CN115488897A - 机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，属于码垛机械臂控制领域，包括以下实施步骤：扫描识别，对需要码垛物品箱的尺寸和码垛区尺寸信息进行扫描记录，并依照分类标准进行识别编号；码放排序，依照每一个码垛区对应的物品箱之间的尺寸关系，进行码放排列，码放排序；轨迹规划，在摆放后一个码垛区时，通过前面码垛区域的码放情况对机械手臂码垛轨迹进行规划；运动控制，在将物品箱码放到不同码垛区时，通过规划后的轨迹判断运动实施的可能性，并对机械手臂的运动轨迹进行最优控制。本发明在具体摆放过程中，通过前码垛区的码放情况对机械手臂码垛轨迹进行规划，避免碰撞到前码垛区的物品，优化机械手臂码放需分类物品箱的空间轨迹。
Description
技术领域
本发明涉及码垛机械臂控制技术领域，尤其涉及机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法。
背景技术
现如今物流速度在不断加快，在对物品进行打包运输过程中，必不可少会经过对物品打包箱进行码垛操作，方便叉车对其转移到运输工具内。
在运输线上运输的物品箱会依照不同的形状和颜色等其他标准进行划分到不同的堆放区域，在码放过程中由于运输线上的不同物品箱是无序的，因此在摆放过程中会出现某个码垛区域内物品箱摆放过高，导致后续在摆放其他区域物品箱时，机械手臂容易碰撞到已摆放好的物品箱。
因此，我们提出机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中在摆放不同物品箱时由于无序摆放会出现某个码垛区域内物品箱摆放过高，导致后续在摆放其他区域物品箱时，机械手臂容易碰撞到已摆放好的物品箱的问题，而提出的机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，包括以下实施步骤：
S1：扫描识别，对需要码垛物品箱的尺寸和码垛区尺寸信息进行扫描记录，并依照分类标准进行识别编号；
S2：码放排序，依照每一个码垛区对应的物品箱之间的尺寸关系，进行码放排列，码放排序；
S3：轨迹规划，在摆放后一个码垛区时，通过前面码垛区域的码放情况对机械手臂码垛轨迹进行规划；
S4：运动控制，在将物品箱码放到不同码垛区时，通过规划后的轨迹判断运动实施的可能性，并对机械手臂的运动轨迹进行最优控制。
优选地，步骤S1中码垛物品箱的尺寸信息：由基础长宽高空间尺寸信息组成，码垛区的码垛空间尺寸信息：由码垛基板的长宽和基板摆放高度组成。
优选地，步骤S1中分类标准：根据物品箱的颜色和尺寸信息进行分类，并分类标准下扫描到的物品箱进行编号。
优选地，步骤S2中码放排列：根据物品箱的空间尺寸信息，以及码垛区的码垛空间尺寸信息进行排列方式计算，并对此种排列方式下模拟的排列空间位置进行标号。
优选地，步骤S2中码放排序：依照排列空间位置下的标号与此种分类标准下物品箱的标号进行对应，接着通过摆动空间轨迹的远近进行码垛排序。
优选地，步骤S3中对码垛轨迹的规划：由物品箱码垛沿着机械手臂运动轨迹的第一个码垛区内的码垛情况进行记录，并依次对后续各个码垛区内的码垛情况进行记录，在码放物品箱时，通过该分类码垛区前码垛区的码垛情况对码垛空间轨迹进行规划。
优选地，步骤S3的码垛轨迹具体规划方法为，对每个码垛区进行依次编号，再通过扫描识别对物品箱分类后的编号与码垛区编号进行比对，从而确定其分类码垛区前存在的码垛区个数，并对码垛前码垛区的码垛空间信息进行记录，模拟为物品箱码垛移动轨迹中的障碍墙，在码放过程中不与障碍墙进行触碰。
优选地，步骤S4中的码垛运动轨迹为：在码放排序和轨迹规划过程中得到码垛区排列方式、码放顺序和前码垛区的障碍信息，对码垛过程中机械手臂摆动轨迹和码放高度进行确定。
优选地，在机械手臂摆动轨迹和码放高度确定下，控制机械手臂升降和摆动同步进行，控制机械手臂的运动轨迹。
相比现有技术，本发明的有益效果为：
1、在摆放不同物品箱时，通过扫描识别对各种分类下物品箱的尺寸信息进行扫描记录，并对每一种物品箱摆放的码放排列方式和码放顺序进行制定，在具体摆放过程中，通过前面码垛区域的码放情况对机械手臂码垛轨迹进行规划，避免碰撞到前码垛区域的物品，达到优化机械手臂码放需分类物品箱空间轨迹的效果，从而解决了上述背景技术中提到的在摆放不同物品箱时由于无序摆放会出现某个码垛区域内物品箱摆放过高，导致后续在摆放其他区域物品箱时，机械手臂容易碰撞到已摆放好的物品箱的问题。
2、在机械手臂摆动轨迹和码放高度的轨迹规划好后，在机械手臂运动过程中对升降和摆动同步进行，缩短机械手臂码放时间，达到优化机械手臂码放需分类物品箱码放时间的效果。
附图说明
图1为本发明提出的机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法的流程框图；
图2为本发明提出的机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法中后码垛区物品码放机械手臂运动轨迹的控制判断流程框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
参照图1-2，机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，包括以下实施步骤：
S1：扫描识别，对需要码垛物品箱的尺寸和码垛区尺寸信息进行扫描记录，并依照分类标准进行识别编号；
S2：码放排序，依照每一个码垛区对应的物品箱之间的尺寸关系，进行码放排列，码放排序；
S3：轨迹规划，在摆放后一个码垛区时，通过前面码垛区域的码放情况对机械手臂码垛轨迹进行规划；
S4：运动控制，在将物品箱码放到不同码垛区时，通过规划后的轨迹判断运动实施的可能性，并对机械手臂的运动轨迹进行最优控制。
通过上述技术方案，扫描识别过程中通过现有测距工具对物品箱和码垛区的尺寸信息进行扫描记录，并将记录到的数据上传到现有机械手臂的控制终端上进行编号，对码放排列方式和码放顺序进行计算，同时对码放过程中机械手臂空间轨迹下的最优运动轨迹进行计算；
基于上述，在摆放不同物品箱时，通过扫描识别对各种分类下物品箱的尺寸信息进行扫描记录，并对每一种物品箱摆放的码放排列方式和码放顺序进行制定，在具体摆放过程中，通过前面码垛区域的码放情况对机械手臂码垛轨迹进行规划，避免碰撞到前码垛区域的物品，达到优化机械手臂码放需分类物品箱空间轨迹的效果；
基于上述更进一步的，在机械手臂摆动轨迹和码放高度的轨迹规划好后，在机械手臂运动过程中对升降和摆动同步进行，缩短机械手臂码放时间，达到优化机械手臂码放需分类物品箱码放时间的效果。
具体的，步骤S1中码垛物品箱的尺寸信息：由基础长宽高空间尺寸信息组成，码垛区的码垛空间尺寸信息：由码垛基板的长宽和基板摆放高度组成，步骤S1中分类标准：根据物品箱的颜色和尺寸信息进行分类，并分类标准下扫描到的物品箱进行编号。
具体的，步骤S2中码放排列：根据物品箱的空间尺寸信息，以及码垛区的码垛空间尺寸信息进行排列方式计算，并对此种排列方式下模拟的排列空间位置进行标号，步骤S2中码放排序：依照排列空间位置下的标号与此种分类标准下物品箱的标号进行对应，接着通过摆动空间轨迹的远近进行码垛排序。
通过上述技术方案，通过上述技术方案，通过物品箱长宽和码垛基板的码放长宽设立二元一次不等式方程，确定物品箱如何摆放能够达到最优，从而确定摆放的排列方式，码放顺序依据机械手臂摆动轨迹的长度对码放顺序进行控制，避免在同一码垛区内码放下一个箱子时需要反复升降，增加机械手臂的能源消耗；
基于上述更进一步的，二元一次不等式方程具体为通过已知的物品箱长宽和码垛基板长宽信息，将横向码放数量和纵向码放数量设置为未知数，通过码垛基板长宽信息为不同排列方向的物品箱码放数量设定最大阈值，在基板长宽最大阈值下求出码放排列数量的最优解；
基于上述更进一步的，机械手臂摆动轨迹的长度为机械手臂在同样摆动高度下，运输物品箱到码垛区待定位置重心的直线距离。
具体的，步骤S3中对码垛轨迹的规划：由物品箱码垛沿着机械手臂运动轨迹的第一个码垛区内的码垛情况进行记录，并依次对后续各个码垛区内的码垛情况进行记录，在码放物品箱时，通过该分类码垛区前码垛区的码垛情况对码垛空间轨迹进行规划，步骤S3的码垛轨迹具体规划方法为，对每个码垛区进行依次编号，再通过扫描识别对物品箱分类后的编号与码垛区编号进行比对，从而确定其分类码垛区前存在的码垛区个数，并对码垛前码垛区的码垛空间信息进行记录，模拟为物品箱码垛移动轨迹中的障碍墙，在码放过程中不与障碍墙进行触碰。
通过上述技术方案，在扫描识别物品箱尺寸和分类特征信息后，将其摆放到各个码垛区，按照运输线距离码垛区的远近对码垛区进行编号，在码放过程中，将码放物品整体最高高度和码放基座的高度叠加进行记录，并在码放编号靠后的物品箱时，通过调取前码垛区物品码放的高度对码放轨迹设置障碍墙，避免与前码放物品出现碰撞的情况；
基于上述，在对码垛区编号时，依照运输线距离码垛区的远近依次从小到大对各个码垛区进行编号，在调取前物品码放高度时，可设定两种机械臂运动轨迹：
第一种，在机械臂通过上升摆动和下降的方式对物品箱摆放，此种摆放方式仅需要对前码垛区码放基座高度与码放物品整体最高高度叠加的最高高度进行记录，不论前码垛区存在多少，仅通过比较器对两者整体最高高度进行记录，在机械臂运动时摆动高度大于最高高度即可；
第二种，在机械臂通过上升摆动和摆动下降同步进行时，此时需对前码垛区码垛物品和码放基座两者整体高度进行逐一记录，从而为机械臂的运动轨迹进行模拟，测定可实施性。
具体的，步骤S4中的码垛运动轨迹为：在码放排序和轨迹规划过程中得到码垛区排列方式、码放顺序和前码垛区的障碍信息，对码垛过程中机械手臂摆动轨迹和码放高度进行确定，在机械手臂摆动轨迹和码放高度确定下，控制机械手臂升降和摆动同步进行，控制机械手臂的运动轨迹。
通过上述技术方案，在轨迹规划过程中，前码垛区出现码放物品和码放基座整体高度相同码垛区较多和整体呈现参差不齐时，可通过第一种运动轨迹规划方式控制机械手臂进行运动，在前码垛区出现码垛物品和码放基座整体高度整体呈现上升态势和下降态势时，此时通过第二种运动轨迹规划方式控制机械手臂进行运动。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，其特征在于，包括以下实施步骤：
S1：扫描识别，对需要码垛物品箱的尺寸和码垛区尺寸信息进行扫描记录，并依照分类标准进行识别编号；
S2：码放排序，依照每一个码垛区对应的物品箱之间的尺寸关系，进行码放排列，码放排序；
S3：轨迹规划，在摆放后一个码垛区时，通过前面码垛区域的码放情况对机械手臂码垛轨迹进行规划；
S4：运动控制，在将物品箱码放到不同码垛区时，通过规划后的轨迹判断运动实施的可能性，并对机械手臂的运动轨迹进行最优控制。
2.根据权利要求1所述的机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，其特征在于，步骤S1中码垛物品箱的尺寸信息：由基础长宽高空间尺寸信息组成，码垛区的码垛空间尺寸信息：由码垛基板的长宽和基板摆放高度组成。
3.根据权利要求1所述的机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，其特征在于，步骤S1中分类标准：根据物品箱的颜色和尺寸信息进行分类，并分类标准下扫描到的物品箱进行编号。
4.根据权利要求3所述的机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，其特征在于，步骤S2中码放排列：根据物品箱的空间尺寸信息，以及码垛区的码垛空间尺寸信息进行排列方式计算，并对此种排列方式下模拟的排列空间位置进行标号。
5.根据权利要求4所述的机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，其特征在于，步骤S2中码放排序：依照排列空间位置下的标号与此种分类标准下物品箱的标号进行对应，接着通过摆动空间轨迹的远近进行码垛排序。
6.根据权利要求1所述的机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，其特征在于，步骤S3中对码垛轨迹的规划：由物品箱码垛沿着机械手臂运动轨迹的第一个码垛区内的码垛情况进行记录，并依次对后续各个码垛区内的码垛情况进行记录，在码放物品箱时，通过该分类码垛区前码垛区的码垛情况对码垛空间轨迹进行规划。
7.根据权利要求6所述的机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，其特征在于，步骤S3的码垛轨迹具体规划方法为，对每个码垛区进行依次编号，再通过扫描识别对物品箱分类后的编号与码垛区编号进行比对，从而确定其分类码垛区前存在的码垛区个数，并对码垛前码垛区的码垛空间信息进行记录，模拟为物品箱码垛移动轨迹中的障碍墙，在码放过程中不与障碍墙进行触碰。
8.根据权利要求1所述的机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，其特征在于，步骤S4中的码垛运动轨迹为：在码放排序和轨迹规划过程中得到码垛区排列方式、码放顺序和前码垛区的障碍信息，对码垛过程中机械手臂摆动轨迹和码放高度进行确定。
9.根据权利要求8所述的机械手臂码垛最优空间轨迹规划方法，其特征在于，在机械手臂摆动轨迹和码放高度确定下，控制机械手臂升降和摆动同步进行，控制机械手臂的运动轨迹。
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