CN112130556B - 一种机器人自动码垛装车控制系统及方法 - Google Patents

一种机器人自动码垛装车控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种机器人自动码垛装车控制系统及方法，包括两两通信的第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块；第一控制模块根据车厢及货物尺寸信息得到装车区域分段结果并发送给第二控制模块；根据当前车辆定位数据得到车厢位姿，进而得到货物码放位置并发送给第三控制模块；第二控制模块根据接收到的装车区域分段结果，进行移动导轨和物料输送线的运动控制；第三控制模块根据接收到的货物码放位置进行移动导轨上的机器人运动控制和装车控制；本公开提高了装车作业的灵活性和通用性，实现了智能化和自动化码垛装车。

Description

一种机器人自动码垛装车控制系统及方法
技术领域
本公开涉及仓储物流码垛技术领域，特别涉及一种机器人自动码垛装车控制系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
随着社会和经济的快速发展，食品、药品、化工等行业领域对仓储物流自动化程度要求越来越高。相对于袋装物料，国内外对箱式物料码垛装车研究较少。
本公开发明人发现，由于普通货车车型多、车厢尺寸长，目前多采用龙门桁架机器人与视觉采集相配合、半自动或自动装车机等装车方式。但是，龙门桁架机器人适用于定位精度高、搬运动作简单的应用领域，相比于关节机器人其空间结构尺寸大、通用性差；自动装车机结构通常比较复杂，且对工艺布局的要求较高。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种机器人自动码垛装车控制系统及方法，提高了装车作业的灵活性和通用性，实现了智能化和自动化码垛装车。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种机器人自动码垛装车控制系统。
一种机器人自动码垛装车控制系统，包括两两通信的第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块；
第一控制模块，被配置为：根据车厢及货物尺寸信息得到装车区域分段结果并发送给第二控制模块；根据当前车辆定位数据得到车厢位姿，进而得到货物码放位置并发送给第三控制模块；
第二控制模块，被配置为：根据接收到的装车区域分段结果，进行移动导轨和物料输送线的运动控制；
第三控制模块，被配置为：根据接收到的货物码放位置进行移动导轨上的机器人运动控制和装车控制。
作为可能的一些实现方式，移动导轨和物料输送线均与车厢长度方向平行，移动导轨和物料输送线沿车厢长度方向均设置有至少一个停靠工位，分别用于机器人装车和物料停放。
作为进一步的限定，所述移动导轨位于车辆和物流输送线之间。
作为可能的一些实现方式，所述机器人上设有至少一个用于车辆定位数据采集的激光传感器，所述激光传感器与第一控制模块通信。
作为进一步的限定，包括水平安装的用于测量车厢侧面或前面的激光传感器和垂直安装的用于测量底盘距离的激光传感器。
作为可能的一些实现方式，根据装车区域分段距离，移动导轨和物料输送线沿车厢长度方向设置对应的停靠工位。
作为进一步的限定，物料输送线至少一侧上设置有多个用于监测物料信号的光电传感器。
作为进一步的限定，物料输送线上每一个停靠工位设置有用于物料整理和/或停放的可升降挡板。
作为可能的一些实现方式，所述第一控制模块包括车辆定位数据采集模块、货物及车辆参数设置模块、装车状态监控模块、定位数据拟合运算模块、装车规划模块以及数据通讯模块。
作为可能的一些实现方式，所述第一控制模块包括可视化操作界面。
作为可能的一些实现方式，所述第二控制模块包括总线通讯模块、人机交互模块、移动导轨运动控制模块和物料输送线运动控制模块。
作为可能的一些实现方式，所述第三控制模块包括用于与第一控制模块通信的socket通讯模块、用于与第二控制模块通信的总线通讯模块、机器人运动控制模块和人机交互模块。
本公开第二方面提供了一种机器人自动码垛装车控制方法。
一种机器人自动码垛装车控制方法，利用本公开第一方面所述的机器人自动码垛装车控制系统，包括以下步骤：
系统初始化；
通过第一控制模块中对货物尺寸、机器人末端吸盘尺寸、车型及车厢尺寸、车辆定位参考坐标系及装车分段距离进行设置；
车辆进入指定装车区域后，获取车辆型号，获取对应车厢长度、宽度和高度信息；
第二控制模块控制移动导轨载着机器人到达车辆定位工位，第三控制模块控制机器人末端带动激光传感器运动获得车厢侧面及底盘距离数据，第一控制模块对车厢侧面及底盘距离数据进行拟合运算，得到车厢位姿；
第一控制模块中的装车规划模块根据车厢及货物尺寸信息划分多段装车区域，每段区域与移动导轨和输送线的停靠工位相对应，根据车厢位姿推算货物码放位置；
第一控制模块将货物码放位置数据传送给第三控制模块，同时将分段信息传送给第二控制模块，不同机器人装车区域对应不同停靠工位；
第二控制模块控制移动导轨将机器人送达装车停靠工位，控制物流输送线将货物送至对应停靠工位，机器人抓取货物装车，机器人码放完一段区域后，再移动到下一段区域继续装车；
当所有区域装车完成后，机器人回到零位姿态，移动导轨将机器人送达原点，整个装车过程结束。
作为可能的一些实现方式，装车过程中第二控制模块与第三控制模块之间通过总线进行逻辑信号交互，同时将各自运行状态上传至第一控制模块。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开所述的系统及方法，通过PLC控制模块(第二控制模块)控制导轨和物料输送线配合关节式机器人运动进行车辆分段装车，扩展了机器人装车范围的同时提高了装车作业的灵活性，固定工位分段装车有效避免了机器人频繁移动搬运，提高了装车效率。
本公开所述的系统及方法，采取机器人末端携带激光传感器运动的方式获取车辆位姿信息，便捷快速，通过装车规划自动推导货物码放位置，实现了智能化和自动化码垛装车作业，极大地提高工作效率，降低了生产成本。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1提供的机器人自动码垛装车控制系统的结构框图。
图2为本公开实施例2提供的机器人自动码垛装车控制方法的流程示意图。
1-总控管理系统；11-定位数据采集模块；12-参数设置模块；13-状态监控模块；14-拟合运算模块；15-装车规划模块；16-数据通讯模块；2-机器人控制系统；21-socket通讯模块；22-总线通讯模块；23-机器人运动控制模块；24-人机交互模块；3-PLC控制系统；31-总线通讯模块；32-人机交互模块；33-移动导轨控制模块；34-输送线控制模块。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，本公开实施例1提供了一种机器人自动码垛装车控制系统，包括总控管理系统1(即第一控制模块)、机器人控制系统2(即第三控制模块)和PLC控制系统3(即第二控制模块)；
所述总控管理系统1、机器人控制系统2及PLC控制系统3之间进行双向通讯。
本实施例中，所述总控管理系统1包括车辆定位数据采集模块11、货物及车辆的参数设置模块12、装车的状态监控模块13、定位数据的拟合运算模块14、根据车辆参数和定位数据的装车规划模块15以及数据通讯模块16。
所述总控管理系统1提供可视化操作界面，用于用户实现上述功能。
本实施例中，所述机器人控制系统2包括与总控管理系统之间通信的socket通讯模块21、与PLC控制系统之间的总线通讯模块22、四自由度关节机器人运动控制模块23和人机交互模块24。
可以理解的，在其他一些实施方式中，三个系统之间的通讯也可以采用其他有线或者无线通讯的方式进行，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
本实施例中，四自由度关节机器人安装在移动导轨上，作为一种优选，移动导轨通过PLC控制系统控制伺服电机实现运动。
可以理解的，在其他一些实施方式中，所述移动导轨也可以采用其他电机控制，如步进电机等，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
在进一步的实施中，机器人末端安装激光传感器用于车辆定位数据采集，具体地，可以采用一个激光传感器或采用两个激光传感器，优选地，本实施例采用两个激光传感器，其中用于测量车厢侧面或前面的激光传感器水平安装，用于测量底盘的激光传感器垂直安装。
可以理解的，在其他一些实施方式中，也可以采用三个或多个激光传感器进行定位数据采集，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
具体地，所述PLC控制系统3包括总线通讯模块31、人机交互模块32、移动导轨运动控制模块33和物料输送线运动控制模块34；所述人机交互通过触摸屏实现。
在进一步的实施中，所述移动导轨和物料输送线与车厢长度方向平行，所述移动导轨位于车辆和物料输送线之间；根据装车分段距离所述移动导轨和物料输送线均沿车辆长度方向设置有多个停靠工位。
其中，作为一种优选，物料输送线两侧上设置有多个光电传感器，用于检测物料信号。
可以理解的，在其他一些实施方式中，所述光电传感器也可以只设置在物料输送线的一侧，本领域技术人员可以根据具体情况进行选择。
在进一步的实施中，输送线上每一个停靠工位设置有可升降挡板，用于物料整理和停放，上述信号通过IO输入PLC控制系统，然后通过总线方式传送给机器人控制系统。
实施例2：
如图2所示，本公开实施例2提供了一种机器人自动码垛装车控制方法，利用实施例1提供的机器人自动码垛装车控制系统，步骤如下：
S1：系统初始化；
S2：通过总控管理系统中的参数设置对货物尺寸、机器人末端吸盘尺寸、车型及车厢尺寸、车辆定位参考坐标系及装车分段距离进行设置；
S3：车辆进入指定装车区域，用户通过参数设置录入车辆型号，获取对应车厢长度、宽度和高度信息；
S4：移动导轨载着机器人到达车辆定位工位，机器人末端带动一个激光传感器快速水平旋转，获得车厢侧面及前面测距数据；
然后机器人随移动导轨快速水平移动，另一个激光传感器获取车厢底盘测距数据，用于获取底盘平面倾角，总控管理系统对测距数据进行拟合运算，得到车厢位姿；
S5：总控管理系统中的装车规划模块根据车厢及货物尺寸信息划分多段装车区域，每段区域与移动导轨和输送线的停靠工位相对应，根据车厢位姿推算货物码放位置；
S6：总控管理系统将货物位置数据通过socket通讯传送给机器人控制系统，同时将分段信息传送给PLC控制系统，不同机器人装车区域对应不同停靠工位；
S7：PLC控制系统控制移动导轨将机器人送达装车停靠工位，控制物流输送线将货物送至对应停靠工位；
机器人抓取货物装车，装车过程中PLC控制系统与机器人控制系统之间通过总线进行逻辑信号交互，同时将各自运行状态上传至总控管理系统；
机器人码放完一段区域后，再移动到下一段区域继续装车；
S8：当所有区域装车完成后，机器人回到零位姿态，移动导轨将机器人送达原点，整个装车过程结束。
本实施例通过PLC控制系统控制导轨和物料输送线配合关节式机器人运动进行车辆分段装车，扩展了机器人装车范围的同时提高了装车作业的灵活性，机器人末端携带激光传感器运动获取车辆位姿信息，便捷快速，通过装车规划自动推导货物码放位置，实现了智能化和自动化码垛装车作业，极大地提高工作效率，降低了生产成本。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机器人自动码垛装车控制系统，其特征在于，包括两两通信的第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块；
第一控制模块，被配置为：根据车厢及货物尺寸信息得到装车区域分段结果并发送给第二控制模块；根据当前车辆定位数据得到车厢位姿，进而得到货物码放位置并发送给第三控制模块；
第二控制模块，被配置为：根据接收到的装车区域分段结果，进行移动导轨和物料输送线的运动控制；根据装车区域分段距离，移动导轨和物料输送线沿车厢长度方向设置对应的停靠工位；物料输送线上每一个停靠工位设置有用于物料整理和/或停放的可升降挡板；
第三控制模块，被配置为：根据接收到的货物码放位置进行移动导轨上的机器人运动控制和装车控制；
所述机器人上设有至少一个用于车辆定位数据采集的激光传感器，所述激光传感器与第一控制模块通信；
根据当前车辆定位数据得到车厢位姿，进而得到货物码放位置，具体为：
通过第一控制模块中对货物尺寸、机器人末端吸盘尺寸、车型及车厢尺寸、车辆定位参考坐标系及装车分段距离进行设置；
车辆进入指定装车区域后，获取车辆型号，获取对应车厢长度、宽度和高度信息；
第二控制模块控制移动导轨载着机器人到达车辆定位工位，第三控制模块控制机器人末端带动激光传感器运动获得车厢侧面及底盘距离数据，第一控制模块对车厢侧面及底盘距离数据进行拟合运算，得到车厢位姿；
第一控制模块中的装车规划模块根据车厢及货物尺寸信息划分多段装车区域，每段区域与移动导轨和输送线的停靠工位相对应，根据车厢位姿推算货物码放位置；
第二控制模块控制移动导轨将机器人送达装车停靠工位，控制物流输送线将货物送至对应停靠工位，机器人抓取货物装车，机器人码放完一段区域后，再移动到下一段区域继续装车。
2.如权利要求1所述的机器人自动码垛装车控制系统，其特征在于，移动导轨和物料输送线均与车厢长度方向平行，移动导轨和物料输送线沿车厢长度方向均设置有至少一个停靠工位，分别用于机器人装车和物料停放。
3.如权利要求2所述的机器人自动码垛装车控制系统，其特征在于，所述移动导轨位于车辆和物流输送线之间。
4.如权利要求1所述的机器人自动码垛装车控制系统，其特征在于，包括水平安装的用于测量车厢侧面或前面的激光传感器和垂直安装的用于测量底盘距离的激光传感器。
5.如权利要求1所述的机器人自动码垛装车控制系统，其特征在于，物料输送线至少一侧上设置有多个用于监测物料信号的光电传感器。
6.如权利要求1所述的机器人自动码垛装车控制系统，其特征在于，所述第一控制模块包括车辆定位数据采集模块、货物及车辆参数设置模块、装车状态监控模块、定位数据拟合运算模块、装车规划模块以及数据通讯模块；
或者，
所述第一控制模块包括可视化操作界面；
或者，
所述第二控制模块包括总线通讯模块、人机交互模块、移动导轨运动控制模块和物料输送线运动控制模块；
或者，
所述第三控制模块包括用于与第一控制模块通信的socket通讯模块、用于与第二控制模块通信的总线通讯模块、机器人运动控制模块和人机交互模块。
7.一种机器人自动码垛装车控制方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的机器人自动码垛装车控制系统，包括以下步骤：
系统初始化；
通过第一控制模块中对货物尺寸、机器人末端吸盘尺寸、车型及车厢尺寸、车辆定位参考坐标系及装车分段距离进行设置；
车辆进入指定装车区域后，获取车辆型号，获取对应车厢长度、宽度和高度信息；
第二控制模块控制移动导轨载着机器人到达车辆定位工位，第三控制模块控制机器人末端带动激光传感器运动获得车厢侧面及底盘距离数据，第一控制模块对车厢侧面及底盘距离数据进行拟合运算，得到车厢位姿；
第一控制模块中的装车规划模块根据车厢及货物尺寸信息划分多段装车区域，每段区域与移动导轨和输送线的停靠工位相对应，根据车厢位姿推算货物码放位置；
第一控制模块将货物码放位置数据传送给第三控制模块，同时将分段信息传送给第二控制模块，不同机器人装车区域对应不同停靠工位；
第二控制模块控制移动导轨将机器人送达装车停靠工位，控制物流输送线将货物送至对应停靠工位，机器人抓取货物装车，机器人码放完一段区域后，再移动到下一段区域继续装车；
当所有区域装车完成后，机器人回到零位姿态，移动导轨将机器人送达原点，整个装车过程结束。
8.如权利要求7所述的机器人自动码垛装车控制方法，其特征在于，装车过程中第二控制模块与第三控制模块之间通过总线进行逻辑信号交互，同时将各自运行状态上传至第一控制模块。
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