CN112791962B - 并排包裹的分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述并排包裹的分离方法，针对性地逐一分离最前位置包裹，实现批量包裹高速分离与单队列输送，实现后续单一扫码操作的最大速率、降低漏检率和提高整体分拣作业的效率。分离方法包括有以下步骤：分散，从输送线到达分散装置的包裹，通过输送方向存在的角度差进行分散，相邻包裹之间留有间隙；检测识别，通过视觉识别装置对被检测包裹进行拍照并识别，获取每一包裹的三维尺寸与实时位置数据；分离，被识别的相邻包裹，通过分离装置被施加不同的输送速度；识别为较前位置的第一包裹以较快地速度到达靠边装置，以此类推；单列排队，先后到达靠边装置的不同包裹，呈单列队列向前输送。

Description

并排包裹的分离方法

技术领域

本发明涉及一种实施货物高速分拣的并排包裹的分离方法，属于物流分拣领域。

背景技术

现有电商与快递行业的物流分拣作业现场，通常采用前端人工手动上件的作业模式，将大量的成堆进入输送线的包裹进行手动分离，以方便后续扫描与信息录入。

现有高速分拣机的前端人工供件方式，需要配置多名工作人员。分拣设备通常是以较高的速度运转、且不能停机，相应地对手动上件人员的素质要求较高，现场劳动强度也较大。如果期间出现上件处理速度下降现象，将出现仍有大量成堆货物进入后续扫描分拣阶段，造成大量货件积压，既加大了扫描与分拣作业压力，且有大量的未识别货物再次进入上件与扫描工序，从而直接影响到整体分拣作业的处理效率、延长整机设备的工作时间，降低了物流系统的分拣效率与能力。

如公开以下方案的在先申请专利，申请号CN201910162842.X，名称为并排物体分离方法及装置，其并排物体分离装置包括并排设置的多个条形传送带、多个电机和控制单元，所述电机与所述条形传送带一一对应。所述方法包括，当检测到第一物体与第二物体并排时，所述控制单元获取所述第一物体的第一位置信息和所述第二物体的第二位置信息，通过电机控制所述第一条形传送带集合与所述第二条形传送带集合以不同的传输速度运行，使所述第一物体与所述第二物体分离。分离装置在相邻条形传送带之间设有间隔槽，在间隔槽中设有光电传感器，间隔槽位于物体在所述条形传送带的传送路径的上游位置，所述多个光电传感器与所述控制单元连接。通过第一电机集合控制所述第一条形传送带集合以所述第一速度传输所述第一物体，控制所述第二电机集合控制所述第二条形传送带集合以第三速度传输所述第二物体，所述第三速度小于所述第一速度。

如上述在先申请方案，其存在缺点与不足之处包括：1、被检测与分离的包裹，在进入相邻间隔槽形成的不同条形传送带之前，如何进行有限地间隔？还是仍采取人工分件手段加以预处理？在先申请并未给予足够的公开，分离技术的具体应用上存在缺隐；2、并未解决相邻包裹多种位置关系之间的识别和后续分离处置，所解决的问题有限，有待于进一步地针对性解决；3、通过传感器信号触发方式进行分离处置，处理速度较低，难以满足现有高速、批量包裹的现场处理要求；4、分离后的包裹仍处于离散状态，不利于后续单一扫码，遗漏比例仍较大。

有鉴于此，特提出本专利申请。

发明内容

本发明所述的并排包裹的分离方法，在于解决上述现有技术存在的问题而采取先分散拉开间隙、再应用图像识别算法进行拍照与识别相邻包裹间的位置关系，以针对性地逐一分离最前位置包裹，实现批量包裹高速分离与单队列输送，实现后续单一扫码操作的最大速率、降低漏检率和提高整体分拣作业的效率。

为实现上述设计目的，本申请所述的并排包裹的分离方法，主要包括有以下实施步骤：

1)分散

从输送线到达分散装置的包裹，通过输送方向存在的角度差进行分散，相邻包裹之间留有间隙；

2)检测识别

通过视觉识别装置对被检测包裹进行拍照并识别，获取每一包裹的三维尺寸与实时位置数据；

视觉识别装置根据图像识别算法对包裹图像进行边缘检测，从中筛选出包裹的边缘信息对应的包裹三维坐标与位置信息；

定义包裹沿输送方向最外围的尺寸坐标为包裹当前位置；

3)分离

被识别的相邻包裹，通过分离装置被施加不同的输送速度；

识别为较前位置的第一包裹以较快地速度到达靠边装置，以此类推；

4)单列排队

先后到达靠边装置的不同包裹，呈单列队列向前输送。

进一步地，在所述的分离阶段，若数个包裹的位置信息一致，则通过包裹的尺寸信息进行对比，体积最大的包裹认定为第一包裹，以此类推。

沿包裹输送方向的垂直方向安装所述的视觉识别装置；视觉识别装置包括有3D相机。

所述的分散装置，包括数台沿输送方向呈发散状态排列的散射皮带机，且由数台伺服电机分别独立驱动。

所述的分离装置，包括数台沿输送方向呈矩阵排列的分离皮带机，每一台分离皮带机单独地通过伺服电机驱动；对通过图像识别算法对比识别出的第一包裹，提高其输送皮带机的电机转速；位置靠后的包裹，降低其输送皮带机的电机转速或是停止转动，直至第一包裹完全超过其他包裹；以此循环往复，将全部包裹单一、先后地输送至靠边装置。

所述的靠边装置是斜向辊筒机；到达靠边装置的不同包裹，均沿辊筒输送方向排列至一侧而呈单列队列。

综上内容，所述并排包裹的分离方法具有的优点是：

1、能够满足大批量包裹无需人工干预与预先处置而自动地进入分离装置中，适用于高速分拣机的全自动运行要求，无需原有的人工上件环节。

2、能够大量地减少人工投入，减少劳动工人的作业强度与作业量，同时降低了对人员素质的要求。

3、采用图像识别算法能够同时识别、计算多个相邻包裹的位置关系，从而提高处理逐一分离处理的准确性与效率，分离方法的执行可靠性得以最大程度地提高。

4、改进了现有技术的不足之处，方案公开更充分、有更广阔的应用前景，有利于提高分拣作业的全自动化水平。

附图说明

现结合以下附图来进一步地说明本发明。

图1是本申请所述并排包裹的分离方法流程示意图；

图2是包裹位置分布示例1的示意图；

图3是包裹位置分布示例2的示意图；

图4是本申请所述并排包裹的分离装置模块组成示意图；

图5是并排包裹的分离装置的控制系统示意图；

图6-1至图6-6是并排包裹分离控制过程示意图；

图7是单台散射皮带机的传动机构示意图；

图8是单台分离皮带机的侧向结构示意图；

具体实施方式

实施例1，本申请所述并排包裹的分离方法，包括有以下实施步骤：

1)分散

从输送线到达分散装置的包裹，通过输送方向存在的角度差进行分散，相邻包裹之间留有间隙；

2)检测识别

沿包裹输送方向的垂直方向安装所述的视觉识别装置，视觉识别装置包括有3D相机；

通过视觉识别装置对被检测包裹进行拍照并识别，获取每一包裹的三维尺寸与实时位置数据；

视觉识别装置根据图像识别算法对包裹图像进行边缘检测，从中筛选出包裹的边缘信息对应的包裹三维坐标与位置信息；

定义包裹沿输送方向最外围的尺寸坐标为包裹当前位置；

3)分离

被识别的相邻包裹，通过分离装置被施加不同的输送速度；

若数个包裹的位置信息一致，则通过包裹的尺寸信息进行对比，体积最大的包裹认定为第一包裹，以此类推。

识别为较前位置的第一包裹以较快地速度到达靠边装置，以此类推；

4)单列排队

先后到达靠边装置的不同包裹，呈单列队列向前输送。

在上述方法流程中，所述的分离装置，包括数台沿输送方向呈矩阵排列的分离皮带机，每一台分离皮带机单独地通过伺服电机驱动；

对通过图像识别算法对比识别出的第一包裹，提高其输送皮带机的电机转速；

位置靠后的包裹，降低其输送皮带机的电机转速或是停止转动，直至第一包裹完全超过其他包裹；

以此循环往复，将全部包裹单一、先后地输送至靠边装置。

在上述方法流程中，所述的靠边装置是斜向辊筒机；到达靠边装置的不同包裹，均沿辊筒输送方向排列至一侧而呈单列队列。

如图1所示，并排包裹分离的单件分离原理与主要流程是，首先，包裹集合从输送皮带机上料，运输到散射皮带机时，散射皮带机会通过前进方向的角度差对包裹进行分散，使粘连包裹运动到分离皮带机上时，相邻包裹之间拉开间隙，方便算法识别为不同包裹；当分离皮带机上同一时间有多个包裹时，视觉控制器会通过相机获得包裹的当前位置信息，通过算法处理将包裹是否为第一包裹集合和第二包裹集合，第一包裹总是沿包裹输送方向位置最靠前的包裹或者包裹集合；当包裹被判定为第一包裹时，PLC会给第一包裹对应的皮带驱动电机高速运行指令，给第二包裹对应的皮带驱动电机低速运行或者0速运行指令，在一段时间内让第一包裹于第二包裹拉开的距离大于并排距离，使第一包裹集合和第二包裹集合分离，然后第二包裹的位置信息反馈到视觉控制其继续进行算法处理，等待分离命令；同时，分离完成的第一包裹高速驶离分离皮带机，进入靠边滚筒后通过靠边辊筒实现包裹队列形式继续向前输送。

通过与输送方向垂直安装的3D相机检测包裹的三维尺寸和实时位置，将包裹独立区分出来，视觉控制单元根据图像识别算法判断传送带上的物体，该图像识别算法可以对图像进行边缘检测，从图像的边缘检测数据中筛选出包裹的边缘信息，该边缘信息就是包裹轮廓的坐标。

其中，包裹沿输送方向最外围的尺寸坐标定义为包裹当前的位置，该位置信息是算法判断包裹分离先后顺序的重要输入条件，即沿包裹输送方向位置最靠前的包裹定义为第一包裹，除第一包裹外同一时间处在分离皮带机上的其他包裹定义为第二包裹集合。

可能存在有以下情况：

第一种可能，第一包裹位置和第二包裹集合位置分布如图2所示时，L>10mm时算法判定为两个包裹，且第一包裹和第二包裹集合不存在并排关系，系统判定当前状态下第一包裹可以实现分离；

第二种可能，第一包裹位置和第二包裹集合位置分布如图3所示，当L>-10mm且W>10mm时，算法判定为两个包裹，且第一包裹和第二包裹集合存在并排关系，系统判定当前状态下第一包裹可以实现分离；

第三种可能，第一包裹位置和第二包裹集合位置分布如图3所示，当L>-10mm且W<10mm且|H1-H2|>10mm时，算法判定为两个包裹，且第一包裹和第二包裹集合存在并排关系，系统判定当前状态下第一包裹可以实现分离；

第四种可能，第一包裹位置和第二包裹集合位置分布如图3所示，当L>-10mm且W<10mm且|H1-H2|<10mm时，算法判定为一个包裹，此类情况包裹称为粘连包裹，系统判定当前状态下第一包裹可以实现分离，粘连包裹等待下一时段算法处理结果等待分离命令。

如图4和图5所示，本申请所述并排包裹的分离方法，是通过控制并排包裹底部的传送带集合以不同的速度运行以达到分离目的。

并排包裹的分离装置，还包括由上位机、PLC、视觉模块、伺服电机组成的控制系统，伺服电机分别驱动分离皮带机和散射皮带机，包裹上料由输送皮带机执行，下料由靠边辊筒机完成；

在整个分离装置的控制通讯中，包括上位机和视觉控制器发送指令给PLC，PLC发送指令给伺服电机以驱动并控制分离皮带机以相应的转速运行，同时PLC还发送指令给视觉控制器触发相机进行拍照。

具体地，视觉控制器通过3D相机检测到包裹的实时位置信息。通过位置信息比对，将沿包裹输送方向位置最靠前的包裹为第一包裹，第一包裹对应的皮带为第一皮带集合，其他包裹对应的皮带为第二皮带集合，第一皮带集合对应的伺服电机的转速为第一速度，其他皮带集合对应的伺服电机的转速为第二速度，第一速度应大于第二，通过控制不同包裹对应的皮带驱动电机的速度，实现包裹分离。

当视觉控制器检测到包裹分开距离大于并排距离时，当前分离已经完成，控制前会继续比对下一组包裹的位置信息，同理完成并排包裹的分离；

若包裹分拣过大时，算法判定第一包裹集合和第二包裹集合包裹行进间无法完成分离，控制器会给第一包裹集合对应的皮带驱动电机高速命令，给第二包裹集合对应的皮带驱动电机0速度命令，等第一包裹与第二包裹之间的距离大于并排距离时，控制器会通过PLC给第二包裹对应皮带驱动电机低速命令，第二包裹集合进行后续分离；

如图6-1至图6-6所示的并排包裹分离控制过程，通过视觉识别装置进行检测与识别的过程分解如下：

1)相机拼接

在图6-1中，由于分离皮带机的面积太大，超过了单个3D相机的有效视野范围，单个相机的有效视野范围大于分离皮带机面积的1/4且小于1/2，所以采用4个3D相机视觉拼接的方法，通过视觉算法对比去除拍照重复的部分，完成分离分离皮带机同一时刻，一张完整俯视图的画面(初步完成相机拼接，后边需要对视觉检测边界进行划分)。

2)坐标设定及视觉检测边界划分

在图6-2中，在分离皮带上选定一点O，作为零点坐标；选定X轴、Y轴正方向，然后测量出分离皮带机的坐标原点O距离皮带边缘x1,x2,y1,y2的数据，将测量得到的数据输入视觉控制算法，得到视觉检测边界如图6-3所示。

3)包裹边界标定及坐标信息

在图6-4中，当包裹出现在相机视野范围内时，相机会对包裹外围边界进行画框，如黑色加粗部分外框所示，其中坐标x,y代表包裹在分离皮带机上的位置，z代表包裹的高度信息，相机捕捉到的包裹的外围边界包含多个坐标信息，这个信息是算法判断包裹分离先后顺序的重要依据；包裹1对应的皮带机如图6-4中区域1所示，包裹2对应的皮带机如图6-4中区域2所示，视觉控制器通过发送指令给PLC控制不同区域的皮带机以不同的速度运转，通过速度差实现包裹分离；当沿包裹输送方向最前端的分离皮带机上存在并排包裹时，相机会捕捉两个包裹的边界尺寸坐标，其中{x1,y1,z1}代表包裹1的坐标集合，{x2,y2,z2}代表包裹2的坐标集合，包裹分离分多种情况；

第一种情况，如图6-5所示，沿包裹输送方向最前端不存在并排包裹时，也就是说，假设(x2a,y2a,z2a)是包裹2坐标集合上的一点，(x1a,y1a,z1a)是包裹1坐标集合上的一点，

且(x1a,y1a,z1a)∈{x1,y1,z1}，总有x2a<x1a；此时，视觉控制器会发送高速指令给PLC控制包裹2对应的区域2的伺服电机高速运转，包裹1的包裹集合进行后续算法处理等待分离。

第二种情况，如图6-6所示，沿包裹输送方向最前端存在并排包裹时，也就是说，假设(x2a,y2a,z2a),(x2b,y2b,z2b)是包裹2坐标集合上的点，(x1a,y1a,z1a),(x1b,y1b,z1b)是包裹1坐标集合上的点，(x2a,y2a,z2a)∈{x2,y2,z2}且(x2b,y2b,z2b)∈{x2,y2,z2}；(x1a,y1a,z1a)∈{x1,y1,z1}且(x1b,y1b,z1b)∈{x1,y1,z1}；

且

此时包裹1和包裹2称为并排包裹；假设包裹2存在一点(x2c,y2c,z2c)，对于包裹1上的任意一点(x1c,y1c,z1c)，都有x2c<x1c，数学表达为，

∈{x2,y2,z2}，

都有x2c<x1c，此时算法判定包裹2的分离优先级高于包裹1，视觉控制器控制PLC给区域2对应的伺服电机发送高速指令，区域1对应的高速电机低速指令，运行一段时间后，当某个时段，

存在x1d-x2d≥10，此时判定包裹2和包裹1已经分离完成，包裹1及后续包裹同理进行算法处理等待分离。

对于并排包裹的分离还存在一种特殊情况，当算法判定包裹2的分离优先级高于包裹1，但算法计算包裹1和包裹2距离分离皮带机边缘距离太短，不足以在行进间完成分离，此时视觉控制器会控制PLC给区域2对应的伺服电机发送高速指令，同时给区域2之外的区域对应的伺服电机零速度指令，等待包裹2分离完成之后，视觉控制器会通过发送指令给PLC控制其他区域包裹对应的伺服电机在低速运行，同理进行包裹分离；

为实现上述分离方法，所述并排包裹的分离装置，沿输送方向排列有分散装置、视觉识别装置、分离装置和靠边装置。其中，

所述的视觉识别装置设置于包裹输送方向的垂直方向上，包括有3D相机；

所述的分散装置，包括数台沿输送方向呈发散状态排列的散射皮带机，且由数台伺服电机分别独立驱动；

所述的分离装置，包括数台沿输送方向呈矩阵排列的分离皮带机，每一台分离皮带机单独地通过一伺服电机驱动；

所述的靠边装置是斜向辊筒机。

如图7所示，所述的散射皮带机包含12条呈一定角度发散排列的窄皮带机。每四条窄皮带机为一组。总共由三台伺服电机驱动。

其中，第一窄皮带机包括由伺服电机11驱动的多组V带12；多组V带12通过十字万向联轴器13连接于V带轮轴14；伺服电机11通过同步带轮15和同步带16驱动V带轮轴14。

如图8所示，所述的分离皮带机包含24条呈矩阵排列的小皮带机组成，每一条小皮带机由一台伺服系统驱动，可以单独地进行调速。

其中，每一小皮带机包括由伺服减速机21和带轮22驱动的输送带23；在两侧带轮22之间套设有涨紧带24，涨紧带24依次连接驱动滚筒25、安装于涨紧曲柄轴27上的涨紧滚筒26、以及涨紧柄和弹簧28。

涨紧滚筒26在涨紧柄和弹簧28的拉力下实现自动涨紧，既可节省因手动调节涨紧结构而预留的空间，使结构更紧凑；又可实现自动涨紧，免于人工维护。

综上内容，结合附图中给出的实施例仅是优选方案。对于所属领域技术人员来说可以据此得到启示，而直接推导出符合本发明设计构思的其他替代结构，也应属于本发明所述的方案范围。

Claims (4)

1.一种并排包裹的分离方法，其特征在于：包括有以下实施步骤，

1)分散

从输送线到达分散装置的包裹，通过输送方向存在的角度差进行分散，相邻包裹之间留有间隙；

2)检测识别

通过视觉识别装置对被检测包裹进行拍照并识别，获取每一包裹的三维尺寸与实时位置数据；当分离皮带机上同一时间有多个包裹时，视觉控制器会通过相机获得包裹的当前位置信息，通过算法处理将包裹是否为第一包裹集合和第二包裹集合，第一包裹总是沿包裹输送方向位置最靠前的包裹或者包裹集合；

视觉识别装置根据图像识别算法对包裹图像进行边缘检测，从中筛选出包裹的边缘信息对应的包裹三维坐标与位置信息；

包裹沿输送方向最外围的尺寸坐标定义为包裹当前的位置，沿包裹输送方向位置最靠前的包裹定义为第一包裹，除第一包裹外同一时间处在分离皮带机上的其他包裹定义为第二包裹集合；

3)分离

被识别的相邻包裹，通过分离装置被施加不同的输送速度，识别为较前位置的第一包裹以较快地速度到达靠边装置；

分离装置包括数台沿输送方向呈矩阵排列的分离皮带机，每一台分离皮带机单独地通过伺服电机驱动；

对通过图像识别算法对比识别出的第一包裹，提高其输送皮带机的电机转速；

位置靠后的包裹，降低其输送皮带机的电机转速或是停止转动，直至第一包裹完全超过其他包裹；

若数个包裹的位置信息一致，则通过包裹的尺寸信息进行对比，体积最大的包裹认定为第一包裹；以此循环往复，将全部包裹单一、先后地输送至靠边装置；

4)单列排队

先后到达靠边装置的不同包裹，呈单列队列向前输送。

2.根据权利要求1所述的并排包裹的分离方法，其特征在于：沿包裹输送方向的垂直方向安装所述的视觉识别装置；视觉识别装置包括有3D相机。

3.根据权利要求1或2所述的并排包裹的分离方法，其特征在于：所述的分散装置，包括数台沿输送方向呈发散状态排列的散射皮带机，且由数台伺服电机分别独立驱动。

4.根据权利要求3所述的并排包裹的分离方法，其特征在于：所述的靠边装置是斜向辊筒机；

到达靠边装置的不同包裹，均沿辊筒输送方向排列至一侧而呈单列队列。

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