CN114590573B - 一种行李自适应装卸装置、系统和接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明一种行李自适应装卸装置、系统和接收方法，涉及自动化和智能化处理技术领域，解决现有技术中存在的不能在单一节点完成目标对象与机械臂终端上标准姿态位置重合的技术问题，包括背板，背板上设置有左叉臂和右叉臂，背板上开设有活动槽，左叉臂和右叉臂的一端在背板的背面连接有叉臂支座；背板的背面设置有后支座，后支座上设置有纵向驱动组件，第二连接件连接有水平滑动导轨，左叉臂和右叉臂上均开设有限位槽，限位槽中均设置有限位块，限位块通过弹性件与限位槽连接，左叉臂和右叉臂的内部设置有连杆机构、末端设置有末端挡块；本发明具有提高空间利用率，大幅减少航站楼空间占用的优点。

Description

一种行李自适应装卸装置、系统和接收方法

技术领域

本发明涉及自动化和智能化处理技术领域，更具体的是涉及一种行李自适应装卸装置、系统和接收方法。

背景技术

随着未来“四型机场”建设的需求逐渐明确，对未来机场行李处理的方法更加强调其更高的自动化程度和智能化程度。与此同时，国际运输协会（IATA）的753号决议要求全球大量航空公司能实现机场托运行李的信息全程追踪，而且将信息实时反馈给旅客，最终解决行李错运、丢失等问题。

目前国内外机场对托运行李的处理方法依然依赖于大量人工劳力，在进出港行李装卸载环节，依靠人工托运行李的装卸载，再到存储环节，目前几乎都是采用传统的皮带输送方式，其运输效率低、智能化程度低。在行李开包检测环节通常是采用输送带送入开包间、然后人工搬运卸载后开包，再通过人工将行李放入输送回线，此过程中存在损坏行李的现象。与此同时，目前国内外采用自动化设备对行李进行装卸时多采用工业机器人配合装卸装置等方案，现有的装卸装置主要包括两类，一种是采用夹持的方式，此方式容易对行李造成挤压伤害，第二种是通过真空吸盘吸附，此方式虽然不会对行李造成挤压伤害，但是无法处理表面气密性不好的行李，并且此类方案为了满足行李存储、装车等环节的容积率、装车率的关键效率指标，对前端行李的姿态有极高要求，在自动装卸设备处理节点处前端需要设置对象姿态调整装置，一是增加了系统的占用空间，二是在增加系统处置节点降低系统效率，三是位置调整效果不佳且在对象姿态调整装置与自动装卸设备节点处不可避免产生系统位置误差，因此在单一节点完成目标对象与机械臂终端上标准姿态位置重合，既能提高系统运行效率，减少系统处置节点，还能节省空间提高系统布局规划灵活性，是十分有必要的。由于机场处理对象种类繁多、应用场景多样，自动装卸载设备的末端执行机构要在保证在多场景条件使用下能处理行业规范内所有形制的行李，目前受制于夹具机械结构的限制、夹具对多场景使用的适配性、视觉识别技术应用的局限性，行业尚未找到一种能在全行业推广的自动装卸载设备。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有技术中存在的不能在单一节点完成目标对象与机械臂终端上标准姿态位置重合的技术问题，本发明提供一种行李自适应装卸装置、系统和接收方法

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种行李自适应装卸装置，包括背板，所述背板的正面对称设置有与之相垂直的左叉臂和右叉臂，背板上沿长轴方向开设有活动槽，所述左叉臂和所述右叉臂的一端均穿过活动槽并在背板的背面连接有叉臂支座；

背板的背面设置有后支座，所述后支座上设置有纵向驱动组件，两个所述叉臂支座上均设置有第二连接件，所述第二连接件远离叉臂支座的一端连接有与活动槽相平行的水平滑动导轨，所述水平滑动导轨位于所述纵向驱动组件的下方且纵向驱动组件能够驱动水平滑动导轨沿纵向作往复运动；

左叉臂和右叉臂上均开设有限位槽，所述限位槽中均设置有限位块，所述限位块通过弹性件与限位槽远离背板的一端连接，左叉臂和右叉臂的内部设置有与限位块连接的连杆机构、末端设置有与所述连杆机构连接的末端挡块，当水平滑动导轨沿纵向作往复运动时，通过限位块的作用，驱动固定在限位块上的连杆机构带动末端挡块作翻转运动。

进一步地，所述纵向驱动组件包括与后支座连接的驱动电机、背部沟槽滚筒和背部纵向导座，所述驱动电机的一端穿过后支座并在背板的背面连接有背部中央齿轮，所述背部沟槽滚筒位于驱动电机的下方，背部沟槽滚筒的一端穿过后支座且在此端设置有与背部中央齿轮相啮合的滚筒齿轮，所述背部纵向导座位于背部沟槽滚筒的下方，所述水平滑动导轨上设置有背部沟槽导杆，所述背部沟槽导杆穿过背部纵向导座的导向槽并与背部沟槽滚筒滑动配合。

进一步地，所述背板的背面一侧设置有第二电机，所第二电机的输出轴连接有第二带轮传动组件，所述第二带轮传动组件连接有与背板呈平行的第二双旋向丝杆，所述第二双旋向丝杆的正上方设置有与之平行的限位导轨，所述限位导轨与背板连接，所述第二双旋向丝杆上对称螺接有两个叉臂导向架，两个所述叉臂导向架与限位导轨滑动连接且分别套设在左叉臂和右叉臂上，叉臂导向架能够驱动左叉臂和右叉臂沿水平方向作对称平移运动。

进一步地，所述背板的背面另一侧设置有第一电机，所述第一电机的输出轴连接有第一带轮传动组件，所述第一带轮传动组件连接有与所述第二双旋向丝杆相平行的第一双旋向丝杆，所述第一双旋向丝杆上对称螺接有两个第一连接件，两个所述第一连接件的底部与所述限位导轨滑动连接，第一连接件的正面均连接有第一锥齿轮箱，两个所述第一锥齿轮箱分别连接有左侧板和右侧板；

所述驱动电机的输出轴穿过背板且在背板的正面连接有前部中央齿轮，所述前部中央齿轮和所述背部中央齿轮通过超越离合器与驱动电机连接，所述中央齿轮两侧均设置有与之啮合的带沟槽齿轮，两个所述带沟槽齿轮分别通过前部沟槽导杆与一个第二锥齿轮箱连接，两个所述第二锥齿轮箱相背的一侧均连接有万向节传动组件，两个所述万向节传动组件远离第二锥齿轮箱的一端分别与相靠近的第一锥齿轮箱连接，带沟槽齿轮转动时能够驱动前部沟槽导杆绕轴作往复旋转运动，并通过第二锥齿轮箱与万向节传动组件将此往复旋转运动传递至与第一锥齿轮箱连接的左侧板和右侧板上，实现左侧板和右侧板的定角度旋转与复原运动。

进一步地，所述左叉臂和右叉臂的下方均设置有光电传感器。

进一步地，所述左侧板和右侧板的内侧均设置有第一距离传感器，所述左叉臂与右叉臂相靠近的一侧均设置有第二距离传感器。

一种行李自适应装卸系统，包括上述的一种行李自适应装卸装置，还包括图像采集与处理装置、处理器、机械臂；

所述图像采集与处理装置用于采集行李在接口输入端的水平投影面上坐标点、投影平面图像信息、速度大小及矢量方向信息，并将采集的信息输出为具备相对运动坐标与矢量速度的拟合点云外接矩阵信息；

所述处理器通过图像采集与处理装置输出的信息与物理接口条件输入，计算自适应装卸装置的接收动态位姿，并将计算的运动轨迹与位姿信息输出至自适应装卸装置的控制系统；

所述机械臂用于根据处理器输出的信息，带动自适应装卸装置在输入运动轨迹上完成行李的接收。

一种行李接收方法，应用于上述的一种行李自适应装卸系统；通过行李自适应装卸系统对行李进行接收时，利用图像采集与处理装置读取行李在接口输入端的水平投影面上坐标点、投影平面图像信息、速度大小及矢量方向信息,根据使用接口类型选用适配的信息处理方式，所述接口类型包括固定接口和动态拟合接口。

作为一种方式，当所述接口类型为固定接口时，包括以下步骤：

步骤S1：所述自适应装卸系统调用行李水平投影面轮廓尺寸及与接口的相对位置坐标，将此坐标作为第一坐标；

步骤S2：在设定的循环周期内，自适应装卸系统判断行李水平投影面轮廓尺寸最大间距是否在自适应装卸装置允许接收范围内，若没有在范围内，自适应装卸系统排出行李，等待下一个满足接收范围的行李进行行李接收；

步骤S3：根据行李水平投影面轮廓尺寸最大间距调整自适应装卸装置尺寸及姿态至合适范围；

步骤S4：通过自适应装卸装置上方的图像采集与处理装置判断行李是否就位，利用图像处理算法将行李外廓信息整合为具有中心位置、长宽尺寸信息的点云外接矩阵信息，自适应装卸装置接收该点云外接矩阵信息作为输入调整装卸终端侧板间距对居中正位，完成行李接收。

作为另一种方式，当所述接口类型为动态拟合接口时，包括以下步骤：

步骤T1：所述自适应装卸系统调用行李水平投影面轮廓尺寸、速度大小、位置坐标及矢量信息，将目前处于接口前端的行李坐标点位作为第一坐标；

步骤T2：利用图像处理算法将信息整合为具有中心位置、长宽尺寸信息的点云外接矩阵信息，装卸终端接收该点云外接矩阵信息；

步骤T3：在设定的循环周期内，自适应装卸系统判断点云外接矩阵信息尺寸最大间距是否在自适应装卸装置允许接收范围内，若没有在范围内，自适应装卸系统排出行李，等待下一个满足接收范围的行李进行行李接收；

步骤T4：根据点云外接矩阵信息、自适应装卸装置的初始位姿、原点坐标、行李速度大小、位置坐标及速度矢量信息，计算物体在行李的实时位置和终点输出位姿，根据从行李初始位姿至终点输出位姿的运动轨迹输出至自适应装卸装置；

步骤T5：自适应装卸装置运动至动态拟合接口初始位姿的正下方位置，调整自适应装卸装置的尺寸以拟合初始位姿，对行李进行自适应接收；

步骤T6：通过自适应装卸装置上方的图像采集与处理装置判断行李是否就位，自适应装卸系统对比该图像信息与输出终端位置图像信息是否重合，若不在自适应装卸系统允许错位范围内，将行李投出至回收区，反之则收紧侧板完成行李接收。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过背板、左叉臂、右叉臂、活动槽、叉臂支座、后支座、纵向驱动组件、第二连接件、水平滑动导轨、限位槽、限位块、弹性件、连杆机构和末端挡块的配合，当水平滑动导轨沿纵向作往复运动时，通过限位块的作用，驱动固定在限位块上的连杆机构带动末端挡块作翻转运动，实现动态拟合过程中行李的姿态保持，在接口无需前置处理装置、简化流程、提高空间利用率，大幅减少航站楼空间占用，同时还能实现行李的承接式空间转移，实现行李的无损处理。

2.本发明通过自适应装卸系统定位于航站楼物流处理系统的功能模块设备，基于同一处理处理对象的前提下可以灵活布置于有多点位置信息输入与多点位置信息输出的不固定姿态转运需求的满足空间需求的任意场景下，并在物理接口与信息接口都满足与移动机器人、立体仓库、定向输送设备的交互。即在扩展系统节点接口数量、提升效率、降低对象破损率的前提下提高了系统空间利用率、简化了系统流程。

附图说明

图1是本发明的正面结构示意图；

图2是本发明的背面结构示意图；

图3是本发明去除第二锥齿轮箱箱体后的结构示意图；

图4是本发明的俯视图；

图5是本发明侧面示意图。

图6是本发明中错位布置行李货架的示意图；

图7是本发明实施例中场景一的示意图；

图8是本发明实施例中场景一的行李储存流程示意图；

图9是本发明实施例中场景一的行李取货流程示意图；

图10是本发明实施例中场景二的示意图。

附图标记：1-背板；2-第一电机；3-第一带轮传动组件；4-第一双旋向丝杆；5-限位导轨；6-左侧板；7-右侧板；8-万向节传动组件；9-左叉臂；10-右叉臂；11-末端挡块；12-限位块；13-第二带轮传动组件；14-第二双旋向丝杆；15-第二电机；16-第一连接件；17-水平滑动导轨；18-第二连接件；19-驱动电机；20-背部纵向导座；21-背部沟槽滚筒；22-后支座；23-前部中央齿轮；24-前部沟槽导杆；25-带沟槽齿轮；26-第一锥齿轮箱；27-第二锥齿轮箱；28-叉臂导向架；29-叉臂支座；30-超越离合器；31-背部沟槽导杆；32-连杆机构；33-第一距离传感器；34-第二距离传感器；35-光电传感器；36-背部中央齿轮；37-滚筒齿轮；38-活动槽；39-导向槽；40-限位槽；41-弹性件；42-移动机器人；43-机械臂；44-相机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供一种行李自适应装卸装置，包括背板1，所述背板1的正面对称设置有与之相垂直的左叉臂9和右叉臂10，背板1上沿长轴方向开设有活动槽38，所述左叉臂9和所述右叉臂10的一端均穿过活动槽38并在背板1的背面连接有叉臂支座29；

背板1的背面设置有后支座22，所述后支座22上设置有纵向驱动组件，两个所述叉臂支座29上均设置有第二连接件18，所述第二连接件18远离叉臂支座29的一端连接有与活动槽38相平行的水平滑动导轨17，所述水平滑动导轨17位于所述纵向驱动组件的下方且纵向驱动组件能够驱动水平滑动导轨17沿纵向作往复运动；

左叉臂9和右叉臂10上均开设有限位槽40，所述限位槽40中均设置有限位块12，所述限位块12通过弹性件41与限位槽40远离背板1的一端连接，左叉臂9和右叉臂10的内部设置有与限位块12连接的连杆机构32、末端设置有与所述连杆机构32连接的末端挡块11，当水平滑动导轨17沿纵向作往复运动时，通过限位块12的作用，驱动固定在限位块12上的连杆机构32带动末端挡块11作翻转运动。

本发明通过背板1、左叉臂9、右叉臂10、活动槽38、叉臂支座29、后支座22、纵向驱动组件、第二连接件18、水平滑动导轨17、限位槽40、限位块12、弹性件41、连杆机构32和末端挡块11的配合，当水平滑动导轨17沿纵向作往复运动时，通过限位块12的作用，驱动固定在限位块12上的连杆机构32带动末端挡块11作翻转运动，对运行行李进行动态拟合，在接口无需前置处理装置、简化流程、提高空间利用率，大幅减少航站楼空间占用，同时还能实现行李的承接式空间转移，实现行李的无损处理。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，对本发明中纵向驱动组件的具体结构做出说明。

如图2所示，所述纵向驱动组件包括与后支座22连接的驱动电机19、背部沟槽滚筒21和背部纵向导座20，所述驱动电机19的一端穿过后支座22并在背板1的背面连接有背部中央齿轮36，所述背部沟槽滚筒21位于驱动电机19的下方，背部沟槽滚筒21的一端穿过后支座22且在此端设置有与背部中央齿轮36相啮合的滚筒齿轮37，所述背部纵向导座20位于背部沟槽滚筒21的下方，所述水平滑动导轨17上设置有背部沟槽导杆31，所述背部沟槽导杆31穿过背部纵向导座20的导向槽39并与背部沟槽滚筒21滑动配合。

实施例3

本实施例是在上述实施例基础上，关于左叉臂9和右叉臂10的平移运动处理做出说明。

如图1和图2所示，所述背板1的背面一侧设置有第二电机15，所第二电机15的输出轴连接有第二带轮传动组件13，所述第二带轮传动组件13连接有与背板1呈平行的第二双旋向丝杆14，所述第二双旋向丝杆14的正上方设置有与之平行的限位导轨5，所述限位导轨5与背板1连接，所述第二双旋向丝杆14上对称螺接有两个叉臂导向架28，两个所述叉臂导向架28与限位导轨5滑动连接且分别套设在左叉臂9和右叉臂10上，叉臂导向架28能够驱动左叉臂9和右叉臂10沿水平方向作对称平移运动。

实施例4

本实施例是在上述实施例基础上，关于左侧板6和右侧板7的平移和翻转处理做出说明。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，所述背板1的背面另一侧设置有第一电机2，所述第一电机2的输出轴连接有第一带轮传动组件3，所述第一带轮传动组件3连接有与所述第二双旋向丝杆14相平行的第一双旋向丝杆4，所述第一双旋向丝杆4上对称螺接有两个第一连接件16，两个所述第一连接件16的底部与所述限位导轨5滑动连接，第一连接件16的正面均连接有第一锥齿轮箱26，两个所述第一锥齿轮箱26分别连接有左侧板6和右侧板7；

所述驱动电机19的输出轴穿过背板1且在背板1的正面连接有前部中央齿轮23，所述前部中央齿轮23和所述背部中央齿轮36通过超越离合器30与驱动电机19连接，所述中央齿轮两侧均设置有与之啮合的带沟槽齿轮25，两个所述带沟槽齿轮25分别通过前部沟槽导杆24与一个第二锥齿轮箱27连接，两个所述第二锥齿轮箱27相背的一侧均连接有万向节传动组件8，两个所述万向节传动组件8远离第二锥齿轮箱27的一端分别与相靠近的第一锥齿轮箱26连接，带沟槽齿轮25转动时能够驱动前部沟槽导杆24绕轴作往复旋转运动，并通过第二锥齿轮箱27与万向节传动组件8将此往复旋转运动传递至与第一锥齿轮箱26连接的左侧板6和右侧板7上，实现左侧板6和右侧板7的定角度旋转与复原运动。

本发明的工作原理如下：

关于末端挡块11的翻转运动工作原理：驱动电机19反转带动背部中央齿轮36转动，使背部沟槽滚筒21旋转，并通过沟槽轨迹与背部沟槽导杆31实现背部沟槽导杆31的前后往复运动，背部沟槽导杆31将该运动通过水平滑动导轨17与第二连接件18传递至叉臂支座29、左叉臂9和右叉臂10，实现左叉臂9和右叉臂10的纵向往复运动，并通过左叉臂9和右叉臂10上的限位块12的限位作用，实现左叉臂9、右叉臂10与背板1的相对运动，并驱动固定在限位块12上的连杆机构32带动叉臂末端挡块11的翻转运动。

关于左叉臂9和右叉臂10的左右平移运动工作原理：通过叉臂导向架28与第二双向丝杆对称滑动连接，第二双向丝杆末端与第二带轮传动组件13连接，第二带轮传动组件13与第二电机15固定相连，通过第二电机15带动第二双向丝杆旋转实现左叉臂9和右叉臂10的对称平移运动。

关于左侧板6和右侧板7的平移和翻转工作原理：第一电机2固定在背板1上，通过键轴连接驱动第一带轮传动组件3，带动装配于第一带轮传动组件3的第一双旋向丝杆4转动，第一双旋向丝杆4转动驱动装配了第一锥齿轮箱26的第一连接件16水平移动，第一连接件16同时与安装在背板1上的限位导轨5连接，左侧板6和右侧板7与第一锥齿轮箱26的大齿轮键轴连接，跟随第一锥齿轮箱26完成左右平移。通过驱动电机19驱动前部中央齿轮23带动带沟槽齿轮25旋转，通过沟槽实现前部沟槽导杆24的绕轴往复旋转运动，并通过第二锥齿轮箱27与万向节传动组件8将此往复旋转运动传递至与第一锥齿轮箱26连接的左侧板6和右侧板7上，实现定方向旋转驱动，完成左侧板6和右侧板7的定角度旋转与复原运动。

实施例5

本实施例是在上述实施例基础上，关于自动化处理做出优化说明。

如图1所示，所述左叉臂9和右叉臂10的下方均设置有光电传感器35。

进一步地，所述左侧板6和右侧板7的内侧均设置有第一距离传感器33，所述左叉臂9与右叉臂10相靠近的一侧均设置有第二距离传感器34。

初始状态时，左侧板6、右侧板7的最低水平位置位于左叉臂9、右叉臂10最外侧的正下方，并随着左叉臂9和右叉臂10的运动同步运动，当左侧板6、右侧板7接收到翻转命令时，第一锥齿箱带动左侧板6和右侧板7翻转，当左叉臂9和右叉臂10下方的光电传感器35识别左侧板6和右侧板7离开后，系统解除左叉臂9和右叉臂10与左侧板6和右侧板7的绑定，第一双旋向丝杆4带动翻转就位的左侧板6和右侧板7进行左右平移完成居中、限位、夹紧等工作；当系统发出指定，使得左侧板6和右侧板7翻转至水平状态时，位于左侧板6和右侧板7内侧的第一距离传感器33与位于左叉臂9和右叉臂10内侧的第二距离传感器34识别计算左侧板6和右侧板7与左叉臂9和右叉臂10间的距离Sc与Sp，当Sc=Sp+e，其中e为系统设定位置标定值，即只有满足Sc-Sp>e时才能执行翻转命令，左侧板6和右侧板7翻转至水平状态，下方的光电传感器35识别左侧板6和右侧板7就位后在系统绑定左叉臂9和右叉臂10与左侧板6和右侧板7，由于左侧板6和右侧板7的翻转运动是定角度的往复运动，控制上只需要控制其进行半个周期的运动即可，一个完整周期既可完成水平-翻转-水平运动。

本装置通过驱动电机19、纵向驱动组件、万向节传动组件8、超越离合器30、带沟槽齿轮25传动等组件配合光电传感器35以及匹配的控制逻辑实现三动力源输出四单独动作，即通过第一电机2旋转实现左侧板6和右侧板7的左右移动，通过驱动电机19正转实现左侧板6和右侧板7的90°循环旋转运动、反转实现左叉臂9和右叉臂10的前后循环移动，从而实现末端挡板的翻转，通过第二电机15旋转实现左叉臂9和右叉臂10的左右移动。

实施例6

本实施例提供一种行李自适应装卸系统，包括上述的一种行李自适应装卸装置，还包括图像采集与处理装置、处理器、机械臂43；

所述图像采集与处理装置用于采集行李在接口输入端的水平投影面上坐标点、投影平面图像信息、速度大小及矢量方向信息，并将采集的信息输出为具备相对运动坐标与矢量速度的拟合点云外接矩阵信息；

所述处理器通过图像采集与处理装置输出的信息与物理接口条件输入，计算自适应装卸装置的接收动态位姿，并将计算的运动轨迹与位姿信息输出至自适应装卸装置的控制系统；

所述机械臂43用于根据处理器输出的信息，带动自适应装卸装置同步输入运动轨迹完成行李的接收。

进一步地，行李自适应装卸系统通过与视觉处理系统、移动机器人42、行李货架、输送设备、专用行李标签/条码识别器和动态存储位分配系统形成一套行李自动居中装卸载系统。其中动态存储位分配系统包括错位布置行李货架、专用行李标签/条码识别器、上位控制系统，动态存储位分配系统根据行李的尺寸与航班号动态分配于错位布置行李货架的存储位。

如图6所示，由于行李的尺寸相差比较大，为提高航站楼有限空间容积率，本发明采用了动态存储位分配系统，具体实施步骤如下：一、行李由输送机/AMR等输送设备运输至自适应设备接口处；二、图像采集与处理装置读取行李尺寸并拟合出长宽信息上传上位系统（不符合要求行李决绝入库）；三、上位动态存储位分配系统根据长宽信息比对设置的长宽阈值并判断行李姿态，若判断行李为横置则放置横位货架，若判断行李为竖置则放置于竖位货架；四、自适应设备终端接收上位系统的货位分配信息，并将行李放置于相应货位；五、取货或回到初始位置执行下步指令。

实施例7

本实施例提供一种行李接收方法，应用于上述的一种行李自适应装卸系统；通过行李自适应装卸系统对行李进行接收时，利用图像采集与处理装置读取行李在接口输入端的水平投影面上坐标点、投影平面图像信息、速度大小及矢量方向信息,根据使用接口类型选用适配的信息处理方式，所述接口类型包括固定接口和动态拟合接口。

作为一种方式，当所述接口类型为固定接口时，包括以下步骤：

步骤S1：所述自适应装卸系统调用行李水平投影面轮廓尺寸及与接口的相对位置坐标，将此坐标作为第一坐标；

步骤S2：在设定的循环周期内，自适应装卸系统判断行李水平投影面轮廓尺寸最大间距是否在自适应装卸装置允许接收范围内，若没有在范围内，自适应装卸系统排出行李，等待下一个满足接收范围的行李进行行李接收；

步骤S3：根据行李水平投影面轮廓尺寸最大间距调整自适应装卸装置尺寸及姿态至合适范围；

步骤S4：通过自适应装卸装置上方的图像采集与处理装置判断行李是否就位，利用图像处理算法将行李外廓信息整合为具有中心位置、长宽尺寸信息的点云外接矩阵信息，自适应装卸装置接收该点云外接矩阵信息作为输入调整装卸终端侧板间距对居中正位，完成行李接收。

作为另一种方式，当所述接口类型为动态拟合接口时，包括以下步骤：

步骤T1：所述自适应装卸系统调用行李水平投影面轮廓尺寸、速度大小、位置坐标及矢量信息，将目前处于接口前端的行李坐标点位作为第一坐标；

步骤T2：利用图像处理算法将信息整合为具有中心位置、长宽尺寸信息的点云外接矩阵信息，装卸终端接收该点云外接矩阵信息；

步骤T3：在设定的循环周期内，自适应装卸系统判断点云外接矩阵信息尺寸最大间距是否在自适应装卸装置允许接收范围内，若没有在范围内，自适应装卸系统排出行李，等待下一个满足接收范围的行李进行行李接收；

步骤T4：根据点云外接矩阵信息、自适应装卸装置的初始位姿、原点坐标、行李速度大小、位置坐标及速度矢量信息，计算物体在行李的实时位置和终点输出位姿，根据从行李初始位姿至终点输出位姿的运动轨迹输出至自适应装卸装置；

步骤T5：自适应装卸装置运动至动态拟合接口初始位姿的正下方位置，调整自适应装卸装置的尺寸以拟合初始位姿，对行李进行自适应接收；

步骤T6：通过自适应装卸装置上方的图像采集与处理装置判断行李是否就位，自适应装卸系统对比该图像信息与输出终端位置图像信息是否重合，若不在自适应装卸系统允许错位范围内，将行李投出至回收区，反之则收紧侧板完成行李接收。

具体实现方式可以分为固定接口与动态拟合接口两类场景描述。

固定接口场景选取机场行李系统常见的行李开包间为场景一，如图7、图8和图9所示，具体步骤如下：

S101-移动机器人42将开包行李送至开包线，自适应装卸装置根据投出移动机器人42（移动机器人42卸载点位为接口输出口）上方架设的图像识别器读取行李在接口输入端的水平投影面上坐标点、投影平面图像信息、速度大小及矢量方向信息，系统调用行李水平投影面轮廓尺寸及与接口的相对位置坐标，将此坐标作为第一坐标，通过专用行李标签/条码识别器，读取行李身份信息。

优先地，计算行李的轮廓点云在移动机器人42输送方向及其法向上的最外侧点之间的间距[X]，[Y]并存储在尺寸列表S1中；获取轮廓点云在接口输出位置的世界坐标U(Ux,Uy,Uz)，通过最大间距参数S1与固定接口宽度W，计算轮廓点云于接口的相对坐标R（Rx,Ry,Rz），将S1于R输入装卸装置，根据判断行李是否满足接收范围内，若没有在范围内，系统排出行李，等待下一个满足接收范围的行李进行行李接收，若满足进行下一步；

计算装卸装置的接收位姿，具体方式为：

根据S1中存储的输送方向法向上的最外侧点间距[Y]确定装卸装置的左侧板6和右侧板7的间距Sp。装卸系统将间距调节命令输入装卸装置，装卸装置由初始状态（此时装置处于收束状态，即满足货架承台齿距的最小空间体积状态，侧板位于最外侧的左叉臂9和右叉臂10正下方）调整左叉臂9和右叉臂10相对位置至合适间距（在侧板旋转命令执行前，侧板总位于最外层的左叉臂9和右叉臂10的正下方并随左叉臂9和右叉臂10移动而移动），左叉臂9和右叉臂10的间距调节同时受以下三个条件约束，即：（一）截面呈矩形锯齿状的货架承台的宽度Ws（小尺寸货架），Wl（大尺寸货架），齿距P，根据目标存储位不同，左叉臂9和右叉臂10的最大间距不得大于Ws或Wl，并以P为调节步长；（二）行李超出左叉臂9和右叉臂10最外侧边缘距离不得大于行李尺寸的15%，即（[Y]-Sp）/2≤0.15*[Y]，（三）左叉臂9和右叉臂10的宽度为Wc，左叉臂9和右叉臂10最内侧间距不得大于行李最大尺寸的50%，即Sp-2*Wc≥0.5*[Y]，三个约束条件优先级为(一)>(二)>*(三)。

通过输入的坐标U（Rx,Ry,Rz），计算得到装卸装置的初步接收位姿，初步接收位姿G1由Gx ,Gy ,Gz ,Gα,Gβ,Gθ六个变量表示，其中(Gx ,Gy ,Gz)表示抓取位姿的空间位置坐标，(Gα,Gβ,Gθ)表示抓取位姿的单位方向向量，(Gα,Gβ,Gθ)由移动机器人42上部移载机构输送速度决定，速度越大，装卸装置相对于输送面倾斜角度越小，最小倾斜角不得小于一个保证行李能自动下滑得固定角度。

S102-系统控制装卸装置由初步位置运动至接收位姿。

S103-接口驱动行李接收输送至接收装置就位，装卸系统对装卸装置的左侧板6和右侧板7旋转命令，左侧板6和右侧板7旋转至与水平面垂直位置（驱动齿轮旋转180°），左侧板6和右侧板7水平驱动电机19驱动侧板收缩对行李进行居中调整，居中动作结束条件为：收紧力矩达到100N，通过电机电流阈值实现。随后升起叉臂末端挡块11。

S104-根据行李身份信息及行李尺寸信息判断选择存储位，即：（一）根据行李身份信息确定航班存储区域；（二）根据行李存储信息即[Y]＜Ws分配小型存储位；（三）Ws≤[Y]≤Wl分配大型存储位，动态存储位分配系统为行李分配货位，并控制装卸装置将行李转运至存储位，并将该存储位对应得装卸装置卸载位姿Gi保存在系统储存器中。

S105-当立体库得WMS系统发出取货指令时，输出对应存储位的位姿信息Gi到装卸装置并控制其到Gi，提取行李后将行李转运至开包线完成出库命令。

进一步地，具体的取货流程为：A.当立体库得WMS系统发出取货指令时，输出对应存储位的位姿信息Gi到装卸装置并控制其到Gi。B.装卸装置根据存储器中绑定的S1尺寸信息列表旋转侧板并水平居中就位。C.升起挡块。D.机械臂43上相机44判断行李是否就位，转运至输送设备（输送机/移动机器人42）卸载位置。E.放平挡块，张开侧板、倾斜夹具、释放行李至输送设备上，输送设备通过其上检测装置启动输送设备，移动行李至需要位置。F.机械臂43上相机44判断行李是否完全脱离抓手、移动抓手至home位等待执行一下此工作命令。G系统解除货位与行李的行李绑定，并上传该信息至历史资料库。

动态拟合接口场景选取机场行李系统常见的早到存储为场景二，如图10所示，具体步骤如下：

T201-输送线将早到行李送至动态拟合接口（悬臂输送机），自适应装卸装置根据输送机上方架设的图像识别器读取行李在接口输入端的水平投影面上坐标点、投影平面图像信息、速度大小及矢量方向信息，利用边框拟合算法将信息整合为具有中心位置、长宽尺寸信息的外接矩形轮廓点云，得到矩形点云的长[x],宽[y]并存储在尺寸列表T2，通过专用行李标签/条码识别器，读取行李身份信息。

优先地，以输送机输送方向为依据，计算矩形点云长边与输送方向的偏转角度θ；获取矩形点云面心的第一坐标点Q(Qx,Qy,Qz)。

通过矩形尺寸长宽参数T2与固定接口宽度W，计算矩形点云于接口的相对坐标R1（Rx,Ry,Rz），根据判断行李是否满足接收范围内，若没有在范围内，系统排出行李，等待下一个满足接收范围的行李进行行李接收，若满足进行下一步；

计算物体在行李的实时位置和终点输出位姿，具体方式为：

根据点云矩形长边与运输方向夹角θ大小作为第一判断依据：（一）0°≤θ＜45°，取T2中存储的[x]；（二）45°≤θ＜90°，取T2中存储的[y]来确定装卸装置左侧板6和右侧板7的间距Tp。装卸系统将间距调节命令输入装卸装置，装卸装置由初始状态（此时装置处于收束状态，即满足货架承台齿距的最小空间体积状态，侧板位于最外侧的左叉臂9和右叉臂10的正下方）调整左叉臂9和右叉臂10的相对位置至合适间距（在侧板旋转命令执行前，侧板总位于最外层的左叉臂9和右叉臂10的正下方并随左叉臂9和右叉臂10的移动而移动），左叉臂9和右叉臂10的间距调节同时受以下3个条件约束，即：（一）截面呈矩形锯齿状的货架承台的宽度WT（小尺寸货架），Wl（大尺寸货架），齿距P，根据目标存储位不同，左叉臂9和右叉臂10的最大间距不得大于WT或Wl，并以P为调节步长；（二）行李超出左叉臂9和右叉臂10的最外侧边缘距离不得大于行李尺寸的15%，即（T2(θ)-Tp）/2≤0.15*T2(θ)，（三）左叉臂9和右叉臂10的宽度为Wc，左叉臂9和右叉臂10最内侧的间距不得大于行李最大尺寸的50%，即Tp-2*Wc≥0.5*T2(θ)，三个约束条件优先级为(一)>(二)>*(三)。

输入输送机恒定矢量速度V，在x和y方向的速度分别为Vx和Vy，Q(T0)为矩形点云面心的初始位置坐标点，则各物体的实时抓取位姿Q(t)的计算公式为：

Qx(t)＝Qx(T0)+Vxⅹ(t-T0) ,

Qy(t)＝Qy(T0)+Vyⅹ(t-T0) ,

QZ(t)＝Qz-h(输送机厚度)-10mm，去α、Q(t)＝Qα，Qβ(t)＝Qβ，Qγ(t)

其中Qγ控制装置在水平投影面转角，当0°≤θ＜45°，Qγ=Q（θ）；当45°≤θ＜90°，Qγ=Q（90°-θ）。

步骤T102、根据抓取规划获得运动轨迹，装卸装置至行李正下方的输送机底部的实时位置，对行李矩形点云进行动态拟合。

装卸装置至行李的实时位置正下方向的输送机底部，在水平方向上装卸装置跟随行李体匀速运动，直至行李离开输送机表面进入装卸装置，与装卸装置的预设拟合位重合。

T203-接口驱动行李接收输送至接收装置就位，装卸系统对装卸装置的左侧板6和右侧板7旋转命令，左侧板6和右侧板7旋转至与水平面垂直位置（驱动齿轮旋转180°），左侧板6和右侧板7水平驱动电机19驱动侧板收缩对行李进行居中调整，居中动作结束条件为：收紧力矩达到100N，通过电机电流阈值实现。随后升起叉臂末端挡块11。

T204-根据行李身份信息及行李尺寸信息判断选择存储位，即：（一）根据行李身份信息确定航班存储区域；（二）根据行李存储信息即T2(θ)＜WT分配小型存储位；（三）WT≤T2(θ)≤Wl分配大型存储位，动态存储位分配系统为行李分配货位，并控制装卸装置将行李转运至存储位，并将该存储位对应得装卸装置卸载位姿Gi保存在系统储存器中。

T205-当立体库得WMT系统发出取货指令时，输出对应存储位的位姿信息Gi到装卸装置并控制其到Gi，提取行李后将行李转运至出库输送机完成出库命令。

需要说明的是，此场景的取货流程与固定接口场景一致。

总的来讲，本发明通过应用图像处理技术、自适应装卸装置、视觉处理系统、货位智能分配算法、全程跟踪技术、工业机器人以及机械臂43，实现了机场托运行李的行李开包检测、早到存储、开包间暂存等多个环节及场景的自动化和智能化无损处理，与此同时实现了在上述全流程中的行李信息实时追踪和精确定位。而且，在本发明的方法处理下，在机械臂43上集成了整包系统，相较目前行业处理方法具备：实现行李的承接式空间转移，实现行李的无损处理；在接口无需前置处理装置、简化流程、提高空间利用率，大幅减少航站楼空间占用；智能分配货位，提高有限空间存储率柔性高、扩展性强，能满足各种体量机场的应用需求，且布置灵活；行李定位精准，实现行李在开包、早到存储环节的全程跟踪而且实现了行李全程实时追踪功能，总体处理效率更高，自动化和智能化水平更高、行李损伤量减少，人工劳力减少。

主要体现在下述的自动化和智能化两大方面。

自动化处理方面：本发明通过行李自适应装卸系统定位于航站楼物流处理系统的功能模块设备，基于同一处理对象的前提下可以灵活布置于有多点位置信息输入与多点位置信息输出的不固定姿态转运需求的满足空间需求的任意场景下，并在物理接口与信息接口都满足与移动机器人42、立体仓库、定向输送设备的交互。即在扩展系统节点接口数量、提升效率、降低对象破损率的前提下提高了系统空间利用率、简化了系统流程。

本发明在提出的行李自适应装卸系统的终端装置提出了一种根据对象输入位置/图像信息、输出位置条件信息，自适应调整侧边限位装置水平相对/转向相对位置、支座水平相对位置、前后相对位置的结构，即本发明中的自适应装卸装置。该装置通过驱动电机19、纵向驱动组件、万向节传动组件8、超越离合器30、带沟槽齿轮25传动等组件配合光电传感器35以及匹配的控制逻辑实现三动力源输出四单独动作的装置。

智能化处理方面：本发明通过行李自适应装卸系统根据使用场景选用图像识别器读取目标对象的水平投影面上坐标点、投影平面图像信息、速度大小及矢量方向信息,利用图像处理算法将信息整合为具有中心位置、长宽尺寸信息的二维动态云点矩阵，自适应装卸装置接收该点云外接矩阵信息，根据使用场景选择物理接口模式，如固定姿态接口、动态拟合接口等，并调整装卸终端物理形态以完成目标对象的物理接收。

本发明通过在行李自适应装卸系统的输入、输出端口均装有行李标签/条码识别器，任何区域和任何环节下的目标对象通过行李自适应装卸系统处理后便能与其绑定，可实现托运行李全流程的信息实时追踪，并根据目标对象身份信息动态分配至输出端口，输出端口识别目标对象后将接受信息反馈至行李自适应装卸系统，作为输入信息参与下一次输出分配运动。

本发明在对接存储功能节点应用场景，行李自适应装卸系统连接存储空间WMS系统获取存储位信息，且在输送端口均装有图像识别器，可根据图像处理系统输出的目标对象具有中心位置、长宽尺寸信息的二维云点矩阵自动分配货位，可以实现存储区域的最大空间利用率。

Claims (7)

1.一种行李自适应装卸装置，其特征在于，包括背板（1），所述背板（1）的正面对称设置有与之相垂直的左叉臂（9）和右叉臂（10），背板（1）上沿长轴方向开设有活动槽（38），所述左叉臂（9）和所述右叉臂（10）的一端均穿过活动槽（38）并在背板（1）的背面连接有叉臂支座（29）；

背板（1）的背面设置有后支座（22），所述后支座（22）上设置有纵向驱动组件，两个所述叉臂支座（29）上均设置有第二连接件（18），所述第二连接件（18）远离叉臂支座（29）的一端连接有与活动槽（38）相平行的水平滑动导轨（17），所述水平滑动导轨（17）位于所述纵向驱动组件的下方且纵向驱动组件能够驱动水平滑动导轨（17）沿纵向作往复运动；

左叉臂（9）和右叉臂（10）上均开设有限位槽（40），所述限位槽（40）中均设置有限位块（12），所述限位块（12）通过弹性件（41）与限位槽（40）远离背板（1）的一端连接，左叉臂（9）和右叉臂（10）的内部设置有与限位块（12）连接的连杆机构（32）、末端设置有与所述连杆机构（32）连接的末端挡块（11），当水平滑动导轨（17）沿纵向作往复运动时，通过限位块（12）的作用，驱动固定在限位块（12）上的连杆机构（32）带动末端挡块（11）作翻转运动；

所述左叉臂（9）和右叉臂（10）的下方均设置有光电传感器（35）。

2.根据权利要求1所述的一种行李自适应装卸装置，其特征在于，所述纵向驱动组件包括与后支座（22）连接的驱动电机（19）、背部沟槽滚筒（21）和背部纵向导座（20），所述驱动电机（19）的一端穿过后支座（22）并在背板（1）的背面连接有背部中央齿轮（36），所述背部沟槽滚筒（21）位于驱动电机（19）的下方，背部沟槽滚筒（21）的一端穿过后支座（22）且在此端设置有与背部中央齿轮（36）相啮合的滚筒齿轮（37），所述背部纵向导座（20）位于背部沟槽滚筒（21）的下方，所述水平滑动导轨（17）上设置有背部沟槽导杆（31），所述背部沟槽导杆（31）穿过背部纵向导座（20）的导向槽（39）并与背部沟槽滚筒（21）滑动配合。

3.根据权利要求2所述的一种行李自适应装卸装置，其特征在于，所述背板（1）的背面一侧设置有第二电机（15），所述第二电机（15）的输出轴连接有第二带轮传动组件（13），所述第二带轮传动组件（13）连接有与背板（1）呈平行的第二双旋向丝杆（14），所述第二双旋向丝杆（14）的正上方设置有与之平行的限位导轨（5），所述限位导轨（5）与背板（1）连接，所述第二双旋向丝杆（14）上对称螺接有两个叉臂导向架（28），两个所述叉臂导向架（28）与限位导轨（5）滑动连接且分别套设在左叉臂（9）和右叉臂（10）上，叉臂导向架（28）能够驱动左叉臂（9）和右叉臂（10）沿水平方向作对称平移运动。

4.根据权利要求3所述的一种行李自适应装卸装置，其特征在于，所述背板（1）的背面另一侧设置有第一电机（2），所述第一电机（2）的输出轴连接有第一带轮传动组件（3），所述第一带轮传动组件（3）连接有与所述第二双旋向丝杆（14）相平行的第一双旋向丝杆（4），所述第一双旋向丝杆（4）上对称螺接有两个第一连接件（16），两个所述第一连接件（16）的底部与所述限位导轨（5）滑动连接，第一连接件（16）的正面均连接有第一锥齿轮箱（26），两个所述第一锥齿轮箱（26）分别连接有左侧板（6）和右侧板（7）；

所述驱动电机（19）的输出轴穿过背板（1）且在背板（1）的正面连接有前部中央齿轮（23），所述前部中央齿轮（23）和所述背部中央齿轮（36）通过超越离合器（30）与驱动电机（19）连接，所述中央齿轮两侧均设置有与之啮合的带沟槽齿轮（25），两个所述带沟槽齿轮（25）分别通过前部沟槽导杆（24）与一个第二锥齿轮箱（27）连接，两个所述第二锥齿轮箱（27）相背的一侧均连接有万向节传动组件（8），两个所述万向节传动组件（8）远离第二锥齿轮箱（27）的一端分别与相靠近的第一锥齿轮箱（26）连接，带沟槽齿轮（25）转动时能够驱动前部沟槽导杆（24）绕轴作往复旋转运动，并通过第二锥齿轮箱（27）与万向节传动组件（8）将此往复旋转运动传递至与第一锥齿轮箱（26）连接的左侧板（6）和右侧板（7）上，实现左侧板（6）和右侧板（7）的定角度旋转与复原运动。

5.根据权利要求4所述的一种行李自适应装卸装置，其特征在于，所述左侧板（6）和右侧板（7）的内侧均设置有第一距离传感器（33），所述左叉臂（9）与右叉臂（10）相靠近的一侧均设置有第二距离传感器（34）。

6.一种行李自适应装卸系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的一种行李自适应装卸装置，还包括图像采集与处理装置、处理器、机械臂（43）；

所述图像采集与处理装置用于采集行李在接口输入端的水平投影面上坐标点、投影平面图像信息、速度大小及矢量方向信息，并将采集的信息输出为具备相对运动坐标与矢量速度的拟合点云外接矩阵信息；

所述处理器通过图像采集与处理装置输出的信息与物理接口条件输入，计算自适应装卸装置的接收动态位姿，并将计算的运动轨迹与位姿信息输出至自适应装卸装置的控制系统；

所述机械臂（43）用于根据处理器输出的信息，带动自适应装卸装置在输入运动轨迹上完成行李的接收。

7.一种行李接收方法，其特征在于，应用于如权利要求6所述的一种行李自适应装卸系统；通过行李自适应装卸系统对行李进行接收时，利用图像采集与处理装置读取行李在接口输入端的水平投影面上坐标点、投影平面图像信息、速度大小及矢量方向信息，根据使用接口类型选用适配的信息处理方式，所述接口类型包括固定接口和动态拟合接口；

当所述接口类型为固定接口时，包括以下步骤：

步骤S1：所述自适应装卸系统调用行李水平投影面轮廓尺寸及与接口的相对位置坐标，将此坐标作为第一坐标；

步骤S2：在设定的循环周期内，自适应装卸系统判断行李水平投影面轮廓尺寸最大间距是否在自适应装卸装置允许接收范围内，若没有在范围内，自适应装卸系统排出行李，等待下一个满足接收范围的行李进行行李接收；

步骤S3：根据行李水平投影面轮廓尺寸最大间距调整自适应装卸装置尺寸及姿态至合适范围；

步骤S4：通过自适应装卸装置上方的图像采集与处理装置判断行李是否就位，利用图像处理算法将行李外廓信息整合为具有中心位置、长宽尺寸信息的点云外接矩阵信息，自适应装卸装置接收该点云外接矩阵信息作为输入调整装卸终端侧板间距对居中正位，完成行李接收；

当所述接口类型为动态拟合接口时，包括以下步骤：

步骤T1：所述自适应装卸系统调用行李水平投影面轮廓尺寸、速度大小、位置坐标及矢量信息，将目前处于接口前端的行李坐标点位作为第一坐标；

步骤T2：利用图像处理算法将信息整合为具有中心位置、长宽尺寸信息的点云外接矩阵信息，装卸终端接收该点云外接矩阵信息；

步骤T3：在设定的循环周期内，自适应装卸系统判断点云外接矩阵信息尺寸最大间距是否在自适应装卸装置允许接收范围内，若没有在范围内，自适应装卸系统排出行李，等待下一个满足接收范围的行李进行行李接收；

步骤T4：根据点云外接矩阵信息、自适应装卸装置的初始位姿、原点坐标、行李速度大小、位置坐标及速度矢量信息，计算物体在行李的实时位置和终点输出位姿，根据从行李初始位姿至终点输出位姿的运动轨迹输出至自适应装卸装置；

步骤T5：自适应装卸装置运动至动态拟合接口初始位姿的正下方位置，调整自适应装卸装置的尺寸以拟合初始位姿，对行李进行自适应接收；

步骤T6：通过自适应装卸装置上方的图像采集与处理装置判断行李是否就位，自适应装卸系统对比该图像信息与输出终端位置图像信息是否重合，若不在自适应装卸系统允许错位范围内，将行李投出至回收区，反之则收紧侧板完成行李接收。

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