CN109178960A - 一种适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统及方法，包括控制中心，视觉系统，物料传送系统，托盘传送系统和物料拾取系统，控制中心获取视觉系统采集的码垛现场信息，分别控制物料传送系统将不同规格的纸箱运送并经过物料拾取系统的工业机器人拾取、包裹和码垛到托盘传送系统，并将码满纸箱托盘经辊筒输送线送出。本发明通过双目相机对传送不同规格的纸箱进行识别，控制中心通过纸箱位置及3D模型确定工业机器人拾取的纸箱的规格，该系统解决了现有的物流及快递分拣行业中自动码垛系统只能对固定规格的纸箱进行码垛、结构复杂及效率低效的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人自动码垛系统，特别涉及一种基于机器立体视觉技术的面向物流及快递包裹分拣的机器人码垛系统及方法。
背景技术
机器视觉与机器人结合应用于物流及快递包裹分拣行业，可以充分发挥机器视觉在测量、识别方面的优势，实现智能、高效、连续码垛。机器人视觉应用到物流及快递分拣行业代替人工完成码垛、拆垛是行业的前沿技术及趋势。虽然基于机器视觉的机器人码垛系统已经初步应用到了上述行业，但当前的机器人码垛系统存在以下问题：
1)只能适应固定规格的纸箱码垛或分拣
申请公布号CN 107362987 A，一种基于视觉的机器人分拣方法及系统采用结构光系统获取目标零件的点云之后重构零件的俯视三维模型，之后基准模型库中的基准进行匹配从而识别目标物。该种方式中能对存入基准模型库的目标物进行识别，但是其方案专要求在使用前首先建立模型库，对于不在模型库中的目标物则无法识别，对于纸箱大小不一的快递及物流行业无法适应。
2)结构复杂
申请公布号为CN 104511436 A一种基于机器人视觉伺服技术的快递分拣方法及系统，使用机器立体视觉技术对快递包裹进行码垛，该方法使用两组固定位置的拍摄装置及一组位于机械手臂上的第三拍摄装置及一个测速模块引导机械手臂拾取包裹，设计方案受到局限,结构复杂。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种简单高效的、可使用与不同规格纸箱混合码垛的机器人自动码垛系统及方法。本发明采用双目相机识别由传送带输送的纸箱方位及形状信息，之后引导码垛机器人使用真空式抓手拾取纸箱包裹，经过控制中心计算后码放在位于码垛工位上的托盘中的合适位置。本发明解决了现有的物流及快递分拣行业中自动码垛系统只能对固定规格的纸箱进行码垛、结构复杂及效率低效的问题。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统，包括:
控制中心，用于获取视觉系统采集的码垛现场信息，分别控制物料传送系统、托盘传送系统和物料拾取系统对不同规格的纸箱进行包裹和码垛；
视觉系统，包括多个设在码垛现场上方的工业相机，用于全方位持续拍摄现场各系统的现场图片，并传输至控制中心；
物料传送系统，将不同规格的纸箱运送并经过物料拾取系统的工业机器人的工作空间，物料传送系统将工业机器人未拾取的纸箱，向其后方运送重新进入物料传送系统；
托盘传送系统，通过控制中心控制辊筒输送线将空托盘从托盘库中传送至码垛工位，并将码满纸箱托盘经辊筒输送线送出；
物料拾取系统，由工业机器人和高适应抓手组成，用于拾取由物料传送系统传送运送的不同规格的纸箱。
优选的，所述物料拾取系统设于物料传送系统前方，物料传送系统上设有待码垛包裹的纸箱；在物料拾取系统两侧设有码垛工位，码垛工位外侧设有托盘传送系统；在物料传送系统上方架设有视觉系统。
优选的，所述物料拾取系统包括工业机器人和设于其端部的高适应抓手。
优选的，所述托盘传送系统包括设于工业机器人两侧的滚筒输送线和码垛在其上方的托盘库。
优选的，所述物料传送系统包括传送带和在其上设置的物料传感器。
优选的，所述视觉系统包括多个设在码垛现场上方的工业相机，工业相机之间设有工业光源。
本发明相应地给出了一种适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛方法，包括如下步骤：
1)纸箱通过人工或自动化方式被放置在连续运转的传送带上，工业相机按固定时间间隔对运行的传送带进行图像采集，并将采集到的图像传输至控制中心；
2)控制中心识别图像清晰度是否符合要求，自动调整曝光时间并启闭开工业光源；
3)由控制中心解算出纸箱的方位、3D模型及运动速度，控制中心引导工业机器人高适应抓手拾取随传送带持续运行的纸箱，并码放至码垛工位；
4)被放弃拾取的纸箱随传动带向后运转，之后被人工或自动化的方式重新放置至传动带上；
5)控制中心判断码放至码垛工位上的码盘是否码满，若未码满，控制中心引导工业机器人拾取并码放纸箱；若码满，则控制中心控制辊筒输送线将满托盘输出；同时，托盘库输送空托盘至码垛工位。
优选的，所述步骤3)中，控制中心根据双目交汇测量的原理解算纸箱的方位及外形信息：
两个工业相机的帧频固定，根据纸箱某一图像特征在第一工业相机及第二工业相机视场中在两帧图像的时间间隔内移动的像素数计算出纸箱移动的实际距离，利用该距离及工业相机的帧频信息解算出纸箱的移动速度。
优选的，所述纸箱码放的托盘由定位块定位；纸箱码放的托盘位置和可以码放的最高高度在工业机器人世界坐标系下的坐标信息提前标定在控制中心，根据标定信息确定在机器人坐标系下纸箱允许码放的空间位置。
优选的，每次码放一个纸箱，控制中心均记录该纸箱在上述允许码放的空间内的位置、方位及3D模型；纸箱码放前通过查询该信息并与纸箱允许码放的空间进行比对即可计算出待码放的纸箱是否有适当的位置进行码放以及码放位置。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
1)可以适应不同规格的纸箱码垛或分拣
使用双目相机对传送带输送过来的不同规格的纸箱进行识别，控制中心记录已经码放在托盘上的纸箱位置及3D模型以确定工业机器人下一次拾取的纸箱的规格，由控制中心确定并引导机器人是否拾取传送带上的纸箱或将纸箱码放至托盘上的哪个位置。
2)结构简单
使用双目相机对传送带输送过来的不同规格的纸箱进行识别，利用纸箱图像中的灰度信息识别出纸箱的方位及形状信息。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明一种适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统的轴测图；
图2为本发明一种适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统的俯视图；
图3为本发明一种适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统的组成图；
图4为本发明一种适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统的工作流程图。
其中：1-第一工业相机，2-工业光源，3-第二工业相机，4-相机架，5-传送带，6-第一滚筒输送线，7-第一托盘库，8-第一码垛工位，9-第二码垛工位，10-第二滚筒输送线，11-第二托盘库，12-控制中心，13-高适应抓手，14-工业机器人，15-物料传感器。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1结合图3所示，本发明适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统，包括设于系统中的控制中心12，用于获取视觉系统采集的码垛现场信息，分别控制物料传送系统、托盘传送系统和物料拾取系统对不同规格的纸箱进行包裹和码垛。视觉系统，包括多个设在码垛现场上方的第一工业相机1和第二工业相机3，在第一、第二工业相机之间设有工业光源2。用于全方位持续拍摄现场各系统的现场图片，并传输至控制中心。物料传送系统，将不同规格的纸箱运送并经过物料拾取系统的工业机器人的工作空间，物料传送系统将工业机器人未拾取的纸箱，向其后方运送重新进入物料传送系统。托盘传送系统，包括设于工业机器人14两侧的第一滚筒输送线6、第二滚筒输送线10和码垛在其上方的第一托盘库7、第二托盘库11以及在其上设置的物料传感器，通过控制中心控制辊筒输送线将空托盘从托盘库中传送至码垛工位，并将码满纸箱托盘经辊筒输送线送出。物料拾取系统，由工业机器人和高适应抓手组成，用于拾取由物料传送系统传送运送的不同规格的纸箱。
如图1、图2所示，第一工业相机1、第二工业相机3以及工业光源2安装于横跨在传动带5正上方的相机架4上，第一工业相机1及第二工业相机3的视场至少能覆盖传送带上方的工业机器人14运动范围。传送带5呈“C”布置在工业机器人14正前方，第一滚筒输送线7和第二滚筒输送线10呈“L”型分别布置于工业机器人14的左后方及右后方；第一托盘库6及第二托盘库11、第一码垛工位8和第二码垛工位9以及第一滚筒输送线7和第二滚筒输送线10对称布置于工业机器人14左、右后方；高适应抓手13安装与工业机器人14末端法兰上。
如图4所示，本发明具体方案的实现步骤：
1)系统由操作人员确认安全状况后启动；纸箱被放置在连续运转的呈“C”型布置的传送带5上后随传送带流转，当纸箱在流转过程中触发物料传感器15后，第一工业相机1和第二工业相机3开始按固定时间间隔进行连续多次拍照并将照片，并传送至控制中心12；
2)第一工业相机1、第二工业相机3每次拍照前均按预先设定好的程序自动调整曝光时间、光圈大小等参数，同时，工业光源2也按预先设定的程序在适当的时间开闭。通过第一工业相机1、工业光源2以及第二工业相机3的相互配合，获取纸箱在不同光照条件、不同曝光时间以及光圈大小不同情况下的照片；
3)控制中心12按拍照顺序根据第一次拍摄的照片解算纸箱的方位及外形信息、3D模型及运动速度，控制中心引导工业机器人14及高适应抓手13拾取随传送带5持续运行的纸箱，由控制中心判断并引导工业机器人14将该纸箱码放至位于第一码垛工位8或第二码垛工位10的托盘的适当位置。工业机器人14每完成一次纸箱码垛，控制中心12记录该纸箱的3D模型及其位于第一码垛工位8或第二码垛工位10上的托盘中的位置。控制中心12根据已经完成码垛的位于第一码垛工位8或第二码垛工位10上的托盘上所有纸箱之间的相对位置及其3D模型，分析判断下次码垛时工业机器人14应该拾取何种规格的纸箱以及该纸箱码放在何位置。传送带5传送的进入第一工业相机1及第二工业相机3视场的纸箱经控制中心12判断位于第一码垛工位8及第二码垛工位9的托盘是否有适当的位置码放该纸箱。若有适当位置码放该纸箱，控制中心12引导工业机器人14拾取并码放至纸箱，若无适当位置码放至纸箱，那么控制中心12放弃引导工业机器人14拾取该纸箱。纸箱码放的托盘由定位块定位；纸箱码放的托盘位置和可以码放的最高高度在工业机器人世界坐标系下的坐标信息提前标定在控制中心，根据标定信息确定在机器人坐标系下纸箱允许码放的空间位置。
若解算不成功，则对第二次拍摄的照片进行解算，以此类推直至解算出纸箱的方位及外形信息；若所有的照片均解算出仍为解算出纸箱的方位及外形信息，那么该纸箱将不被拾取而进入回流；若该纸箱的方位及外形信息被成功解算，则由控制中心查询已经完成码放的纸箱码放位置及尺寸信息；
4)被放弃拾取的纸箱随传动带5向后运转，之后被人工或自动化的方式重新放置至传动带上；
5)控制中心判断第一码垛工位8和第二码垛工位9上的托盘是否已经码满，以及是否有合适的位置码被成功解算出方位及外形信息的纸箱；若两组托盘中有任何一个均被码满，则由第一滚筒输送线6或第二滚筒输送线10将相应被码满的托盘输出，同时有第一托盘库7或第二托盘库11将相应的空托盘输送至相应的码垛工位。待相应的码垛工位未被码满但无合适的位置进行码放该纸箱，该纸箱将不被拾取而进入回流，相应的码垛工位未被码满且有合适的位置码放该纸箱，则由控制中心将该纸箱的方位及外形信息以及其码放位置发送至工业机器人14，由工业机器人14控制高适应抓手13去往其与纸箱的交汇点拾取该纸箱并将其码放在控制中心12指定的码放位置。码放完成后，控制中心12记录该码放位置及被码放的纸箱外形及方位信息。以上过程循环进行，直至操作人员关闭系统。
持续拍照的第一工业相机1及第二工业相机3亦可由位于传送带附近适当位置的光电、超声波、激光或其他可检测到传送带上有纸箱通过的物料传感器作为触发源，当纸箱进入第一工业相机1及第二工业相机3的视场范围后，触发该两组相机开始采集图像。
控制中心12作为整个系统的核心，集中控制第一工业相机1、第二工业相机3、工业光源2、传送带5、第一托盘库6、第一滚筒输送线7、第二滚筒输送线10、第二托盘库11、高适应抓手13、工业机器人14。
工业光源2根据现场的照明情况布置，可以为单个独立控制的工业光源亦可为多组独立控制的工业光源。
高适应抓手13为真空吸附式抓手，优选海绵吸盘或橡胶吸盘。海绵吸盘的尺寸或橡胶吸盘的布置形式根据抓手所拾取的纸箱的尺寸变化范围确定。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统，其特征在于，包括:
控制中心，用于获取视觉系统采集的码垛现场信息，分别控制物料传送系统、托盘传送系统和物料拾取系统对不同规格的纸箱进行包裹和码垛；
视觉系统，包括多个设在码垛现场上方的工业相机，用于全方位持续拍摄现场各系统的现场图片，并传输至控制中心；
物料传送系统，将不同规格的纸箱运送并经过物料拾取系统的工业机器人的工作空间，物料传送系统将工业机器人未拾取的纸箱，向其后方运送重新进入物料传送系统；
托盘传送系统，通过控制中心控制辊筒输送线将空托盘从托盘库中传送至码垛工位，并将码满纸箱托盘经辊筒输送线送出；
物料拾取系统，由工业机器人和高适应抓手组成，用于拾取由物料传送系统传送运送的不同规格的纸箱。
2.根据权利要求1所述的适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统，其特征在于，所述物料拾取系统设于物料传送系统前方，物料传送系统上设有待码垛包裹的纸箱；在物料拾取系统两侧设有码垛工位，码垛工位外侧设有托盘传送系统；在物料传送系统上方架设有视觉系统。
3.根据权利要求1所述的适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统，其特征在于，所述物料拾取系统包括工业机器人和设于其端部的高适应抓手。
4.根据权利要求1所述的适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统，其特征在于，所述托盘传送系统包括设于工业机器人两侧的滚筒输送线和码垛在其上方的托盘库。
5.根据权利要求1所述的适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统，其特征在于，所述物料传送系统包括传送带和在其上设置的物料传感器。
6.根据权利要求1所述的适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛系统，其特征在于，所述视觉系统包括多个设在码垛现场上方的工业相机，工业相机之间设有工业光源。
7.一种权利要求1-6任一项所述的适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)纸箱通过人工或自动化方式被放置在连续运转的传送带上，工业相机按固定时间间隔对运行的传送带进行图像采集，并将采集到的图像传输至控制中心；
2)控制中心识别图像清晰度是否符合要求，自动调整曝光时间并启闭开工业光源；
3)由控制中心解算出纸箱的方位、3D模型及运动速度，控制中心引导工业机器人高适应抓手拾取随传送带持续运行的纸箱，并码放至码垛工位；
4)被放弃拾取的纸箱随传动带向后运转，之后被人工或自动化的方式重新放置至传动带上；
5)控制中心判断码放至码垛工位上的码盘是否码满，若未码满，控制中心引导工业机器人拾取并码放纸箱；若码满，则控制中心控制辊筒输送线将满托盘输出；同时，托盘库输送空托盘至码垛工位。
8.根据权利要求7所述的适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛方法，其特征在于，所述步骤3)中，控制中心根据双目交汇测量的原理解算纸箱的方位及外形信息：
两个工业相机的帧频固定，根据纸箱某一图像特征在第一工业相机及第二工业相机视场中在两帧图像的时间间隔内移动的像素数计算出纸箱移动的实际距离，利用该距离及工业相机的帧频信息解算出纸箱的移动速度。
9.根据权利要求7所述的适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛方法，其特征在于，所述纸箱码放的托盘由定位块定位；纸箱码放的托盘位置和可以码放的最高高度在工业机器人世界坐标系下的坐标信息提前标定在控制中心，根据标定信息确定在机器人坐标系下纸箱允许码放的空间位置。
10.根据权利要求7所述的适用于不同规格纸箱包裹的智能码垛方法，其特征在于，每次码放一个纸箱，控制中心均记录该纸箱在上述允许码放的空间内的位置、方位及3D模型；纸箱码放前通过查询该信息并与纸箱允许码放的空间进行比对即可计算出待码放的纸箱是否有适当的位置进行码放以及码放位置。
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Denomination of invention: An intelligent palletizing system and method suitable for packaging different specifications of cardboard boxes Granted publication date: 20240220 Pledgee: Shaanxi qinnong Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Chang'an sub branch Pledgor: XI'AN ZHONGKE PHOTOELECTRIC PRECISION ENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: Y2024980024001 |