CN109911272A - 一种基于参考线准则的自由码垛装箱方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于参考线准则的自由码垛装箱方法。首先定义一个可看作长方体的托盘，要摆货物看作小长方体；通过编程控制器，控制机械手每次抓取货物的位置，尽可能从最近点开始抓取；再次将货物摆放到托盘的左上角，选货物的原则是：根据空间里的list，按照长度优先规则或曼哈顿距离最小来进行摆放，此时记录一下货物在托盘中的位置；最后用list遍历方式摆放下一个货物沿直线方式进摆放，直到第一层不能再继续摆放为止；进行第二层操作，机械手抓住一个货物时会在空间形成一个立体，此时要求该立体与已经摆放的所有长方体在三维空间中分离即不能碰撞。本发明针对多规格箱体抓取进行设计，在确保尽可能最大化装入货物的同时使得剩余空间尽可能最少。

Description

一种基于参考线准则的自由码垛装箱方法

技术领域

本发明属于物流拣选和仓储工业应用领域，涉及到计算机、自动控制系统和通信原理，是码垛机器人在自动识别货物位置信息等的前提下，通过机械手自动抓取货物并将货物放入托盘，同时保证在满足各种约束条件下实现装箱问题的最佳直观装载方法，尤其是考虑方向约束条件下的最大装载率及最小剩余空间方法，具体为一种基于参考线准则的自由码垛装箱方法。

背景技术

伴随人工智能时代的来临，科学技术的强势持续发展会带动整体工业的迅速崛起。生产过程和运输过程的自动化、机械化已成为现代工业发展中突出的主题。通过机械手的配合来实现货物的自动抓取恰好可以提高工业化的工作效率。

装箱问题作为物流拣选和仓储管理过程中的一个关键性技术，对提高货物装载的优化程度、提高配送效率和规范业务流程都具有重要的意义。然而目前，国内很多企业依旧凭借人工经验来计算装箱，这种经验装箱的装箱流程信息化水平较低，受人为因素影响较大，存在着极大的不确定性，大大降低了装箱效率，提高了运输成本，同时也不利于企业物流管理的智能化的推进。

从理论上讲，装箱问题属于 NP-hard 问题，应用领域的不同，其约束条件和优化目标相差较大。目前国内大多文献都仅仅停留在算法研究上，而且大多采用智能算法，如启发式算法、禁忌搜索算法、模拟退火算法、遗传算法、贪心算法等等。但是很少人研究通过码垛机器人的机械手的控制来完成自动装箱方案，为此设计一种通过可控制编程器来实现机械手抓取货物，实现自动装箱方案势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于参考线准则的自由码垛装箱方法，通过机械手的配合，针对多规格箱体抓取进行设计，在确保尽可能最大化装入货物的同时使得剩余空间尽可能最少，在完成自动化装载的前提，进而实现装箱方案的快速搜索。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于参考线准则的自由码垛装箱方法，包括如下步骤：

步骤S1、定义一个托盘，把托盘看作一个长方体，待码垛商品看作小长方体，记录下每个待码垛商品的规格和型号，放入一个list；

步骤S2、现场采集包括AGV车体位置信息、码垛机器人位置信息、待码垛商品的数量和位置信息；

步骤S3、通过编程控制器，控制机械手每次抓取待码垛商品的位置，从最近点开始抓取；

步骤S4、从托盘的左上角开始，根据list，按照长度优先规则，若长度一样，按照曼哈顿距离最小来进行摆放，并记录待码垛商品在托盘中的位置；

步骤S5、用list遍历方式摆放下一个待码垛商品并沿直线方式进行摆放，直到第一层不能再继续摆放为止，转入第二层操作；

步骤S6、进行第二层操作时，机械手抓住一个待码垛商品时在空间会形成一个立体，此时要求该立体与已经摆放的所有长方体在空间中分离即不能碰撞，并更新list；一直重复以上步骤，直至托盘放满为止。

在本发明一实施例中，所述步骤S6中，若最新一个待码垛商品形成的立体与已经摆放的长方体在空间碰撞，造成空间破坏，则需进行切割操作，然后再用新的list记录这个待码垛商品的摆放信息。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方法通过编程控制器，与码垛机器人机械手的配合，实现自由码垛装箱方案。与现有方案相比，本发明方法具有以下几个特点：

（1）通过机械手可完成自动装箱，从而克服传统人工装箱的效率低下问题；

（2）采用OpenMv摄像头并配合二维码，实现AGV小车定位信息获取；

（3）通过定义参考线的高度，可优化每一层装载的利用率；

（4）通过制作货物型号的list，可快速实现待装货物的遍历；

（5）通过编程控制器，可把自动控制、计算机和通信融为一体，将待装货物、AGV小车、码垛机器人、机械手位置等的录入控制器，从而实现装箱算法步骤。

附图说明

图1为本发明装箱结果示意图。

图2为本发明自动完成装箱流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明一种针对B2B物流仓储场景，提出基于自动导引车、码垛机器人和调度管理等的物流智能装箱算法。该场景一般具有物品数目比较多、型号多样化等特点，该算法的实施可以最大程度提高识别、分拣、进出货的处理速度，尤其是拣选的效率和准确度。具体步骤如下：

（1）定义一个托盘，把托盘看作一个长方体，待码垛商品看作小长方体，记录下每个待码垛商品的规格和型号，放入一个list；

（2）通过编程控制系统，现场采集AGV车体位置信息和运动状态，码垛机器人的状态和待码垛商品的数量和位置等信息；

（3）采用OpenMv摄像头配合二维码进行AGV小车定位信息获取。商品的数量、位置跟ERP对接进行获取；

（4）通过编程控制器，告知机械手每次抓取待码垛商品的位置，尽可能从最近点开始抓取；

（5）将货物以某种方式摆放到托盘的左上角，选货物的原则是：根据空间里的list，按照长度优先规则，如果长度一样，按照曼哈顿距离最小来进行摆放，此时记录一下货物在托盘中的位置；

（6）用list遍历方式摆放下一个货物沿直线方式进摆放，直到第一层不能再继续摆放为止；

（7）一直重复上述操作，直到第一层的所有行不能再摆放则转入第二层的操作；

（8）进行第二层操作时，机械手吸住一个货物时在空间会形成一个立体，要求该立体与已经摆放的所有长方体在三维空间中分离即不能碰撞。此时要更新list，同时要避免空间交叠的状况，如果要摆的空间被破坏了，要进行切割操作，然后再用新的list记录这个货物的摆放信息，从而完成一致迭代！

以下为本发明的具体实例。

如图2所示，本发明的自动装箱流程为：

（1）通过编程控制器，录入待装物品、AGV小车、机械手等的位置信息；

（2）AGV小车通过二维码导航停在距离机械手之间设定好的位置；

（3）机械手通过吸盘抓取货物；

（4）根据一种参考规则进行货物摆放。本算法按照长度优先规则，如果长度一样，按照曼哈顿距离最小来进行摆放，此时记录一下货物在托盘中的位置；

（5）用list遍历方式摆放下一个货物沿同直线方式进摆放，直到第一层不能再继续摆放为止；

（6）进行第二层操作时，机械手吸住一个货物时在空间会形成一个立体，要求该立体与已经摆放的所有长方体在三维空间中分离即不能碰撞。此时要更新list，同时要避免空间交叠的状况，如果要摆的空间被破坏了，要进行切割操作，然后再用新的；ist记录这个货物的摆放信息；

（7）直到托盘放满为止，AGV小车按照二维码定位方式运走货物。

具体装箱结果如图1，其中编号代表装箱顺序

以下为本发明一实例的装箱算法：

#pragma once

class xiangzishuju

{

public:

int id;//每一个箱子都有一个编号相当于主码

double chang;

double kuan;

double gao;

double getchangbian();//获取短的边

double getduanbian();//获取长的边

};//这个类用于存放传进来的箱子的数据

class point

{

public:

double x;

double y;

point(double x, double y);

point();//缺省构造函数

point(const point &a);

};//这个类是一个点

class xiangziweizhi

{

public:

int id;

point dian1;//把箱子长面对自己左上角就是dian1，右下角就是dian2，

point dian2;//这样我们用dian1，dian2两个点就可以确定箱子的位置

xiangziweizhi(int id, point dian1, point dian2);//构造函数

xiangziweizhi();

xiangziweizhi(const xiangziweizhi &a);//拷贝构造函数

};//这类用于存放箱子的经过计算后箱子应该存放的位置

class lianbiao

{

public:

xiangziweizhi weizhi;

lianbiao *text;

lianbiao(xiangziweizhi weixhi);//构造函数

lianbiao();

lianbiao(const lianbiao & a);//拷贝构造函数

void houcharu(xiangziweizhi shuju);//把shuju后插入到a中

bool shifoucunzai(int id);//id是否在链表a中

void di_gao_paixu();//从低到高排序

double mianjizonghe();//计算链表里箱子的面积总和。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于参考线准则的自由码垛装箱方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、定义一个托盘，把托盘看作一个长方体，待码垛商品看作小长方体，记录下每个待码垛商品的规格和型号，放入一个list；

步骤S2、现场采集包括AGV车体位置信息、码垛机器人位置信息、待码垛商品的数量和位置信息；

步骤S3、通过编程控制器，控制机械手每次抓取待码垛商品的位置，从最近点开始抓取；

步骤S4、从托盘的左上角开始，根据list，按照长度优先规则，若长度一样，按照曼哈顿距离最小来进行摆放，并记录待码垛商品在托盘中的位置；

步骤S5、用list遍历方式摆放下一个待码垛商品并沿直线方式进行摆放，直到第一层不能再继续摆放为止，转入第二层操作；

步骤S6、进行第二层操作时，机械手抓住一个待码垛商品时在空间会形成一个立体，此时要求该立体与已经摆放的所有长方体在空间中分离即不能碰撞，并更新list；一直重复以上步骤，直至托盘放满为止。

2.根据权利要求1所述的一种基于参考线准则的自由码垛装箱方法，其特征在于，所述步骤S6中，若最新一个待码垛商品形成的立体与已经摆放的长方体在空间碰撞，造成空间破坏，则需进行切割操作，然后再用新的list记录这个待码垛商品的摆放信息。