿着前进方向前进；光学检测装置(18)，当物品在传送器平面上运动时，该光学检测装置能够采集物品表面上确定数量的点的三维坐标，并且将这些三维坐标组织成坐标矢量；操纵器(19)，其用于从传送器平面拾取物品，并且将拾取的物品放置在期望位置中；控制系统，其用于针对传送器平面上运动的每个物品处理坐标矢量，以便获得物品的三维表示，该三维表示包括控制系统控制操纵器以拾取和放置物品所基于的信息。本发明还涉及分类机和用于将物品进给到分类机的方法，其目的在于增加生产容量和精确度。

Description

用于将物品进给到分类机的装置及其分类机和方法
技术领域
本发明涉及用于传送器带上的包裹流的视觉三维扫描的方案，该传送器带涉及分类机的自动装载工位，本发明涉及用于所述包裹流内的包裹和封套的机器人选择性操纵的方法；所提供的方案的目的在于增大分类系统的产量和精确度。本发明尤其用于邮政和快递分配服务，其中包裹在尺寸和包装特性方面是非常多样化的。在以上所述的一个部分中，体积非常大的包裹也需要装载到分类机上，但是大部分物品是中型的和小尺寸的包裹和封套，这可以由“拾取和放置”类型的操纵器便利地处理。基于位于传送器带上的包裹和封套的识别和三维测量，本发明使用操纵器来从传送器拾取包裹并将包裹正确地装载到分类机单元上，由此进一步克服并排布置或者一个在另一个上方部分地叠置的双包裹和封套的缺陷。参考能够在相同分类单元上处理一个大体积包裹或两个包裹的那些分类机(其被布置成根据专利EP0927689和EP0963929连续地分类)，视觉和操纵方案允许在装载线上获得成对包裹，成对包裹适当地布置和取向成便于同时装载到相同的分类单元上，因此显著地增加分类机的容量。
发明内容
分类机的任务在于分类其上装载的物品并将该物品传送到相应的目的地。在高产量、目的地数量和设计灵活性方面最重要的应用的机器类型是旋转传送分类机。旋转传送分类机通常包括具有相同间距的滑架，滑架以铰接方式相互连接，由此形成链，该链沿着封闭路径以恒定速度滑动，在当前的应用中，该恒定速度可以高达3m/s。用于将每个物品自动装载到滑架上的进入工位面向分类机的路径，以及离开工位，在该离开工位中，具有共同目的地的物品被卸载和收集。“交叉带式”分类机是旋转传送分类机，其特征在于，每个滑架设置有称为“单元”的传送器带，传送器带的致动方向与分类机的方向垂直。其它类型的分类机在滑架上具有倾卸板，以便接纳包裹并将该包裹分类到目的地。本发明更关注交叉带式机器，但是也能够应用于其它类型的分类机，原因在于其技术特征能够在相同的机器上直接处理各种各样的包裹、封包、封套、小包、称为“浅箱”的薄物品、以及大体积包装和大重量物品，它们通常落在邮政和快递分类中心中处理的包裹流中。图1示出了交叉带式机器(1)的典型视图，其具有两个区域，包括装载工位(2)和一些目的区域(3)，装载工位的任务是将包裹装载到分类机的单元上，目的区域包括滑动以收集目的地相同的包裹。图2示出了位于分类机上的高容量自动装载线，为邮政设施或快递服务中使用的典型应用构造。工位的任务是运送单独的包裹，通过读取包裹的条形码来识别包裹，将包裹装载到分类机的单元上，其中包裹的较长边取向成与单元带的方向相同，也就是垂直于机器的方向，如图2的包裹(10)所示，并且最终将与装载的包裹相关的所有信息发送到分类机的控制系统。为了正确操作自动装载工位，需要包裹单独地传送到工位，也就是它们应当在传送器带上布置成一个在另一个后面；因此，必须装载到分类机上的包裹流通常由手动或自动分离过程引起。在第一种情况下，包裹由操作者从容器卸载或者直接从运输装置卸载，并且放置到顺序卸载传送器带上，以便容易地与后续带分离并被传送到分类机上的自动装载工位(2)。在第二种情况下，包裹通常经由笼或倾卸板卸载到收集器带上，并且包裹流被传送到分离器系统。分离器系统可以包括速度增大的传送器带序列，以用于沿纵向将包裹分离，进一步包括传送器，该传送器的方向变化90°，以便于分离并排布置的包裹。作为另外一种选择，该系统可以包括专门的分离器，其目的在于，在其出口上以可变的节奏提供适当地间隔开的单个包裹，以便与位于分类机上的装在线的可用性相符。来自手动或自动分离器并被引导到装载工位(2)的包裹流由图2所示的一系列短传送器带(15)输送，传送器带(15)的任务在于借助于位于带上的侧光电管处理的速度变化以适当的间距分离包裹。因此，包裹根据其最长边借助于传送器(14)进行对准，传送器由机动化辊子形成，朝向竖直传送器倾斜。由此取向的包裹被传送到传送器带(13)，传送器带通常设置有用于称量运动包裹的重量和测量运动包裹的体积的系统，而由图像分析腔室或激光扫描仪构成的隧道(12)用来识别施加到包裹的标签上的条形码，以确定包裹的目的地。因此，通过光电管栅栏(11)控制的包裹通过传送器带(4)根据与分类机的单元平行的方向进行取向，相对于接纳带(5)形成60°的角度。带(4)在带(5)上的发射速度归因于包裹的沿着带(5)的方向的速度分量，其等于带的速度，使得包裹能够保持其在带(5)上的取向，该取向与分类机的单元平行。
因此，包裹在光电管栅栏(6)下方通过，以便确定包裹的位置、尺寸和取向。基于这样的信息，选择适合于装载包裹的分类机的单元，之后，控制同步装置传送器(7)的速度，以便使得包裹具有的迹线将包裹引导至与分类机的单元接触。图2详细示出了装载到分类机的单元上，其中传送器带(8)相对于机器方向倾斜30°，其速度(Vl)的沿机器方向的分量等于分类机(Vs)的速度。单元速度的传送器带以某个速度(Vb)启动，该速度等于带(8)的与分类机的方向垂直的速度分量。这样，单元带的每个点(p)在带处于30°时具有完全一样的速度(Vs+Vb＝Vl)，由此包裹(10)的重心(g)具有完全一样的速度，如图2中的细节所示。从而，在不承受任何旋转或减速的情况下装载包裹。一旦包裹终止传送上去，单元带就基于低减速值停止单元上的包裹。
在邮政和快递服务中，包裹和封套构成运送的物品的大部分，例如在典型的快递传送流中，尺寸最多为500x400x400m的包裹占所有待运送物品的60％。大尺寸和大体积包裹在快递传送流总占小部分百分比，例如，长于1000mm的包裹仅仅占所有待运送物品的3％。然而，尤其便利的是，在相同的分类机上运送甚至最大体积的包裹，通常高达1400x800x800mm。实际上，包裹的可能的手动运送将导致繁琐和价格高昂，其中包裹将必须从包裹流中移除，由传送装置卸载，并被引导到分类机。自动装在线运送非常大体积包裹的容量影响了其设计，为了进行装载，大体积包裹应当被取向成使得其轴线平行于分类机的单元，如图2中的包裹(10)所示。除了使得来自分类机的大体积物品的卸载更加容易和安全之外，取向的包裹装载(其最长边垂直于分类机的方向)使得分类机具有较大的产量。尽管具有上述重要优点，但是应当指出的是，当装载线运送小尺寸物品时，大体积包裹在装载线上取向的需要减小了装载线的容量，也就是每分钟装载的包裹的数量。由此，总体上增加了一次装载操作所需的自动装载工位的数量。
当前与装载线的产量相关的限制不允许充分利用分离器的容量，因此通常需要在若干装载线中分配来自分离器的流。
本发明的目的在于增大装载线的容量，同时保持器运送非常大体积包裹的能力不变。参考设置有自动分离器系统的那些应用，本发明的目的在于使用布置在分离器下游的单个装载线，而不会不利地影响其容量；这个要求基本上对应于使得装载线的当前容量值翻倍。可能限制装载线的容量的另一个主要缺陷可以归因于处理由未分离的多个物品引起的故障条件所需的机器停止，未分离的多个物品由自动装载工位设置的光学栅栏(6)检测到。图3示出了两种典型的分离错误(16)和(17)；当由光学栅栏(6)检测到时，这样的错误可能导致装置工位停止，或者在未被检测到时导致分类错误，其中多个物品被装载为单个物品。手动或自动分离在中型和大尺寸标准包裹的情况下通常是有效的，然而在小型包裹、刚性很小且形状不规则的包装件、在传送期间不稳定的包装件(尤其是称为“浅箱”的厚度较小的物品)的情况下效率低下。在分离或传送期间，可能发生的是，某些物品变得并排布置，具体地，可能发生的是，小尺寸包裹(17)靠到大体积包裹的侧面(如图3所示)，因为该大体积包裹，图2的分离带(15)不起作用。所谓的“浅箱”通常并排布置或者一个在另一个上方叠置(16)；取向器(14)自身通常导致“浅箱”变成一个在另一个上方叠置的情况的数量增多。其倾斜辊子将包裹推靠竖直传送器带，该竖直传送器带的速度高于辊子的速度，使得包裹根据其最长边进行取向。由于竖直带的速度较高，而使得取向器(14)也能够帮助解决包裹并排设置的情况，前提条件是两个包裹是标准类型的且具有相似的尺寸。以上不应用与图3所示的小尺寸包裹(17)处于大体积包裹旁边的情况，在“浅箱”彼此靠近布置的情况下甚至可能出现负面效果，原因在于，在这种情况下，它们彼此推靠，并且由于厚度较小，它们有时候可能变成是叠置的。
通过使用图3的光电管栅栏(6)，相对于位于分类机上的装载工位可以识别双物品；然而，应当理解，由于使用光学栅栏，可以检测到许多错误双物品的情况，从而考虑到在缺乏置信度的情况下，物品在特定的出口处分类并且手动地进行处理，使得需要再次进行处理的物品的数量增加。在实施过程中，装载工位(2)上双物品和错误双物品的存在导致不正确的分类、分类机生产率的损失、手动操作以及装载工位自身的生产率损失，原因在于多个物品或错误双物品的自动装载过程需要停止传送器线路，并且需要进一步的操作以安全地装载物品。
附图说明
以下将参考借助于非限制性例子示出的附图来描述本发明，其中：
-图1示出了用于物品分类的设备的示意图；
-图2示出了图1的设备的一个区域的示意图，包括用于物品自动装载的工位；
-图3示出了图2的区域的另一个视图，在该图中示出了两个例子，其中物品未能彼此分开；
-图4示出了当从传送器带拾取部分地叠置的物品并且将该物品放置到分类机的分类单元上时如何应用本发明的例子；
-图5示出了本发明中采用的光学检测装置的示意图；
-图6、7、8示意性地示出了在本发明中执行的一些数据处理；
-图9和10示出了用于操纵器(19)的一些实用方案；
-图11、12以及序列(a)、(b)、(c)、(d)示出了本发明的应用，其涉及用于将成对的小尺寸物品装载到单个分类单元上的构造；
-图13示出了一个实施例，其涉及物品的拾取以及随后借助于操纵器(19)直接装载到分类单元上；
-图14和15进一步示出了根据本发明的操作序列的例子。
具体实施方式
为了在保持搬运大体积物品的能力的同时实现提高装载工位的容量和精确度的目标，本发明提供视觉和自动化拾取技术的整合，称为“拾取和放置”。这些技术的目的在于从引导到分类机的流拾取小尺寸包裹和浅箱，以使得相同的包裹和浅箱可以更有效地装载到分类机上；所述“拾取和放置”技术进一步用来识别和修正分离误差，否则该分离误差将限制自动化装载线的容量。
通过视觉系统，对传送器带上运动中的包裹流进行自动分析，以便识别和测量单个包括，尤其是小包裹和浅箱，其中向控制系统提供存在多个物品的数据。通过追踪系统沿着传送器带的整个路径能够获得与包裹位置和尺寸相关的信息，机器人拾取装置可以作用在该传送器带上。扫描以及分析应当是三维的，并且能够进一步支持高达2m/s的速度下的传送器带上的至少6000包裹/小时的流，其中包裹的尺寸为通常由快递公司运送的尺寸。三维扫描不应当受遮蔽相关问题的阻碍，这意味着尽管布置在大包裹旁边，但仍然应当有规律地分析小包裹。另外，为了在传送器带上检测浅箱，尤其是部分地叠置的浅箱，在带的传送器表面附近的尺寸测量要求至少大约1mm的分辨率，而尺寸测量范围应当为大约800mm。可以基于若干已知类型的技术来进行三维分析，例如借助于立体照相机，或者借助于用来分析由激光束沿着与行进方向垂直的方向进行的扫描的照相机。为了满足所有上述要求，用于包裹的三维分析的优选的创新方案如图5所示，且包括以下部件之间的组合：高分辨率的光学栅栏(22)和(23)，其由光电管构成，以精确地确定每个物品在底板上的投影；栅栏(24)，其由三角形划分激光传感器构成，以用于测量包裹的竖直轮廓；以及最后的追踪系统，其用于在传送器带上输送期间任何时间处精确地定位每个包裹的位置。追踪系统允许将与在不同位置和不同时间采集的各个单独包裹相关的信息关联起来，并且进一步允许能够获得与沿着输送方向在任何位置中各个单独包裹相关的所有信息。两个扫描栅栏安装在传送器带(26)上，经由图5所示的增量编码器(25)的脉冲精确地测量传送器带的前进。光学栅栏相对于两个相继的传送器带之间的自由空间进行安装，在图5中自由空间已经增大，以便更好地识别光电管栅栏(23)；所述光学栅栏由一排发射器(23)和一排接收器(22)构成，接收器与相应的发射器对准。在包裹通过期间，发射器被遮蔽，因此通过读取编码器信号(25)的每个转变处的接收器的状态，控制系统可以在矢量中存储接收器的状态。这样的矢量作为整体允许重新构建运动中的包裹在平面中的投影，如图6的例子所示，该图示出了部分地叠置的两个浅箱。分辨率由接收器和编码器间距确定，实际上可商购获得的光学栅栏允许间距等于10mm，并且编码器可以被选择成使得其脉冲对应于10mm的传送器带前进距离。在图5的三角形划分激光传感器的栅栏(24)中，每个传感器允许沿着由传送器带的前进所限定的扫描路线连续地测量物品的部分。每个传感器发射激光束，并且以极大的精确度测量角度，传感器以该角度接收由击打在包裹表面上的点反射的激光束。一旦该角度已知，就可以由此获得包裹表面上该点的距离的精确测量值，由此相对于传送器带的表面获得该点的尺寸。尤其精确的传感器是可商购获得的，其在1000mm的测量范围内具有1mm的分辨率，并且足够快速，以便能够以5m/s的间隔更新测量值。当包裹在栅栏(24)下方通过时，传感器沿着由传感器的位置限定的路线提供与包裹表面的扫描对应的模拟信号，如图7的细节(b)所示。传感器的模拟信号可以以20mm的间距进行采样，这对应于编码器的两次脉冲或者对应于10m/s的间隔，其中传送器带的速度等于2m/s。模拟信号采样的数字转换提供了数据，该数据存储在与编码器转变相关的矢量中，也就是所有数据包含在上述矢量中，这些矢量根据由编码器脉冲测量的前进而进行排列，以便能够重新构建物品的竖直轮廓。包裹的追踪功能以及传送器带上的相关信息允许控制系统了解每个包裹在任何时间的位置，并且访问其数据，以便读取存储的信息或者增加新的可获得的信息。追踪是与视觉相关的以及与包裹和浅箱的自动化拾取的控制相关的处理功能的核心功能，是本文和以下描述的本发明的目的。用于追踪的优选方案提供虚拟带组件，其应当确切地对应于真实带并且与真实带持续地同步，这归因于编码器(25)测量带基本前进。虚拟带包括有序组的数据结构，该数据结构对应于真实传送器带划分成的基本单元，即基本单元的数量由传送器带的长度除以编码器的间距而给出，例如：考虑到编码器具有10mm的间距(也就是对于10mm带的基本前进，发出一次脉冲信号的编码器)，2米长的带应当具有由200个数据结构构成的对应虚拟带。
扫描光学栅栏的逻辑状态矢量、三角形划分传感器栅栏的词矢量以及其它信息(例如图像三维分析的合成、包裹的目的地和能够获得的有关包裹的其它信息)可以存储在单个单元的数据结构中。
当包裹到达传送器带的入口处时，其数据存储在虚拟带的第一数据结构中，并且在编码器的每次脉冲处，包含在单个数据结构中的数据被传递到后续的数据结构。因此，由与包裹相关的信息构成的虚拟包裹沿着虚拟传送器与传送器带上的真实包裹确切地同步运动。沿着该路径，能够获得的与包裹相关的任何其它数据可以添加到虚拟包裹。在放置在带的起始处的光电管栅栏(22)和(23)的扫描期间，与栅栏传感器对应的逻辑状态矢量存储在第一数据结构中，该第一数据结构对应于布置在栅栏下方的单元带元件。该信息相对于新的脉冲编码器前进到下一个单元，从而与编码器同步获得的扫描信息沿着虚拟带与真实包裹确实同步地前进。相似地，通过对栅栏(24)的传感器进行采样所获得的词矢量存储在与确切地定位在栅栏下方的带元件相对应的结构中。由于真实传送器和虚拟传送器之间的同步，而使得一旦光学扫描状态使与三角形划分激光传感器栅栏的位置相对应的单元(真实包裹到达该三角形划分激光传感器栅栏，因此处于虚拟带的单元中)到达二维扫描状态，现在就同步增加由来自激光传感器三维栅栏的信号的采样和数字转换而获得的数据。这样，一旦已经克服了三维扫描栅栏(24)，光学扫描数据以及三维扫描数据应当在虚拟带的单元中对准，并且这样的数据应当沿着虚拟带与真实包裹同步地从一个单元运动到下一个单元。然后，每个虚拟包裹与在真实包裹上执行的扫描的三维合成过程所得到的数据相关联。在虚拟包裹在条形码读取隧道(12)下方通过之后，接下来将对应的分类目的地和可能的另外已知的数据(例如重量和体积)与其相关联。
图6示出了在光学栅栏(22)和(23)产生的数据结构上执行二维分析的步骤，即由接收器遮蔽而产生的点组(28)，对应于从运动中的物品(27)的上方看的二维视图，在该图的具体例子中，物品由两个部分地叠置的浅箱构成。该图像称为二维笛卡尔系统，也就是，沿着X轴，测量带上的横向位置，然后显示10mm间距光学接收器的位置，同时沿着Y轴，测量传送器的基于编码器脉冲的前进，最终，采样的接收器的状态以10mm的间隔出现。
经由已知类型的图像处理结束，可以确定物品的轮廓(29)点。因此，可以容易地识别并行布置在传送器带上的两个不同的物品，原因在于它们呈现由两个轮廓限定的两个分开的区域。然后，每个单个识别的物品在对应的虚拟包裹内与从图像处理获得的汇总数据相关联，即引用的物品的重心坐标、包含该物品的矩形、以及最终其在坐标系统中的取向。
另外，基于已知类型的图像分析技术，可以识别和处理复杂轮廓，其中隐藏线可以被高亮以对应于部分地叠置的浅箱，如图6中提供的轮廓(30)所示。在这种情况下，借助于分析技术，可以识别两个浅箱(30)和(31)的可能的轮廓，基于与后续三维栅栏(24)的扫描获得的数据的相关性应当能够确认该轮廓。相对于已经描述的激光传感器栅栏的扫描，由于数据同步，而使得能够将两个可能叠置的浅箱的二维轮廓与三维扫描所得到的实际尺寸变化关联起来。
具体地，当确定叠置的浅箱有效存在时，相对于隐藏线发生的二维图像分析所提供的尺寸测量的不连续能够增大置信度水平，因此进一步允许建立两个物品中哪一个物品处于由“拾取和放置”操纵器拾取的最合适的位置。
图7的例子示出了二维光学分析，其提供了隐藏线，该隐藏线补充识别两个分开的浅箱，如细节(a)所示。相对于用于物品(29)的轮廓线，细节(b)的三维扫描示出了尺寸(32)不连续，该不连续能够确认存在两个部分地叠置的浅箱，并进一步确认物品(29)处于上部位置，因此是由“拾取和放置”操纵器拾取的第一个物品，如细节(c)所示。
此外，三维扫描用来确定轮廓(27’)内用于执行物品拾取的最合适的区域，该区域的特征在于低尺寸不连续。在沿着建议的二维分析的轮廓不存在与尺寸测量相关的不连续的情况下，相反应当确认存在呈现特定形式的单个物品。对于每个识别的包裹，在虚拟包裹的数据结构中，应当存储以下数据：重心坐标；包含所述识别的包裹的矩形顶点的坐标；拾取点中心的三维坐标；以及确定特征在于尺寸变化减小的拾取区域的矩形顶点的那些数据。
置于呈现便于侧向拾取的合适高度的包裹，获得包裹的三维表示，以便识别其上表面和侧表面，其中进行测量，控制系统基于该测量操作操纵器(19)，以选择性地拾取和放置该包裹。
上表面识别为特征在于低尺寸变化的区域，而基于尺寸值的较大变化(相对于限定轮廓的坐标而出现)的识别来确定侧表面。因此，可以识别竖直表面，其适合于相对地拾取物品，或者在可供选择的形式中，提供倾斜表面，其特征在于沿着轮廓的尺寸值的变化方面的值较低，因此不太适合于相对地执行物品的拾取。
一旦已经识别了与轮廓相关的竖直表面，就能够确定表面的顶点和侧面的测量的坐标，并且因此能够确定在每个表面的中心处的拾取矩形的坐标。
由此从该处理中与真实包裹同步地产生包裹的合成三维表示，其存储在虚拟带上运动的物品的数据结构中。由于已经讨论的这个追踪方案，而使得应当能够在传送器带(26)的任何位置中访问当拾取单独的包裹时控制系统操作理操纵器所需的信息。
存在已知的且商业上广泛应用的为“拾取和放置”类型的操纵器(19)，其从上方进行抽吸；或者设置有夹持器，该夹持器在形状规则的包裹的侧面上相对地进行拾取；或者供应有两个独立的机器人臂(36)，它们是同步的以在包裹的侧面上施加相反的力；或者经由抽吸元件独立地拾取浅箱。所有上述系统可以有利地用于本发明的目的。由于机器人拾取，并且基于与虚拟包裹相关联的信息、追踪的目的地以及由此与真实包裹完美对准，可以从传送器带拾取浅箱和包裹，此外可以克服由于双物品导致的任何缺陷。
图4中示出了本发明的第一个方面，其中操纵器(19)适于从传送器带移除浅箱和包裹，传送器带在分类机上进给自动装载工位(2)，其中由于双物品导致的缺陷被同时克服。根据基于编码器的已知类型的同步技术，在操纵器和滑架或者其上放置有包裹的移动传送器带之间，被拾取的包裹或浅箱可以直接装载到分类机单元上。这样，不仅能够克服由于双物品或叠置物品导致的缺陷，其中减小了装载工位的效率损失，而且由于该方案还增大了装载容量，任务留给工位(2)装载一个或多个大型包裹，该大型包裹的几何结构特征在于使得机器人拾取变得不安全。图4中示出了以下进一步详细描述的该第一个创新性应用，图4示出了自动装载线(2)，该自动装载线设置有二维和三维扫描系统，用数字(18)简单地表示，但是包括图5的光学栅栏(22)和(23)以及三角形划分传感器栅栏(24)。图4示出了一般性操纵器(19)的操作，在这种情况下，作为简单的例子，为笛卡尔“拾取和放置”系统。
在图4的序列(a)中，两个部分地叠置的浅箱(16)被识别，其中操纵器通过执行两个相继的动作而从运动中的传送器带拾取两个浅箱，序列(b)示出了操作的结果：也就是，两个分开的浅箱(16')和(16”)以取向的方式装载到分类机的单独的单元上。大尺寸包裹以及那些被证明难以基于三维分析进行拾取的包裹被留在装载线上，以便以常规方式装载到分类机上。
图9示出了有关物品的经由独立的但是基于相对的同步机械臂(36)进行的气动低压拾取和相对地拾取的方案，机械臂(36)在栅栏(18)的三维分析之后作用在传送器带上的运动物品上。拾取和放置操纵器能够作用在传送器带上的运动包裹上是已知的；在这种情况下，用于物品拾取的参考系统是可动的，并且与传送器带通过编码器的运动是同步的，该编码器发出带的初级前进的信号。上述追踪系统还允许以一定的精确度访问包裹和所有与包裹相关的信息，无论包裹沿着传送器带位于何处。图9中示出了用于基于气动低压物品拾取的优选方案，其包括铰接腕部(38)，该铰接腕部能够相对于臂取向以便甚至在相对于支撑表面不平行的表面上执行物品的拾取；铰接腕部(38)设置有抽吸杯状物(39)，该抽吸杯状物能够分区进行独立操作，并且当与物品表面接触时能够单独地进行抽吸，以便较佳地适应于所提供的拾取区域。图10示出了另一个可能的方案，其提供笛卡尔机械臂，该笛卡尔机械臂适当地装备以用于从上方执行气动拾取，并且还设置有夹持器，以使得能够通过可动壁相对地(40)拾取物品。
应当指出的是，在快递流中运输的物品可能是各种各样的；当然，具有平行表面的平的和小型物品构成运输产品的大部分，但是具有特定形式和包装的物品也会进行运输，如借助图8的例子可以看到的，图8示出了由于特定包装而导致所有表面都倾斜的物品。在光学栅栏(34)的分析平面中的投影示出了单个规则形状的物品，但是基于三维扫描(35)产生的分析，发现其侧面是倾斜的。除了相对地拾取物品之外，仅仅剩下在上表面上执行基于气动低压的拾取的可能性。从物品的上表面拾取物品显然意味着在物品自身的重量方面受到限制。实际上，在缺乏物品重量信息的情况下，从上方拾取仅仅限于小型物品，作为另外一种选择，物品保留在带上，以用于由装载线(2)自动装载。该例子示出了如何基于变量来形成机械臂的干预，某些变量，例如尺寸，是已知的，而某些其它变量，例如重量，不必是已知的。此外，考虑到运输的物品的形状和重量极为多样化，相对地拾取物品意味着直到要施加到物品上的力，以便防止任何可能的滑动，并且根据情况不损坏运输的物品。因此，可以假设相对地施加的且施加成不引起任何压碎损坏的力与包裹的重量成比例，使得当从侧面拾取包裹时产生的摩擦足以提升包裹。然而，还应当考虑包裹的重量未知的一般情况。在这里，通过测量包裹相对于拾取位置的可能的初始滑动，执行相对地拾取物品的机械臂应当能够测量和调节所施加的力。因此，操纵器(19)设置有传感器，该传感器适于测量包裹和拾取装置之间的距离，以使得在拾取和初始提升期间，能够确定包裹相对于臂的相对运动，同样相对地施加的力增大以停止该相对运动。另外，为了具有安全裕量，用于防止物品滑动的对施加的力进行的自动调节是通过向物品自身施加初始向上加速度而由此以已知的方式增大作用在包裹上的重力来执行的。机械臂和物品之间的相对运动的测量也用于从上方气动拾取，以使得在后续运动期间拾取松动的风险降低。在上述追溯控制机构的描述之后，还应当考虑动作的可能的中断，其中当所施加的力的测量以及包裹和拾取装置之间的相对运动的测量没有提供足够的置信范围时，包裹留在带上以便由自动工位装载。在提升期间，机械臂的控制系统能够根据情况测量物品的重量，其中该功能是通过测量臂的马达中的电流而提供的，从而确定相对于物品的重量相匹配的相对地施加的拾取力。
示出了并排布置的分类机(1)和装载线(2)的图4的布置形式是尤其有利的，原因在于其允许拾取和放置操纵器(19)放置在它们之间，以从进给线移除浅箱和包裹以及将它们直接装在到分类机的单元上。由于这种布置形式，拾取和放置操纵器还能够解决包裹并排布置的情况以及浅箱部分地叠置的情况。这样，自动装载线留下装载重型物品、或者大型和不规则形状的物品的任务，这样的物品可能危及安全拾取。
这种整合能够增加线路的总体装载容量，以消除任何分类错误，并且克服由于存在包裹或双浅箱或者由于检测到错误的双物品而导致的重新操作的需要。从装载工位(2)的进给线移除浅箱和包裹导致流减少，但是由于追踪系统，所以能够知道剩余包裹的密度，从而增大位于上游的传送器带的速度，以使得自动装载线能够接纳待装载的包裹流，由此可以充分利用线路的完全装载容量。这样，总体装载容量由在包裹和浅箱上操作的拾取和放置操纵器的容量以及在包裹和其它难以拾取的物品上操作的装载线的容量之间的总和给出。还应当注意到识别包裹和浅箱上的条形码以用于最终分类的困难。实际上，在两个部分地叠置的浅箱的情况下，可能发生的是，浅箱的条形码不能够被读取隧道(12)检测到。在这种情况下，两个浅箱与其它浅箱类似地运输，但是指派该这两个浅箱的分类目的地对应于分类机上的特定出口，在该特定出口处应当手动地处理物品，然后进行编码并再次装载到分类机上。参考提供大量待运输浅箱的应用，可能频繁出现的情况是部分地叠置的双物品，可能导致大比例的物品由于代码检测故障而被送到手动再操作。在这样的情况下，拾取和放置操纵器可以设置有目的在于识别条形码的方案。例如，紧挨着操纵器(19)的操作位置，可以设置有临时支撑平面，该临时支撑平面设置有条形码阅读器，例如一对传送器带适于在浅箱的两个表面上进行读取。一旦已经获得了目的地，操纵器就提供浅箱的恢复，以将其装载到分类机上。
创新性应用利用交叉带式分类机提供本文所述的视觉和机器人功能的整合，根据专利EP0927689和EP0963928，该交叉带式分类机能够在相同的单元上运输两个浅箱或小型包裹。根据所引用的专利，两个物品可以装载到交叉带式分类机的单个单元上，由于单元的传送器带具有1500mm的长度以便能够同样执行大尺寸物品的装载和分类，该交叉带式分类机分为两个逻辑区域。引用专利所基于的原理提供的是，根据卸载优先次序，两个待分类的物品可以总是虚拟地布置，使得这两个物品能够从同一个机器循环中的单个单元进行分类，由此增大该循环的产量。例如，假设两个物品的目的地都处于行进方向的右侧，那么首先被分类的物品应当装载到右侧单元上，而另一个物品应当装载到左侧单元上。两个物品可以直接在同一个机器循环中进行分类的可能性的仅有的例外提供的情况是，两个物品具有彼此靠近而在两侧上彼此相对的对应目的地；在这种情况下，仅仅一个物品可以进行分类，另一个物品应当在下一个机器循环中进行分类。然而，考虑到包裹分类设备设置有至少一百个目的地，这种情形的较低的可能性使得产量的损失可以忽略不计。如上所述，尺寸最多500x400x400mm的物品占所有运输产品的60％，因此，假设所有的这些产品可以成对地装载到单独的单元中，那么分类机的容量增加将会等于60％。所引用的专利提供的方案的目的在于在装载步骤期间改变成对物品的布置，以使得物品后续单独装载到同一个单元上有助于物品以正确的顺序进行布置，从而它们能够在相应的目的地进行分类。通过整合上述视觉和机器人功能，本发明反而提供将顺序正确的成对物品直接布置到传送器带(41)上，如图11所示，传送器带(41)添加到装载线，位于传送器带(5)的上游；所述成对物品应当进行分类、设置和取向，以便直接装载到分类单元(9)上，就好像它们是单个物品。图11和12示出传送器带(41)上的成对物品的准备；成对物品由附图标记(43)、(44)和(45)、(46)表示。图12的序列(d)示出了将成对包裹(45)、(46)放置在交叉带单元上，该成对包裹由拾取和放置操纵器布置在传送器带(41)上，以便容纳在表面与分类机的单元平行的矩形中，如图12中的序列(c)所示。如图12中的序列(d)所示，交叉带载荷的相对速度分量相对于分类机的带为零，如图2中已经详细示出的，该交叉带载荷确保两个物品精确传送到单元上，就好像它们是一个独特的大尺寸物品，同时相对于彼此确切地保持取向和距离。包裹之间对应于至少400mm的分开还确保了，在单元带启动的情况下，仅仅一个物品被分类，其中带减速，使得第二个物品布置在前一个物品的区域中的单元上；最后，带在第二目的地处再次启动，以便分类第二个物品。参考图11，从上游分离系统到达的物品通过上述二维和三维扫描栅栏(18)进行分析，并且随后在穿过隧道(12)时进行识别，该隧道包括用于施加在物品上的条形码的读取系统，使得在操纵器(19)能够到达的工作区域内，物品分类目的地已经是已知的。位于扫描栅栏和操纵器能够到达的操作区域之间的工作区域中的所有传送器带设置有编码器，从而能够利用上述相关信息确保单独包裹的追踪功能。在操纵器(19)的工作区域中，具有所有位于其中的包裹的可获得的目的地，因此可以识别适合于机器人拾取的物品，其中可以在物品自身的数据结构中读取所需的信息，如经由虚拟带进行追踪的说明中所描述的。基于上述信息，在还执行收集功能的传送器带(41)上，设置有有序成对的可装载且可分类的物品，这些物品被布置成通过分类单元(9)的后续启动而在相应的目的地进行分类。图11示出了浅箱在序列(a)中的拾取，该浅箱随后根据合适的位置以正确的取向被放置到传送器带(41)上，如序列(b)中所示。图11中的序列示出了物品(43)和(44)已经被控制装置识别，该物品适合于形成可分类的成对物品。换言之，在已经拾取了物品(43)并且将其放置到传送器带(41)上之后，操纵器拾取物品(44)，该物品在这个例子中是由于系统的分离错误而与大尺寸包裹平行的包裹，将该物品以图12所示的取向方式放置到带(41)上。这同样应用于物品(45)和(46)，如图12的(c)所示。在这个阶段，成对的物品被传送到分类机的单元(9)上，正如单个大尺寸包裹的情况一样。能够在带(41)上装载和分类的成对物品的布置当然也可以在传送器带(41)启动以用于传送和装载已经堆积的成对物品期间进行；传送器带(41)设置有编码器，以用于根据上述方法追踪包裹和相关的信息，此外操纵器(19)能够经由编码器信号而与带(41)的运动同步。
因此，由于形成能够装载到单元上且在单元上分类的成对的包裹和浅箱，本发明能够增加分类机和装载线的产量。本发明还能够克服由于分离错误而导致的双物品的缺陷，其中减少了分类错误。装载线仍然确保大尺寸和不规则形状的包裹的装载。
当运输的产品是所有的浅箱或小型规则形状的包裹时，例如在用于衣物分类的分类设备中，用于整合视觉和机器人功能的方案和方法能够克服自动装载线的需要，如图13和图14所示。通过光学三维栅栏(18)分析传送器带上的包裹，然后操纵器(19)可以从传送器带拾取所述物品，如图13的序列(a)所示，并且通过与分类机的单元的运动同步而进一步将物品装载到分类机的单元(9)上，如同一个图的序列(b)所示。
在与衣物分类类似的应用情况(其中物品可以是各种尺寸的封套和规则尺寸的箱)下，所述视觉和机器人方法和方案的另一个创新性应用是直接装载在分类机上，根据上述专利EP0927689和EP09639，该分类机能够处理同一个单元上的两个包裹。图14的序列中示出了该应用，也就是基于虚拟带的结构中所包含的数据的读取，如上所述，控制系统能够知道带上的所有包裹和浅箱的位置、尺寸、取向和分类目的地。因此，所述控制系统可以选择成对物品，该成对物品能够被装载并且与分类机的相同单元分离。在示出了本发明的图14的例子中，正确取向的成对物品(51)和(52)通过拾取和放置操纵器正确地布置在分类机的单元上，该拾取和放置操纵器设置有独立的臂(36)，该臂能够与分类机同步并且能够在要求大尺寸包裹(54)通过相对拾取而装载到单元上时进行协调。某些自动化线路，例如图14所示的，可以提供分类机的完全装载，由此与通用分类机相比，能够使产量翻倍，其中保持了识别和克服双物品和部分叠置浅箱的缺陷的能力。
图15示出了另一个可能的构造，其尤其适合于通过并行操作的操纵器直接装载到分类机(1)的单元上，其中从为带回路(55)的一部分的传送器带拾取包裹和浅箱，该带回路与机器并行运转。该回路设置有上述用于运动包裹的二维和三维分析(18)的系统，并且进一步设置有识别隧道(12)，该识别隧道由激光扫描仪或腔室形成，以用于识别施加在包裹上的代码。带回路(55)能够具有积聚功能，以便补偿来自进给线的包裹流的变化；在引入流超过并行操纵器的拾取和装载容量的其它方面中，该回路允许包裹运动，以用于下一个循环的拾取。

Claims (17)

1.一种用于将物品进给到分类机(1)的进给装置，其包括：
第一传送器平面(26)，该传送器平面用于使物品或包裹沿着前进方向(A1)前进；
光学检测装置(18)，当物品在第一传送器平面(26)上运动时，该光学检测装置能够采集物品表面上确定数量的点的三维坐标，并且将这些三维坐标组织成坐标矢量；
操纵器(19)，该操纵器用于从第一传送器平面(26)拾取物品，并且将拾取的物品放置在期望位置中；
控制系统，该控制系统用于针对第一传送器平面(26)上运动的每个物品处理坐标矢量，以便获得物品的三维表示，该三维表示包括控制系统控制操纵器以拾取和放置物品所基于的信息；
其特征在于，操纵器(19)用于从第一传送器平面(26)拾取物品，因此进一步克服物品并排布置或者一个在另一个上部分地叠置的异常情况；操纵器(19)进一步用于将物品放置在第二传送器平面(41)上，其中小尺寸物品被放置成形成成对物品，该成对物品分开和取向成用以以预定顺序同时装载在分类机的相同分类单元(9)上，以便通过分类机的分类单元(9)的后续启动引导到对应的目的地。
2.根据权利要求1所述的进给装置，其特征在于，控制系统设置有用于分析坐标矢量的算法，以便识别物品并排布置或者一个在另一个上叠置的异常情况，并且通过操纵器(19)的干预克服所述异常情况。
3.根据权利要求1所述的进给装置，其特征在于，光学检测装置(18)包括：第一光学栅栏(22、23)，其用于检测物品在第一传送器平面(26)上的投影；和第二光学栅栏(24)，其用于检测物品的竖直轮廓。
4.根据权利要求1所述的进给装置，其特征在于，光学检测装置(18)包括至少一个3D摄像机，以用于分析第一传送器平面(26)上运动的每个物品的图像，并且确定物品的外表面上的确定点之间的距离并由此确定所需的三维信息。
5.根据权利要求1所述的进给装置，其特征在于，所述进给装置包括辅助抵靠或传送器平面，以用于临时放置物品，该辅助抵靠或传送器平面设置有用于检测条形码或其它代码以允许识别物品的装置，所述辅助平面定位成能够由操纵器(19)达到。
6.根据权利要求1所述的进给装置，其包括分离器装置(14、15)，该分离器装置布置在第一传送器平面(26)的上游，以用于将物品沿着传送器方向彼此间隔开，并且减少物品并排布置的情况。
7.根据权利要求1所述的进给装置，其包括用于检测物品的识别代码并将该识别代码发送到控制系统的至少一个另外的光学检测装置(12)，并且还包括用于检测物品的重量的装置。
8.根据权利要求1所述的进给装置，其中操纵器(19)包括被构造成用以拾取单个物品或同时拾取两个物品的拾取装置。
9.一种分类机，其包括：
-至少一个根据前述权利要求中任一项所述的用于将物品进给到分类机(1)的进给装置；
-传送器装置，该传送器装置设置有多个分类单元(9)，每个分类单元设置有传送器平面，分类单元的传送器平面能够沿着与传送器装置的前进方向垂直的方向运动，所述传送器平面在一个或两个逻辑不同的区域中由控制系统控制，在所述一个或两个逻辑不同的区域中，物品能够根据对应的分类目的地以预定顺序放置；
-出口部段(3)，所述出口部段包括用于容纳具有选择特性的物品的多个出口部段；和
-卸载构件，该卸载构件用于确定物品在出口部段(3)的选择的出口中的卸载；
所述控制系统用于检测和追踪每个分类单元的位置，并且控制物品的装载和卸载构件。
10.根据权利要求9所述的分类机，其中操纵器(19)适合于在分类机运动时将物品放置到分类单元(9)上，由此所述物品取向成使得物品的较长边与分类单元(9)的传送器平面的运动方向平行。
11.根据权利要求9所述的分类机，其中在用于将物品进给到分类机的进给装置(2)的上游，布置有至少一个第二传送器平面(41)，操纵器(19)用来将成对物品装载到所述传送器平面上，所述成对物品被取向和布置成以便由进给装置(2)根据要求的布置形式同时装载到单个分类单元(9)上，从而通过分类单元(9)的后续启动而引导到对应的目的地。
12.根据权利要求9所述的分类机，其包括回路传送器装置(55)，该回路传送器装置被布置成能够由操纵器(19)达到。
13.一种用于将物品进给到根据权利要求9所述的分类机的方法，包括以下步骤：
-当物品在第一传送器平面(26)上或者在回路传送器装置(55)上运动时，通过光学检测装置(18)检测物品的三维表面上的点的坐标；
-处理坐标矢量，以针对每个物品获得三维表示，控制系统基于该三维表示控制操纵器(19)，以用于选择性地拾取和放置物品；
-通过分离并排布置的物品或者甚至一个在另一个上方部分地叠置的物品，借助于操纵器(19)从第一传送器平面(26)拾取物品；
-将由操纵器(19)拾取的物品放置到位于进给装置(2)上游的第二传送器平面(41)上，使得对于小尺寸物品而言，预先设置成对物品，所述成对物品被取向和布置成以便由进给装置(2)根据要求的布置形式同时装载到单个分类单元(9)上，从而通过分类单元(9)的后续启动而引导到对应的目的地；
-利用进给装置(2)将布置在第二传送器平面(41)上的成对物品装载到分类机的分类单元(9)上；
-经由进给装置(2)装载大型物品或者没有被操纵器(19)拾取的物品，所述没有被操纵器拾取的物品通过取向器传送器平面(4)传递到进给装置(2)的第三传送器平面(5)；
-将物品引导到对应的目的地。
14.根据权利要求13所述的方法，其中处理物品表面上的点的坐标的步骤包括以下步骤：在物品的平面图中限定轮廓；和限定物品的竖直轮廓，以便识别并排布置或者一个在另一个上部分地叠置的物品。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将并排布置或者一个在另一个上部分地叠置的物品从操纵器(19)移除，并放置到进给装置(2)的传送器平面上，或者放置到用于临时放置的传送器平面上，或者直接放置到运动中的分类机的分类单元(9)上。
16.根据权利要求13所述的方法，其包括以下步骤：利用检测装置验证操纵器(19)通过竖直运动高速拾取物品的效果，以确保物品不会运动离开操纵器的拾取装置。
17.根据权利要求13所述的方法，其包括以下步骤：在物品上的位置代码之前没有被读取装置检测到的情况下，通过支撑和传送器平面读取物品上的位置代码，该支撑和传送器平面设置有用于代码读取的装置，操纵器(19)将物品临时放置在用于代码读取的装置处。
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