CN110217601B - 一种袋装货物码垛柔性流水线结构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种袋装货物码垛柔性流水线结构及其控制方法，柔性流水线结构包括摄像头、柔性流水线、顶部导轨和顶置机械臂，货物由货物流水线掉落至柔性流水线，再由柔性流水线掉落至货物装载处，摄像头用于采集柔性流水线前端与货物装载处的图像，所述图像用于识别柔性流水线、货物装载处以及货物的位置，通过控制柔性流水线移动，进行货物的码垛装载。本发明提供了一种袋装货物码垛柔性流水线结构及其控制方法，实现了货物装载的机械自动化，货物码垛效率高，安全性好。

Description

一种袋装货物码垛柔性流水线结构及其控制方法

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，用于袋装产品经由货物流水线直接装车，为一种袋装货物码垛柔性流水线结构及其控制方法。

背景技术

工业现场中，相当多的袋装货物在由生产线装袋完成后需要装车运输，包括出厂运输和入库运输，都需要将袋装货物整齐地堆放在运输车辆上。当前，这一整理码垛工作主要由人工完成，尤其是例如袋装水泥、袋装面粉、袋装粮食等等。此类工作耗费劳动力大，招工难、效率低，尤其是水泥、面粉等粉尘类货物，容易对对操作人员健康产生巨大损害，急需一种适用于生产运输流水线的自动化码垛堆放设备。

发明内容

本发明要解决的问题是：在工业生产流水线上，袋装产品如何直接由流水线上装到运输设备时的堆放码垛问题。当前工业现场中，例如袋装水泥的出厂装车、袋装面粉、袋装化肥、粮食等的码垛装车，均靠人工完成，效率低、劳动强度大、危险性高。

本发明的技术方案为：一种袋装货物码垛柔性流水线结构，架设在货物流水线与货物装载处之间，包括摄像头、柔性流水线、顶部导轨和顶置机械臂，柔性流水线通过导轨支架吊装在顶部导轨下方，顶部导轨上设置有导轨电机，导轨电机驱动导轨支架移动，带动柔性流水线沿顶部导轨移动，货物流水线位置高于货物装载处，柔性流水线的前端对应货物装载处，末端对应货物流水线，使得货物由货物流水线掉落至柔性流水线，再由柔性流水线掉落至货物装载处；柔性流水线前端与顶部导轨连接的导轨支架上设置有顶置机械臂和前端电机，顶置机械臂用于驱动柔性流水线的前端水平横向移动，前端电机用于驱动柔性流水线的前端上下移动，摄像头用于采集柔性流水线前端与货物装载处的图像，所述图像用于识别柔性流水线、货物装载处以及货物的位置，进而用于控制柔性流水线移动，进行货物的码垛装载。

作为优选方式，所述顶部导轨为双轨结构，柔性流水线的前端和末端分别通过两个导轨支架吊装在顶部导轨下方，柔性流水线沿顶部导轨移动时，货物流水线穿过导轨支架之间与柔性流水线相对运动，前端和后端的导轨支架分别对应有导轨电机，前端和后端的导轨支架可独立移动，保证柔性流水线的前端上下移动时柔性流水线展平不弯曲。

作为优选方式，柔性流水线的宽度大于货物流水线。

作为优选方式，柔性流水线为多关节相连，关节连接处为限位燕尾槽，各关节包括传送履带、驱动传送履带的电机、以及设置在传送履带两侧的侧边围栏。

作为优选方式，柔性流水线末端设有旋转轴，导轨支架连接旋转轴，当前端电机驱动柔性流水线的前端上下移动时，柔性流水线整体绕旋转轴转动。

本发明还提供了上述的袋装货物码垛柔性流水线结构的控制方法，设置货物流水线位置高于货物装载处，根据柔性流水线长度、货物流水线与货物装载处的高度差、及柔性流水线的移动范围，调整货物装载处的水平位置，使得柔性流水线在移动范围内，保证前端对应货物装载处，末端对应货物流水线，货物由货物流水线掉落至柔性流水线，再由柔性流水线掉落至货物装载处；货物码垛装载过程中，根据摄像头采集的图像，识别得到货物装载处的空间位置，对柔性流水线结构进行如下控制：

1)通过调整导轨电机、前端电机和机械臂，调整柔性流水线的初始位置，使得柔性流水线前端对应货物装载处的初始装货位置，末端对应货物流水线，其中柔性流水线末端与货物流水线保持适当距离间隙，以保证柔性流水线前端下降和横向左右移动时有活动裕度；

2)摄像头采集货物装载时的图像，根据识别的货物位置以及货物装载处的位置，通过调整导轨电机使柔性流水线沿顶置导轨前后移动，调整机械臂使柔性流水线前端左右移动，通过所述前后和左右移动实现同一平面不同位置的装载，调整前端电机使柔性流水线前端上下移动，通过所述上下移动实现同一位置多层货物的堆叠，以此在货物装载处对货物进行码垛装载。

进一步的，作为优选方式，货物装载中，以顶部导轨方向为X方向，柔性流水线前端相对货物装载处的左右移动为Y方向，上下移动为Z方向，由于柔性流水线长度L不变，柔性流水线前端移动时，柔性流水线的整体需要随之调整以适应长度L：

a)X方向与Y方向上位置状态的控制：当机械臂控制柔性流水线前端在Y方向上左右移动时，前端和后端的导轨支架分别对应的导轨电机同步调整两端导轨支架的距离，使得前端和后端的导轨支架X方向上距离增大或缩小，以满足柔性流水线的长度L；

b)X方向与Z方向上位置状态的控制：由于柔性流水线末端高度固定不变，当前端电机控制柔性流水线前端高度变化时，前端和后端的导轨支架分别对应的导轨电机同步调整两端导轨支架的距离，使得前端和后端的导轨支架X方向上距离增大或缩小，以满足柔性流水线的长度L。

本发明提供了一种袋装货物码垛柔性流水线结构及其控制方法，实现了货物装载的机械自动化，货物码垛效率高，安全性好。

附图说明

图1为本发明柔性流水线结构的三视图。

图2为本发明柔性流水线结构的立体视图。

具体实施方式

本发明针对的是在生产过程中，袋装产品经由货物流水线直接装车的过程。传统的货物流水线是固定式流水线，不具备灵活性，袋装产品若从流水线末端自由掉落，则无法堆放整齐，必须依靠人工整理。本发明就此提供了一种袋装货物码垛柔性流水线结构。

如图1所示，本发明的袋装货物码垛柔性流水线结构，架设在货物流水线与货物装载处之间，货物流水线1位置固定，所述袋装货物码垛柔性流水线结构包括摄像头、柔性流水线5、顶部导轨11和顶置机械臂9，柔性流水线5通过导轨支架12吊装在顶部导轨11下方，顶部导轨11上设置有导轨电机10，导轨电机10驱动导轨支架12移动，带动柔性流水线5沿顶部导轨11移动，货物流水线1位置高于货物装载处，柔性流水线5的前端对应货物装载处，末端对应货物流水线1，使得袋装货物由货物流水线1传输掉落至柔性流水线5，再由柔性流水线5传输掉落至货物装载处；柔性流水线5前端与顶部导轨11连接的导轨支架上设置有顶置机械臂9和前端电机8，顶置机械臂9用于驱动柔性流水线5的前端水平横向移动，移动范围S，前端电机8用于驱动柔性流水线5的前端上下移动，摄像头用于采集柔性流水线前端与货物装载处的图像，所述图像用于识别柔性流水线、货物装载处以及货物的位置，进而用于控制柔性流水线移动，进行货物的码垛装载。

所述顶部导轨11为双轨结构，柔性流水线5的前端和末端分别通过两个导轨支架吊装在顶部导轨11下方，如图2所示，柔性流水线沿顶部导轨移动时，货物流水线穿过导轨支架之间与柔性流水线相对运动，柔性流水线前端和后端的导轨支架分别对应有导轨电机，前端和后端的导轨支架可独立移动，保证柔性流水线的长度适应前端上下左右的移动。

柔性流水线为多关节相连，关节连接处为限位燕尾槽6，各关节包括传送履带4、驱动传送履带的电机3、以及设置在传送履带两侧的侧边围栏7。作为优选方式，柔性流水线的宽度大于货物流水线。

柔性流水线末端设有旋转轴2，导轨支架连接旋转轴，当前端电机驱动柔性流水线的前端上下移动时，柔性流水线整体绕旋转轴转动，柔性流水线与水平面之间夹角为A，如图1中所示的角度A。

本发明还提供了上述的袋装货物码垛柔性流水线结构的控制方法，设置货物流水线位置高于货物装载处，根据柔性流水线长度、货物流水线与货物装载处的高度差、及柔性流水线的移动范围，调整货物装载处的水平位置，使得柔性流水线在移动范围内，保证前端对应货物装载处，末端对应货物流水线，货物由货物流水线掉落至柔性流水线，再由柔性流水线掉落至货物装载处；货物码垛装载过程中，根据摄像头采集的图像，识别得到货物装载处的空间位置，对柔性流水线结构进行如下控制：

1)通过调整导轨电机、前端电机和机械臂，调整柔性流水线的初始位置，使得柔性流水线前端对应货物装载处的初始装货位置，末端对应货物流水线，其中柔性流水线末端与货物流水线保持适当距离间隙，以保证柔性流水线前端下降和横向左右移动时有活动裕度；

2)摄像头采集货物装载时的图像，根据识别的货物位置以及货物装载处的位置，通过调整导轨电机使柔性流水线沿顶置导轨前后移动，调整机械臂使柔性流水线前端左右移动，通过所述前后和左右移动实现同一平面不同位置的装载，调整前端电机使柔性流水线前端上下移动，通过所述上下移动实现同一位置多层货物的堆叠，以此在货物装载处对货物进行码垛装载。

柔性流水线长度L固定，因此在柔性流水线前端上下左右移动时，需要调整柔性流水线的整体位置来适应前端的移动。设货物装载中，以顶部导轨方向为X方向，柔性流水线前端相对货物装载处的左右移动为Y方向，上下移动为Z方向，控制如下：

a)X方向与Y方向上位置状态的控制：当机械臂控制柔性流水线前端在Y方向上左右移动时，前端和后端的导轨支架分别对应的导轨电机同步调整两端导轨支架的距离，使得前端和后端的导轨支架X方向上距离增大或缩小，以满足柔性流水线的长度L；

b)X方向与Z方向上位置状态的控制：由于柔性流水线末端高度固定不变，当前端电机控制柔性流水线前端高度变化时，前端和后端的导轨支架分别对应的导轨电机同步调整两端导轨支架的距离，使得前端和后端的导轨支架X方向上距离增大或缩小，以满足柔性流水线的长度L。

下面以将货物装车为例说明本发明的实施。

将顶部导轨11固定于厂房横梁或者通过地面支撑支架的方式悬于空中，使得顶置电机在导轨上沿着X方向移动，除了柔性流水线的整体前后移动，由于柔性流水线长度固定不可伸缩，柔性流水线前端和后端的导轨支架分别对应的导轨电机还用于调整两端导轨支架的距离，以保证柔性流水线的长度L适应前端的上下左右移动。

当运输车辆需要接收货物时，开进指定的区域范围，该范围是柔性流水线可以活动到的范围，它的大小决定于货物流水线与指定区域的相对高度、柔性流水线的长度及移动范围、以及车辆的装货面积，由于柔性流水线长度一定，当相对高度越小，则X方向的长度越长。只要控制运输车辆的水平位置在指定区域，柔性流水线就可以在区域范围内移动完成码垛工作。

当运输装备就位停稳后，摄像头拍摄运输车辆图片，用于识别以下信息：车辆位置，车厢尺寸，以及车厢高度。具体过程如下：

(1)首先车辆停靠在指定区域，以保证柔性流水线能够对应到货物流水线和车辆，并且柔性流水线与固定的货物流水线有合适的交错距离，便于高度Z和横向Y上的适当调整。

(2)获得车辆位置和车厢高度后，通过顶置电机调整柔性流水线的初始位置，再通过前端电机两者协同前端顶置电机调整柔性流水线的前端高度，以便于货物运输到车辆上。

(3)高度Z方向与X方向上位置状态的控制：当前端电机控制柔性流水线前端高度上升时，顶置电机控制前末端支架使得其X方向上距离增大，例如可以使前端支架保持静止，末端顶置电机控制末端支架后移；当前端电机控制柔性流水线前端下降时，若柔性流水线末端已达到固定流水线前端，则末端支架保持静止，前端的顶置电机控制前端支架向后移动。

(4)获得车辆尺寸后，通过顶置机械臂调整柔性流水线前端在Y方向的位置，以适合Y方向上车辆的尺寸；通过前端和末端顶置电机调整柔性流水线前端在X方向上的位置，以适合X方向上车辆的尺寸；柔性流水线在X方向和Y方向的移动用于实现货物在同一层的码放。

(5)X方向与横向Y方向上位置状态的控制：当顶置机械臂控制柔性流水线前端在横向上左右移动时，前、末端的顶置电机应控制前、末端导轨支架在X上的距离，；

(6)通过前端电机调整柔性流水线前端高度，实现堆叠多层货物。

Claims (5)

1.一种袋装货物码垛柔性流水线结构，架设在货物流水线与货物装载处之间，其特征是货物流水线位置固定，所述袋装货物码垛柔性流水线结构包括摄像头、柔性流水线、顶部导轨和顶置机械臂，柔性流水线通过导轨支架吊装在顶部导轨下方，顶部导轨上设置有导轨电机，导轨电机驱动导轨支架移动，带动柔性流水线沿顶部导轨移动，货物流水线位置高于货物装载处，柔性流水线的前端对应货物装载处，末端对应货物流水线，使得货物由货物流水线掉落至柔性流水线，再由柔性流水线掉落至货物装载处；柔性流水线前端与顶部导轨连接的导轨支架上设置有顶置机械臂和前端电机，顶置机械臂用于驱动柔性流水线的前端水平横向移动，前端电机用于驱动柔性流水线的前端上下移动，摄像头用于采集柔性流水线前端与货物装载处的图像，所述图像用于识别柔性流水线、货物装载处以及货物的位置，进而用于控制柔性流水线移动，进行货物的码垛装载；

柔性流水线为多关节相连，关节连接处为限位燕尾槽，各关节包括传送履带、驱动传送履带的电机、以及设置在传送履带两侧的侧边围栏；

所述顶部导轨为双轨结构，柔性流水线的前端和末端分别通过两个导轨支架吊装在顶部导轨下方，柔性流水线沿顶部导轨移动时，货物流水线穿过导轨支架之间与柔性流水线相对运动，前端和后端的导轨支架分别对应有导轨电机，前端和后端的导轨支架可独立移动，保证柔性流水线的前端上下移动时柔性流水线展平不弯曲；

以顶部导轨方向为X方向，柔性流水线前端相对货物装载处的左右移动为Y方向，上下移动为Z方向：

a）当机械臂控制柔性流水线前端在Y方向上左右移动时，前端和后端的导轨支架分别对应的导轨电机同步调整两端导轨支架的距离，使得前端和后端的导轨支架X方向上距离增大或缩小，以满足柔性流水线的长度L；

b）由于柔性流水线末端高度固定不变，当前端电机控制柔性流水线前端高度变化时，前端和后端的导轨支架分别对应的导轨电机同步调整两端导轨支架的距离，使得前端和后端的导轨支架X方向上距离增大或缩小，以满足柔性流水线的长度L。

2.根据权利要求1所述的一种袋装货物码垛柔性流水线结构，其特征是柔性流水线的宽度大于货物流水线。

3.根据权利要求1所述的一种袋装货物码垛柔性流水线结构，其特征是柔性流水线末端设有旋转轴，导轨支架连接旋转轴，当前端电机驱动柔性流水线的前端上下移动时，柔性流水线整体绕旋转轴转动。

4.权利要求1～3任一项所述的袋装货物码垛柔性流水线结构的控制方法，其特征是设置货物流水线位置高于货物装载处，根据柔性流水线长度、货物流水线与货物装载处的高度差、及柔性流水线的移动范围，调整货物装载处的水平位置，使得柔性流水线在移动范围内，保证前端对应货物装载处，末端对应货物流水线，货物由货物流水线掉落至柔性流水线，再由柔性流水线掉落至货物装载处；货物码垛装载过程中，根据摄像头采集的图像，识别得到货物装载处的空间位置，对柔性流水线结构进行如下控制：

1）通过调整导轨电机、前端电机和机械臂，调整柔性流水线的初始位置，使得柔性流水线前端对应货物装载处的初始装货位置，末端对应货物流水线，其中柔性流水线末端与货物流水线保持适当距离间隙，以保证柔性流水线前端下降和横向左右移动时有活动裕度；

2）摄像头采集货物装载时的图像，根据识别的货物位置以及货物装载处的位置，通过调整导轨电机使柔性流水线沿顶置导轨前后移动，调整机械臂使柔性流水线前端左右移动，通过所述前后和左右移动实现同一平面不同位置的装载，调整前端电机使柔性流水线前端上下移动，通过所述上下移动实现同一位置多层货物的堆叠，以此在货物装载处对货物进行码垛装载。

5.根据权利要求4所述的袋装货物码垛柔性流水线结构的控制方法，其特征是货物装载中，以顶部导轨方向为X方向，柔性流水线前端相对货物装载处的左右移动为Y方向，上下移动为Z方向：

a）X方向与Y方向上位置状态的控制：当机械臂控制柔性流水线前端在Y方向上左右移动时，前端和后端的导轨支架分别对应的导轨电机同步调整两端导轨支架的距离，使得前端和后端的导轨支架X方向上距离增大或缩小，以满足柔性流水线的长度L；

b）X方向与Z方向上位置状态的控制：由于柔性流水线末端高度固定不变，当前端电机控制柔性流水线前端高度变化时，前端和后端的导轨支架分别对应的导轨电机同步调整两端导轨支架的距离，使得前端和后端的导轨支架X方向上距离增大或缩小，以满足柔性流水线的长度L。

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