CN108861619B - 一种半离线混合码垛方法、系统及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半离线混合码垛方法、系统及机器人，其方法包括获取托盘的参数信息和位于缓存区内的箱子的属性信息,并对缓存区内所有箱子进行编号，生成初始码垛序列；根据预设选取规则从初始码垛序列中获取目标箱子编号,并将目标箱子码垛在托盘上；对缓存区内的箱子进行补给，使得缓存区内的箱子数量保持不变，并对补给后的缓存区内箱子的码垛序列按照设定编号规则进行更新，生成更新后的码垛序列及目标箱子的编号,将目标箱子码垛在托盘上。本发明的码垛方法，可以解决物流行业的在线混合码垛问题，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、托盘利用率较高等优点。

Description

一种半离线混合码垛方法、系统及机器人

技术领域

本发明涉及机器人在线码垛技术领域，尤其涉及一种半离线混合码垛方法、系统及机器人。

背景技术

随着《中国制造2025》的逐步推进，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在线码垛，而在线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，提供一种半离线混合码垛方法、系统及机器人。

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

步骤1：获取托盘的参数信息和位于缓存区内的箱子的属性信息,并按照设定编号规则对缓存区内所有箱子进行编号，生成初始码垛序列；

步骤2:根据预设选取规则从所述初始码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上；

步骤3：对缓存区内的箱子进行补给，使得缓存区内的箱子数量保持不变，并对补给后的缓存区内箱子的码垛序列按照所述设定编号规则进行更新，生成更新后的码垛序列；

步骤4：根据预设选取规则从更新后的码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上；

步骤5：重复上述步骤3和步骤4，将缓存区内的所述箱子从上至下分层码垛在托盘上，直至托盘上不能码垛缓存区内的任意一个箱子，结束码垛流程。

本发明的有益效果是：本发明的半离线混合码垛方法，通过对所有箱子进行编号，并获取缓存区内箱子的初始码垛序列，并通过对缓存区内的箱子进行补给，以及对补给后的缓存区内箱子的码垛序列进行更新，可以解决物流行业的在线混合码垛问题，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、托盘利用率较高等优点，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1中，所述设定编号规则为按照箱子的箱体体积从大到小对缓存区内所有箱子进行编号，并将箱子的编号顺序作为所述初始码垛序列；

所述步骤2中根据预设选取规则从所述初始码垛序列中获取目标箱子编号的具体实现为：将箱体体积最大的箱子编号作为所述目标箱子编号。

上述进一步方案的有益效果是：通过将箱子的箱体体积从大到小对缓存区内所有箱子进行编号，并将箱体体积最大的箱子编号作为所述目标箱子优先码垛在托盘上，从而尽可能优先占据托盘上较多的空间，提高托盘的利用率。

进一步：所述步骤1中，所述生成所述初始码垛序列的具体实现为：

步骤11：多次随机交换缓存区内编号不同的两个箱子的顺序，并获取每次交换后对应的码垛序列；

步骤12：计算每次调整后所述码垛序列对应的托盘利用率，将托盘利用率的最大值对应的所述码垛序列作为所述初始码垛序列。

上述进一步方案的有益效果是：通过随机交换缓存区内编号不同的两个箱子的顺序，并获取每次交换后对应的码垛序列，计算码垛序列对应的托盘对应的利用率，从而可以获取托盘利用率的最大值，以便根据托盘利用率的最大值初始码垛序列进行码垛，获取较高的托盘利用率。

进一步：所述步骤2中，按照所述初始码垛序列将缓存区内箱体体积最大的箱子码垛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。

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5中将缓存区内的箱子从上至下分层码垛在托盘上具体包括：

步骤51：按照更新后的码垛序列将缓存区内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缓存区内任一箱子；

步骤52：按照更新后的码垛序列将缓存区内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,再将缓存区内其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缓存区内任一箱子,如此重复，直至托盘上不能码垛任缓存区内任一箱子。

上述进一步方案的有益效果是：通过按照更新后的码垛序列将缓存区内箱子码垛在第一层第一个箱子的所述侧方空间和上方空间，可以在实现箱子的从下至上水平分层码垛的基础上，保证托盘利用率最大化。

进一步：所述步骤51的具体实现为：

步骤511：按照更新后的码垛序列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缓存区内的任一箱子；

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512：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缓存区内的任一箱子。

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52的具体实现为：

步骤521：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522：将缓存区内的其余箱子按照第一层箱子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缓存区内的任一箱子；

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5中将缓存区内的箱子从上至下分层码垛在托盘上还包括：

当待装载空间不能码垛缓存区内任一箱子时，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(以废弃空间在待装载空间右侧为例)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。

本发明还提供了一种半离线混合码垛系统，包括初始码垛序列生成模块、码垛模块和补给更新模块；

所述初始码垛序列生成模块，用于获取托盘的参数信息和位于缓存区内的箱子的属性信息,并按照设定编号规则对缓存区内所有箱子进行编号，生成初始码垛序列；

所述码垛模块，用于根据预设选取规则从从所述初始码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上；

所述补给更新模块，对缓存区内的箱子进行补给，使得缓存区内的箱子数量保持不变，并对补给后的缓存区内箱子的码垛序列按照所述设定编号规则进行更新，生成更新后的码垛序列；

所述码垛模块，还用于根据预设选取规则从更新后的码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上，如此循环，将缓存区内的所述箱子从上至下分层码垛在托盘上，直至托盘上不能码垛缓存区内的任意一个箱子。

本发明的半离线混合码垛系统，通过初始码垛序列生成模块对所有箱子进行编号，并获取缓存区内箱子的初始码垛序列，并通过补给更新模块对缓存区内的箱子进行补给，以及对补给后的缓存区内箱子的码垛序列进行更新，可以解决物流行业的在线混合码垛问题，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、托盘利用率较高等优点，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半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半离线混合码垛方法。

附图说明

图1为本发明的半离线混合码垛方法流程示意图；

图2为本发明的半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，一种半离线混合码垛方法，包括如下步骤:

步骤1：获取托盘的参数信息和位于缓存区内的箱子的属性信息,并按照设定编号规则对缓存区内所有箱子进行编号，生成初始码垛序列；

步骤2:根据预设选取规则从所述初始码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上；

步骤3：对缓存区内的箱子进行补给，使得缓存区内的箱子数量保持不变，并对补给后的缓存区内箱子的码垛序列按照所述设定编号规则进行更新，生成更新后的码垛序列；

步骤4：根据预设选取规则从更新后的码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上；

步骤5：重复上述步骤3和步骤4，将缓存区内的所述箱子从上至下分层码垛在托盘上，直至托盘上不能码垛缓存区内的任意一个箱子，结束码垛流程。

本发明的实施例中，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。

本发明的半离线混合码垛方法，通过对所有箱子进行编号，并获取缓存区内箱子的初始码垛序列，并通过对缓存区内的箱子进行补给，以及对补给后的缓存区内箱子的码垛序列进行更新，可以解决物流行业的在线混合码垛问题，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、托盘利用率较高等优点，实现混合码垛过程的自动化和智能化。

优选地，在上述实施例中，所述步骤1中，所述设定编号规则为按照箱子的箱体体积从大到小对缓存区内所有箱子进行编号，并将箱子的编号顺序作为所述初始码垛序列；

所述步骤2中根据预设选取规则从所述初始码垛序列中获取目标箱子编号的具体实现为：将箱体体积最大的箱子编号作为所述目标箱子编号。

通过将箱子的箱体体积从大到小对缓存区内所有箱子进行编号，并将箱体体积最大的箱子编号作为所述目标箱子优先码垛在托盘上，从而尽可能优先占据托盘上较多的空间，提高托盘的利用率。

优选地，在上述实施例中，所述步骤1中，所述生成所述初始码垛序列的具体实现还可以为：

步骤11：多次随机交换缓存区内编号不同的两个箱子的顺序，并获取每次交换后对应的码垛序列；

步骤12：计算每次调整后所述码垛序列对应的托盘利用率，将托盘利用率的最大值对应的所述码垛序列作为所述初始码垛序列。

通过随机交换缓存区内编号不同的两个箱子的顺序，并获取每次交换后对应的码垛序列，计算码垛序列对应的托盘对应的利用率，从而可以获取托盘利用率的最大值，以便根据托盘利用率的最大值初始码垛序列进行码垛，获取较高的托盘利用率。

在上述实施例中，所述步骤2中，按照所述初始码垛序列将缓存区内箱体体积最大的箱子码垛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。

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，所述步骤5中将缓存区内的箱子从上至下分层码垛在托盘上具体包括：

步骤51：按照更新后的码垛序列将缓存区内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缓存区内任一箱子；

步骤52：按照更新后的码垛序列将缓存区内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,再将缓存区内其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缓存区内任一箱子,如此重复，直至托盘上不能码垛任缓存区内任一箱子。

通过按照更新后的码垛序列将缓存区内箱子码垛在第一层第一个箱子的所述侧方空间和上方空间，可以在实现箱子的从下至上水平分层码垛的基础上，保证托盘利用率最大化。

在上述实施例中，所述步骤51的具体实现为：

步骤511：按照更新后的码垛序列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缓存区内的任一箱子；

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512：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缓存区内的任一箱子。

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512中,由于在步骤511中已经将缓冲区内的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512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缓存区内的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缓存区内的任一箱子，然后，将缓存区内符合第一码垛条件的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，或者将缓存区内符合第一码垛条件的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52的具体实现为：

步骤521：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522：将缓存区内的其余箱子按照第一层箱子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缓存区内的任一箱子；

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，按照编号顺序将缓存区内的箱子中箱体体积最大的箱子(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缓存区内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缓存区内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缓存区内的任何一个箱子。

优选地，在上述实施例中，所述步骤5中将缓存区内的箱子从上至下分层码垛在托盘上还包括：

当待装载空间不能码垛缓存区内任一箱子时，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(以废弃空间在待装载空间右侧为例)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。

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。

如图2所示，本发明还提供了一种半离线混合码垛系统，包括初始码垛序列生成模块、码垛模块和补给更新模块；

所述初始码垛序列生成模块，用于获取托盘的参数信息和位于缓存区内的箱子的属性信息,并按照设定编号规则对缓存区内所有箱子进行编号，生成初始码垛序列；

所述码垛模块，用于根据预设选取规则从从所述初始码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上；

所述补给更新模块，对缓存区内的箱子进行补给，使得缓存区内的箱子数量保持不变，并对补给后的缓存区内箱子的码垛序列按照所述设定编号规则进行更新，生成更新后的码垛序列；

所述码垛模块，还用于根据预设选取规则从更新后的码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上，如此循环，将缓存区内的所述箱子从上至下分层码垛在托盘上，直至托盘上不能码垛缓存区内的任意一个箱子。

本发明的半离线混合码垛系统，通过初始码垛序列生成模块对所有箱子进行编号，并获取缓存区内箱子的初始码垛序列，并通过补给更新模块对缓存区内的箱子进行补给，以及对补给后的缓存区内箱子的码垛序列进行更新，可以解决物流行业的在线混合码垛问题，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、托盘利用率较高等优点，实现混合码垛过程的自动化和智能化。

在上述实施例中，所述设定编号规则为按照箱子的箱体体积从大到小对缓存区内所有箱子进行编号，并将箱子的编号顺序作为所述初始码垛序列。

所述码垛模块，将箱体体积最大的箱子编号作为所述目标箱子对应的编号。

通过将箱子的箱体体积从大到小对缓存区内所有箱子进行编号，并将箱体体积最大的箱子编号作为所述目标箱子优先码垛在托盘上，从而尽可能优先占据托盘上较多的空间，提高托盘的利用率。

在上述实施例中，所述初始码垛序列生成模块包括交换子模块和计算子模块。

具体地，所述交换子模块用于多次随机交换缓存区内编号不同的两个箱子的顺序，并获取每次交换后对应的码垛序列；

所述计算子模块用于计算每次调整后所述码垛序列对应的托盘利用率，将托盘利用率的最大值对应的所述码垛序列作为所述初始码垛序列。

通过随机交换缓存区内编号不同的两个箱子的顺序，并获取每次交换后对应的码垛序列，计算码垛序列对应的托盘对应的利用率，从而可以获取托盘利用率的最大值，以便根据托盘利用率的最大值初始码垛序列进行码垛，获取较高的托盘利用率。

在上述实施例中，所述码垛模块按照所述初始码垛序列将缓存区内箱体体积最大的箱子码垛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。

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，所述码垛模块还包括第一码垛子模块和第二码垛子模块。

所述第一码垛子模块用于按照更新后的码垛序列将缓存区内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缓存区内任一箱子；

所述第二码垛子模块用于按照更新后的码垛序列将缓存区内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,再将缓存区内其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缓存区内任一箱子,如此重复，直至托盘上不能码垛任缓存区内任一箱子。

通过按照更新后的码垛序列将缓存区内箱子码垛在第一层第一个箱子的所述侧方空间和上方空间，可以在实现箱子的从下至上水平分层码垛的基础上，保证托盘利用率最大化。

在上述实施例中，所述第一码垛子模块具体用于：

按照更新后的码垛序列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缓存区内的任一箱子；

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缓存区内的任一箱子。

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。

在上述实施例中，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；

将缓存区内的其余箱子按照第一层箱子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缓存区内的任一箱子；

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。

在上述实施例中，所述半离线混合码垛系统还包括回收模块，所述回收模块具体用于：

生成所述初始码垛序列的具体实现为：

当待装载空间不能码垛缓存区内任一箱子时，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(以废弃空间在待装载空间右侧为例)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。

本发明还提供了一种半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半离线混合码垛方法。

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)

1.一种半离线混合码垛方法，其特征在于,包括如下步骤:

步骤1：获取托盘的参数信息和位于缓存区内的箱子的属性信息,并按照设定编号规则对缓存区内所有箱子进行编号，生成初始码垛序列；

步骤2:根据预设选取规则从所述初始码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上；

步骤3：对缓存区内的箱子进行补给，使得缓存区内的箱子数量保持不变，并对补给后的缓存区内箱子的码垛序列按照所述设定编号规则进行更新，生成更新后的码垛序列；

步骤4：根据预设选取规则从更新后的码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上；

步骤5：重复上述步骤3和步骤4，将缓存区内的所述箱子从上至下分层码垛在托盘上，直至托盘上不能码垛缓存区内的任意一个箱子，结束码垛流程；

所述生成所述初始码垛序列的具体实现为：

步骤11：多次随机交换缓存区内编号不同的两个箱子的顺序，并获取每次交换后对应的码垛序列；

步骤12：计算每次调整后所述码垛序列对应的托盘利用率，将托盘利用率的最大值对应的所述码垛序列作为所述初始码垛序列。

2.根据权利要求1所述的半离线混合码垛方法，其特征在于：

所述步骤1中，所述设定编号规则为按照箱子的箱体体积从大到小对缓存区内所有箱子进行编号，并将箱子的编号顺序作为所述初始码垛序列；

所述步骤2中根据预设选取规则从所述初始码垛序列中获取目标箱子编号的具体实现为：将箱体体积最大的箱子编号作为所述目标箱子编号。

3.根据权利要求2所述的半离线混合码垛方法，其特征在于,所述步骤2中，按照所述初始码垛序列将缓存区内箱体体积最大的箱子码垛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。

4.根据权利要求3所述的半离线混合码垛方法，其特征在于,所述步骤5中将缓存区内的箱子从上至下分层码垛在托盘上具体包括：

步骤51：按照更新后的码垛序列将缓存区内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缓存区内任一箱子；

步骤52：按照更新后的码垛序列将缓存区内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,再将缓存区内其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缓存区内任一箱子,如此重复，直至托盘上不能码垛缓存区内任一箱子。

5.根据权利要求4所述的半离线混合码垛方法，其特征在于,所述步骤51的具体实现为：

步骤511：按照更新后的码垛序列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缓存区内的任一箱子；

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512：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缓存区内的任一箱子。

6.根据权利要求4所述的半离线混合码垛方法，其特征在于,所述步骤52的具体实现为：

步骤521：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522：将缓存区内的其余箱子按照第一层箱子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缓存区内的任一箱子；

所述第二码垛条件为：

h_i≤γ·h₁(1＜i≤n)

其中，h₁为第一层第一个箱子的高度，h_i为第一层第i个箱子的高度，γ为调整系数，且γ∈[0,1)。

7.根据权利要求1至6任一项所述的半离线混合码垛方法，其特征在于，所述步骤5中将缓存区内的箱子从上至下分层码垛在托盘上还包括：

当待装载空间不能码垛缓存区内任一箱子时，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，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]。

8.一种半离线混合码垛系统，其特征在于，包括初始码垛序列生成模块、码垛模块和补给更新模块；

所述初始码垛序列生成模块，用于获取托盘的参数信息和位于缓存区内的箱子的属性信息,并按照设定编号规则对缓存区内所有箱子进行编号，生成初始码垛序列；

所述码垛模块，用于根据预设选取规则从所述初始码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上；

所述补给更新模块，对缓存区内的箱子进行补给，使得缓存区内的箱子数量保持不变，并对补给后的缓存区内箱子的码垛序列按照所述设定编号规则进行更新，生成更新后的码垛序列；

所述码垛模块，还用于根据预设选取规则从更新后的码垛序列中获取目标箱子编号,将所述目标箱子编号对应的目标箱子码垛在托盘上，如此循环，将缓存区内的所述箱子从上至下分层码垛在托盘上，直至托盘上不能码垛缓存区内的任意一个箱子；

所述初始码垛序列生成模块包括交换子模块和计算子模块；

所述交换子模块用于多次随机交换缓存区内编号不同的两个箱子的顺序，并获取每次交换后对应的码垛序列；

所述计算子模块用于计算每次调整后所述码垛序列对应的托盘利用率，将托盘利用率的最大值对应的所述码垛序列作为所述初始码垛序列。

9.一种半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7任一项所述的半离线混合码垛方法。

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