CN112938011B

CN112938011B - 一种基于无序混合纸箱的机器人码垛系统及方法

Info

Publication number: CN112938011B
Application number: CN202110266954.7A
Authority: CN
Inventors: 罗相尉; 刘敬伟; 梁玉现; 张凌云; 杨为焕
Original assignee: SAIC GM Wuling Automobile Co Ltd
Current assignee: SAIC GM Wuling Automobile Co Ltd
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2041-03-12
Also published as: CN112938011A

Abstract

本发明提出一种基于无序混合纸箱的机器人码垛系统及方法，包括：A.获取混合纸箱缓存区内纸箱属性信息，并定义各纸箱模数；B.对缓存区内的纸箱，进行虚拟拼箱；C.执行机构按照虚拟拼箱后的码垛顺序，抓取相应的纸箱放到输送带上；D.输送带末端的机器人抓取纸箱，并按虚拟拼箱产生的每个纸箱的位置码放在托盘上，直至最后一个纸箱码垛完成，形成最后的码垛。本发明在汽车KD零部件包装行业中，实现了无序混合纸箱拼箱码垛区的无人化运行，大大降低人工码垛的人机工程，提高包装效率。另外，本发明通过虚拟拼箱，使得每个纸箱都生成了唯一的位置坐标，一物一位，无序重复排序。为后续两个机器人协同高效完成同一个托盘码垛打下基础。

Description

一种基于无序混合纸箱的机器人码垛系统及方法

技术领域

本发明码垛技术领域，具体地讲涉及一种基于无序混合纸箱的机器人码垛方法及系统。

背景技术

机器人码垛在货物成品物流领域有着广泛的应用，代替人工搬运，可大大提升生产效率。但是，更多市场化应用的机器人码垛仅是针对同型号产品(或者识别不同型号产品的分托盘)按既定的示教轨迹进行码垛。在先进的自动码垛领域，瑞士公司瑞士格(Swisslog)在智能仓储物流领域实现了自动的混合箱体的托盘码垛(Mixed CasePalletizing)，但是在机器人自动化码垛前需人工进行托盘物品的配载排序。汽车KD零部件(纸箱)包装领域，为最大化实现包装效率，属于混合箱体的无序上线包装并码垛的方式。由于汽车零部件的种类繁多，纸箱规格型号多，国内外的汽车KD包装行业，对于纸箱零件的码垛还是以人工方式进行。

针对汽车零部件KD包装领域，提出一种实现无序上线的混合箱型纸箱的机器人自动码垛方法，完全代替人工，则成为本发明所面临的重要课题。

发明内容

为解决现有技术汽车KD零部件包装行业中，只能按照既定的示教轨迹进行码垛，不能实现混合无序码垛，且码垛效率低下的问题，本发明提供了一种基于无序混合纸箱的机器人码垛方法。

本发明的技术方案为：本发明提供了一种基于无序混合纸箱的机器人码垛方法，包括：

A.获取混合纸箱缓存区内纸箱属性信息；定义一个箱子为基准箱子，该箱子模数为1，其他箱子的模数为所述箱子体积与基准箱子体积的比值，同时规定最终的码垛后的长、宽、高尺寸；并获得所有箱子的模数和；

B.对缓存区内的纸箱，进行虚拟拼箱；

B1.将模数和为最终码垛的体积与基准箱子体积的比值的纸箱锁定；

B2.根据纸箱尺寸与重量进行虚拟分层码垛；

B3.计算码垛后每个纸箱的坐标；

C.执行机构按照虚拟拼箱后的码垛顺序，抓取相应的纸箱放到输送带上；

D.输送带末端的机器人抓取纸箱，并按虚拟拼箱产生的每个纸箱的位置码放在托盘上，直至最后一个纸箱码垛完成，形成最后的码垛；

E.码垛完成，开始下一托盘码垛。

进一步地，所述B3步骤中，码放规则按照小尺寸先码放；尺寸相同或相近的，进行重量比较，重的先码放。

进一步地，计算锁定码放顺序的纸箱低面积和为最终的码垛后的长与宽乘积列为一层纸箱数，以此轮推，直至分层完毕。

进一步地，所述步骤A中纸箱属性信息包括该纸箱的长、宽、高及重量。

进一步地，所述步骤D中的机器人为至少两台。

本发明另外还提出一种基于无序混合纸箱的机器人码垛系统，包括混合纸箱缓存区，用以暂存混合纸箱；获取模块，用以获取混合纸箱缓存区内纸箱属性信息，定义一个箱子为基准箱子，该箱子模数为1，其他箱子的模数为所述箱子体积与基准箱子体积的比值，同时规定最终的码垛后的长、宽、高尺寸；并获得所有箱子的模数和；虚拟拼箱模块，包括锁定模块、码垛模块与坐标生成模块，所述锁定模块用以将模数和为最终码垛的体积与基准箱子体积的比值的纸箱锁定；所述码垛模块根据纸箱尺寸与重量进行虚拟分层码垛；所述坐标生成模块用以计算码垛后每个纸箱的坐标；执行机构，用以按照虚拟拼箱后的码垛顺序，抓取相应的纸箱放到输送带上；机器人，用以抓取纸箱，并按虚拟拼箱产生的每个纸箱的位置码放在托盘上，直至最后一个纸箱码垛完成，形成最后的码垛。

进一步地，所述虚拟拼箱模块中包含比较模块，用以比较每个纸箱的尺寸与重量。

本发明所达到的有益效果为：在汽车KD零部件包装行业中，实现了无序混合纸箱拼箱码垛区的无人化运行，大大降低人工码垛的人机工程，提高包装效率。另外，本发明通过虚拟拼箱，使得每个纸箱都生成了唯一的位置坐标，一物一位，无序重复排序。这样，同一层的纸箱码放顺序变得不重要，理论上每个纸箱都可以第一个，也可以最后一个码放。为后续两个机器人协同高效完成同一个托盘码垛打下基础。

附图说明

图1为本发明虚拟拼箱示意图；

图2为本发明机器人码垛系统示意图；

图3为本发明实施例一码垛流程图；

图4为本发明实施例一码垛坐标示意图；

图中：1、混合纸箱缓存区；2、虚拟拼箱模块；3、执行机构；4、机器人；5、最后的码垛；6、输送带。

具体实施方式

为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例一，本实施例提出一种基于无序混合纸箱的机器人4码垛方法，包括：

1)在包装流水线上设置各国家KD订单的完成包装的混合纸箱缓存区1；

2)根据国家及项目订单，按一定的逻辑计算满足形成虚拟拼箱；并计算纸箱码垛的先后顺序及在托盘上的位置；

3)排序执行机构3按照计算的码垛顺序，抓取相应的纸箱放到输送带6上；

4)输送带6末端的机器人4(带纸箱吸盘)按顺序抓取纸箱，并按每个纸箱的位置码放在托盘上，直至最后一个纸箱码垛完成，形成最后的码垛5；

5)此次托盘纸箱(按国家及项目订单)码放完成，开始下一托盘码放。

本实施例对各个纸箱进行了模数定义，定义一个箱子为基准箱子，该箱子模数为1，其他箱子的模数为该箱子体积与基准箱子体积的比值，同时规定最终的码垛后的长、宽、高尺寸。下面参考表一，以13种型号纸箱为例进行介绍。

表一为各型号纸箱模数

参考图2，13种型号的纸箱最终码垛后的尺寸为长：1400mm，宽：1060mm，高：960mm。

虚拟拼箱算法如下:

A、锁定纸箱

计算混合纸箱缓存区1内的各个纸箱的模数和SUM(纸箱模数1,纸箱模数2,纸箱模数3,…)，锁定SUM＝128的纸箱，托盘码垛尺为1400/1060/960mm。

B、尺寸比较完成后，尺寸相同(相近)的，进行重量比较，重的先码放；

C、计算锁定码放顺序的纸箱底面积和，SUM(纸箱1,纸箱2,…)≈1400×1060为一层纸箱数，以此类推，直至分层完毕；

D、按定好的码放基准点，把每个纸箱虚拟拼箱，码放起来；

E、计算并缓存好，码垛好的每个纸箱坐标；

F、对比机器人4拍照的纸箱信息，传输给机器人4该纸箱的码垛坐标位置；重复这个算法一个托盘码垛完成；本步骤可配置多台码垛机器人4，比如2-4台，具体可以根据需求选择。

J、进入到下一个托盘码垛计算。

下面结合图3详细介绍码垛过程。

步骤01：包装线生产；

步骤02：质检合格扫码，本步骤对质检合格的纸箱进行扫码存储；

步骤03：纸箱数据虚拟池，将质检合格的纸箱数据放于虚拟池中；

步骤04：按订单分组，主要是根据国家及项目进行订单分组；

步骤05：对同一纸箱，模数做加法＝128；

本步骤计算混虚拟池内的各个纸箱的模数和SUM(纸箱模数1,纸箱模数2,纸箱模数3,…)，初步锁定SUM＝128的纸箱。

步骤06：判定1

本步骤主要判定是否有不同纸箱的长和宽同时超过1000mm，如果没有执行步骤09，否则执行步骤07。

步骤07：把长和宽超出1000mm的纸箱移出这组拼箱；

步骤08：补充新纸箱模数进这组拼箱；并转执行步骤05。

步骤09：开始堆垛

本步骤锁定这些纸箱开始堆垛。

步骤10：给锁定的纸箱按照底面积从小到大排序，底面积相同的，按高度从小到大排序；

步骤11：在尺寸从小到大排序基础上，对底面积相等的纸箱，做重量比较，并把重的排在前面；

步骤12、判定2

本步骤，按照码放顺序计算纸箱底面积和约等于1400*1060，根据底面积进行分层，并判断分层后是否有多余纸箱；如果有，执行步骤13，否则执行步骤18；

步骤13：按照摆放规则顺序锁定纸箱位置；

步骤14：根据码垛的原点和纸箱尺寸与码垛形状尺寸的关系，计算每个纸箱的坐标位置，并执行步骤18；

步骤15：按照反向码放顺序思维，最大尺寸纸箱第一个摆放，并计算该纸箱相对于原点的坐标；

步骤16：依次类推，一个个摆放并计算坐标；水平面平整才算满层，每满一层，第二层的第一个纸箱总是靠近原点位置；

步骤17：所有纸箱都可以放到码垛尺寸里，即完成，最终锁定纸箱坐标；

步骤18：存储该次码垛数据，进入步骤04进行下一循环。

参考图4，本实施例的码垛坐标的计算依据如下：

本实施例纸箱的外长有：175mm、350mm、700mm、1400mm，外宽有：265mm、530mm、1060mm，外高有：120mm、240mm、480mm，最终码垛尺寸为：长1400mm、宽1060mm、高960mm。外长、外宽及外高，与最终的长宽高分别成倍数关系，为了方便坐标定位计算，分别取外长、外宽及外高的最小值为1，最终码垛坐标参考图4。

本实施例对每个纸箱进行模数设定，通过模数来选择虚拟拼箱，因而可以实现100％满载率。混合纸箱缓存区1内的箱子数无需固定，可多进多出，进出不受限；码好一个托盘过程中，可以锁定多个托盘数据，在后台排队。

实施例二，参考图1，本实施例提出一种基于无序混合纸箱的机器人4码垛系统，包括混合纸箱缓存区1，用以暂存混合纸箱；

获取模块，用以获取混合纸箱缓存区1内纸箱属性信息，定义一个箱子为基准箱子，该箱子模数为1，其他箱子的模数为该箱子体积与基准箱子体积的比值，同时规定最终的码垛后的长、宽、高尺寸；并获得所有箱子的模数和；

虚拟拼箱模块2，包括锁定模块、码垛模块、比较模块与坐标生成模块，锁定模块用以将模数和为最终码垛的体积与基准箱子体积的比值的纸箱锁定；比较模块用以比较每个纸箱的尺寸与重量。

码垛模块根据纸箱尺寸与重量进行虚拟分层码垛；

坐标生成模块用以计算码垛后每个纸箱的坐标；

执行机构3，用以按照虚拟拼箱后的码垛顺序，抓取相应的纸箱放到输送带6上；

机器人4，用以抓取纸箱，并按虚拟拼箱产生的每个纸箱的位置码放在托盘上，直至最后一个纸箱码垛完成，形成最后的码垛5。

本实施例实现了无序混合纸箱拼箱码垛区的无人化运行，大大降低人工码垛的人机工程，提高包装效率。通过虚拟拼箱，使得每个纸箱都生成了唯一的位置坐标，一物一位，无序重复排序。这样，同一层的纸箱码放顺序变得不重要，理论上每个纸箱都可以第一个，也可以最后一个码放。为后续两个机器人4协同高效完成同一个托盘码垛打下基础。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种基于无序混合纸箱的机器人码垛方法，其特征在于包括：

A.获取混合纸箱缓存区内纸箱属性信息；定义一个箱子为基准箱子，该箱子模数为1，其他箱子的模数为所述箱子体积与基准箱子体积的比值，同时规定最终的码垛后的长、宽、高尺寸；并获得所有箱子的模数和；不同类型的纸箱的底面积存在差异；

B.对缓存区内的纸箱，进行虚拟拼箱；

B2.根据纸箱尺寸与重量进行虚拟分层码垛，计算锁定码放顺序的纸箱底面积和为最终的码垛后的长与宽乘积列为一层纸箱数，以此轮推，直至分层完毕；

B3.计算码垛后每个纸箱的坐标；

E.码垛完成，开始下一托盘码垛。

2.根据权利要求1所述的码垛方法，其特征在于：所述B3步骤中，码放规则按照小尺寸先码放；尺寸相同或相近的，进行重量比较，重的先码放。

3.根据权利要求1所述的码垛方法，其特征在于：所述步骤A中纸箱属性信息包括该纸箱的长、宽、高及重量。

4.根据权利要求1所述的码垛方法，其特征在于：所述步骤D中的机器人为至少两台。

5.一种基于无序混合纸箱的机器人码垛系统，其特征在于包括：

混合纸箱缓存区，用以暂存混合纸箱；

获取模块，用以获取混合纸箱缓存区内纸箱属性信息，定义一个箱子为基准箱子，该箱子模数为1，其他箱子的模数为所述箱子体积与基准箱子体积的比值，同时规定最终的码垛后的长、宽、高尺寸；并获得所有箱子的模数和；不同类型的纸箱的底面积存在差异；

虚拟拼箱模块，包括锁定模块、码垛模块与坐标生成模块，所述锁定模块用以将模数和为最终码垛的体积与基准箱子体积的比值的纸箱锁定；所述码垛模块根据纸箱尺寸与重量进行虚拟分层码垛；所述坐标生成模块用以计算码垛后每个纸箱的坐标；所述码垛模块计算锁定码放顺序的纸箱底面积和为最终的码垛后的长与宽乘积列为一层纸箱数，以此轮推，直至分层完毕；

执行机构，用以按照虚拟拼箱后的码垛顺序，抓取相应的纸箱放到输送带上；

机器人，用以抓取纸箱，并按虚拟拼箱产生的每个纸箱的位置码放在托盘上，直至最后一个纸箱码垛完成，形成最后的码垛。

6.根据权利要求5所述的机器人码垛系统，其特征在于，所述虚拟拼箱模块中包含比较模块，用以比较每个纸箱的尺寸与重量。

7.根据权利要求5所述的机器人码垛系统，其特征在于，所述机器人为至少两台。