CN115924557A - 一种定制家居板件机器人码垛优化方法及码垛系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及板件码垛技术领域，更具体地说，它涉及一种定制家居板件机器人码垛优化方法及码垛系统，包括以下步骤：获取目标文件组A、B的数据集合S_A、S_B，确定和记录E_start坐标和E_start板件，使E_start板件的中心点与E_start坐标重合，根据剩余的空间和板件进行甄选码放和满层处理，之后平铺处理，再记录E_start板件的板尾坐标、相邻板件的板头坐标、得出E_start板件与相邻板件之间的距离D_{layer_n}、并置于集合S_i，在另起一层时需遍历集合S_i以避免掉板，其中，S2～S4为可循环过程，依次码垛集合S_A和集合S_B内的板件，本申请的技术方案能够有效提高垛位利用率，保证大小规格不一的板件的堆垛稳定性，提高工作效率，降低成本。

Description

一种定制家居板件机器人码垛优化方法及码垛系统

技术领域

本申请涉及板件码垛技术领域，尤其是一种定制家居板件机器人码垛优化方法及码垛系统。

背景技术

码垛，是把物品整齐地堆叠好的意思，在各种产品的生产加工过程中，往往需要对产品进行码垛。对于尺寸大小、重量一致的产品，其码垛难度比较低，而对于尺寸大小、重量不一致的产品，例如对于定制家居产品的板件，其码垛难度相对较高。

在传统的生产加工模式下，往往用人工来码垛，码垛时工人不考虑也没办法考虑力学原理，所以板件码垛后既不美观也不安全。为了安全和成本考虑，在现代工业生产加工模式下，通常使用机器人来替代人工码垛，然而目前市面上的定制家居板件码垛机器人缺乏成熟的码垛优化方法和码垛系统，难以有效控制垛位利用率，难以保证大小规格不一的板件的堆垛稳定性，还存在有工作效率偏低，成本偏高的问题。

发明内容

为了有效提高垛位利用率，保证大小规格不一的板件的堆垛稳定性，提高工作效率，降低成本，本申请提供一种定制家居板件机器人码垛优化方法及码垛系统。

第一方面，本申请提供的一种定制家居板件机器人码垛优化方法，采用如下的技术方案：

一种定制家居板件机器人码垛优化方法，通过机器人将板件码垛在升降台上，包括以下步骤：

获取板件数据过程：

S1：获取目标文件组A和下一个目标文件组B的加工参数，计算出目标文件组A以及下一个目标文件组B的抓取位置和规格尺寸，并将数据分别置于集合S_A和集合S_B；

模拟码垛过程：

S2：根据机器人的最大臂展D_max在升降台的远端确定起点坐标，记录为E_start坐标，选取集合S_A中的一块板件，记录为E_start板件，使E_start板件的中心点坐标与E_start坐标重合；

S3：根据升降台剩余的空间，将集合S_A内剩余的板件进行甄选，把符合尺寸条件的板件往升降台的近端逐个码放，并进行满层处理和平铺处理；

S4：平铺处理后，记录E_start板件的板尾坐标，记录与E_start板件相邻的板件的板头坐标，从而计算出E_start板件与相邻板件之间的距离D_{layer_n}，并全部置于集合S_i；

S5：若板件未码垛完，则另起一层并重复S2～S4，另起一层后需更新E_start坐标和E_start板件，若重复过程中将集合S_A的板件码垛完则将集合S_B替换并继续码垛，在另起一层时需遍历集合S_i，避免上层板件整体落入在其下层的集合S_i的范围内；

若集合S_A和集合S_B的板件均码垛完，则结束循环，并将每块板件的码垛位置作为结果进行输出；

执行过程：

S6：机器人(11)根据输出结果进行对板件进行码垛。

通过采用上述技术方案，在该码垛优化方法中，机器人根据其最大臂展在升降台的远端往近端进行每层的码垛，且每层均进行满层处理，提高垛位利用率。通过平铺处理后，一方面，每层板件在码放完成后能够覆盖更长的距离，以稳定支撑位于上层的板件，另一方面，每层板件能够往升降台近端靠近，以更稳定地支撑位于上层的板件，从而保证大小规格不一的板件的堆垛稳定性。另外，通过遍历S_i能够避免掉板的情况出现，同样保证堆垛过程的稳定性。而且，该码垛优化方法能够解决大部分定制家居板件的码垛需求，降低了人工干预的情况，提高工作效率，降低人工成本，同时通过提高堆垛稳定性，能够减少码垛过程中板件倒下的情况，减少了因此而浪费的时间成本和经济成本。

优选的，在S2中，码垛集合S_A的板件时，所述E_start板件为集合S_A中剩余板件的最长板；码垛集合S_B的板件时，所述E_start板件为集合S_B中剩余板件的最长板。

通过采用上述技术方案，下层E_start板件能够更好地支撑上层E_start板件，从而进一步保证大小规格不一的板件的堆垛稳定性。

优选的，在S2中，以升降台近端的宽度边线的中点为原点，以升降台的长度方向为X轴方向，以升降台的宽度方向为Y轴方向，E_start坐标为(D_max，0)。

通过采用上述技术方案，E_start坐标为(D_max，0)时使E_start板件的中心位于升降台的宽度中线上和机器人的最大臂展处，更利于提高垛位利用率和保证大小规格不一的板件的堆垛稳定性。

优选的，在S3的平铺处理过程中，可通过旋转或改变板件X坐标的方式改变板件的布局，其中，末尾板件的板尾的X坐标大于或等于0。

通过采用上述技术方案，确保平铺处理后每层板件能够覆盖更长的距离，并整体往升降台近端靠拢。

优选的，在S3中，平铺处理后，E_start坐标仍需落入E_start板件内，且E_start板件的板头与E_start坐标的距离大于或等于120mm。

通过采用上述技术方案，E_start板件的位置限制能够避免其过于靠近升降台的近端，从而提高每层板件的覆盖距离的下限。

优选的，另起一层时，若上层的一块板件能够覆盖在其下层的集合S_i的范围或上层的两块板件之间能够缩短在其下层的集合S_i的范围，则优先选取，其中覆盖集合S_i的优先级高于缩短集合S_i的优先级。

通过采用上述技术方案，能够将下层E_start板件与相邻板件的间隔空间进行覆盖或者将下层E_start板件与相邻板件的间隔距离进行缩短，从而能够进一步保证大小规格不一的板件的堆垛稳定性。

优选的，在S3中，若上层E_start板件的长度大于在其下层的E_start板件的长度，则在平铺处理后，需使上层E_start板件的中心点落入在其下层的E_start板件范围内，且上层E_start板件的中心点距离在其下层的E_start板件的板尾的距离在60mm～120mm之间。

通过采用上述技术方案，保证上层E_start板件的稳定性。

第二方面，本申请提供的一种定制家居板件机器人码垛系统，采用如下的技术方案：

一种定制家居板件机器人码垛系统，采用上述码垛优化方法进行码垛，包括：

存储器，所述存储器用于存储数据和程序指令；

处理器，所述处理器根据所述储存器储存的数据和程序指令来运行所述码垛优化方法的步骤，并输出运行结果；

执行部件，所述执行部件接受所述处理器的运行结果并按照运行结果进行码垛。

通过采用上述技术方案，通过存储器、处理器和执行部件实现码垛优化方法的基本过程。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.提高垛位利用率；

2.保证大小规格不一的板件的堆垛稳定性；

3.提高工作效率，降低成本。

附图说明

图1是本申请实施例中码垛优化方法的流程图；

图2是本申请实施例中未平铺处理的板件布局图；

图3是本申请实施例中平铺处理后的板件布局图；

图4是本申请实施例中另起一层时横跨覆盖集合S_i的板件布局图；

图5是本申请实施例中另起一层时缩小集合S_i的板件布局图；

图6是本申请实施例中无法横跨或缩小集合S_i的板件布局图；

图7是本申请实施例中位于上层的起始板件长于位于下层板件的起始板件的板件布局图；

图8是本申请实施例中码垛系统的原理图。

附图标记说明：11、机器人；12、升降台；2、E_start坐标；3、E_start板件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

本申请实施例公开一种定制家居板件机器人码垛优化方法，可对加工完成后厚度一致的板件进行码垛，参照图2，,该方法步骤的执行由机器人11将板件码垛在升降台2上实现，明显的，也可以将板件码垛在固定平台、托盘、地面等位置，只要在限定范围内提供垛位即可，因此升降台2仅是优选。在本实施例中，机器人11位于升降台2的长度方向的一端外，对应的，升降台2以靠近机器人11的一端为近端，以远离机器人11的一端为远端。并且，在该码垛优化方法中需要确立二维坐标系，具体的，以升降台2近端的宽度边线的中点为原点，在此原点上，以升降台2的长度方向为X轴，以升降台2的宽度方向为Y轴。进一步的，板件码放在升降台2时，以板件远离机器人11的一端为板头，以板件靠近机器人11的一端为板尾。

参照图1至图7，定制家居板件机器人码垛优化方法包括以下步骤：

获取板件数据过程：

S1：获取目标文件组A和下一个目标文件组B的加工参数，计算出目标文件组A以及下一个目标文件组B的抓取位置和规格尺寸，并将数据分别置于集合S_A和集合S_B。需要说明的是，此处要考虑集合S_A和集合S_B中板件在加工完成后的推出精准度，以保证机器人11抓取板件的准确度。

模拟码垛过程：

S2：参照图2，根据机器人11的最大臂展D_max在升降台2的远端确定起点坐标，记录为E_start坐标2，E_start坐标2为(D_max，0)，并选取集合S_A内最长的板件，记录为E_start板件3，之后使E_start板件3的中心点落在E_start坐标2上，从而使E_start板件3的中心位于升降台2的宽度中线上和机器人11的最大臂展处，更利于提高垛位利用率和保证堆垛稳定性。

S3：参照图2，根据升降台2剩余的空间(即根据E_start板件3的板尾与原点之间的距离)，将集合S_A内剩余的板件进行甄选，把符合尺寸条件的板件往升降台2的近端逐个码放(即往原点方向码放)。若集合S_A内的板件未能在同一层码放完，先对该层做满层处理，满层处理后需使该层不再有可码放板件的空间，通过满层处理能够提高垛位利用率。参照图3，之后进行平铺处理，平铺处理的过程为：该层所有板件以X轴为方向，往原点处靠近，平铺后，需使E_start坐标2仍落入E_start板件3内，需使E_start板件3的板头与E_start坐标2的距离大于或等于120mm，且需避免最后的板件的板尾超出原点。另外，在平铺过程中，可通过旋转板件来延长该层板件的覆盖长度，因此，若该层的板件有旋转的空间时，可进行旋转，通过平铺处理后，一方面，每层板件在码放完成后能够覆盖更长的距离，以稳定支撑之后码垛的板件，另一方面，每层板件均往升降台2近端靠近，以更稳定地支撑位于上层的板件，从而保证大小规格不一的板件的堆垛稳定性。

S4：参照图3，平铺处理后，记录E_start板件3的板尾坐标，记录与E_start板件3相邻的板件的板头坐标，从而计算出E_start板件3与相邻板件之间的距离D_{layer_n}，并全部置于集合S_i。

S5：若板件未码垛完，则另起一层并重复S2～S4，另起一层后需更新E_start坐标2和E_start板件3，若重复过程中将集合S_A的板件码垛完则将集合S_B替换并继续码垛，参照图4，在另起一层时，需遍历集合S_i，避免上层板件整体落入在其下层的集合S_i的范围内，从而避免上层板件落入在其下方的两块板件的空隙之间而造成掉板。

若集合S_A和集合S_B的板件板件均码垛完，则结束循环，并将每块板件的码垛位置作为结果进行输出。

执行过程：

S6：机器人(11)根据输出结果进行对板件进行码垛，并在水平方向上由远往近、在竖直方向上由下往上进行码垛。

以上为码垛优化方法在本实施例中的基本步骤，需要进一步说明的是：

参照图4至图6，若另起一层时上层的一块板件能够覆盖在其下层的集合S_i的范围(如图4)，或者上层的两块板件能够缩短在其下层的集合S_i的范围(如图5)，则优先选取，其中覆盖集合Si范围的优先级高于缩短集合Si范围的优先级，从而能够将下层E_start板件与相邻板件的间隔空间进行覆盖或者将下层E_start板件与相邻板件的间隔距离进行缩短，进而提高码垛稳定性。若无法覆盖或缩短(如图6)，则保留原有空间继续码放。

特别在S3中，若集合S_A的板件码放完后未满层，则将集合S_A的最后一层板件与集合S_B的所有板件进行甄选匹配，以将集合S_A的最后一层补满，并进行平铺处理，确保集合S_A的板件与集合S_B的板件之间码垛过程的衔接，从而保证垛位空间的利用率最大化。

在S3中，具体参照图7，若上层的E_start板件3的长度大于在其下层的E_start板件3的长度(如在集合S_A的板件上码垛集合S_B的板件，则会出现该情况)，在则平铺处理后，需使上层E_start板件3的中心点落入在其下层的E_start板件3范围内，且上层E_start板件3的中心点距离在其下层的E_start板件3的板尾的距离在60mm～120mm之间，以保证上层E_start板件3的稳定性。

本申请实施例的一种定制家居板件机器人码垛优化方法的实施原理为：在该码垛优化方法中，机器人11根据其最大臂展在升降台2的远端往近端进行每层的码垛，且每层均进行满层处理，提高垛位利用率。通过平铺处理后，一方面，每层板件在码放完成后能够覆盖更长的距离，以稳定支撑位于上层的板件，另一方面，每层板件能够往升降台2近端靠近，以更稳定地支撑位于上层的板件，从而保证大小规格不一的板件的堆垛稳定性。另外，通过遍历S_i能够避免掉板的情况出现，同样保证堆垛过程的稳定性。而且，该码垛优化方法能够解决大部分定制家居板件的码垛需求，降低了人工干预的情况，提高工作效率，降低人工成本，同时通过提高堆垛稳定性，能够减少码垛过程中板件倒下的情况，减少了因此而产生的时间成本和经济成本。

本申请实施例还公开一种定制家居板件机器人码垛系统。参照图8，定制家居板件机器人11码垛系统包括存储器、处理器和执行部件，其中，存储器用于存储数据和程序指令。处理器根据储存器储存的数据和程序指令来运行码垛优化方法的步骤，并输出运行结果。执行部件接受处理器的运行结果，并按运行结果作为码垛依据向PLC发送指令以指挥机器人11进行码垛。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种定制家居板件机器人码垛优化方法，通过机器人(11)将板件码垛在升降台(12)上，其特征在于，包括以下步骤：

获取板件数据过程：

S1：获取目标文件组A和下一个目标文件组B的加工参数，计算出目标文件组A以及下一个目标文件组B的抓取位置和规格尺寸，并将数据分别置于集合S_A和集合S_B；

模拟码垛过程：

S2：根据机器人(11)的最大臂展D_max在升降台(12)的远端确定起点坐标，记录为E_start坐标(2)，选取集合S_A中的一块板件，记录为E_start板件(3)，使E_start板件(3)的中心点坐标与E_start坐标(2)重合；

S3：根据升降台(12)剩余的空间，将集合S_A内剩余的板件进行甄选，把符合尺寸条件的板件往升降台(12)的近端逐个码放，并进行满层处理和平铺处理；

S4：平铺处理后，记录E_start板件(3)的板尾坐标，记录与E_start板件(3)相邻的板件的板头坐标，从而计算出E_start板件(3)与相邻板件之间的距离D_{layer_n}，并全部置于集合S_i；

S5：若板件未码垛完，则另起一层并重复S2～S4，另起一层后需更新E_start坐标(2)和E_start板件(3)，若重复过程中将集合S_A的板件码垛完则将集合S_B替换并继续码垛，在另起一层时需遍历集合S_i，避免上层板件整体落入在其下层的集合S_i的范围内；

若集合S_A和集合S_B的板件均码垛完，则结束循环，并将每块板件的码垛位置作为结果进行输出；

执行过程：

S6：机器人(11)根据输出结果进行对板件进行码垛。

2.根据权利要求1所述的一种定制家居板件机器人码垛优化方法，其特征在于：在S2中，码垛集合S_A的板件时，所述E_start板件(3)为集合S_A中剩余板件的最长板；码垛集合S_B的板件时，所述E_start板件(3)为集合S_B中剩余板件的最长板。

3.根据权利要求1所述的一种定制家居板件机器人码垛优化方法，其特征在于：在S2中，以升降台(12)近端的宽度边线的中点为原点，以升降台(12)的长度方向为X轴方向，以升降台(12)的宽度方向为Y轴方向，E_start坐标(2)为(D_max，0)。

4.根据权利要求3所述的一种定制家居板件机器人码垛优化方法，其特征在于：在S3的平铺处理过程中，可通过旋转或改变板件X坐标的方式改变板件的布局，其中，末尾板件的板尾的X坐标大于或等于0。

5.根据权利要求4所述的一种定制家居板件机器人码垛优化方法，其特征在于：在S3中，平铺处理后，E_start坐标(2)仍需落入E_start板件(3)内，且E_start板件(3)的板头与E_start坐标(2)的距离大于或等于120mm。

6.根据权利要求1所述的一种定制家居板件机器人码垛优化方法，其特征在于：另起一层时，若上层的一块板件能够覆盖在其下层的集合S_i的范围或上层的两块板件之间能够缩短在其下层的集合S_i的范围，则优先选取，其中覆盖集合S_i的优先级高于缩短集合S_i的优先级。

7.根据权利要求2所述的一种定制家居板件机器人码垛优化方法，其特征在于：在S3中，若上层E_start板件(3)的长度大于在其下层的E_start板件(3)的长度，则在平铺处理后，需使上层E_start板件(3)的中心点落入在其下层的E_start板件(3)范围内，且上层E_start板件(3)的中心点距离在其下层的E_start板件(3)的板尾的距离在60mm～120mm之间。

8.一种定制家居板件机器人码垛系统，采用权利要求1至7任一项所述码垛优化方法进行码垛，其特征在于，包括：

存储器，所述存储器用于存储数据和程序指令；

处理器，所述处理器根据所述储存器储存的数据和程序指令来运行所述码垛优化方法的步骤，并输出运行结果；

执行部件，所述执行部件接受所述处理器的运行结果并按照运行结果进行码垛。

Images