CN109789940B - 机械手自动化装箱方法 - Google Patents

Abstract

为了进行用机械手(3)向集装箱(4)自动地装载物件(1)，获得空集的装箱(4)的至少一个数字图像，通过使用箱体件的数字图像自动检查箱体件的合格性，并且如果箱体件合格，则继续用机械手(3)进行装载箱体件的装载方法，反之，则用一个新的箱体件取代不合格的箱体件；和/或自动地反复地进行以下一系列步骤：(a)用机械手(3)将一个物件(1)在箱体件(4)中定位在由箱体件装载计划限定的位置中，(b)获得装有一个或多个物件的箱体件(4)的至少一个数字图像，(c)在前一个步骤获得的数字图像中，自动检查已经在步骤(a)定位的物件是否正确定位；如果是，则进入下一个步骤，如果不是，则用机械手(3)取出不良定位的物件，对于该同一物件在步骤(a)重复进行装载方法。

Description

机械手自动化装箱方法

技术领域

本发明涉及机械手自动化装箱的新方法。其应用于任何产业和/或需要在箱体件中自动排列物件的任何应用，例如使之贮存和/或进行运输。本发明适用于任何类型的物件。本发明非限制性地，物件例如可以是机械件、包裹、箱盒、包装件等等。

背景技术

例如在美国专利申请US 2010/0222915中以及在美国专利US 6 055 462和US 8644 984中，已经提出使用机械手，其自动操纵，在输送机上逐一抓取叠放的物件，例如叠放的箱盒，使之自动叠置在一个底托上，即没有垂直侧壁的平面支承件上。

这些公开专利申请中提出的技术方案适于根据预定的底托贮运计划，自动化地使叠放物件放在底托上，但是，不能自动化地将物件装载具有至少一个垂直侧壁的箱体件。

此外，例如在美国专利US 9 067 744中，已经提出使用机械手，其自动操纵，自动使物件例如邮包叠置在安装于形成滑架的滚轮上的箱体件中。在该公开的专利申请中，这种箱体件尤其具有一个底壁和三个垂直侧壁。

在美国专利US 7 644 558中，也已经提出使用机械手，自动地反复地将物件叠置在箱体件中。

在叠放或非叠放物件自动化装箱的情况下，有时经常会发生箱体件的至少一个垂直侧壁完全损坏或者变形，不能使用箱体件的装载计划使物件装箱，直至其结束。

在这种情况下，物件自动化装箱方法必须在装箱计划结束之前过早中断，实际上，操作人员必须干涉，手动卸载所述箱体件，代之以状态良好的箱体件，再重新进行自动化装箱方法。

在叠放或非叠放物件自动化装箱的情况下，有时也经常会发生一个物件定位不良，影响后面的物件装箱，妨碍箱体件装箱，妨碍实施装箱计划，直至其结束。

在这种情况下，物件自动化装箱方法也必须在装箱计划结束之前过早中断，实际上，操作人员必须手动干涉，再重新进行自动化装箱方法。

发明内容

首先，本发明旨在提出用机械手向箱体件自动装载物件的新的装载方法，弥补与使用不适于完全装载的箱体件、特别是可能损坏或者变形的箱体件有关的上述缺陷。

其次，本发明旨在提出用机械手使物件自动化装箱的新方法，其可至少弥补由于物件在箱体件中定位不良引起的上述缺陷。

本发明概述

因此，本发明涉及用机械手向箱体件自动装载物件的第一种装载方法。根据本发明的特征，获得空的箱体件的至少一个数字图像，通过使用箱体件的数字图像自动检查箱体件的合格性，并且如果箱体件合格，则继续用机械手进行装载箱体件的装载方法，反之，则用一个新的箱体件取代不合格的箱体件。

借助于本发明，当箱体件例如因为损坏或者变形而不合格、不适合时，避免浪费任何时间，避免无效开始所述不合格箱体件的部分装载。

本发明还涉及用机械手向箱体件自动装载物件的第二种装载方法，其特征在于，自动地反复地进行以下一系列步骤：

(a)用机械手将一个物件在箱体件中定位在由箱体件装载计划限定的位置中，

(b)获得装有一个或多个物件的箱体件的至少一个数字图像，

(c)在前一个步骤获得的数字图像中，自动检查已经在步骤定位的物件是否正确定位；如果是，则进入下一个步骤，如果不是，则用机械手取出不良定位的物件，对于该同一物件在步骤重复进行装载方法。

在本发明的范围，“箱体件”应该是获得最大范围的理解。特别是，箱体件可具有任意几何形状，本发明不限于平行六面体箱体件，尤其是立方体箱体件。箱体件可具有或大或小的尺寸，视应用领域而定，非限制性地，本发明可以是工业用大型容器、槽箱、集装箱等等。箱体件的结构材料对本发明不重要。

在本发明的范围，“物件”应该是获得最大范围的理解。在本发明的范围，本发明非限制性地，物件可以是整体，或者由构件的一个装配件构成；例如，物件可以是机械件、邮包、包裹、空箱或满箱、包装件等等。

本发明还涉及自动装载系统，其具有机械手、传感器和电子控制装置，传感器能采集一个空的或装有至少一个物件的箱体件的至少一个数字图像，电子控制装置用于控制机械手，实施上述第一种和/或第二种装载方法。

本发明还涉及信息程序产品，其具有程序编码指令，当信息程序产品由机械手的电子控制装置执行时，信息程序产品用于获得一个空的箱体件的至少一个数字图像，通过使用箱体件的数字图像自动检查箱体件的合格性，并且如果箱体件合格，则继续用机械手进行装载，反之，则停止箱体件的装载。

本发明还涉及信息程序产品，其具有程序编码指令，当信息程序产品由机械手的电子控制装置执行时，信息程序产品用于自动控制所述机械手，以便至少执行上述第二种装载方法的各步骤。

附图说明

根据下面参照附图对作为非限制性实施例给出的具体实施例的详细说明，本发明的其他特征和优越性将显而易见，附图如下：

-图1是具有由输送机输送物件的箱体件的装载系统的总示意图；

-图2是空的箱体件的具体实例的等体积图；

-图3是实施预定的箱体件装载计划获得的物件叠置的等体积图；

-图4是图2所示的箱体件装满物件的等体积图；

-图5是程序方框图，示出空的箱体件合格性自动检查程序的连续主要步骤；

-图6是程序方框图，示出用图1的装载系统的机械手自动装载箱体件的程序的连续主要步骤；

-图7是不合格箱体件的实例的俯视图，其中一垂直壁已变形。

具体实施方式

参照图1的装载系统的特殊实施例，叠放物件1，这里，在该特殊实施例中，物件是机械零件，由输送机2输送至具有箱体件4的装载台。机械手3具有铰接臂30，铰接臂在其端部配有抓取机构31，机械手3用于自动地逐一抓取输送机2上的物件1，按照装载计划使物件相继放置在箱体件4中。

在图1所示的该实施例中，物件1全部相同。在其它实施变型中，物件可以不同。

如图3所示，在本发明非限制性的该特殊实施例中，装载计划限定成当其被完全执行时，构成一叠五层L₁至L₅的物件1，L₁至L₅每层具有十二个物件1，并置成一行R_i三个物件1和一列C_j四个物件1。该装载计划例如由层L₁至L₅排列构成，每层L_k涉及叠置的位置高度、层L_k中每个物件1的行R_i和列Q。

如图4所示，箱体件4装满物件1，物件1根据所述装载计划叠置在该箱体件4中，以获得符合图3的装载计划的物件叠置。

如图2所示，箱体件4在上部打开，进行装载。箱体件具有底壁40和垂直壁41，它们限定装载空间V。

机械手3由电子控制装置5自动控制，机械手允许通过执行例如存储在该电子控制装置5的电子存储器中的装载信息程序，自动引导铰接臂30的移动和控制抓取机构31。

装载系统还具有非接触传感器6，其可通过俯视获得定位在装载台的箱体件4(空的或装有物件1)的至少一个2D或3D数字图像。箱体件4(空的或装有物件1)的该2D或3D数字图像通过有线或者无线传输传递到电子控制装置5。

作为变型，系统可具有多个传感器6，其例如可以以不同的视角获得箱体件的2D或3D图像。作为变型，系统也可具有允许从传感器6获得的两个或多个2D图像通过立体视觉重新构成箱体件4的三维图像的装置。

在本发明的范围，可使用不同类型的传感器6。本发明非限制性地，传感器6例如可以是：

-摄像机，例如CCD型或者其他类型的摄像机；

-数字化传感器，其可获得箱体件4(空的或者装有物件1)的3D点云形式的图像；例如，传感器6具有摄像机，例如CCD型或其他类型的摄像机，摄像机与激光型光源相结合，激光型光源扫描箱体件4(空的或者装有物件1)的表面，摄像机可感测箱体件的表面和必要时布置在摄像机扫描场中的物件的表面反射的光束；

-传感器或者一组传感器，其使用激光源、超声波源、微波源等等进行遥测。

现在，参照图5和6所示的程序方框图，详述箱体件4装载物件1的装载方法及其实施的特殊实施例。

操作人员将一个空的箱体件4定位在传感器6之下，启动自动装载方法。

当自动装载方法启动时，电子控制装置5开始执行图5的初始检查程序。

如该图5所示，当初始检查程序启动时，电子控制装置5开始由传感器6获得空的箱体件4的数字图像(步骤50)，所述图像传输到电子控制装置5。

然后，控制装置5通过使用所述箱体件的数字图像，自动检查(步骤51)箱体件4是否合格。

特别是，该检查最好用箱体件4的所述数字图像和物件1的CAO模型，通过自动模拟预定的装载计划进行，以便确保装载计划的全部物件1(在图3和4的实施例中是60件物件)可以装载到箱体件4中。为此，装载计划例如存储在控制装置5的存储器中。

作为变型，控制装置5可被编程，用以从物件1的CAO模型和空的箱体件4的CAO模型，自动计算该装载计划。

作为变型，控制装置5可被编程，用以执行存储在控制装置5的存储器中的预定装载计划，和用以在必要时在箱体件的装载方法过程中动态地改变该装载计划，以便例如自动使箱体件的装载最佳化。

作为变型，箱体件4的合格性也可通过使在步骤50获得的空的箱体件4的数字图像与存储在电子控制装置5中的空的箱体件的CAO数字模型比较，自动进行检查。

如果箱体件4检测为不合格(检验52)，那么，电子控制装置5停止装载方法，提醒操作人员已经定位的空的箱体件4不合格，例如发出可视和/或有声告警信号，和/或在显示屏上显示信息。

图7示出不合格箱体件4的一个实施例，其中，垂直壁41之一完全变形，箱体件不能装载所需数量的物件1，装载计划不能实施到结束。

被提醒的操作人员取出已经检测为不合格的空的箱体件4，以便例如再循环(步骤53)，代之以一个新的空的箱体件4(步骤54)。

一旦新的空箱体件4定位，操作人员就启动图5的检查程序。

因此，避免浪费任何时间，避免无效开始不合格的箱体件的装载方法。

如果箱体件合格(检验52)，那么，电子控制装置5执行图6的自动装载方法，后面将予以详述。

当图6的自动装载方法启动时，电子控制装置5例如根据传感器6获得的数字图像，自动定位空的箱体件的位置(步骤550)。作为变型，该步骤550可以去除，条件是空的箱体件始终完全准确地定位在电子控制装置5掌握的预定装载位置。

然后，电子控制装置5公知地控制(步骤551)机械手3，抓取输送机2上的物件1，根据存储在存储器中的或者由电子控制装置5自动计算的预定装载计划，使之定位在箱体件4中。

然后(步骤552)，电子控制装置5用传感器6获得装有一个或多个物件1的箱体件4的数字图像，通过使用物件1的CAO模型，在该数字图像中自动检查最后一个已经定位的物件1是否正确定位。

如果不是(检验553)，那么，电子控制装置5控制机械手3，抓取该最后一个定位不良的物件(步骤554)，重复操作，直至该物件正确定位。

如果是(检验553)，那么，最后一个装载的物件1正确定位在箱体件4中，通过在前面获得的箱体件4的图像中使用物件1的CAO数字模型、以及存储在存储器中的或者由电子控制装置5自动计算的装载计划，数字化模拟(步骤555)下一个物件1的定位。

如果这种模拟的结果为否(检验556)，那么，下一个物件1不能在箱体件4中正确装载在良好位置，在这种情况下，电子控制装置5向操作人员发出告警信号(步骤557)，尽早结束自动装载方法。

相反，如果这种模拟的结果为是(检验556)，那么，电子控制装置5检查(检验558)箱体件4是否装满(例如，计算装载的物件数量，使之与箱体件4中所需物件总数量比较)。

如果箱体件4装满，则停止装载方法，以使操作人员取出装满的箱体件，布置一个新的空的箱体件4。

如果箱体件4未装满，则程序重新自动进行步骤551。

优选地，本发明应用于物件叠置的箱体件4的自动装载，但是，也可用于物件在箱体件中不叠置的箱体件4的自动装载，而是物件例如定位在箱体件的内箱中，例如每箱一件物件。

在所述实施例中，箱体件4具有垂直壁，其在装载在箱体件中的物件1整体的全部周边上围绕该物件整体。作为变型，箱体件的垂直壁，其在装载在箱体件中的物件1整体的一部分周边上围绕该物件整体。

作为变型，物件不一定由输送机2输送，而可以静态地(例如散装或堆装)贮存在机械手3容易接近的贮存区。

Claims (9)

1.用机械手(3)向箱体件自动装载物件(1)的装载方法，其特征在于，自动地反复地进行以下一系列步骤：

(a)用机械手(3)将一个物件(1)在箱体件(4)中定位在由箱体件装载计划限定的位置中，

(b)获得装有一个或多个物件的箱体件(4)的至少一个数字图像，

(c)在前一个步骤获得的所述至少一个数字图像中，自动检查已经在步骤(a)定位的物件是否正确定位；如果是，则进入下一个步骤，如果不是，则用机械手(3)取出不良定位的物件，对于该不良定位的物件在步骤(a)重复进行装载方法。

2.根据权利要求1所述的装载方法，其特征在于，在装载方法的过程中，实施一个附加步骤(d)，在所述附加步骤的过程中，下一个物件(1)在箱体件(4)中的定位是数字化模拟的且自动地检测所述下一个物件(1)是否能符合箱体件装载计划地被定位在箱体件(4)中；如果不是，则停止装载方法，如果是，如果箱体件未装满，则以一个新的物件在步骤(a)重复进行装载方法。

3.根据权利要求1所述的装载方法，其特征在于，在装载方法的过程中，在步骤(a)之前，获得空的箱体件(4)的至少一个数字图像，通过使用箱体件的所述至少一个数字图像，自动检查箱体件的合格性，并且如果箱体件合格，则用机械手(3)继续箱体件的装载方法，反之，则用一个新的箱体件取代不合格的箱体件。

4.根据权利要求3所述的装载方法，其特征在于，通过使用箱体件的所述至少一个数字图像和通过用数字化模拟箱体件装载计划，进行箱体件合格性的所述自动检查。

5.根据权利要求1所述的装载方法，其特征在于，物件(1)彼此叠置在箱体件(4)中。

6.自动装载系统，其特征在于，自动装载系统具有机械手(3)、传感器(6)和电子控制装置(5)，传感器能采集一个空的或装有至少一个物件(1)的箱体件的至少一个数字图像，电子控制装置适用于控制机械手(3)，以便实施权利要求1至5中任一项所述的装载方法。

7.信息程序产品，其特征在于，信息程序产品具有程序编码指令，当信息程序产品由机械手(3)的电子控制装置(5)执行时，信息程序产品用于自动控制所述机械手(3)，以便至少执行权利要求1或2所述的装载方法的步骤。

8.根据权利要求7所述的信息程序产品，其特征在于，当信息程序产品由机械手(3)的所述电子控制装置(5)执行时，信息程序产品用于获得一个空的箱体件(4)的至少一个数字图像，通过使用箱体件的所述至少一个数字图像，自动检查箱体件的合格性，并且如果箱体件合格，则继续用机械手(3)进行装载，反之，则停止箱体件(4)的装载。

9.根据权利要求8所述的信息程序产品，其特征在于，信息程序产品用于通过使用箱体件的所述至少一个数字图像以及通过用数字化模拟箱体件装载计划，进行箱体件合格性的所述自动检查。

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