CN115571596B - 一种物品转向机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于智能物流技术领域，具体涉及一种物品转向机构；包括第一转向装置、第二转向装置、第一视觉识别系统、第二视觉识别系统、高端控制系统和低端控制系统，第一转向装置设置在第二转向装置的上游，第一转向装置和第二转向装置均包括机架侧板和皮带机，并且每台皮带机均能单独进行速度调节和正反转的控制逻辑，第一视觉识别系统设置在第一转向装置的上游，第二视觉识别系统设置在第二转向装置上方，第一转向装置与第二转向装置上设有多套光电开关，并且光电开关、第一转向装置、第二转向装置、第一视觉识别系统、第二视觉识别系统均与高端控制系统和低端控制系统连接；使形状不同、规格不一、质量不均、未居中输送的不规则物品有效转向。

Description

一种物品转向机构
技术领域
本发明属于智能物流技术领域，具体涉及能够实现输送过程中快速将任意角度的物品按后续处理要求调整输送方向的物品转向机构。
背景技术
随着物流智能化发展，将物品转向输送需求更加迫切，特别是快递包裹和行李等不规则物品，例如，机场旅客托运的行李从托运处传入行李系统后，由于行李的材质、外形、规格不一致，导致行李在输送系统中姿态各异，但在一些关键环节如安检、自动装盘等，需要按确定的物品姿态处理，因此需要对行李转向输送，实现姿态调整。
现有转向设备大多使用滚珠链板，通过驱动左右两侧滚珠实现左右侧输送速度不一致，利用差速原理完成物品的转向，转向前要求物品居中输入转向设备，且现有转向设备只能针对于材质、外形、规格都相同的一种物品，并要求这些物品质心均匀分布、输送面平整。
对于快递包裹和行李等不规则物品，由于材质、外形、规格不同、质心不均，且进入系统的物品相对输送设备中心的位置不一致，从而导致现有转向设备实现物品转向的可靠性不足。典型的如：底面不平的物品，进入转向设备后，物品一侧悬空或接触面积不一致，接触面大的一侧拉动力大而接触面小的一侧拉动力小，导致无转向效果；质心不均的物品，进入转向设备后，重的一侧拉动力大而轻的一侧拉动力小甚至没有拉动力，导致无转向效果；快递包裹和行李等不规则物品在上游设备输送的过程中外形、规格、位置、姿态都是随机的，且外形尺寸差异大，急需可靠设备能将上述不规则物品全部有效转向输送。
发明内容
本发明的目的在于提出一种物品转向机构，使形状不同、规格不一、质量不均、未居中输送的不规则物品有效转向。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种物品转向机构，包括第一转向装置、第二转向装置、第一视觉识别系统、第二视觉识别系统、高端控制系统和低端控制系统，第一转向装置设置在第二转向装置的前端，第一转向装置和第二转向装置均包括机架侧板和皮带机，并且每个皮带机均能单独进行速度调节和正反转的控制逻辑，第一视觉识别系统设置在第一转向装置的上游，第二视觉识别系统设置在第二转向装置上方，第一转向装置与第二转向装置上设有多个光电开关，并且光电开关、第一转向装置、第二转向装置、第一视觉识别系统、第二视觉识别系统均与高端控制系统和低端控制系统连接。
进一步，第一转向装置的皮带机数量为4条，第二转向装置的皮带机数量比第一转向装置的皮带机数量多。
进一步，第一转向装置和第二转向装置的皮带机错位安装。
进一步，第一转向装置和第二转向装置的所有相邻皮带机相互之间两两呈“V”形布置，并且相对输送中心线对称，皮带机输送面与水平面的夹角为X，且皮带机越靠近机架侧板，皮带机输送面与水平面的夹角X随之增大。
进一步，第一视觉识别系统和第二视觉识别系统均包括框架和3D相机，3D相机安装在框架上，3D相机用于获取物品的三维形体尺寸、角度偏转信息以及物品距离机架侧板的距离。第一视觉识别处理系统获取的物品形体、位置、姿态信息，经过高端控制系统处理后形成物品转向控制指令，由低端控制系统基于转向控制指令，启动第一转向装置对物品进行转向；物品输出第一转向装置后，由第二视觉识别系统再次识别物品形体、位置、姿态，高端控制系统将识别结果与预期结果对比，通过算法判定物品质心及其对转向的影响，形成新的转向指令发送给低端控制系统；低端控制系统控制第二转向装置实现物品姿态的修正。
进一步，所述的皮带机输送面的宽度不能超过Y，Y的值为需要转向的最小物品转向输出方向宽度的二分之一。
进一步，高端控制系统和低端控制系统与人机操作界面连接，提供系统可视化运行平台，如果需要，由人工设定物品转向位姿需求，并通过算法模拟出物品在第一转向装置和第二转向装置上的理论转向动态过程，以及转向装置的皮带机速度调节和正反转的控制逻辑，实现更直观观察物品转向到预设角度的过程。
进一步，高端控制系统可以基于第一转向装置的转向结果推断物品质心位置，并基于物品质心位置智能生成物品转向补偿指令。
进一步，低端控制系统可以在物品到达第一视觉识别系统时，利用编码自动预定生成算法产生当前物品唯一编码，把识别到的物品信息与该编码绑定，并且可以在人机交互界面根据算法计算出物品当前的形体、位置、姿态以及物品在转向装置上的动态转向过程。
进一步，低端控制系统包括物品位移跟踪算法，与第一转向装置和第二转向装置上的光电开关触发信号进行对比分析，可以识别出物品是否在输送过程中丢失并且发出警报，防止因为物品丢失后控制系统把丢失的物品转向参数赋予到后一件物品，从而避免物品转向参数的编码与实际物品的编码发生错位，造成后续物品转向错误。
进一步，低端控制系统提供防拥堵的功能，低端控制系统可以检测间距较小的物品防止物品在转向过程中发生拥堵，通过控制算法改变第一转向装置和第二转向装置的输送速度，对间隔较小的物品进行拉距处理。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本技术方案采用皮带输送机取代滚珠链板模组，并将皮带沿设备宽度方向、长度方向分为多组，宽度方向分组后，无需物品居中输入，并能满足外形尺寸差异大的物品转向需求；长度方向分组可提供多级调整，即利用位置、形体、质心等多维度多次调整物品方向；多组皮带机呈非平面布局，实现物品底面与皮带面呈线接触，降低物品转向过程中对物品旋转的阻滞；通过视觉系统及控制系统，实现基于物品转向效果动态实时感知与实时控制，最终实现对规则物品、不规则物品高可靠转向输送。
附图说明
图1为一种物品转向输送机构以及控制系统示意图。
图2为第一转向装置皮带机A-A截面示意图。
图3为第二转向装置皮带机B-B截面示意图。
图4为未居中物品转向控制逻辑示意图。
图5为质心不均物品转向控制逻辑示意图。
图6为转向系统控制流程图。
图中：1-第一转向装置，11-第一机架侧板，12-第一皮带机，13-第二皮带机，14-第三皮带机，15-第四皮带机，16-输送中心线，2-第二转向装置，21-第二机架侧板，22-第五皮带机，23-第六皮带机，24-第七皮带机，25-第八皮带机，26-第九皮带机，3-第一视觉识别系统，31-第一框架，32-第一3D相机，4-第二视觉识别系统，41-第二框架，42-第二3D相机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种物品转向机构，如图1所示，包括第一转向装置1、第二转向装置2、第一视觉识别系统3、第二视觉识别系统4、高端控制系统和低端控制系统，第一转向装置1设置在第二转向装置的前端，第一转向装置1和第二转向装置2均包括机架侧板和皮带机，并且每台皮带机均能单独进行速度调节和正反转的控制逻辑，第一视觉识别系统3设置在第一转向装置1的上游，第二视觉识别系统4设置在第二转向装置2上方，第一转向装置1与第二转向装置2上设有多个光电开关，并且光电开关、第一转向装置1、第二转向装置2、第一视觉识别系统3、第二视觉识别系统4均与高端控制系统和低端控制系统连接，可以在物品连续输送过程中动态获取物品的三维形体尺寸、角度偏转信息以及物品到机架侧板的距离。第一转向装置1与第二转向装置2上设有多个光电开关，此实施例设置3个光电开关，分别为PEC1、PEC2和PEC3，PEC1用来触发第一3D相机32对输送的物品拍照，PEC2用来启动第一转向装置1对物品转向操作，PEC3用来启动第二3D相机42对输送的物品拍照。PEC1触发第一3D相机32对输送的物品拍照的同时，低端控制系统利用编码自动预定生成算法，为当前物品生成唯一编码作为信息交互标识传递给高端控制系统；高端控制系统经过处理和计算，形成当前物品转向指令并与物品编码绑定，发送给低端控制系统；低端控制系统控制第一转向装置1对物品进行转向操作，当物品到达第二转向装置2上触发PEC3时，由第二视觉识别系统4再次识别物品形体、位置、姿态，高端控制系统将识别结果与预期结果对比，通过算法判定物品质心及其对转向的影响，形成新的转向指令发送给低端控制系统；低端控制系统控制第二转向装置实现物品姿态的修正。
本实施例中，如图2所示，第一转向装置1的皮带机数量为4条，包括第一皮带机12，第二皮带机13，第三皮带机14，第四皮带机15，相邻皮带机相互之间两两互为“V”型布置，第一皮带机12和第四皮带机15，第二皮带机13和第三皮带机14相对输送中心线16左右对称，第一皮带机12输送面与水平面之间的夹角为X2，第二皮带机13输送面与水平面之间的夹角为X1，角度X2大于角度X1。
如图3所示，第二转向装置2的皮带机数量比第一转向装置1的皮带机数量多，在此实施例中第二转向装置2的皮带机数量为5条，包括第五皮带机22，第六皮带机23，第七皮带机24，第八皮带机25，第九皮带机26，相邻皮带机两两互为“V”型布置，第五皮带机22和第九皮带机26，第六皮带机23和第八皮带机25相对输送中心线16左右对称，第七皮带机24居输送中心线水平安装。与第一转向装置1相同，第五皮带机22输送面与水平面之间的夹角为X2，第六皮带机23输送面与水平面之间的夹角为X1，角度X2大于角度X1。
作为优选，第二转向装置2的皮带机之间的缝隙需要与第一转向装置1的皮带机之间的缝隙错位安装，相当于改变了物品转向时的旋转中心位置；通过第一转向装置1的物品转向未达到预期结果的情况下，高端控制系统会根据第一转向装置1的转向情况进行分析计算，并在第二转向装置2上做出转向调整。
作为优选，第一视觉识别系统3和第二视觉识别系统4均包括框架和3D相机，第一视觉识别系统3包括第一框架31和第一3D相机32；第二视觉识别系统4包括第二框架41和第二3D相机42，3D相机安装在框架上，3D相机可以获取物品的三维形体尺寸、角度偏转信息以及物品到机架侧板的距离。第一视觉识别处理系统3识别的物品形体、位置、姿态信息，经过高端控制系统处理后形成物品转向控制指令，由低端控制系统基于转向控制指令，启动第一转向装置1对物品进行转向；物品输出第一转向装置1后，由第二视觉识别系统4再次识别物品形体、位置、姿态，高端控制系统将识别结果与预期结果对比，通过算法判定物品质心及其对转向的影响，形成新的转向指令发送给低端控制系统；低端控制系统控制第二转向装置2实现物品姿态的修正。
作为优选，所述的皮带机输送面的宽度不能超过Y，Y的值为需要转向的最小物品转向输出方向宽度的二分之一。
作为优选，高端控制系统和低端控制系统与人机操作界面连接，提供系统可视化运行平台，如果需要，由人工设定物品转向位姿需求，并通过算法模拟出物品在第一转向装置1和第二转向装置2上的理论转向动态过程，以及转向装置的皮带机正反转的控制逻辑，实现更直观观察物品转向到预设角度和位置的过程。
实施例2
在实施例1的基础上，若两件物品输送过程中距离太近，通过PEC1检测后，低端控制系统会控制第一转向装置1和第二转向装置2所有皮带机的速度，第一转向装置1的速度会高于其上游设备的速度，第二转向装置2的速度会高于第一转向装置1的速度，防止物品输送过程中拥堵。若物品在第一转向装置1或第二转向装置2上发生人为拿走的情况，第一3D相机32对经过的物品进行拍照后，低端控制系统通过物品编码及位移跟踪算法，可以计算出物品在第一转向装置1和第二转向装置2上的位置信息，通过物品在第一转向装置1和第二转向装置2上触发PEC2和 PEC3的信号进行对比计算，就可以准确的得知物品是否在输送过程中丢失，低端控制系统可以检测并报警提醒。
实施例3
如图4所示，在实施例1的基础上，位于输送带任意位置物品均可以在第一转向装置1和第二转向装置2进行转向，若上游设备未将物品居中输送到第一转向装置1，通过第一视觉识别系统3检测物品的三维形体尺寸、角度偏转信息以及物品到机架侧板的距离。通过高端控制系统处理后，识别出物品需要转向的角度，通过高端控制系统计算出物品在第一转向装置1上覆盖的皮带机编号，从而选择最优选的皮带参与转向控制。以图4为例说明，高端控制系统计算出物品在第一转向装置1上覆盖4台皮带机的编号，进一步判断出物品与每一台皮带机的接触面积，图4中A位置的物品同时接触了第一皮带机12、第二皮带机13，由于第一转向装置1的4台皮带机相互之间，两两呈“V”形布置，第一皮带机12输送面和第二皮带机13输送面与物品底面呈线接触。低端控制系统控制第一转向装置1的第一皮带机12以第一方向输送，第二皮带机13则以第二输送方向输送，或者第二皮带机13同样以第一输送方向输送，但速度低于第一皮带机12的速度；通过第一皮带机12和第二皮带机13的速度差带动物品转向；当物品到达第二转向装置2 后，第二视觉识别系统4会对物品第二次检测，若物品位姿符合要求，直接输送到下游设备；若物品角度偏转与预期不符，则第二转向装置2会对物品进行二次调整。
实施例4
如图5所示，在实施例1的基础上，对于质心分布不均的物品，本转向设备可以再次补偿转向。若物品质心处于圆圈位置，该物品以A位置的姿态进入第一转向装置1，第一视觉识别系统3会获取物品的三维形体尺寸、角度偏转信息以及物品到机架侧板的距离。通过高端控制系统的处理和计算，得知物品在第一转向装置1上覆盖的皮带机编号。低端控制系统会控制第一皮带机12以第一输送方向输送，控制第二皮带机13和第三皮带机14以第二输送方向输送，通过速度差对物品进行转向，因为第一皮带机12与第二皮带机13、第三皮带机14之间都是呈“V”形布置，所以第二皮带机13与物品并不接触。由于转向系统无法得知物品的质心位置，默认物品质心均衡，按照理论转向。由于物品的质心在圆圈位置，所以物品在转向过程中，旋转中心会靠近质心位置，所以当物品旋转到图5中B位置时，物品与第三皮带机14脱离，物品就只接触第一带皮带机12和第二皮带机13，此时第一皮带机12与第二带皮带机13之间依旧存在速度差，物品会在第一皮带机12和第二皮带机13上继续转向。由于质心位置的影响，在进入第二转向装置2前，第一转向装置1不足以把物品转向到需要的角度。物品进入第二转向装置2后，第二视觉识别系统4会再次对物品的三维形体尺寸、角度偏转信息以及物品到机架侧板的距离进行识别，通过与预设的角度和位置进行对比计算，分析推断出物品的质心靠近机架侧板的距离，然后根据分析推断结果对物品进行二次转向。如图5中C位置的物品，通过高端控制系统分析出物品质心的位置后，低端控制系统控制第五皮带机22按第一输送方向输送，第六皮带机23和第七皮带机24按照第二输送方向输送，不同的是，由于旋转中心靠近质心位置，所以在知道物品质心位置后，第五皮带机22和第六皮带机23的速度会降低，第七皮带机24的速度会有所增加，当物品旋转到D位置时，物品脱离第七皮带机24与第六皮带机23接触，由于此时第五皮带机22和第六皮带机23的速度很低，对物品转向的惯性作用较小。第五皮带机22和第六皮带机23可以通过正反转，又或者第五皮带机22和第六皮带机23都以第一输送方向输送，但第六皮带机23的输送速度远低于第五皮带机22的速度，通过速度差可以实现物品的慢速调整，提高转向的精确度。
物品转向参数理论上是按照拍照识别的物品最长边和偏转角度计算，但是对于底面不平的物品，就算完全居中输送且质心均衡的前提下，物品转向依旧会失效。原因有两个：第一，现有差速转向设备的左右差速模块基本都是水平的，底面不平的物品，就算完全居中输送，也有可能出现物品某一侧悬空，与差速模块接触不到，导致转向失败；第二，对于底面不平的物品，就算居中输送且能与左右差速模块接触，物品与差速模块输送面之间实际接触位置不同，会直接影响转向效果，根据大量实验表明，底面不平的物品会出现转向角度过大的情况。对于这样的情况，本发明第一转向装置1和第二转向装置2的皮带机相互之间，两两呈“V”形布置，转向装置与物品属于线接触，转向装置会消除物品底面不平带来的影响，能极大保证所需的转向角度要求，实现更优转向效果。
第一转向装置1的所有皮带机和第二转向装置2的所有皮带机均呈“V”形对称布置，而且皮带机需要频繁正反转，皮带机的输送带容易跑偏，通过对皮带机采用防跑偏结构来避免输送带跑偏。
第一转向装置1和第二转向装置2的皮带机输送面与水平地面间的夹角X1和X2可根据需求变得更大，以此来满足不同的物品的转向需求，特别是底面不平整的物品。
实施例5
在实施例1-4的基础上，本系统使用的转向系统控制流程图如图6所示。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (5)

1.一种物品转向机构，其特征在于：使不规则物品有效转向，包括第一转向装置（1）、第二转向装置（2）、第一视觉识别系统（3）、第二视觉识别系统（4）、高端控制系统和低端控制系统，第一转向装置（1）设置在第二转向装置（2）的上游，第一转向装置（1）和第二转向装置（2）均包括机架侧板和皮带机，并且每台皮带机均能单独进行速度调节和正反转的控制逻辑，第一视觉识别系统（3）设置在第一转向装置（1）的上游，第二视觉识别系统（4）设置在第二转向装置（2）上方，第一转向装置（1）与第二转向装置（2）上设有多套光电开关，并且光电开关、第一转向装置（1）、第二转向装置（2）、第一视觉识别系统（3）、第二视觉识别系统（4）均与高端控制系统和低端控制系统连接，
第一转向装置（1）的皮带机数量为4台，第二转向装置（2）的皮带机数量比第一转向装置（1）的皮带机数量多，第一转向装置（1）和第二转向装置（2）的所有皮带机相互之间两两呈“V”形布置，第一转向装置（1）和第二转向装置（2）的皮带机错位安装；
第一视觉识别系统获取的物品形体、位置、姿态信息，经过高端控制系统处理后形成物品转向控制指令，由低端控制系统基于转向控制指令，启动第一转向装置对物品进行转向；物品输出第一转向装置后，由第二视觉识别系统再次识别物品形体、位置、姿态，高端控制系统将识别结果与预期结果对比，通过算法判定物品质心及其对转向的影响，形成新的转向指令发送给低端控制系统；低端控制系统控制第二转向装置实现物品姿态的修正，高端控制系统可以基于第一转向装置的转向结果推断物品质心位置，并基于物品质心位置智能生成物品转向补偿指令。
2.根据权利要求1所述的一种物品转向机构，其特征在于：皮带机输送面与水平面的夹角为X，且皮带机越靠近机架侧板，皮带机输送面与水平面的夹角X随之增大。
3.根据权利要求1所述的一种物品转向机构，其特征在于：所述的皮带机输送面的宽度不能超过Y，Y的值为需要转向的最小物品转向输出方向宽度的二分之一。
4.根据权利要求1所述的一种物品转向机构，其特征在于：第一视觉识别系统（3）和第二视觉识别系统（4）提供实时检测功能。
5.据权利要求1所述的一种物品转向机构，其特征在于：高端控制系统和低端控制系统提供实时智能控制功能，通过智能算法推断外形不规则、质量分布不均物品的质心位置，并基于推断的物品质心位置智能生成物品转向补偿指令；具备输送过程物品位置跟踪、迷失报警、防拥堵功能。
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