CN108750685B - 一种离线混合码垛方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离线混合码垛方法及系统，其方法包括获取每个箱子的属性信息和托盘的参数信息,并按照箱体体积从大至小对所有箱子进行编号；按照箱子编号在托盘上从下至上水平分层码垛，获取初始码垛序列及对应的初始托盘利用率；多次调整初始码垛序列，获取托盘利用率最大值，将托盘利用率最大值对应的码垛序列作为最佳箱子码垛序列并输出。本发明的离线混合码垛方法，能够对不同尺寸的长方体箱子进行混合码垛，且能保证码垛稳定性，实现水平分层码垛，具有码垛稳定性好、便于机器人码垛、托盘利用率高等优点，实现混合码垛过程的自动化和智能化。

Description

一种离线混合码垛方法及系统

技术领域

本发明涉及机器人码垛技术领域，尤其涉及一种离线混合码垛方法及系 统。

背景技术

机器人自动化系统广泛应用于3C和物流行业的抓取、分拣、码垛等作 业中。目前机器人自动码垛主要应用于单一物品的码垛，而混合码垛主要依 靠人工完成，主要存在以下问题：码垛稳定性较差，容易侧倾，托盘的利用 率较低，导致码垛成本增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种离线 混合码垛方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种离线混合码垛方法，包 括如下步骤:

步骤1:获取每个箱子的属性信息和托盘的参数信息,并按照箱体体积从 大至小对所有箱子进行编号；

步骤2:按照箱子编号在托盘上从下至上水平分层码垛，根据垛中箱子 的编号获取初始码垛序列，并根据每个箱子的属性信息和托盘的参数信息获 取所述初始码垛序列对应的初始托盘利用率；

步骤3:多次调整所述初始码垛序列，获取多个更新后的码垛序列及对应 的托盘利用率，从多个更新后的托盘利用率及初始托盘利用率中选取托盘利 用率最大值，将所述托盘利用率最大值对应的码垛序列作为最佳箱子码垛序 列，并输出所述最佳箱子码垛序列。

本发明的有益效果是：本发明的离线混合码垛方法，通过对所有箱子进 行编号，并获取初始码垛序列及对应的初始托盘利用率，再对初始码垛序列 及对应的托盘利用率更新，进而获取托盘利用率最大值及对应的最佳箱子码 垛序列，能够对不同尺寸的长方体箱子进行混合码垛，且能保证码垛稳定性， 实现水平分层码垛，具有码垛稳定性好、便于机器人码垛、托盘利用率高等 优点，实现混合码垛过程的自动化和智能化。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述步骤2中的水平分层码垛具体包括：

步骤21：将编号为1的箱子放置在托盘的一个边角处作为第一层第一个 箱子，并以第一层第一个箱子为中心,将托盘装载空间划分为侧方空间和上 方空间；

步骤22：按照所述步骤1中的编号顺序将剩余的箱子码垛在第一层第一 个箱子的所述侧方空间，直至第一层第一个箱子的所述侧方空间均不能码垛 任一剩余的箱子；

步骤23：按照所述步骤1中的编号顺序将剩余箱子中体积最大的箱子码 垛在第一层箱子的所述上方空间内作为第二层第一个箱子,再将剩余的箱子 码垛在位于第一层箱子上方的第二层第一个箱子的侧方空间,直至第二层 第一个箱子的所述侧方空间不能码垛任一剩余的箱子,如此重复，直至托盘 上不能码垛任一剩余的箱子。

上述进一步方案的有益效果是：通过对所述第一层第一个箱子周围的剩 余空间进行划分，可以实现箱子的从下至上水平分层码垛，便于机器人操作， 并在保证码垛稳定性的前提下，提高托盘的空间利用率。

进一步：所述步骤22中的具体实现为：

步骤221：按照所述步骤1中的编号顺序将符合第一码垛条件的剩余箱 子沿着托盘其中一个侧边延伸的方向码垛在第一层第一个箱子的所述侧方 空间，直至该方向的所述侧方空间不能码垛任一剩余的箱子；

所述第一码垛条件为：

limit_h＝α(H-h_z)

其中，limit_h为剩余箱子的最大允许高度，α为限定因子，且α∈[1,2]，H 为当前待装载空间的剩余码垛高度，h_z为第一层第一个箱子上方空间的剩余 码垛高度；

步骤222：将符合第一码垛条件的剩余箱子码垛在剩余的所述侧方空间， 直至第一层第一个箱子的整个所述侧方空间不能码垛任一剩余的箱子。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以使得码垛的第一层箱 子稳定性较好，同时使得托盘上的第一层箱子利用率较高，不容易发生侧倾， 便于机器人操作。

进一步：所述步骤23中具体码垛实现为：

步骤231：当第一层第i(1＜i≤n)个箱子的高度与第一层第一个箱子 的高度符合第二码垛条件时，在第一层第i(1＜i≤n)个箱子上方空间码垛 第二层第一个箱子；否则，在第一层第一个箱子上方空间码垛第二层第一个 箱子；

步骤232：将剩余的箱子按照第一层箱子编号对应的码垛顺序码垛在位 于第一层箱子上方的第二层第一个箱子的侧方空间,直至第二层第一个箱 子的所述侧方空间均不能码垛任一剩余的箱子；

所述第二码垛条件为：

h_i≤γ·h₁(1＜i≤n)

其中，h_i为第一层第i个箱子的高度，γ为调整系数，且γ∈[0,1)。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以将第二层的第一个箱 子码垛在第二层的更合适位置，从而可以在保证第二层的箱子码垛的稳定性 的基础上，优先尽可能的占用多的剩余空间，使得剩余空间最小，大大提高 托盘上第二层空间位置的利用率。

进一步：所述步骤2中水平分层码垛具体实现还包括：

当待装载空间不能码垛剩余的任一箱子时，将所述装载空间标记为废弃 空间，对所述废弃空间进行标号，并将所有所述废弃空间标号存入废弃空间 列表；

当当前所述待装载空间存在相邻的所述废弃空间时，判断与当前所述待 装载空间相邻的所述废弃空间是否满足回收条件，并在所述废弃空间满足所 述回收条件时将当前所述待装载空间和与其相邻的所述废弃空间合并连通， 并作为更新后的当前装载空间进行码垛；

所述回收条件为：

x_r+rw＝x_w

0.8y_r≤y_w≤y_r且y_r+rl≤y_w+wl≤1.2(y_r+rl)

ww≤β*rw

其中，x_r,为同一水平面内当前所述待装载空间沿着其宽度方向远离废 弃空间的边角点横坐标，y_r为同一水平面内当前所述待装载空间沿着其宽度 方向远离废弃空间的边角点纵坐标，x_w为同一水平面内废弃空间沿着其宽度 方向靠近所述当前所述待装载空间的对应边角点横坐标，y_w为同一水平面内 废弃空间沿着其宽度方向靠近所述当前所述待装载空间的对应边角点纵坐 标，rw为当前所述待装载空间的宽度，rl为当前所述待装载空间的长度， ww为废弃空间的宽度，wl为废弃空间的长度，β为约束因子，且β∈(0,1]。

上述进一步方案的有益效果是：通过对废弃空间进行回收，可以在不影 响机器人码垛的基础上，进一步提高托盘上码垛空间的利用率，提高码垛效 率，降低码垛成本。

进一步：所述步骤1之前还包括：

将尺寸相同的箱子沿着同一方向进行体积合并，形成组合块，并在所述 步骤1中将所述组合块和其余单个箱子按照箱体体积从大至小对所有箱子进 行编号。

上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以使得托盘上剩余空间 不至于太零碎，同时还增大了箱子的支撑面积，具有更好的稳定性，有利于 机器人装卸。

进一步：所述步骤3中具体实现为：

步骤31：随机交换所述初始码垛序列中编号不同的两个箱子的码垛顺序, 并获更新后的码垛序列及对应的托盘利用率；

步骤32：重复所述步骤31，直至达到迭代终止条件，从多个更新后的 托盘利用率及初始托盘利用率中选取托盘利用率最大值，；

步骤33：将所述托盘利用率最大值对应的所述码垛序列作为所述最佳箱 子码垛序列，并输出所述最佳箱子码垛序列；

其中，所述迭代终止条件为迭代时间达到预设迭代时间和/或迭代次数 达到预设迭代次数。

上述进一步方案的有益效果是：通过采用上述方式可以获取最大托盘利 用率，以及对应的最佳码垛序列，便于机器人根据所述最佳码垛序列进行码 垛，实现混合码垛过程的自动化和智能化。

本发明还提供了一种离线混合码垛改进系统，包括编码模块、码垛计算 模块和获取输出模块；

所述编码模块，用于获取每个箱子的属性信息和托盘的参数信息,并按 照箱体体积从大至小对所有箱子进行编号；

所述码垛计算模块，用于按照箱子编号在托盘上从下至上水平分层码垛， 根据垛中箱子的编号获取初始码垛序列，并根据每个箱子的属性信息和托盘 的参数信息获取所述初始码垛序列对应的初始托盘利用率；

所述获取输出模块，用于多次调整所述初始码垛序列，获取多个更新后 的码垛序列及对应的托盘利用率，从多个更新后的托盘利用率及初始托盘利 用率中选取托盘利用率最大值，将所述托盘利用率最大值对应的码垛序列作 为最佳箱子码垛序列，并输出所述最佳箱子码垛序列。

本发明的离线混合码垛改进系统，通过编码模块对所有箱子进行编号， 并由码垛计算模块获取初始码垛序列及对应的初始托盘利用率，再通过获取 输出模块对初始码垛序列及对应的托盘利用率更新，进而获取托盘利用率最 大值及对应的最佳箱子码垛序列，能够对不同尺寸的长方体箱子进行混合码 垛，且能保证码垛稳定性，实现水平分层码垛，具有码垛稳定性好、便于机 器人码垛、托盘利用率高等优点，实现混合码垛过程的自动化和智能化。

本发明还提供了一种离线混合码垛机器人，包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存储有计算机程序；

所述处理器，用于当读取所述存储器存储的所述计算机程序时，所述机 器人执行所述的离线混合码垛方法

本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计 算机程序被处理器执行时，实现所述的离线混合码垛方法。

附图说明

图1为本发明的离线混合码垛方法流程示意图；

图2为本发明的废弃空间回收示意图；

图3为本发明的离线混合码垛系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本 发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种离线混合码垛方法，包括如下步骤:

步骤1:获取每个箱子的属性信息和托盘的参数信息,并按照箱体体积从 大至小对所有箱子进行编号；

步骤2:按照箱子编号在托盘上从下至上水平分层码垛，根据垛中箱子 的编号获取初始码垛序列，并根据每个箱子的属性信息和托盘的参数信息获 取所述初始码垛序列对应的初始托盘利用率；

步骤3:多次调整所述初始码垛序列，获取多个更新后的码垛序列及对应 的托盘利用率，从多个更新后的托盘利用率及初始托盘利用率中选取托盘利 用率最大值，将所述托盘利用率最大值对应的码垛序列作为最佳箱子码垛序 列，并输出所述最佳箱子码垛序列；

其中，所述属性信息可以包括种类、规格、尺寸和数量等，所述参数信 息可以包括托盘的尺寸、承载重量以及最大码垛高度等。

本发明的离线混合码垛方法，通过对所有箱子进行编号，并获取初始码 垛序列及对应的初始托盘利用率，再对初始码垛序列及对应的托盘利用率更 新，进而获取托盘利用率最大值及对应的最佳箱子码垛序列，能够对不同尺 寸的长方体箱子进行混合码垛，且能保证码垛稳定性，实现水平分层码垛， 具有码垛稳定性好、便于机器人码垛、托盘利用率高等优点，实现混合码垛 过程的自动化和智能化。

在上述实施例中，所述步骤2中的水平分层码垛具体包括：

步骤21：将编号为1的箱子放置在托盘的一个边角处作为第一层第一个 箱子，并以第一层第一个箱子为中心,将托盘装载空间划分为侧方空间和上 方空间；

步骤22：按照所述步骤1中的编号顺序将剩余的箱子码垛在第一层第一 个箱子的所述侧方空间，直至第一层第一个箱子的所述侧方空间均不能码垛 任一剩余的箱子；

步骤23：按照所述步骤1中的编号顺序将剩余箱子中体积最大的箱子码 垛在第一层箱子的所述上方空间内作为第二层第一个箱子,再将剩余的箱子 码垛在位于第一层箱子上方的第二层第一个箱子的侧方空间,直至第二层 第一个箱子的所述侧方空间不能码垛任一剩余的箱子,如此重复，直至托盘 上不能码垛任一剩余的箱子。

通过对所述第一层第一个箱子周围的剩余空间进行划分，并将第一层第 一个箱子的侧方空间优先于第一层第一个箱子的上方码垛，便于实现箱子的 从下至上水平分层码垛，便于机器人操作，并在保证码垛稳定性的前提下， 提高托盘的空间利用率。

在上述实施例中，所述步骤22中的具体实现为：

步骤221：按照所述步骤1中的编号顺序将符合第一码垛条件的剩余箱 子沿着托盘其中一个侧边延伸的方向码垛在第一层第一个箱子的所述侧方 空间，直至该方向的所述侧方空间不能码垛任一剩余的箱子；

所述第一码垛条件为：

limit_h＝α(H-h_z)

其中，limit_h为剩余箱子的最大允许高度，α为限定因子，且α∈[1,2]，H 为当前待装载空间的剩余码垛高度，h_z为第一层第一个箱子上方空间的剩余 码垛高度；

步骤222：将符合第一码垛条件的剩余箱子码垛在剩余的所述侧方空间， 直至第一层第一个箱子的整个所述侧方空间不能码垛任一剩余的箱子。

通过上述方式可以使得码垛的第一层箱子稳定性较好，同时使得托盘上 的第一层箱子利用率较高，不容易发生侧倾，便于机器人操作。

需要指出的是,上述步骤222中,由于在步骤221中已经将剩余箱子沿着 托盘其中一个侧边延伸的方向码垛码垛在第一层第一个箱子的所述侧方空 间,那么步骤222中的剩余的侧方空间包括沿着托盘另一个侧边延伸的方向 侧方空间以及托盘两个侧边之间区域的侧方空间,本发明的实施例中,可以 先对沿着托盘另一个侧边延伸的方向侧方空间进行码垛,也可以先对托盘两 个侧边之间区域的侧方空间进行码垛,这里不做任何限定,只要最终能将托 盘上第一层码垛至不能码垛任一剩余的箱子为止。

假设托盘上码垛第一层第一个箱子的边角点为空间三维坐标系的坐标 原点，在码垛第一层第一个箱子后，将符合第一码垛条件的剩余箱子沿着坐 标系的横轴方向码垛在第一层第一个箱子的所述侧方空间，直至第一层第一 个箱子横轴方向的侧方空间不能码垛任一剩余的箱子，然后，将符合第一码 垛条件的剩余箱子沿着坐标系的纵轴方向先码垛在剩余的所述侧方空间，或 者将符合第一码垛条件的剩余箱子先码垛在坐标系的横轴与纵轴之间的所 述侧方空间。在上述实施例中，所述步骤23中具体码垛实现为：

步骤231：当第一层第i(1＜i≤n)个箱子的高度与第一层第一个箱子 的高度符合第二码垛条件时，在第一层第i(1＜i≤n)个箱子上方空间码垛 第二层第一个箱子；否则，在第一层第一个箱子上方空间码垛第二层第一个 箱子；

步骤232：将剩余的箱子按照第一层箱子编号对应的码垛顺序码垛在位 于第一层箱子上方的第二层第一个箱子的侧方空间,直至第二层第一个箱 子的所述侧方空间均不能码垛任一剩余的箱子；

所述第二码垛条件为：

h_i≤γ·h₁(1＜i≤n)

其中，h_i为第一层第i个箱子的高度，γ为调整系数，且γ∈[0,1)。

通过上述方式可以将第二层的第一个箱子码垛在第二层的更合适位置， 从而可以在保证第二层的箱子码垛的稳定性的基础上，优先尽可能的占用多 的剩余空间，使得剩余空间最小，大大提高托盘上第二层空间位置的利用率。

比如，当第一层的第2个箱子的高度符合第二码垛条件时，按照编号顺 序将剩余的箱子中体积最大的箱子(剩余箱子中编号排列在最前面的箱子) 码垛在第一层第2个箱子的上方，作为第二层的第1个箱子，否则按照编号 顺序将剩余的箱子中体积最大的箱子码垛在第一层第1个箱子的上方。如此 循环，直到第一层第1个箱子的上方码垛箱子，然后再按照编号顺序将剩余 的箱子码垛在对应的第一层第i个箱子的上方，直到第二层第1个箱子的所 有侧方空间不能码垛剩余的任何一个箱子。

优选地，在上述实施例中，所述步骤2中水平分层码垛具体实现还包括：

待装载空间不能码垛剩余的任一箱子时，将所述待装载空间标记为废弃 空间，对所述废弃空间进行标号，并将所有所述废弃空间标号存入废弃空间 列表；

当当前所述待装载空间存在相邻的所述废弃空间时，判断与当前所述待 装载空间相邻的所述废弃空间是否满足回收条件，并在所述废弃空间满足所 述回收条件时将当前所述待装载空间和与其相邻的所述废弃空间合并连通， 并作为更新后的当前装载空间进行码垛；

所述回收条件为：

x_r+rw＝x_w

0.8y_r≤y_w≤y_r且y_r+rl≤y_w+wl≤1.2(y_r+rl)

ww≤β*rw

其中，如图2所示，x_r,为同一水平面内当前所述待装载空间沿着其宽 度方向远离废弃空间的边角点横坐标，y_r为同一水平面内当前所述待装载空 间沿着其宽度方向远离废弃空间的边角点纵坐标，x_w为同一水平面内废弃空 间沿着其宽度方向靠近所述当前所述待装载空间的对应边角点横坐标，y_w为 同一水平面内废弃空间沿着其宽度方向靠近所述当前所述待装载空间的对 应边角点纵坐标，rw为当前所述待装载空间的宽度，rl为当前所述待装载 空间的长度，ww为废弃空间的宽度，wl为废弃空间的长度，β为约束因子， 且β∈(0,1]。

通过对废弃空间进行回收，可以在不影响机器人码垛的基础上，进一步 提高托盘上码垛空间的利用率，提高码垛效率，降低码垛成本。

需要指出的是，本发明中，针对所述待装载空间，在码垛第一层第二个 及以后的箱子时，所述待码垛空间为按照编号将箱子码垛在第一层第一个箱 子的侧方空间，这个待码垛空间可能能够放下当前编号的箱子，也可能放不 下当面编号的箱子，如果放得下当前编号的箱子，则是可以被占用的待装载 空间，如果放不下当前编号的箱子，则按照编号顺序放下一个编号的箱子， 直到放不下任何一个箱子，那么剩余的该待装载空间就会被标记为废弃空间； 在码垛第二层以及上面的更多层时，所述待码垛空间为下层对应箱子的上方空间。

更优选地，在上述实施例中，所述步骤1之前还包括：

将尺寸相同的箱子沿着同一方向进行体积合并，形成组合块，并在所述 步骤1中将所述组合块和其余单个箱子按照箱体体积从大至小对所有箱子进 行编号。

通过上述方式可以使得托盘上剩余空间不至于太零碎，同时还增大了箱 子的支撑面积，具有更好的稳定性，有利于机器人装卸。

这里，尺寸相同的箱子表示箱子的长宽高均对应相同，并且，这里沿着 同一方向表示尺寸相同的两个箱子并排放置时长度方向、宽度方向和高度方 向均保持一致。

并且，将尺寸相同的箱子沿着同一方向进行体积合并，形成组合块码垛 后，由于组合块的体积比合并前每个箱子的体积都要大，所以需要将组合块 的体积作为编号的依据，而不是合并前每个箱子的体积。

本发明的实施例中，初始托盘利用率以及更新后的码垛序列对应的托盘 利用率都是根据实际码垛箱子的总体积占据托盘最大码垛体积的百分比。这 里，实际码垛箱子的总体积为所有已经码垛箱子的体积之和，托盘最大码垛 体积为托盘的底面积乘以托盘最大码垛高度。

在上述实施例中，所述步骤3中具体实现为：

步骤31：随机交换所述初始码垛序列中编号不同的两个箱子的码垛顺序, 并获更新后的码垛序列及对应的托盘利用率；

步骤32：重复所述步骤31，直至达到迭代终止条件，从多个更新后的 托盘利用率及初始托盘利用率中选取托盘利用率最大值，；

步骤33：将所述托盘利用率最大值对应的所述码垛序列作为所述最佳箱 子码垛序列，并输出所述最佳箱子码垛序列；

其中，所述迭代终止条件为迭代时间达到预设迭代时间和/或迭代次数 达到预设迭代次数。

通过采用上述方式可以获取最大托盘利用率，以及对应的最佳码垛序列， 便于机器人根据所述最佳码垛序列进行码垛，实现混合码垛过程的自动化和 智能化。

如图3所示，本发明还提供了一种离线混合码垛改进系统，包括编码模 块、码垛计算模块和获取输出模块；

所述编码模块，用于获取每个箱子的属性信息和托盘的参数信息,并按 照箱体体积从大至小对所有箱子进行编号；

所述码垛计算模块，用于按照箱子编号在托盘上从下至上水平分层码垛， 根据垛中箱子的编号获取初始码垛序列，并根据每个箱子的属性信息和托盘 的参数信息获取所述初始码垛序列对应的初始托盘利用率；

所述获取输出模块，用于多次调整所述初始码垛序列，获取多个更新后 的码垛序列及对应的托盘利用率，从多个更新后的托盘利用率及初始托盘利 用率中选取托盘利用率最大值，将所述托盘利用率最大值对应的码垛序列作 为最佳箱子码垛序列，并输出所述最佳箱子码垛序列。

本发明的离线混合码垛改进系统，通过编码模块对所有箱子进行编号， 并由码垛计算模块获取初始码垛序列及对应的初始托盘利用率，再通过获取 输出模块对初始码垛序列及对应的托盘利用率更新，进而获取托盘利用率最 大值及对应的最佳箱子码垛序列，能够对不同尺寸的长方体箱子进行混合码 垛，且能保证码垛稳定性，实现水平分层码垛，具有码垛稳定性好、便于机 器人码垛、托盘利用率高等优点，实现混合码垛过程的自动化和智能化。

在上述实施例中,所述码垛计算模块具体用于:

划分子模块,用于将编号为1的箱子放置在托盘的一个边角处作为第一 层第一个箱子，并以第一层第一个箱子为中心,将托盘装载空间划分为侧方 空间和上方空间；

第一码垛子模块,用于按照编号顺序将剩余的箱子码垛在第一层第一个 箱子的所述侧方空间，直至第一层第一个箱子的所述侧方空间均不能码垛任 一剩余的箱子；

第二码垛子模块,用于按照编号顺序将剩余箱子中体积最大的箱子码垛 在第一层箱子的所述上方空间内作为第二层第一个箱子,再将剩余的箱子码 垛在位于第一层箱子上方的第二层第一个箱子的侧方空间,直至第二层第 一个箱子的所述侧方空间不能码垛任一剩余的箱子,如此重复，直至托盘上 不能码垛任一剩余的箱子；

计算子模块,用于获取托盘上箱子的初始码垛序列，并根据每个箱子的 属性信息和托盘的参数信息计算初始托盘利用率。

通过对所述第一层第一个箱子周围的剩余空间进行划分，可以实现箱子 的从下至上水平分层码垛，便于机器人操作，并在保证码垛稳定性的前提下， 提高托盘的空间利用率。

在上述实施例中,所述第一码垛子模块具体用于:

按照编号顺序将符合第一码垛条件的剩余箱子沿着托盘其中一个侧边 延伸的方向码垛在第一层第一个箱子的所述侧方空间，直至该方向的所述侧 方空间不能码垛任一剩余的箱子；

所述第一码垛条件为：

limit_h＝α(H-h_z)

其中，limit_h为剩余箱子的最大允许高度，α为限定因子，且α∈[1,2]，H 为当前待装载空间的剩余码垛高度，h_z为第一层第一个箱子上方空间的剩余 码垛高度；

将符合第一码垛条件的剩余箱子码垛在剩余的所述侧方空间，直至第一 层第一个箱子的整个所述侧方空间不能码垛任一剩余的箱子。

通过所述第一码垛子模块可以使得码垛的第一层箱子稳定性较好，同时 使得托盘上的第一层箱子利用率较高，不容易发生侧倾，便于机器人操作。

在上述实施例中,所述第二码垛子模块具体用于:

当第一层第i(1＜i≤n)个箱子的高度与第一层第一个箱子的高度符合 第二码垛条件时，在第一层第i(1＜i≤n)个箱子上方空间码垛第二层第一 个箱子；否则，在第一层第一个箱子上方空间码垛第二层第一个箱子；

将剩余的箱子按照第一层箱子编号对应的码垛顺序码垛在位于第一层 箱子上方的第二层第一个箱子的侧方空间,直至第二层第一个箱子的所述 侧方空间均不能码垛任一剩余的箱子；

所述第二码垛条件为：

h_i≤γ·h₁(1＜i≤n)

其中，h_i为第一层第i个箱子的高度，γ为调整系数，且γ∈[0,1)。

通过所述第二码垛子模块可以将第二层的第一个箱子码垛在第二层的 更合适位置，从而可以在保证第二层的箱子码垛的稳定性的基础上，优先尽 可能的占用多的剩余空间，使得剩余空间最小，大大提高托盘上第二层空间 位置的利用率。

优选地,在上述实施例中,所述离线混合码垛系统还包括回收模块,所 述回收模块用于:

当待装载空间不能码垛剩余的任一箱子时，将所述待装载空间标记为废 弃空间，对所述废弃空间进行标号，并将所有所述废弃空间标号存入废弃空 间列表；

当当前待装载空间存在相邻的所述废弃空间时，判断与当前所述待装载 空间相邻的所述废弃空间是否满足回收条件，并在所述废弃空间满足所述回 收条件时将当前所述待装载空间和与其相邻的所述废弃空间合并连通，并作 为更新后的当前装载空间进行码垛；

所述回收条件为：

x_r+rw＝x_w

0.8y_r≤y_w≤y_r且y_r+rl≤y_w+wl≤1.2(y_r+rl)

ww≤β*rw

其中，x_r,为同一水平面内当前所述待装载空间沿着其宽度方向远离废 弃空间的边角点横坐标，y_r为同一水平面内当前所述待装载空间沿着其宽度 方向远离废弃空间的边角点纵坐标，x_w为同一水平面内废弃空间沿着其宽度 方向靠近所述当前所述待装载空间的对应边角点横坐标，y_w为同一水平面内 废弃空间沿着其宽度方向靠近所述当前所述待装载空间的对应边角点纵坐 标，rw为当前所述待装载空间的宽度，rl为当前所述待装载空间的长度， ww为废弃空间的宽度，wl为废弃空间的长度，β为约束因子，且β∈(0,1]。

通过对废弃空间进行回收，可以在不影响机器人码垛的基础上，进一步 提高托盘上码垛空间的利用率，提高码垛效率，降低码垛成本。

优选地,在上述实施例中,所述离线混合码垛系统还包括合并模块,所述 合并模块用于将尺寸相同的箱子沿着同一方向进行体积合并，形成组合块， 并由所述编码模块将所述组合块和其余单个箱子按照箱体体积从大至小对 所有箱子进行编号。

通过上述方式可以使得托盘上剩余空间不至于太零碎，同时还增大了箱 子的支撑面积，具有更好的稳定性，有利于机器人装卸。

本发明的实施例中，所述获取输出模块具体用于：

随机交换所述初始码垛序列中编号不同的两个箱子的码垛顺序,并获更 新后的码垛序列及对应的托盘利用率；

重复上述执行动作，直至达到迭代终止条件，从多个更新后的托盘利用 率及初始托盘利用率中选取托盘利用率最大值；

将所述托盘利用率最大值对应的所述码垛序列作为所述最佳箱子码垛 序列，并输出所述最佳箱子码垛序列；

其中，所述迭代终止条件为迭代时间达到预设迭代时间和/或迭代次数 达到预设迭代次数。

通过所述获取输出模块可以获取最大托盘利用率，以及对应的最佳码垛 序列，便于机器人根据所述最佳码垛序列进行码垛，实现混合码垛过程的自 动化和智能化。

本发明还提供了一种离线混合码垛机器人，包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存储有计算机程序；

所述处理器，用于当读取所述存储器存储的所述计算机程序时，所述机 器人执行所述的离线混合码垛方法

本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计 算机程序被处理器执行时，实现所述的离线混合码垛方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (9)

1.一种离线混合码垛方法，其特征在于，包括如下步骤:

步骤1:获取每个箱子的属性信息和托盘的参数信息,并按照箱体体积从大至小对所有箱子进行编号；

步骤2:按照箱子编号在托盘上从下至上水平分层码垛，根据垛中箱子的编号获取初始码垛序列，并根据每个箱子的属性信息和托盘的参数信息获取所述初始码垛序列对应的初始托盘利用率；

步骤3:多次调整所述初始码垛序列，获取多个更新后的码垛序列及对应的托盘利用率，从多个更新后的托盘利用率及初始托盘利用率中选取托盘利用率最大值，将所述托盘利用率最大值对应的码垛序列作为最佳箱子码垛序列，并输出所述最佳箱子码垛序列；

所述步骤3中具体实现为：

步骤31：随机交换所述初始码垛序列中编号不同的两个箱子的码垛顺序,并获更新后的码垛序列及对应的托盘利用率；

步骤32：重复所述步骤31，直至达到迭代终止条件，从多个更新后的托盘利用率及初始托盘利用率中选取托盘利用率最大值；

步骤33：将所述托盘利用率最大值对应的所述码垛序列作为所述最佳箱子码垛序列，并输出所述最佳箱子码垛序列；

其中，所述迭代终止条件为迭代时间达到预设迭代时间和/或迭代次数达到预设迭代次数。

2.根据权利要求1所述的离线混合码垛方法，其特征在于，所述步骤2中的水平分层码垛具体包括：

步骤21：将编号为1的箱子放置在托盘的一个边角处作为第一层第一个箱子，并以第一层第一个箱子为中心,将托盘装载空间划分为侧方空间和上方空间；

步骤22：按照所述步骤1中的编号顺序将剩余的箱子码垛在第一层第一个箱子的所述侧方空间，直至第一层第一个箱子的所述侧方空间均不能码垛任一剩余的箱子；

步骤23：按照所述步骤1中的编号顺序将剩余箱子中体积最大的箱子码垛在第一层箱子的所述上方空间内作为第二层第一个箱子,再将剩余的箱子码垛在位于第一层箱子上方的第二层第一个箱子的侧方空间,直至第二层第一个箱子的所述侧方空间不能码垛任一剩余的箱子,如此重复，直至托盘上不能码垛任一剩余的箱子。

3.根据权利要求2所述的离线混合码垛方法，其特征在于，所述步骤22中的具体实现为：

步骤221：按照所述步骤1中的编号顺序将符合第一码垛条件的剩余箱子沿着托盘其中一个侧边延伸的方向码垛在第一层第一个箱子的所述侧方空间，直至该方向的所述侧方空间不能码垛任一剩余的箱子；

所述第一码垛条件为：

limit_h＝α(H-h_z)

其中，limit_h为剩余箱子的最大允许高度，α为限定因子，且α∈[1,2]，H为当前待装载空间的剩余码垛高度，h_z为第一层第一个箱子上方空间的剩余码垛高度；

步骤222：将符合第一码垛条件的剩余箱子码垛在剩余的所述侧方空间，直至第一层第一个箱子的整个所述侧方空间不能码垛任一剩余的箱子。

4.根据权利要求2所述的离线混合码垛方法，其特征在于，所述步骤23中具体码垛实现为：

步骤231：当第一层第i(1＜i≤n)个箱子的高度与第一层第一个箱子的高度符合第二码垛条件时，在第一层第i(1＜i≤n)个箱子上方空间码垛第二层第一个箱子；否则，在第一层第一个箱子上方空间码垛第二层第一个箱子；

步骤232：将剩余的箱子按照第一层箱子编号对应的码垛顺序码垛在位于第一层箱子上方的第二层第一个箱子的侧方空间,直至第二层第一个箱子的所述侧方空间均不能码垛任一剩余的箱子；

所述第二码垛条件为：

h_i≤γ·h₁(1＜i≤n)

其中，h_i为第一层第i个箱子的高度，h₁为第一层第1个箱子的高度，γ为调整系数，且γ∈[0,1)。

5.根据权利要求2所述的离线混合码垛方法，其特征在于，所述步骤2中水平分层码垛具体实现还包括：

当待装载空间不能码垛剩余的任一箱子时，将所述待装载空间标记为废弃空间，对所述废弃空间进行标号，并将所有所述废弃空间标号存入废弃空间列表；

当前所述待装载空间存在相邻的所述废弃空间时，判断与当前所述待装载空间相邻的所述废弃空间是否满足回收条件，并在所述废弃空间满足所述回收条件时将当前所述待装载空间和与其相邻的所述废弃空间合并连通，并作为更新后的当前装载空间进行码垛；

所述回收条件为：

x_r+rw＝x_w

0.8y_r≤y_w≤y_r且y_r+rl≤y_w+wl≤1.2(y_r+rl)

ww≤β*rw

其中，x_r,为同一水平面内当前所述待装载空间沿着其宽度方向远离废弃空间的边角点横坐标，y_r为同一水平面内当前所述待装载空间沿着其宽度方向远离废弃空间的边角点纵坐标，x_w为同一水平面内废弃空间沿着其宽度方向靠近所述当前所述待装载空间的对应边角点横坐标，y_w为同一水平面内废弃空间沿着其宽度方向靠近所述当前所述待装载空间的对应边角点纵坐标，rw为当前所述待装载空间的宽度，rl为当前所述待装载空间的长度，ww为废弃空间的宽度，wl为废弃空间的长度，β为约束因子，且β∈(0,1]。

6.根据权利要求1所述的离线混合码垛方法，其特征在于，所述步骤1之前还包括：

将尺寸相同的箱子沿着同一方向进行体积合并，形成组合块，并在所述步骤1中将所述组合块和其余单个箱子按照箱体体积从大至小对所有箱子进行编号。

7.一种离线混合码垛改进系统，其特征在于：包括编码模块、码垛计算模块和获取输出模块；

所述编码模块，用于获取每个箱子的属性信息和托盘的参数信息,并按照箱体体积从大至小对所有箱子进行编号；

所述码垛计算模块，用于按照箱子编号在托盘上从下至上水平分层码垛，根据垛中箱子的编号获取初始码垛序列，并根据每个箱子的属性信息和托盘的参数信息获取所述初始码垛序列对应的初始托盘利用率；

所述获取输出模块，用于多次调整所述初始码垛序列，获取多个更新后的码垛序列及对应的托盘利用率，从多个更新后的托盘利用率及初始托盘利用率中选取托盘利用率最大值，将所述托盘利用率最大值对应的码垛序列作为最佳箱子码垛序列，并输出所述最佳箱子码垛序列；

所述获取输出模块具体用于：

随机交换所述初始码垛序列中编号不同的两个箱子的码垛顺序,并获更新后的码垛序列及对应的托盘利用率；

重复上述执行动作，直至达到迭代终止条件，从多个更新后的托盘利用率及初始托盘利用率中选取托盘利用率最大值；

将所述托盘利用率最大值对应的所述码垛序列作为所述最佳箱子码垛序列，并输出所述最佳箱子码垛序列；

其中，所述迭代终止条件为迭代时间达到预设迭代时间和/或迭代次数达到预设迭代次数。

8.一种离线混合码垛机器人，其特征在于，包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存储有计算机程序；

所述处理器，用于当读取所述存储器存储的所述计算机程序时，所述机器人执行权利要求1至6任一项所述的离线混合码垛方法。

9.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至6任一项所述的离线混合码垛方法。

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