CN112850013A - 一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，包括将纸箱所有规格、托盘和码垛垛型输入系统；最大化利用托盘码放空间，获得优选的码放方向；根据纸箱规格尺寸和托盘尺寸将托盘划分成多个独立的小区域；按照装填单个独立的码放区域和多规格纸箱的拼合，确定纸箱的码放组合；由远及近、由完成一层再码下一层依次码放来料点的独立区域；通过三维立体相机实时获取来料纸箱的三维形貌和规格尺寸进行规划，给出当前纸箱的码放位姿；纸箱来料结束后，对混码垛型进行微调整。该方法自主规划决策，能够实现随机多规格纸箱物料的自动化、智能化、柔性化码垛作业。

Description

一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法
技术领域
本发明属于工业物流自动化及拆码垛技术领域，尤其涉及一种针多规格纸箱随机来料的混合码垛的智能规划方法。
背景技术
目前，在物流仓储业及企业内部物流中广泛存在着纸箱物料的拆码垛应用，利用机器人进行纸箱拆码垛时一种便捷、高效的手段。码垛机器人在码垛过程中，一般会采用在线示教生成垛形，过程繁琐，且占用大量的时间，且通过示教方式进行码垛只能适用于单一或固定纸箱规格，如果纸箱尺寸发生变化则必须重新示教；如果纸箱规格多样且随机，即使配套视觉通进行识别，缺乏合理的码垛规划算法，则会造成托盘空间浪费或无法进行自动混码作业。然而，随着人们需求的多样化、订单的随机性，很多企业逐步向小批量、多批次、灵活的柔性生产模式转换，产品及纸箱包装的规格也多样复杂，为了优化运输空间，降低供应链成本和运输成本，在中间转运、入库等环节，多规格的纸箱混合垛也成为一种常见形式。因此开发一种能够针对随机的多规格的纸箱码垛的智能规划方法，以实现机器人针对随机混杂纸箱来料情况的自动化、智能化、柔性化码垛作业具有重大的意义和价值。
经对现有技术文献的检索发现，接近度较高的专利有2项：(1)一种适用多种规格纸箱全自动码垛机(专利申请号：201922002027.5)，该专利提出了一种框架式码垛机，通过横移机构的左右移动及升降机构的上下移动，实现不同尺寸纸箱的码垛功能，其目的是提供一种适应一定范围内规格变动的纸箱码垛机，未涉及多规格纸箱的混合码垛及混码规划方法；(2)一种错位码垛规划的方法(专利申请号：2014108182.3)，该专利提供了一种基于货物信息、托盘信息、码垛层数及错位信息，进行解析计算得出最优垛型的规划方法，其每次规划是针对同一规格纸箱进行计算，当纸箱规格发生变化时也可进行垛型规划，但未涉及同时存在多种规格纸箱时的混合码垛规划算法。此外，相关的期刊文献中针对多规格纸箱混合码垛的介绍也多是启发性算法，算法复杂、计算量大，无法指导实际应用中的多规格纸箱随机来料的混合码垛作业。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种针对多规格纸箱随机来料的智能码垛规划方法，可适应于纸箱长、宽、高均不相同，纸箱来料顺序随机未知的情况。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，包括如下步骤：
步骤1，将纸箱所有规格、托盘信息和码垛垛型输入系统；
步骤2，针对每种规格纸箱最大化利用托盘码放空间，通过计算获得优选的码放方向；
步骤3，根据纸箱规格尺寸和托盘尺寸，将托盘划分成多个独立的小区域；
步骤4，按照装填单个独立的码放区域和多规格纸箱的拼合，确定纸箱的码放组合；
步骤5，由远及近依次码放距离码垛机器人及纸箱物料来料点的独立区域，在高度方向上码满一层，再码下一层；
步骤6，通过三维立体相机实时获取来料纸箱的三维形貌和规格尺寸，根据纸箱规格尺寸和当前托盘上纸箱码放情况，按照混码算法进行规划，给出当前纸箱的码放位姿；
步骤7，当纸箱来料结束后，对混码垛型进行微调整。
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：
步骤1中，用户根据实际纸箱种类、托盘规格和码垛要求，输入系统所有纸箱长Li、宽Wi、高Hi规格尺寸、托盘LT、宽WT尺寸、垛型最大码放高度Hmax和相邻纸箱码放间隙△d。
步骤2中，托盘上纸箱码放时，纸箱的棱边与托盘的棱边平行，纸箱高度与托盘高度平行，纸箱长度/宽度方向与托盘长度/宽度方向平行；
纸箱在托盘上包括：横放形式Li╳Wi╳Hi和竖放形式Wi╳Li╳Hi；
Li╳Wi╳Hi形式表示纸箱长度与托盘长度方向平行、纸箱宽度与托盘宽度方向平行；Wi╳Li╳Hi形式表示纸箱宽度方向与托盘长度方向平行、纸箱长度方向与托盘宽度方向平行。
步骤2中，纸箱码放方向优选的具体方法如下：
21)计算纸箱按照横放和竖放两种方向码放，在托盘上可码放的最大数量；
22)判断哪种码放形式可以与其他规格纸箱进行拼合；
(22a)优先选择码放矩阵可以通过自身数量拼合，化成同一种码放矩阵的码放形式，即托盘长度和宽度两个方向的码放数量均与其他规格纸箱的码放数量呈整数倍关系；
(22b)当无法满足两个方向均呈倍数关系时，优选托盘长度方向数量满足倍数关系的码放形式；
(22c)当两种码放形式下两个方向的码放数量均不满足倍数关系时，通过自身数量拼合，形成新的码放矩阵，再判断是否满足倍数关系；
(22d)当一种规格纸箱的两种码放形式下的码放矩阵同时满足倍数关系时，优先选择码放数量多的码放形式。
步骤3中；托盘区域的划分，根据步骤2中确定的纸箱码放形式及码放矩阵，结合托盘尺寸，进行独立区域划分；
划分数量根据优选的纸箱码放形式对应的码放矩阵确定：选择各规格纸箱在托盘长度方向码放数量的最大公约数作为托盘长度方向的划分数量p，选择各规格纸箱在托盘宽度方向码放数量的最大公约数作为托盘宽度方向的划分数量q，则托盘划分的独立区域数量n＝p╳q。
步骤4中，纸箱码放组合确定，则是根据托盘上单个独立区域大小及每种规格纸箱的码放形式来确定，即码放单个独立区域所需的纸箱组合情况。若各规格纸箱码放数量在托盘长度方向满足倍数关系，则各规格纸箱的码放组合需保证占满托盘独立区域的托盘长度方向；若各规格纸箱码放数量在托盘长度方向满足倍数关系，则各规格纸箱的码放组合需保证占满托盘独立区域的托盘长度方向。
在进行码放位姿确定时的整体约束条件有3个：
(6a)边界约束条件：每个纸箱应该完全码放在托盘上，不能超出托盘边沿，并且箱子在托盘上应该平行放置，即箱子的棱边与托盘的棱边平行；
(6b)几何约束条件：托盘上任意两个纸箱之间不能发生切割或交叠现象，互不干涉；
(6c)垛型约束条件：对垛型高度的限制。
步骤7中，对混码垛型进行微整，纸箱高度差大于1个最大纸箱规格，判断未码满的上一层剩余空间是否可以码放组高层的纸箱，如果空间足够，则将最高层纸箱移至未码满的一层进行放置，如果空间不足，则不进行调整。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
本发明在进行智能码垛规划计算时，通过输入纸箱所有规格尺寸、托盘尺寸、码放高度信息，然后根据混码算法，规划出每种规格纸箱的优选码放方向、托盘区域划分、纸箱的最佳码放组合，合理利用托盘码放空间，最终给出纸箱码放位姿。
本发明通过在纸箱来料一端架设一套三维立体相机，实时获取来料纸箱的规格尺寸，然后将纸箱规格尺寸传送给智能码垛控制系统，根据码垛规划算法给出当前纸箱的码放位姿信息，码垛机器人接收到码放位置信息后将纸箱码放到对应位置，完成当前纸箱的码垛。整个码垛过程无需人工参与，自主规划决策，实现随机多规格纸箱物料的自动化、智能化、柔性化码垛作业。
本发明具有以下优点：
1.混合码垛规划方法包含了每种规格纸箱的码放方向优选、纸箱码放组合确定、托盘区域划分、码放顺序及原则，充分合理的利用托盘空间，解决了多规格纸箱、随机来料时的混合码垛作业，特别是针对纸箱高度不同时的混码作业也可适用；
2.本发明提供的智能混合码垛规划方法，当纸箱规格发生变化，纸箱种类增多或减少，托盘规格改变时，只需在先验信息输入端进行修改，无需其他操作，适用性更广泛，智能化、自动化程度更高；
3.本发明提供的智能混码规划方法，综合考虑了码垛机器人、来料位置布局，给定码放顺序及码放原则，有效避免机器人与物料的干涉，更加适合实际生产。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明混合码垛规划流程示意图；
图2是本发明托盘坐标系建模示意图；
图3(a)、(b)是本发明实施例智能混码机器人系统布局；
图4是本发明实施例对应的托盘区域划分及码放顺序示意图；
图5是本发明实施例多规格纸箱混码垛型示意图；
图6是本发明实施例多规格纸箱混码垛型微整后的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明实施例提供了一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，包含纸箱码放方向优选、纸箱码放组合确定、托盘区域划分几部分内容，具体包括以下实现步骤：
步骤1，先验信息输入：纸箱所有规格信息、托盘信息、码垛垛型要求。
其中，先验信息的输入，是用户根据实际纸箱种类、托盘情况、码垛要求，输入所有纸箱规格尺寸(长Li、宽Wi、高Hi)、托盘尺寸(长LT、宽WT)、垛型最大尺寸限制。当用户的纸箱规格、托盘尺寸、垛型要求发生变化时，直接更改输入信息即可。
本发明在进行阐述时，假设用户垛型要求为：纸箱不超出托盘边沿，垛型最大码放高度为Hmax，相邻纸箱码放间隙为△d。
步骤2，纸箱码放方向优选：根据纸箱规格尺寸，合理利用托盘上的面积，最大化利用托盘码放空间，针对每种规格纸箱通过计算获得优选的码放方向。
其中，纸箱码放方向优选，是结合每种规格纸箱及托盘尺寸，使托盘上可码放的纸箱数量尽量多，合理利用托盘的码放空间。
在进行托盘上纸箱码放时，要求箱子的棱边与托盘的棱边平行，即纸箱高度方向与托盘高度方向平行，纸箱长度/宽度方向与托盘长度/宽度方向平行，因此纸箱在托盘上有两种码放形式/方向：Li╳Wi╳Hi形式(横放)、Wi╳Li╳Hi形式(竖放)。Li╳Wi╳Hi形式表示纸箱长度与托盘长度方向平行、纸箱宽度与托盘宽度方向平行；Wi╳Li╳Hi形式表示纸箱宽度方向与托盘长度方向平行、纸箱长度方向与托盘宽度方向平行。为了区分两种码放方向，在纸箱的码放位姿中用ξ表示，ξ＝0代表码放方向为Li╳Wi╳Hi形式，ξ＝1代表码放方向为Wi╳Li╳Hi形式。
在进行纸箱码放方向优选时的原则为：(a)优选可以或容易与其他规格纸箱拼合的码放方式；(b)优选可以在托盘上码放数量多的码放形式。当两个原则冲突时，优先保证原则(a)。
纸箱码放方向优选的具体方法如下：
21)计算纸箱按照两种方向码放，在托盘上可码放的最大数量。
假设纸箱规格用A、B、C……表示，托盘长度方向可放置的纸箱数量用i表示，托盘宽度方向可码放的纸箱数量用j表示，如纸箱A的码放数量用iAξ、jAξ表示：ξ＝1时，iA1表示纸箱A按照Li╳Wi╳Hi(横放)方式在托盘长度方向可码放的数量；jA1表示纸箱A按照Li╳Wi╳Hi(横放)方式在托盘宽度方向可码放的数量。ξ＝0时，iA0示纸箱A按照Wi╳Li╳Hi(竖放)方式在托盘长度方向可码放的数量；jA0表示纸箱A按照Wi╳Li╳Hi(竖放)方式在托盘宽度方向可码放的数量。同时，将iAξ×jAξ记作纸箱A的码放矩阵：ξ＝1时，iA1×jA1记作纸箱A按照Li╳Wi╳Hi(横放)方式的码放矩阵；ξ＝0时，iA0×jA0记作纸箱A按照Wi╳Li╳Hi(竖放)方式的码放矩阵。
纸箱A:
Figure BDA0002882431640000081
Figure BDA0002882431640000082
纸箱B:
Figure BDA0002882431640000083
Figure BDA0002882431640000084
纸箱C：
Figure BDA0002882431640000085
Figure BDA0002882431640000086
……
上式中，int()表示取整，LA、WA、LB、WB、LC、WC分别为纸箱A、B、C的长度、宽度；LT、WT分别为托盘长、宽，△d为纸箱码放间隙。
22)判断哪种码放形式可以与其他规格纸箱进行拼合
当各种规格纸箱的长度/宽度相互间成整数倍关系时，比较容易进行拼合。但当纸箱规格尺寸确定后，不同规格纸箱间的长度/宽度关系继而确定，此时需要根据各规格纸箱的码放数量或码放矩阵来进行判断。当纸箱在托盘长度及宽度方向的码放数量与其他规格纸箱在托盘长度及宽度方向的码放数量成整数倍关系时，即可通过纸箱自身数量拼合，化成同一种码放矩阵形式i×j，则认为该种码放形式可以或容易与其他规格纸箱进行拼合。
纸箱规格多样时，纸箱相互间的码放数量关系存在多种情况，此时码放形式的优选方法为：
(22a)优先选择码放矩阵可以通过自身数量拼合，化成同一种码放矩阵的码放形式，即托盘长度和宽度两个方向的码放数量均与其他规格纸箱的码放数量呈整数倍关系；
(22b)当无法满足两个方向均呈倍数关系时，优选托盘长度方向数量满足倍数关系的码放形式；
(22c)当两种码放形式下两个方向的码放数量均不满足倍数关系时，可通过自身数量拼合，形成新的码放矩阵，再判断是否满足倍数关系。
(22d)当一种规格纸箱的两种码放形式下的码放矩阵同时满足倍数关系时，有限选择码放数量多的码放形式。
举例对步骤(22c)进行说明，如：纸箱A、B、C的码放矩阵分别为4╳4、6╳3、8╳3，可知3种规格纸箱在长度的码放数量(4,6,8)和宽度方向的码放数量(4,3,3)均不满足两两间呈倍数关系，此时可通过纸箱自身数量拼合，形成新的码放矩阵。将3个纸箱B拼合成一个纸箱B’,此时形成的新的码放矩阵记作：2(*3)╳3，可以看出三种纸箱在长度方向的码放数量(4,2,8)两两间满足倍数关系。
步骤3，托盘区域划分：综合纸箱规格尺寸及托盘尺寸，确定托盘的区域划分，将托盘划分成多个独立的小区域，在进行码垛规划时，以单个独立码放区域作为基准进行规划。
其中，托盘区域的划分，则需要根据步骤2中确定的纸箱码放形式及码放矩阵，结合托盘尺寸，进行独立区域划分。划分数量根据优选的纸箱码放形式对应的码放矩阵(码放数量)确定：选择各规格纸箱在托盘长度方向码放数量的最大公约数作为托盘长度方向的划分数量p，选择各规格纸箱在托盘宽度方向码放数量的最大公约数作为托盘宽度方向的划分数量q，则托盘划分的独立区域数量n＝p╳q。
举例对步骤3进行说明，如优选的纸箱A、B、C的码放矩阵分别为4╳4、2╳3、8╳3，则可知三种规格纸箱在托盘长度方向满足倍数关系，最大公约数为2；在宽度方向不满足倍数关系，最大公约数为1；则托盘区域划分：长度方向划分2等份，宽度方向划分1等份，共2╳1＝2个独立区域。
步骤4，纸箱码放组合确定：因纸箱存在多种规格，针对单个独立的码放区域，结合纸箱尺寸，确定纸箱的码放组合，以便于装填单个独立的码放区域及多规格纸箱的拼合。
其中，纸箱码放组合确定，则是根据托盘上单个独立区域大小及每种规格纸箱的码放形式来确定，即码放单个独立区域所需的纸箱组合情况。若各规格纸箱码放数量在托盘长度方向满足倍数关系，则各规格纸箱的码放组合需保证占满托盘独立区域的托盘长度方向；若各规格纸箱码放数量在托盘长度方向满足倍数关系，则各规格纸箱的码放组合需保证占满托盘独立区域的托盘长度方向。占满独立区域所需的各规格纸箱数量计算方法为：
纸箱A:
Figure BDA0002882431640000101
纸箱B:
Figure BDA0002882431640000111
纸箱C:
Figure BDA0002882431640000112
……
上式中，P表示托盘长度方向可划分的独立区域数量；q表示托盘宽度方向可划分的独立区域数量；nA表示纸箱A按照优选ξ方式码满一个独立区域长度方向所需数量；mA表示纸箱A按照优选ξ方式码满一个独立区域宽度方向所需数量，iAξ、jAξ分别表示纸箱A按照优选ξ方式在托盘长度方向、宽度方向分别可码放的最多数量,iAξ×jAξ表示纸箱A的优选码放形式；nB、mB、iBξ、jBξ、nC、mC、iCξ、jCξ的含义同理类推。
则纸箱A按照优选的ξ方式的码放组合为nA×mA，纸箱B按照优选的ξ方式的码放组合为nB×mB，纸箱C按照优选的ξ方式的码放组合为nC×mC……，在托盘上进行混合码放时，以每种规格纸箱的码放单元进行码放。
步骤5，码放顺序确定：采用机器人进行多规格纸箱的混合码垛作业时，优先码放距离机器人及纸箱物料来料点较远的独立区域，由远及近依次码放。在高度方向秉承优先码满一层，再码下一层的原则。
其中确定码放顺序时，以码垛机器人及来料点位置为基准，优先码放距离机器人及纸箱物料来料点较远的独立区域，由远及近依次码放，可有效避免机器人码放过程中的干涉情况。
步骤6，在进行多规格纸箱随机来料智能混码作业时，需要在纸箱来料端上方架设一套三维立体相机，实时获取来料纸箱的三维形貌，获得纸箱规格尺寸，然后根据纸箱规格尺寸和当前托盘上纸箱码放情况，按照混码算法进行规划，给出当前纸箱的码放位姿。
其中，多规格纸箱随机来料时的当前纸箱i码放位姿用(xi,yi,zi,ξi)表示，其中：xi,yi,zi表示纸箱i在托盘上的码放位置，ξi表示纸箱i的优选码放方向。码放位姿的确定，需要根据来料纸箱规格、混码规划算法及当前托盘的纸箱码放情况来综合确定。为了获取来料纸箱规格，则需要在纸箱来料端上方架设一套三维立体相机；混码算法则按照上述步骤(1)～(5)提前规划；当前托盘上纸箱码放情况，则需对已码放的纸箱位姿进行实时保存记录。
在进行码放位姿确定时的整体约束条件有3个：
(6a)边界约束条件：每个纸箱应该完全码放在托盘上，不能超出托盘边沿，并且箱子在托盘上应该平行放置(即箱子的棱边与托盘的棱边平行)；
(6b)几何约束条件：托盘上任意两个纸箱之间不能发生切割或交叠现象，互不干涉；
(6c)垛型约束条件：用户对垛型的特殊要求，如对垛型高度的限制等。
优选的，步骤(6a)中的边界约束条件，按照图2建立坐标系，则码放在托盘上的任意纸箱均满足：
0≤xi≤LT-Li
0≤yi≤WT-Wi
式中：xi、yi为第i个纸箱的右下角坐标，代表第i个纸箱在托盘平面内所处的位置；Li、Wi分别为第i个纸箱的长度、宽度。
步骤(6b)中的几何约束条件，则可表示为：
xi+1-xi≥Li或yi+1-yi≥Wi
式中：xi+1、yi+1为第i+1个纸箱的右下角坐标，代表第i+1个纸箱在托盘平面内所处的位置。
优选的，步骤(6c)中的垛型约束条件，一般是指为了满足运输要求，混码后的垛型高度不能超高一定限值Hmax，可表示为：
zi+Li≤Hmax
式中：zi表示第i个纸箱的码放位置高度。
此外，需注意的是，在进行托盘上纸箱码垛时，由下往上依次堆积，因纸箱规格多样，纸箱高度可能存在差异。当纸箱高度相同时，多规格纸箱空间内的混码堆码只是单纯的二维问题，后续层的码放与前面层的码放不相关性，当码满托盘第一层后，可根据来料顺序独立规划第二层码放；但当纸箱高度存在差异时，为了更好的进行码放，原则上要求后续层的码放布局与第一层的码放布局相同，即第二层的纸箱A叠放在第一层纸箱A的正上方，码放位姿只存在一个纸箱高度的平移。
当某个来料纸箱无合适位置进行码放时，则放弃该纸箱在此次托盘上的码放，暂时将其移至缓存托盘。
步骤7，当纸箱来料结束后，对混码垛型进行微整，使垛型更加稳固，便于运输。
多规格随机来料纸箱的混合码垛规划流程如附图1所示。
其中，最后对混码垛型进行微整，使垛型更加稳固，具体是指：因为多规格纸箱来料顺序随机、来料数量随机，根据上述混码规划方法进行混码，最终可能会存在纸箱高度差大于1个最大纸箱规格的情况，此时可进行微调，判断未码满的上一层剩余空间是否可以码放组高层的纸箱，如果空间足够，则将最高层纸箱移至未码满的一层进行放置，如果空间不足，则不进行调整。通过垛型微整，可确保纸箱混码垛型更加整齐、稳固，便于运输。
本发明提及的多规格纸箱的几何特性为类直方体，材质可为纸质材料，也可为非纸质材料。
下面通过一个具体实施例来进一步说明本发明。
如图3(a)所示，搭建机器人智能码垛系统，包括：码垛机器人1、三维立体相机2、输送皮带3、码垛托盘4、缓存托盘5、纸箱6，纸箱来料位置在输送皮带3上。纸箱6经输送皮带3输送至指定位置，输送皮带3上方的三维立体相机2识别纸箱6的规格尺寸，码垛机器人1将纸箱6码放至码垛托盘4上。由图3(b)俯视图观察其布局为：以码垛托盘4为基准，纸箱来料位置在右上方，码垛机器人1在下方。在进行码垛作业时，为避免碰撞及优化路径，应优先码放远离码垛机器人及来料点的右上侧的托盘区域。
智能码垛机器人系统进行混码规划的实现步骤为：
步骤1，先验信息输入：已知有3种纸箱规格A、B、C、D，托盘尺寸，码垛要求，智能码垛机器人系统布局。
表1纸箱规格尺寸
Figure BDA0002882431640000141
步骤2，优选码放方向，通过计算四种规格纸箱的优选码放方向和码放矩阵如表2所示。
表2各规格纸箱优选码放形式
Figure BDA0002882431640000151
步骤3，托盘区域划分，可知四种规格纸箱的优选码放形式，在托盘长度方向的码放数量分别为2，4，4，8，满足倍数关系，最大公约数为2；在宽度方向不满足倍数关系，最大公约数为1。故托盘划分为2╳1＝2个独立区域。
步骤4，纸箱码放组合确定，如表3所示。
表3各规格纸箱码放组合确定
Figure BDA0002882431640000152
步骤5，码放顺序确定，根据图3(a)、(b)系统布局，优先码放远离机器人及来料位置的托盘独立区域，由远及近1○——>2○(如图4所示)；优先码满一层，再码下一层。
步骤6，码放位姿的确定，假定多规格纸箱随机来料的顺序为：A，B，C，B，D，A，B，C，C，D，D，B，A，C，D，C，C，B，B，A，D，A，B，C，C，D，A，B，A，A，C，B，B，D，C，B
则按照混码规划算法给出的混码垛型如图5所示，因垛型高度要求不超过600mm，按照混码规划算法剩余2个纸箱A无处码放，暂时码放至缓存托盘。
步骤7，混码垛型微整，由图5可看出，托盘上次高层纸箱未码满，通过比较剩余空间可码放2个纸箱A，最终混码垛型如图6所示。
从以上实施例可以看出，本发明基于纸箱几何特性的拆垛方法，适应于一层或多层码放位置随机、姿态任意、混杂纸箱物料的智能拆垛，已达到在视觉测量系统视野范围内和拆垛机器人运动范围内快捷拆垛排序的目的。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将纸箱所有规格、托盘信息和码垛垛型输入系统；
步骤2，针对每种规格纸箱最大化利用托盘码放空间，通过计算获得优选的码放方向；
步骤3，根据纸箱规格尺寸和托盘尺寸，将托盘划分成多个独立的小区域；
步骤4，按照装填单个独立的码放区域和多规格纸箱的拼合，确定纸箱的码放组合；
步骤5，由远及近依次码放距离码垛机器人及纸箱物料来料点的独立区域，在高度方向上码满一层，再码下一层；
步骤6，通过三维立体相机实时获取来料纸箱的三维形貌和规格尺寸，根据纸箱规格尺寸和当前托盘上纸箱码放情况，按照混码算法进行规划，给出当前纸箱的码放位姿；
(7)当纸箱来料结束后，对混码垛型进行微调整。
2.根据权利要求1所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤1中，用户根据实际纸箱种类、托盘规格和码垛要求，输入系统所有纸箱长Li、宽Wi、高Hi规格尺寸、托盘LT、宽WT尺寸、垛型最大码放高度Hmax和相邻纸箱码放间隙△d。
3.根据权利要求2所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤2中，托盘上纸箱码放时，纸箱的棱边与托盘的棱边平行，纸箱高度与托盘高度平行，纸箱长度/宽度方向与托盘长度/宽度方向平行；
纸箱在托盘上包括：横放形式Li╳Wi╳Hi和竖放形式Wi╳Li╳Hi；
Li╳Wi╳Hi形式表示纸箱长度与托盘长度方向平行、纸箱宽度与托盘宽度方向平行；Wi╳Li╳Hi形式表示纸箱宽度方向与托盘长度方向平行、纸箱长度方向与托盘宽度方向平行。
4.根据权利要求1所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤2中，纸箱码放方向优选的具体方法如下：
21)计算纸箱按照横放和竖放两种方向码放，在托盘上可码放的最大数量；
22)判断哪种码放形式可以与其他规格纸箱进行拼合；
(22a)优先选择码放矩阵可以通过自身数量拼合，化成同一种码放矩阵的码放形式，即托盘长度和宽度两个方向的码放数量均与其他规格纸箱的码放数量呈整数倍关系；
(22b)当无法满足两个方向均呈倍数关系时，优选托盘长度方向数量满足倍数关系的码放形式；
(22c)当两种码放形式下两个方向的码放数量均不满足倍数关系时，通过自身数量拼合，形成新的码放矩阵，再判断是否满足倍数关系；
(22d)当一种规格纸箱的两种码放形式下的码放矩阵同时满足倍数关系时，优先选择码放数量多的码放形式。
5.根据权利要求4所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤21)具体步骤如下：
假设纸箱规格用A表示，则纸箱横放和竖放码放矩阵：
Figure FDA0002882431630000021
Figure FDA0002882431630000022
式中，int()表示取整，iA1、jA1分别表示纸箱A按照横放形式在托盘长度方向、宽度方向分别可码放的最多数量，iA0、jA0分别表示纸箱B按照竖放形式在托盘长度方向、宽度方向可码放的最多数量，LT、WT分别为托盘长、宽，△d为纸箱码放间隙；
iA1×jA1为纸箱A按照Li╳Wi╳Hi横放码放矩阵；iA0×jA0为纸箱A按照Wi╳Li╳Hi竖放码放矩阵。
6.根据权利要求1所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤3中，托盘区域的划分，根据步骤2中确定的纸箱码放形式及码放矩阵，结合托盘尺寸，进行独立区域划分；
划分数量根据优选的纸箱码放形式对应的码放矩阵确定：选择各规格纸箱在托盘长度方向码放数量的最大公约数作为托盘长度方向的划分数量p，选择各规格纸箱在托盘宽度方向码放数量的最大公约数作为托盘宽度方向的划分数量q，则托盘划分的独立区域数量n＝p╳q。
7.根据权利要求1所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤4中，纸箱码放组合确定，是根据托盘上单个独立区域大小及每种规格纸箱的码放形式来确定，即码放单个独立区域所需的纸箱组合情况；若各规格纸箱码放数量在托盘长度方向满足倍数关系，则各规格纸箱的码放组合需保证占满托盘独立区域的托盘长度方向；若各规格纸箱码放数量在托盘长度方向满足倍数关系，则各规格纸箱的码放组合需保证占满托盘独立区域的托盘长度方向；
纸箱A占满独立区域所需的各规格纸箱数量计算方法为：
纸箱A:
Figure FDA0002882431630000031
式中，P表示托盘长度方向可划分的独立区域数量；q表示托盘宽度方向可划分的独立区域数量；nA表示纸箱A按照优选ξ方式码满一个独立区域长度方向所需数量；mA表示纸箱A按照优选ξ方式码满一个独立区域宽度方向所需数量，iAξ、jAξ分别表示纸箱A按照优选ξ方式在托盘长度方向、宽度方向分别可码放的最多数量,iAξ×jAξ表示纸箱A的优选码放形式；
则纸箱A按照优选的ξ方式的码放组合为nA×mA，在托盘上进行混合码放时，以每种规格纸箱的码放单元进行码放。
8.根据权利要求1所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，在进行码放位姿确定时的整体约束条件有3个：
(6a)边界约束条件：每个纸箱应该完全码放在托盘上，不能超出托盘边沿，并且箱子在托盘上应该平行放置，即箱子的棱边与托盘的棱边平行；
(6b)几何约束条件：托盘上任意两个纸箱之间不能发生切割或交叠现象，互不干涉；
(6c)垛型约束条件：对垛型高度的限制。
9.根据权利要求8所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤(6a)中，建立坐标系，则码放在托盘上的任意纸箱均满足：
0≤xi≤LT-Li
0≤yi≤WT-Wi
式中：xi、yi为第i个纸箱的右下角坐标，代表第i个纸箱在托盘平面内所处的位置，LT、WT分别为托盘的长、宽，Li、Wi分别为第i个纸箱的长度、宽度；
步骤(6b)中的几何约束条件，则可表示为：
xi+1-xi≥Li或yi+1-yi≥Wi
式中：xi+1、yi+1为第i+1个纸箱的右下角坐标，代表第i+1个纸箱在托盘平面内所处的位置；
步骤(6c)中的垛型约束条件，混码后的垛型高度不能超高限值Hmax：
zi+Li≤Hmax
式中：zi表示第i个纸箱的码放位置高度。
10.根据权利要求1所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤7中，对混码垛型进行微整，纸箱高度差大于1个最大纸箱规格，判断未码满的上一层剩余空间是否可以码放组高层的纸箱，如果空间足够，则将最高层纸箱移至未码满的一层进行放置，如果空间不足，则不进行调整。
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