CN113200310B - 幅宽动态调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的幅宽动态调整方法，基于视觉识别技术获知当前包裹具体的外型尺寸与位置，采取随机调整输送装置侧向挡板挡板的开合角度，以期实现随时、动态调节输送幅宽而适用于多规格包裹的全自动定向输送与理货，实现包裹无阻碍通过、提高输送效率与防止拥堵现象的发生。至少在一侧挡板上活动地连接由角度调节装置连接并驱动控制的调节挡板，根据前端视觉识别装置检测并获取的包裹外型尺寸与位置信息，通过调整调节挡板的开合角度以实时调整输送装置的幅宽，进而改变包裹在输送方向上的行进轨迹与路径方向。

Description

幅宽动态调整方法

技术领域

本发明涉及一种可实现动态调整货物输送幅宽的输送控制方法，属于物流仓储领域。

背景技术

目前电商与快递行业的物流分拣作业现场，大量包裹货物以较高速度上件，经由前端叠件检测与单件分离处理后，拆分后的待分拣货物陆续到达分拣设备的供件区域，最终完成分拣与出入库作业。由于货物品种的多样化，超大件与超小、超薄件已不鲜见，对于分拣设备的供件准确性、及时高效性有着较高的要求，一旦出现货物供件积压则直接影响到整个物流仓储作业的效率与质量。

为提高现有输送装置输送量及防止拥堵，通常机体较为宽大，但在通过扫码设备后货物通常会途经弯道输送机、摆轮输送机等装置，导致原本较为整齐的包裹会分散到输送线体宽度方向的各个位置上，从而为幅宽不同的多个设备对接与输送带来了安全隐患。一方面，呈分散状的包裹对于人工理货、拿取操作较难触及；另一方面，包裹在幅宽不同的设备之间输送时会发生在对接处掉落现象。

现有输送设备的处理方式，通常是在对接设备之间设置挡板以防止包裹掉落，但对于处在边缘而又难以人工理货的包裹则少有有效的解决手段。另外，在设备对接处虽可增加斜向挡板过渡，但包裹尺寸不一，固定式或静态可调式挡板装置不能全部适用，仍易在输送过程中产生拥堵或分散，进而造成输送效率的下降。

有鉴于此，特提出本专利申请。

发明内容

本发明所述的幅宽动态调整方法，在于解决上述现有技术存在的问题而基于视觉识别技术获知当前包裹具体的外型尺寸与位置，采取随机调整输送装置侧向挡板挡板的开合角度，以期实现随时、动态调节输送幅宽而适用于多规格包裹的全自动定向输送与理货，实现包裹无阻碍通过、提高输送效率与防止拥堵现象的发生。

为实现上述设计目的，所述的幅宽动态调整方法是，至少在一侧挡板上活动地连接由角度调节装置连接并驱动控制的调节挡板，根据前端视觉识别装置检测并获取的包裹外型尺寸与位置信息，通过调整调节挡板的开合角度以实时调整输送装置的幅宽，进而改变包裹在输送方向上的行进轨迹与路径方向；视觉识别装置对输送中的包裹进行拍照以相应地检测出货物数量、以及每个货物的体积，上述数据经视觉控制器上传至控制系统的PLC；根据识别出的包裹体积信息，由PLC向伺服驱动器发送控制信号，控制电缸将伺服电机的旋转运动变为直线运动，电缸的输出轴伸出或缩回以通过连接叉带动连杆沿往复路径推动调节挡板的旋转开合动作；由电控的多角度支撑杆组件，针对完成开合角度调整的调节挡板施加逆向止退作用力。

进一步地，当视觉识别装置识别出来货包裹体积时，电缸带动连杆伸出或缩回，通过连杆推动调节挡板旋转进而改变输送装置的货物通过宽度；在上述调整阶段中，电磁铁均得电，棘爪脱离棘轮的棘齿，棘轮可正向与反向旋转，支撑杆组件不阻碍调节挡板的旋转与调节；待调节挡板调整到位后，电磁铁失电，棘爪重新啮合并顶住棘轮的棘齿，则棘轮不可再反向旋转，支撑杆组件将阻碍调节挡板退回。

进一步地，沿包裹输送方向，将视觉识别装置设置于调节挡板的前端，预先在输送装置上、将视觉识别装置扫描的区域划分出若干栅格；在上位机控制下，相机对进入扫描区域的若干包裹同时进行拍照；通过图片色差标注出包裹的投影，以投影所占扫描区域的栅格数量计算出包裹外型体积数据与当前位置信息；沿输送装置上的包裹输送方向，以机架的固定幅宽作为标尺，标注出包裹投影所在的栅格范围与占有栅格的数值；依据上述信息，与预先设定的机架的标尺进行对比并代入：标尺图形栅格数/包裹投影宽度所占栅格数＝标尺长度/包裹有效宽度，最终计算出包裹实际有效宽度的具体数值。

综上内容，所述的幅宽动态调整方法具有以下优点和有益效果：

1、基于视觉识别技术录入的当前包裹尺寸数据、辅之以驱动机构的随机精准的传动操控，能够快速、准确调节挡板在一侧或两侧形成的输送闸口大小，从而准确高效地引导包裹行进路径。

2、本申请所述的动态调整方法，能够较广泛地适应多种输送设备与不同类型的包裹，在实现快速、灵活操控的同时完全实现了无人干预的自动调节方式，既节省了人工成本，同时解决了现有技术包裹掉落或者拥堵等诸多问题。

3、电控信号带动机械动作的调整方法，可在短时间内完成挡板开合角度调节，整体输送队列处理效率较高。

4、额外增益是，当前端出现特殊情况需要终止输送时，还由挡板形成完全的封闭功能；当前端出现大量拥堵时，还可完全收起挡板以优先泄流，避免设备过载。

5、采用棘轮棘爪的单向止逆机构，有利于实现任意夹角下的支撑定位，有效地提高所述支撑力矩的极限值。

6、通过电磁机构来控制支撑杆的收合角度，不仅可控性、灵活性较高，而且棘轮锁定响应时间短、开合角度实现无极调整。

7、通过铰链连杆机构来实现节省空间，回缩折叠状态下没有额外占用设备之外的空间；伸出展开过程中组件全部处于支撑件背面，不阻碍或占用正面空间、不产生干涉及安全隐患。

附图说明

现结合以下附图来进一步地说明本申请方案；

图1是幅宽动态可调输送装置的结构示意图；

图2是图1中A部放大示意图；

图3是机架结构示意图；

图4是图3中B部放大示意图；

图5是角度调节装置示意图；

图6-1和图6-2是弹性卡扣夹板2个侧向的示意图；

图7-1至图7-4是弹性卡扣夹板组装过程示意图；

图8是支撑杆组件的结构示意图；

图9是图8所示结构的正向示意图；

图10是支撑杆组件部分结构拆解后的示意图；

图11是幅宽动态调整方法流程图；

图12-1和图12-2是输送装置幅宽动态调整的对比图；

图13是实现本申请所述方法的系统模块示意图；

在上述附图中包括，第一连接臂1，第二连接臂2，棘轮3，棘爪4，固定板架5，棘爪弹簧6，电磁铁7，螺丝销8，机架10，盖板11，视觉识别装置20，挡板30，矩形柱31，调节挡板40，角度调节装置50，铜套51，螺栓52，支撑杆组件60，推杆组2件70，电缸71，输出轴72，连接叉73，关节轴承74，连杆75，衔铁推杆76，弹性卡扣夹板80，外夹板81，静态内夹板82，动态内夹板83，限位折弯84，长圆通槽85，导柱座86，导柱87，卡扣板弹簧88。

具体实施方式

实施例1，如图1至图10所示，应用本申请所述调整方法的幅宽动态可调输送装置，包括机架10和设置于机架10垂向上方的视觉识别装置20；

在机架10的两侧挡板30上活动地设置有，由角度调节装置50驱动连接的调节挡板40。

为实现包裹货物的输送，所述的幅宽动态可调输送装置可为辊筒输送机、皮带输送机或摆轮输送机；

沿包裹输送方向，将视觉识别装置20设置于调节挡板40的前端，以根据实时检测获取的包裹外型尺寸数据和位置信息，通过角度调节装置50实时调整调节挡板40的开合角度以相应地改变输送幅宽，从而以动态实时的输送闸口引导包裹行进路径与方向。

其中，调节挡板40的一端通过合页或铰链等机构连接于挡板30；

所述的角度调节装置50具有支撑杆组件60和推杆组件70。

推杆组件70包括安装于挡板30的电缸71，电缸71的输出轴72通过连接叉73、关节轴承74连接于连杆75一端，连杆75的另一端通过关节轴承74连接于调节挡板40。

在机架10与调节挡板40之间连接支撑杆组件60，支撑杆组件60包括相互连接的第一连接臂1和第二连接臂2，第一连接臂1和第二连接臂2的同一侧端相互同轴地垂向连接，第一连接臂1、第二连接臂2的另一侧端各自连接一固定板架5。

其中，位于第一连接臂1、第二连接臂2端部的固定板架5，分别地连接于机架10、调节挡板40，从而在机架10与调节挡板40之间，由第一连接臂1与第二连接臂2共同实现夹角的开合控制与静止定位。

第一连接臂1与第二连接臂2通过棘轮棘爪机构连接，通过棘爪4与棘轮3之间的啮合角度来控制顺向无阻碍打开，但当两者闭合时则为逆向止动，即棘爪4顶住棘轮3以阻止其反转，从而保证整体支撑杆打开状态的静止稳定，其支撑力较大。

具体地，以第一连接臂1为装配基准，在其一侧端安装轴承，棘轮3的轴穿过轴承内圈并在该轴的轴端套设弹性挡圈，以从外部限制棘轮轴的垂向自由度；

棘爪4的轴通过铜套安装于第一连接臂1上的预设孔中，棘爪4的轴端套设弹性挡圈以从外部限制棘爪轴的垂向自由度；

在第一连接臂1的预设槽中安装棘爪弹簧6，棘爪弹簧6的一端顶住棘爪4，棘爪4与棘轮3的棘齿相啮合。

在第一连接臂1上安装一分合闸电磁铁7，分合闸电磁铁7的衔铁推杆76的端部贯穿连接螺丝销8，螺丝销8同时穿过第一连接臂1上的预设长槽孔、棘爪4，在螺丝销8端部使用螺母锁紧定位。

可使用螺栓将盖板11紧固在第一连接臂1上以封挡下方的棘轮3，已安装到第一连接臂1上的棘轮3顶端为矩形柱31，该矩形柱31穿过盖板11预留的孔，通过轴承将第二连接臂2配合安装于棘轮3的矩形柱31上。

进一步地，固定板架5与第一连接臂1、第二连接臂2分别通过铜套51和螺栓52进行连接以提高第一连接臂1、第二连接臂2的端部与机架10、调节挡板40之间的支撑均衡性能、实现两端力传递的稳定性。

如上述结构的支撑杆组件60，当第一连接臂1、第二连接臂2顺向打开时，系统控制电磁铁7失电，棘爪4顺向地啮合棘轮3的棘齿，棘轮3的转动不受阻碍，第一连接臂1与第二连接臂2之间的夹角可任意调节。在实现设计所需的角度过程中，棘爪4始终顶住棘轮3的棘齿，棘轮3不能逆向反转，因此可靠地保证支撑杆组件60打开角度的静止稳定。

当打开至所需角度时，分合闸电磁铁7通电，衔铁吸合而带动衔铁推杆76末端的螺丝销8拉动棘爪4，使得棘爪4脱离棘轮3的棘齿，则棘轮3可实现反转，从而带动第一连接臂1、第二连接臂2实现逆向运动，可将所述的支撑杆组件60闭合。上述支撑杆组件到位后，分合闸电磁铁7断电，棘爪4复位以重新顶住棘轮3的棘齿。

由于棘轮3的棘齿为圆周排列，且齿数较多、齿距较小，第一连接臂1、第二连接臂2之间的开合角度可实现近乎无级变化，棘爪4与棘齿实时啮合而可在任意位置均可随时停止并提供静态支撑。

进一步地，为提高机架10两侧挡板30的模块化与轻量化组装性能、以及提高挡板30整体的连接稳定性，所述的挡板30具有C型的边框结构。

相应的改进设计是，所述的推杆组件70(主要指电缸71)通过弹性卡扣夹板80安装于挡板30的C型边框处。

具体地，弹性卡扣夹板80包括外夹板81、固定安装于外夹板81上的静态内夹板82、以及活动连接于外夹板81上的动态内夹板83；

其中，外夹板81上设置有数个限位折弯84、长圆通槽85和导柱座86；

静态内夹板82插入限位折弯84内并通过螺栓从外夹板81进行固定；

动态内夹板83具有两组垂向延伸的导柱87，将卡扣板弹簧88套设于导柱87，导柱87的端部穿插于导柱座86，动态内夹板83插入限位折弯84内并通过螺栓从外夹板81的长圆通槽85外侧进行锁止；

应用上述改进设计C型边框结构的挡板30，弹性卡扣夹板80的安装过程与使用方法如下：

通过静态内夹板82、动态内夹板83与外夹板81共同夹住C型边框的内侧以实现固定，进而提供推杆组件70的安装界面。

首先，将动态内夹板83插入并触碰C型边框的边沿内侧，按压导致卡扣板弹簧88形变与压缩，整个外夹板81连同静态内夹板82垂向移动；

然后，将静态内夹板82和外夹板81的缝隙对齐C型边框的侧沿，释放卡扣板弹簧88；在复位弹力作用下，弹性卡扣夹板80整体垂向移动，最终实现动态、静态内夹板与外夹板81同时夹住C型边框垂向两端的边沿；

最后，在从外夹板81的长圆通槽85外侧，通过螺栓锁紧动态内夹板83。

如图11至图13所示，基于上述幅宽动态可调输送装置的结构设计，本申请实现了下述输送装置的幅宽动态调整方法：

至少在一侧挡板30上活动地连接由角度调节装置50连接并驱动控制的调节挡板40，根据前端视觉识别装置20检测并获取的包裹外型尺寸与位置信息，通过调整调节挡板40的开合角度以实时调整输送装置的幅宽，进而改变包裹在输送方向上的行进轨迹与路径方向。

视觉识别装置20对输送中的包裹进行拍照以相应地检测出货物数量、以及每个货物的体积，上述数据经视觉控制器上传至控制系统的PLC。

根据识别出的包裹体积信息，由PLC向伺服驱动器发送控制信号，控制电缸71将伺服电机的旋转运动变为直线运动，电缸71的输出轴伸出或缩回以通过连接叉73带动连杆75沿往复路径推动调节挡板40的旋转开合动作。

同时，由电控的多角度支撑杆组件60，针对完成开合角度调整的调节挡板40施加逆向止退作用力，以应对货物对调节挡板40的碰撞、维持调整后输送装置幅宽的稳定、以及保护推杆组件70(主要指电缸71)免受包裹货物的反向冲击。

具体地，当视觉识别装置20识别出来货包裹体积较小时，电缸71带动连杆75伸出，通过连杆75推动调节挡板40使得调节挡板40绕铰链或合页旋转，进而减小输送装置的货物通过宽度即幅宽；反之，当识别出来货包裹体积较大时，电缸71带动连杆75缩回，调节挡板40绕铰链或合页反向旋转或直至完全地闭合，输送装置的幅宽随之增大。

在上述两个调整阶段中，电磁铁7均得电，棘爪4脱离棘轮3的棘齿，棘轮3可正向与反向旋转，支撑杆组件60不阻碍调节挡板40的旋转与调节。

待调节挡板40调整到位后，电磁铁7失电，棘爪4重新啮合并顶住棘轮3的棘齿，则棘轮3不可再反向旋转，支撑杆组件60将阻碍调节挡板40退回。

包裹行进到调节挡板40所在的阻碍位置处，在行进过程中受到调节挡板40的稳定卡位作用，调节挡板40受到货物的挤压作用力，由支撑杆组件60的棘轮棘爪机构实现反转止逆，从而提供有效的支撑以保证货物保持行进路径与方向、保护电缸71与连杆75不受反力压力作用而保护上述推杆组件70的内部组件。

沿包裹输送方向，将视觉识别装置20设置于调节挡板40的前端，以根据当前检测获取的包裹外型尺寸数据和位置信息实时地调整调节挡板40的开合角度。

具体地，预先在输送装置上、将视觉识别装置20扫描的区域划分出若干栅格；

在上位机控制下，相机对进入扫描区域的若干包裹同时进行拍照；

通过图片色差标注出包裹的投影，以投影所占扫描区域的栅格数量计算出包裹外型体积数据与当前位置信息；

沿输送装置上的包裹输送方向，以机架10的固定幅宽作为标尺，标注出包裹投影所在的栅格范围与占有栅格的数值；

依据上述信息，与预先设定的机架10的标尺进行对比并代入：标尺图形栅格数/包裹投影宽度所占栅格数＝标尺长度/包裹有效宽度，最终计算出包裹实际有效宽度的具体数值(单位：毫米)。

如图11和图13所示，伺服电机在伺服驱动器控制下，根据上述计算得出的包裹实际有效宽度，由推杆组件70调整调节挡板40的开合角度。

伺服电机的伺服驱动器接收A、B两路高速脉冲，使用差分控制的方式控制伺服电机的转向。即通过两路脉冲的相位差，确定电机的旋转方向。如果B相比A相提前90°，则为正转；如果B相比A相滞后90°，则为反转。上述两相控制脉冲为交替状，从而以此类控制方式形成的脉冲具有更强的抗干扰能力。

进一步地，以脉冲数量控制伺服电机的转动角度(单次脉冲的转动值根据伺服电机预先设定的脉冲当量决定)，伺服电机的转动角度直接映射出调节挡板40的旋转角度，确定传动关系与具体数值计算过程如下：

首先，确定伺服电机的电子齿数比：电子齿轮比＝驱动脉冲数/控制脉冲数；

然后，确定伺服转数：伺服电机转数＝伺服输入的驱动脉冲/伺服每转一周的驱动脉冲数；

其次，电缸输出轴的平移距离＝螺距×丝杠的转数＝螺距×伺服电机转数/电子齿数比；

最后，通过上述脉冲信号依次得出伺服电机的转数、电缸71的输出轴运动距离与调节挡板40的旋转角度。

所述的幅宽动态调整方法包括以下执行流程：

步骤1、预先将机架10固定幅宽录入系统、建立标尺与视觉识别基准；具体地，沿机架10横向建立标尺图形，以用于后续包裹投影宽度的计算与对比；

步骤2、包裹进入视觉识别装置20的扫描区域时，相机进行拍照并识别出包裹当前处于位置信息与其宽度所占栅格数量；

步骤3、参照预先设定的基准标尺进行对比，计算得出包裹实际宽度数据；

步骤4、以电缸71的输出轴完全收回的位置为原点，通过确定当前调节挡板40的开合角度，得出伺服电机从原点到当前调节挡板40所处位置完成的旋转方向与圈数；

步骤5，对比步骤3得出的包裹实际宽度数值与步骤4得出的调节挡板40的实际幅宽，两数值进行差值运算；

若前者大于后者，则为负数，即表示：当前调节挡板40的幅宽不足以通过包裹→电缸71的输出轴需要缩回→伺服电机需要反转→发送给伺服驱动器的信号B相比A相滞后90°；

若前者小于后者，则为正数，即表示：当前调节挡板40的幅宽过大而无法干涉包裹的行进路线→电缸71的输出轴需要伸出→伺服电机需要正转→发送给伺服驱动器的信号B相比A相提前90°。

步骤6，根据上述步骤5计算得出的距离差值，计算得出调节挡板40的旋转角度、电缸71的输出轴72移动距离，由距离差值的绝对值计算得出伺服电机的脉冲数并完成信号输入，伺服电机驱动电缸71的输出轴72带动连杆75完成调整所述调节挡板40开合角度的动作。

综上内容，结合附图中给出的实施例仅是实现本发明目的的优选方案。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。由此得到的其他结构特征，也应属于本发明所述的方案范围。

Claims (2)

1.一种幅宽动态调整方法，其特征在于：在幅宽动态可调输送装置的机架两侧设置挡板，在机架的垂向上方设置视觉识别装置；

至少在一侧挡板上活动地连接由角度调节装置连接并驱动控制的调节挡板，所述的角度调节装置具有支撑杆组件和推杆组件，推杆组件包括安装于挡板的电缸，电缸的输出轴通过连接叉、关节轴承连接于连杆一端，连杆的另一端通过关节轴承连接于调节挡板；

根据前端视觉识别装置检测并获取的包裹外型尺寸与位置信息，通过调整调节挡板的开合角度以实时调整输送装置的幅宽，进而改变包裹在输送方向上的行进轨迹与路径方向；

视觉识别装置对输送中的包裹进行拍照以相应地检测出货物数量、以及每个货物体积的数据，上述数据经视觉控制器上传至控制系统的PLC；

根据识别出的包裹体积信息，由PLC向伺服驱动器发送控制信号，控制电缸将伺服电机的旋转运动变为直线运动，电缸的输出轴伸出或缩回以通过连接叉带动连杆沿往复路径推动调节挡板的旋转开合动作；

由电控的多角度支撑杆组件，针对完成开合角度调整的调节挡板施加逆向止退作用力；

在机架与调节挡板之间连接支撑杆组件，支撑杆组件包括通过棘轮棘爪机构连接的第一连接臂和第二连接臂，第一连接臂和第二连接臂的同一侧端相互同轴地垂向连接；

在第一连接臂一侧端安装轴承，棘轮的轴穿过轴承内圈并在该轴的轴端套设弹性挡圈，棘爪的轴通过铜套安装于第一连接臂上的预设孔中；

在第一连接臂的预设槽中安装棘爪弹簧，棘爪弹簧的一端顶住棘爪，棘爪与棘轮的棘齿相啮合；

在第一连接臂上安装一分合闸电磁铁，分合闸电磁铁的衔铁推杆的端部贯穿连接螺丝销，螺丝销同时穿过第一连接臂上的预设长槽孔、棘爪，在螺丝销端部使用螺母锁紧定位；

当视觉识别装置识别出来货包裹体积时，电缸带动连杆伸出或缩回，通过连杆推动调节挡板旋转进而改变输送装置的货物通过宽度；

在上述调节挡板的调整阶段中，分合闸电磁铁均得电，棘爪脱离棘轮的棘齿，棘轮可正向与反向旋转，支撑杆组件不阻碍调节挡板的旋转与调节；

待调节挡板调整到位后，分合闸电磁铁失电，棘爪重新啮合并顶住棘轮的棘齿，则棘轮不可再反向旋转，支撑杆组件将阻碍调节挡板退回。

2.根据权利要求1所述的幅宽动态调整方法，其特征在于：沿包裹输送方向，将视觉识别装置设置于调节挡板的前端，预先在输送装置上、将视觉识别装置扫描的区域划分出若干栅格；

在上位机控制下，相机对进入扫描区域的若干包裹同时进行拍照；

通过图片色差标注出包裹的投影，以投影所占扫描区域的栅格数量计算出包裹外型体积数据与当前位置信息；

沿输送装置上的包裹输送方向，以机架的固定幅宽作为标尺，标注出包裹投影所在的栅格范围与占有栅格的数值；

依据上述包裹外型体积数据与当前位置信息，与预先设定的机架的标尺进行对比并代入：标尺图形栅格数/包裹投影宽度所占栅格数=标尺长度/包裹有效宽度，最终计算出包裹实际有效宽度的具体数值。

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