CN115959404A - 一种双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统及其控制方法，所述系统包括图像识别装置、入库出库单元和控制模块；其中图像识别装置用于对待入库的物品或待出库的物品进行分类识别确定其型号、尺寸和特征；入库出库单元用于将物品在存取平台与目标库位之间移动；控制模块用于控制图像识别以及出库和入库操作；所述入库出库单元包括机械臂；机械臂上设有无杆气缸、转台、悬臂和分拣取放机构。本发明实现双侧自动化分拣操作，提高占地利用率，且分拣过程中能够实现高效准确的定位和监测，可用于单件物品的分选，或适于一件一件地分拣散装物品，具有轻量化、占地小等特点。

Description

一种双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动化分拣及智能仓储设备技术领域，尤其是一种双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统及其控制方法。

背景技术

目前已有用于分拣的堆垛拣选系统多为工业场景应用，体积较大，占地面积大且结构复杂，作为教学设备，存在施工难度大，场地要求高，安全性差等缺点；而目前可用于教学的轻量化堆垛拣选系统虽然体积较小，但多为单侧分拣形式，占地利用率不高。

并且，对于存在多种型号和尺寸的待分拣和存取的物品来说，需要提供一种能够自动化识别、分类和存取的堆垛拣选系统。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统及器控制方法，能够通过具有换向功能的悬臂实现双侧自动化分拣操作，提高占地利用率，且分拣过程中能够实现高效准确的定位和监测，可自动识别存取平台上的物品型号和特征将其进行分类识别并确定其存放位置，然后抓取物品放置到料库的存取平台上，本系统还适于将存放在料库存取平台上的物品自动化取出放置到存取平台上，本系统能够对不同型号的物品一件一件地分拣，具有轻量化、占地小等特点，还适宜用于教学设备使用。

为实现上述目的，本发明提供一种双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统，所述系统包括图像识别装置、入库出库单元和控制模块；其中图像识别装置用于对待入库的物品或待出库的物品进行分类识别确定其型号、尺寸和特征；入库出库单元用于将物品从存取平台抓取后送入料库的目标库位以及从目标库位将物品取出放置到存取平台上；控制模块用于接收操作者控制指令并控制图像识别以及出库和入库操作；

其中所述入库出库单元，所述堆垛拣选系统包括：左侧料库、右侧料库和拣选系统；

所述左侧料库和右侧料库平行设置，且其顶端通过若干横梁固定连接在一起，所述左侧料库和右侧料库分别设有若干库位；所述拣选系统设于所述左侧料库和右侧料库之间；

所述拣选系统包括横向运动机构、导向机构、升降机构和机械臂，所述导向机构设于所述横梁上，所述横向运动机构设于地面，所述升降机构的下端设置在所述横向运动机构上，所述升降机构的上端可滑动地设置在所述导向机构上；所述机械臂设置于所述升降机构上；所述升降机构和机械臂可在横向运动机构和导向机构的驱动下做横向运动，来形成多个拣选工位；机械臂设置于升降机构上，升降机构驱动机械臂沿竖直方向移动；机械臂上设有无杆气缸、转台、悬臂和分拣取放机构，其中，无杆气缸固定在升降机构上，转台分别与无杆气缸和悬臂连接，所述转台可滑动的设置在所述无杆气缸上，所述悬臂设置在所述转台上，无杆气缸用于驱动转台从而带动悬臂平移，同时转台使得悬臂可相对于无杆气缸旋转，实现悬臂分别相对于左侧料库和右侧料库的换向操作，所述分拣取放机构设置在悬臂上，用于将物料从库位内取出或存放于库位内。

进一步，所述横向运动机构上设有第一电机，第一电机用于驱动横向运动机构做横向运动，进而带动升降机构及机械臂做横向运动。

进一步，所述升降机构上设有第二电机，第二电机用于驱动升降机构做上下运动，进而驱动机械臂沿竖直方向做上下运动。

进一步，所述分拣取放机构为吸盘组，所述吸盘组用于吸取物料和释放物料。

进一步，机械臂的具体构造如下：所述悬臂为条板结构，其一端与转台连接，另一端安装吸盘组，转台被无杆气缸驱动进行往返运动，从而实现机械臂伸入库位内吸取物料的技术效果；而物料取出后，转台能够驱动悬臂旋转，从而带动吸盘组将吸取的物料移动到目标库位；转台包括底座和转动部，转动部设置在底座上，并且转动部可沿底座的中心轴转动，底座被无杆气缸驱动进行往返运动；悬臂设置在转台的转动部上，悬臂包括连接部、臂部和吸盘组，其中连接部一端固定在转动部上，使得转台能够驱动悬臂旋转；连接部的另一端与臂部可伸缩式连接，使得悬臂的整体长度可调；臂部的另一端部设有吸盘组；所述转台设有第三电机，由第三电机驱动转动部旋转；所述第三电机为步进电机。

进一步，当目标库位位于吸盘组的同侧时，在无杆气缸和转台的作用下，使得悬臂能够直接平移从而深入目标库位，吸取物料后悬臂沿平移退出目标库位；当目标库位位于吸盘组的异侧时，驱动悬臂180度换向，换向分为以下步骤：第一步，保持悬臂当前角度，将悬臂移动到所述无杆气缸远离吸盘组的一端，第二步，由第三电机驱动悬臂进行90度旋转，第三步，由无杆气缸驱动悬臂移动至无杆气缸的另一端，第四步，由第三电机驱动悬臂完成从90度至180度的旋转。

进一步，所述双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统还设有定位机构、监测机构、控制器和存储器，所述定位机构用于确定机械臂的当前坐标位置并将位置坐标发送至控制机构，由控制机构计算移动路线并控制第一电机和第二电机驱动机械臂移动至目标库位；所述存储器内保存各个库位的位置信息和对应的物料信息；所述监测机构包括摄像头，用于检测目标库位的托盘内是否存在物料。

进一步，还包括人机交互模块，用于输入指令和显示操作过程和操作结果，并且在监测机构检测到实际库存信息和存储器内保存的数据信息不一致的情况下，则控制器向人机交互模块发送相应错误提示信息。

另一方面，本发明还提供一种双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统的控制方法，所述方法用于控制本发明的双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统，所述方法包括如下步骤：

S1.通过人机交互模块获取物品入库控制指令；

S2.将存取平台上的物品送入图像识别区，由图像识别模块进行分类识别后，由控制模块确定适合存放的目标库位，根据控制指令确定目标库位位于左侧料库或右侧库，以及对应的行和列；

S3.定位机构控制机械臂移动至目标库位；

S4.检测机构监测目标库位是否为空，是否与存储器内记载信息一致，若信息一致，执行步骤S5；若不一致，执行步骤S6；

S5.机械臂运动将物料从存取平台上抓取并存放于库位内；跳转至步骤S7；

S6.判断目标库位信息与存储器内记载信息不一致，即待存放物料的目标库位内不为空，则向控制模块发送错误提示信息，控制模块重新选择库位，跳转至步骤S3；

S7.结束。

其中，步骤S3中，控制机械臂移动至目标库位，包括如下流程：根据目标库位的行列信息，横向运动机构先将升降机构以及机械臂移动到目标库位对应的列，之后升降机构将机械臂移动至目标库位对应的行；

步骤S5中，若目标库位在吸盘组同侧，则无杆气缸直接驱动悬臂送出，由悬臂上的吸盘组吸取物料或存放物料；若目标库位在吸盘组异侧，则驱动悬臂180度换向，换向动作分如下步骤完成：第一步，保持悬臂当前角度，将悬臂移动到所述无杆气缸远离吸盘组的一端，第二步，由第三电机驱动悬臂进行90度旋转，第三步，由无杆气缸驱动悬臂移动至无杆气缸的另一端，第四步，由第三电机驱动悬臂完成从90度至180度的旋转。

因采用双面料库，本发明相较以往单侧料库堆垛拣选系统，在占地尺寸不发生较大变化的前提下，增加了一倍的存储能力，大大提高了空间的利用率。

机械臂采用步进电机驱动转台，实现多角度多位置停顿，相较以往只能到达两个位置的回转气缸，更具灵活性，也可以更便捷地调整旋转速度。且具有换向功能的悬臂实现了小空间内的双侧料库分拣操作。并且通过图像识别装置能够准确识别待入库的物料型号和特征，可以实现多种类物料的自动化识别以及入库和出库。

步进电机驱动转台代替回转气缸且保留无杆气缸，与之前两处运动机构都为气动相比，增加了与步进电机相关的教学点，可以在不增加其他设备的前提下，让学生学习到步进电机的相关知识。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例中双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统的立体结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例中双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统的沿X轴方向视图；

图3示出了根据本发明实施例中双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统另一角度的立体结构示意图；

图4示出了图3中机械臂部分的局部放大示意图；

图5示出了图3中机械臂的转台和悬臂结构示意图；

图6示出了图3中存取平台的结构示意图；

图7示出了集中载荷惯性矩计算方法计算转台和悬臂转动参数模型示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明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。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合图1-图7对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据本发明的双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统包括图像识别装置、入库出库单元和控制模块；其中图像识别装置用于对待入库的物品或待出库的物品进行分类识别确定其型号、尺寸和特征；入库出库单元用于将物品从存取平台抓取后送入料库的目标库位以及从目标库位将物品取出放置到存取平台上；控制模块用于在接收入库指令后自动检测存取平台上的物品并分类识别后，选择适合物品存放的目标库位并启动入库出库单元将物品抓取送入目标库位；以及在接收出库指令后将物品从料库中取出放置在存取平台上，控制模块内还设有存储器和人机交互界面，存储器内存储当前库内物品以及对应位置清单，人机交互界面用于操作者输入指令。

其中图像识别装置主要用于拍摄存取平台上的物料，当物料被运送至存取平台的图像识别区后，传感器向PLC反馈物料到位信号；图像识别装置开始进行拍摄，并将结果与已有数据对比，确定该物料的型号和特征，并将结果反馈至控制模块；控制模块控制机械臂将物料搬运至对应库位进行存储。

在一个典型实施例中，本发明的双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统应用于电动车换电站中分拣换电电池，所述换电电池可以是二轮电动车或三轮电动车中使用的小型电池，尤其适用于快递外卖等无法等待长时间充电的车辆换电使用，占地小，自动化程度高，可实现无人管理自动化操作。当使用者将亏电电池放置在存取平台上并通过人机交互设备(未示出)设置选择换电操作时，存取平台上的传输带将电池传输到靠近机械臂的一端的图像识别区内，图像识别装置识别所述电池的型号并选择适合该电池的目标库位将其入库充电，并选择同型号的满电电池将其出库放置到存取平台上，通过传输带将电池送出供使用者取走。优选地，所述图像识别装置为摄像头，通过拍摄图像并进行图像处理和分类识别确定电池型号。并通过电池重量确定出适合吸取的吸盘吸力。本系统不限于使用在电池存取领域，其他任何物料的存取拣选都可以实现。

在硬件设备方面，如图1-2所示，本发明双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统包括：左侧料库1、右侧料库2、导向机构3、升降机构4、机械臂5和横向运动机构6、存取平台7和图像识别装置8。其中机械臂5由吸盘组、无杆气缸、悬臂和转台组成。具体地，其中左侧料库1和右侧料库2平行设置，左侧料库1和右侧料库2分别设有若干库位；横向运动机构6、导向机构3、升降机构4和机械臂5组合成拣选系统，并设置于左侧料库1和右侧料库2之间，所述升降机构4沿竖直方向设置在横向运动机构6和导向机构3之间，并可沿着横向运动机构6和导向机构3做横向运动，来形成多个拣选工位；机械臂5设置于升降机构4上，升降机构4驱动机械臂5沿竖直方向移动；机械臂5上设有无杆气缸、转台、悬臂和分拣取放机构，本实施例中，所述分拣取放机构为吸盘组。其中，无杆气缸固定在升降机构4上，转台分别与无杆气缸和悬臂连接，无杆气缸用于驱动转台从而带动悬臂平移，同时转台使得悬臂可相对于无杆气缸旋转，实现悬臂分别相对对于左侧料库和右侧料库的换向操作，所述分拣取放机构设置在悬臂上，用于将物料从库位内取出或存放于库位内。

具体地，左侧料库1与右侧料库2在顶部通过若干横梁11连接为一个整体，相比只有左侧或右侧料库的结构，另一侧料库既起到稳固支撑的作用，使整体结构更加稳固，同时又可用于物料存储，与常规单侧料库堆垛拣选系统相比，空间利用率大大增加。具体地，左侧料库1和右侧料库2为镜像对称结构，具有多层多列的N个库位，每个库位上对应设有一个托盘12，每个托盘12内可放置对应的物料，所述物料种类和结构不限，并可根据物料尺寸和结构以及需要的数量设置库位的层高、层数、和对应的列宽、列数，使得左侧料库1和右侧料库2具有相应的存储功能。

所述导向机构3为设置在堆垛拣选系统顶部的导轨，横向运动机构6设置在堆垛拣选系统底部的导轨上，导向机构3与横向运动机构6共同设置在左侧料库1和右侧料库2的中间部分，并且导向机构3与顶部横梁11固定连接。

所述升降机构4设置在导向机构3和横向运动机构6之间的竖直方向导轨上。机械臂5设置在升降机构4上，由升降机构4驱动实现上下方向的运动。在本发明的堆垛拣选系统中，将导向机构3和横向运动机构6的延伸方向设定为X轴方向，将升降机构4的延伸方向设定为Y轴方向，将横梁的延伸方向设定为Z轴方向。则通过设定在横向运动机构6上的第一电机，可驱动升降机构4及机械臂5在横向运动机构6和导向机构3沿X轴方向前后运动。而通过设定在升降机构4上的第二电机，可驱动机械臂5在升降机构4上沿Y轴方向上下运动。由此在横向运动机构6、导向机构3和升降机构4的共同作用下，机械臂可运动到左侧料库1和右侧料库2的任意一个库位位置处，能够对所有位置的库位实现物料取放。

如图3-图5所示，机械臂5的作用在于伸入目标库位内，抓取或吸取库位的托盘上的物料，然后将物料放置到存取平台，或者从存取平台抓取或吸取物料，将其放入目标库位的托盘上。具体地，机械臂5包括无杆气缸51、转台52、悬臂53和吸盘组54。其中无杆气缸51水平方向固定在升降机构4上，由升降机构4驱动沿Y轴上下运动，转台52设置在无杆气缸51上，并且转台52在沿无杆气缸51上能够沿Z轴方向左右运动，悬臂53设置在转台52上，悬臂53为条板结构，其一端与转台52连接，另一端安装吸盘组54，转台52被无杆气缸51驱动进行Z轴方向的往返运动，从而实现机械臂5伸入库位内吸取物料的技术效果；而物料取出后，转台52能够驱动悬臂53旋转，从而带动吸盘组54将吸取的物料移动到目标库位。

转台52包括底座521和转动部522，转动部522设置在底座521上，并且转动部522可沿底座521的中心轴转动，所述中心轴沿Y轴方向设置。底座521安装于无杆气缸51的气缸滑块上。复动型无杆气缸51的气缸滑块能够往复移动，其移动原理是由两路压缩空气驱动，一路位于左端，一路位于右端。当电磁阀控制右端进气，左端排气时，则无杆气缸滑台左移，带动转台左移；当电磁阀控制左端进气，右端排气时，则无杆气缸滑台右移，带动转台右移。由此实现转台52被无杆气缸51驱动进行Z轴方向的往返运动，从而进一步实现机械臂5伸入库位内抓取或吸取物料的技术效果。

悬臂53设置在转台52的转动部522上，优选地，悬臂53包括连接部531和臂部532，其中连接部531一端固定在转动部522上，使得转台52能够驱动悬臂53旋转。连接部531的另一端与臂部532可伸缩式连接，由此实现悬臂53的整体长度可调。所述转台52设有第三电机，由第三电机驱动转动部522旋转。所述第三电机为步进电机，步进电机输出轴通过联轴器与转台输入轴连接，并通过螺钉固定。在同样满足工况的前提下，步进电机相较伺服电机拥有控制操作简单的优势，不需配置繁多的参数即可完成控制；而且，步进电机相比伺服电机具有较高的性价比。

吸盘组54为堆垛拣选系统的物料分拣取放机构的其中一种形态，其设置在悬臂53的臂部532上，附图1所示的实施例中，吸盘组54包括3个吸盘，本领域技术人员可以理解的是，吸盘组54可根据物料的结构进行吸盘数量和位置的设定，以及根据物料的重量设定吸力。本领域技术人员可以理解的是，根据物料的差异，对于不适合采用吸盘组进行吸取的物料，物料分拣取放机构可以更换为其他形式的抓取机构。

机械臂5的上述结构实现了简化且低成本地双侧分拣物料，由于无杆气缸51和转台52的作用，使得悬臂53能够沿Z轴方向平移从而深入目标库位，吸取物料后悬臂沿Z轴方向平移退出目标库位，并且当悬臂携带物料退出目标库位后可进行90度旋转，当机械臂移动到存取平台后将物料释放至存取平台上，或者反之，从存取平台上吸取物料运送至目标库位的托盘上。对于双侧分拣物料的情况，当悬臂53上吸盘组的方向与待取物料的方向不同时，需要先将悬臂53旋转180度，但由于左侧料库1和右侧料库2之间的距离限制，为了防止悬臂53转动180度后与另一侧料库的框架结构干涉，因此在悬臂53需要进行180度换向时，将其分为几步完成，正常状态时，悬臂是平行于无杆气缸设置的，吸盘组在无杆气缸的驱动下沿着无杆气缸的轴线方向移动，所以在进行180度转向时，首先，确定悬臂53当前位置是否处于无杆气缸51的远离吸盘组的端部，如果是，悬臂53先进行90度旋转，然后，无杆气缸51驱动悬臂53沿Z轴移动至无杆气缸51的另一端，最后悬臂53完成从90度至180度的旋转，实现悬臂53的换向功能。

如图6所示，存取平台7上设有传输带71，用于使得物品在存取平台上自动移动至图像识别区，便于识别其型号并同时便于机械臂抓取。所述传输带71设有两条，能够实现物品沿X方向的平移，当传输带71带动其上物品移动到适合图像识别和抓取的位置时，自动停止，开始检测识别和抓取入库操作，当出库的物品放置在传输带71上时，传输带71将其上物品向远离机械臂的方向送出。

此外，所述双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统还设有定位机构、监测机构、控制器和存储器，所述定位机构用于确定机械臂5在X轴和Y轴的当前坐标位置并将位置坐标发送至控制机构，由控制机构计算移动路线并控制第一电机和第二电机驱动机械臂5向目标库位以第一速度移动，所述定位机构还用于在机械臂5移动至与目标库位中心点距离达到预设阈值后，根据机械臂5在X轴和Z轴的实际位置和目标库位进行偏差计算，并以第二速度向目标库位移动，直至与目标库位中心点距离达到允许误差范围内。

所述存储器内保存各个库位的位置信息和对应的物料信息。对于多种类的物料分拣，例如本实施例中具有多种型号的换电电池使用的堆垛拣选系统，存储器内需要保存有各个库位的位置信息和对应的物料信息，不同层和/或不同列的库位可以具有不同的容纳尺寸，以对应存放不同尺寸不同类型的物料。根据需求进行最优目标库位策略选择。每一次分拣，相应的信息都保存在存储器内，实时更新堆垛拣选系统的各个库位的存储信息。所述存储信息包括是否为空以及当前物料特征。

所述监测机构包括摄像头，用于检测目标库位的托盘12内是否存在物料，在需要将物料从目标库位上取出放置到存取平台时(此操作可简称为出库)，机械臂移动至目标库位时，对目标库位的托盘进行监测，监测手段为摄像头拍摄目标库位的托盘处图像，发送至控制器进行图像分析，根据图像分析结果判断托盘12为空或者托盘12内存在物料，在监测到托盘12内存在物料的情况下，则启动机械臂5运动吸取物料；在监测到托盘12为空的情况下，则控制器向人机交互模块发送相应错误提示信息，等待进一步指令。

在需要将物料从存取平台吸取后放置到目标库位上时(此操作可简称为入库)，机械臂5携带物料移动至目标库位时，监测机构对目标库位的托盘12进行监测，监测手段为摄像头拍摄目标库位的托盘12处图像，发送至控制器进行图像分析，根据图像分析结果判断托盘12为空或者托盘内存在物料，优选地，监测机构设置在悬臂的自由端处，该位置能够更加精准地对目标库位进行图像采集。在监测到托盘12为空的情况下，则启动机械臂运动将物料放入托盘12；在监测到托盘12内存在物料的情况下，则说明实际库存信息和存储器内保存的数据信息不一致，则控制器向人机交互模块发送相应错误提示信息，等待进一步指令。

双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统工作过程如下：根据控制器指令，横向运动机构6将整体运动机构移动到目标库位对应的列，之后升降机构4将机械臂5移动至目标库位。倘若目标库位在吸盘组同侧，则无杆气缸51直接将悬臂送出，由吸盘组54吸取物料；倘若目标库位在吸盘组54异侧，则转台旋转90°，无杆气缸51将承载悬臂53的机构移至另一侧，转台52继续旋转至180°位置，此时吸盘组54与目标库位处于同侧，无杆气缸51运动回原位将悬臂53送出，由吸盘组54吸取物料。之后悬臂53回初始位，横向运动机构6与升降机构4配合将机械臂5移动至出库位，转台旋转90°将悬臂53伸出，完成出库，所有运动机构回初始位。

对此，根据本发明的双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统的控制方法，包括如下步骤：

S1.通过人机交互模块向堆垛拣选系统的控制器发送物品入库控制指令；

S2.将存取平台上的物品送入图像识别区，进行分类识别后确定适合存放的目标库位，根据控制指令确定目标库位位于左侧料库或右侧库，以及对应的行和列；

S3.定位机构控制机械臂移动至目标库位；

S4.检测机构监测目标库位是否为空，是否与存储器内记载信息一致，若信息一致，执行步骤S5；若不一致，执行步骤S6；

S5.机械臂运动将物料从存取平台上抓取并存放于库位内；跳至步骤S7；

S6.判断目标库位信息与存储器内记载信息不一致，即待存放物料的目标库位内不为空，则向控制模块发送错误提示信息，控制模块重新选择库位，跳至步骤S3；

S7.结束。

物品出库控制方法的流程如下：

S1.通过人机交互模块向堆垛拣选系统的控制器发送物品出库控制指令；

S2.根据出库的物品型号和特征确定物品存放的目标库位，控制指令确定目标库位位于左侧料库或右侧库，以及对应的行和列；

S3.定位机构控制机械臂移动至目标库位；

S4.检测机构监测目标库位是否为空，是否与存储器内记载信息一致，若信息一致，执行步骤S5；若不一致，执行步骤S6；

S5.机械臂运动将物料从库位内抓取并放置于存取平台上；

S6.判断目标库位信息与存储器内记载信息不一致，即待取物料的目标库位内为空，则向控制模块发送错误提示信息，并重新选择库位，再次重复步骤S3-S5。

具体地，步骤S3中，控制机械臂5移动至目标库位，包括如下流程：根据目标库位的行列信息，横向运动机构6先将升降机构4以及机械臂5移动到目标库位对应的列，之后升降机构4将机械臂5移动至目标库位对应的行。

具体地，步骤S5中，若目标库位在吸盘组54同侧，则无杆气缸51直接驱动悬臂53送出，由悬臂53上的吸盘组54吸取物料或存放物料；若目标库位在吸盘组54异侧，则首先转台旋转90°，然后无杆气缸51将承载悬臂53的机构移至另一侧，最后转台52继续旋转至180°位置，由此实现悬臂53换向，此时吸盘组54与目标库位处于同侧，无杆气缸51运动回原位将悬臂53送出，由吸盘组54吸取或存放物料。对于出库操作，横向运动机构6与升降机构4配合将机械臂5移动至出库位，转台旋转90°将悬臂伸出，将物料放置于存取平台，完成出库。所有运动机构回初始位，同时悬臂53也采用相同方式回复至初始位，悬臂53的初始位可设定为朝向左侧料库1或右侧料库2的任一侧。

优选地，步进电机驱动转台52，使悬臂53可以自由且精准地停顿到任何位置。转台52和悬臂53和回转力矩和惯性矩的计算方法如下：

根据公式计算回转力矩T＝K×I×α，

其中T：回转力矩(N·m)

K：冗余系数，取K＝5

I：惯性矩(kg·m²)

α：角加速度(rad/s²)

θ：回转角度(rad)

t：回转时间

根据公式计算角加速度

因悬臂53工作时为集中载荷作用，故采用集中载荷惯性矩计算方法；运动模型如图7所示，其中

惯性矩

其中a1：转轴到集中载荷垂直距离(kg)，

a2：臂长(m)，

m1：集中载荷质量(kg)，

m2：臂质量(kg)。

具体到本实施例的具体情况，带入已知量，m1＝1.378kg，m2＝0.46kg，a1＝0.315m，a2＝0.032m，θ＝0.5π，t＝2s。

得惯性矩I＝0.256kg·m²，角加速度α＝0.25πrad/s²，取π＝3.14，则回转力矩T＝1.0048N·m。

转台圆盘直径可根据需要进行设计，经测试直径60mm减速比1:90的转台即满足使用，本实施例中，综合性能和安装因素，优选使用转台圆盘直径为100，减速比1:180的转台。转台的多位置停顿检测由对应位置的光电传感器完成。

本发明尤其适合于作为教学使用，将常规教学用单侧料库堆垛拣选系统料库另一侧的支撑结构替换为相同的料库，既满足支撑作用，又可以存储物料，在占地尺寸不发生较大变化的前提下，将存储能力增加一倍。并且通过图像识别装置能够准确识别待入库的物料型号和特征，可以实现多种类物料的存储和取出。

步进电机驱动转台代替常规使用的回转气缸，使悬臂可以自由且精准地停顿到任何位置，与无杆气缸配合，即可完成双侧出入库的流程动作，相较之前单侧分拣，整体结构改动很小，易于安装及调试。且通过悬臂独特设计的双侧换向操作，使得双侧料库之间的间距能够做到最小化。

模块化设计的悬臂可适配多种抓取工具，如气动夹爪、电动夹爪、吸盘等，以适应不同种类物料的分拣和抓取。尽管本实用机型的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新机型领域。对于熟悉本领域的人而言，可容易的实现另外的修改，比如将吸盘组更换为夹爪等其他机构。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用机型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

上述内容虽然已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型等更新操作。

Claims (8)

1.一种双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统，其特征在于，所述系统包括图像识别装置、入库出库单元和控制模块；

所述图像识别装置用于对待入库的物品或待出库的物品进行分类识别，确定其型号、尺寸和特征；

所述入库出库单元用于将物品从存取平台抓取后送入料库的目标库位以及从目标库位将物品取出放置到存取平台上；

所述控制模块用于接收操作者的控制指令并控制图像识别装置、出库入库单元动作；

所述入库出库单元包括：左侧料库、右侧料库和拣选系统；

所述左侧料库和右侧料库平行设置，且其顶端通过若干横梁固定连接在一起，所述左侧料库和右侧料库分别设有若干库位；所述拣选系统设于所述左侧料库和右侧料库之间；

所述拣选系统包括横向运动机构、导向机构、升降机构和机械臂，所述导向机构设于所述横梁上，所述横向运动机构设于地面，所述升降机构的下端设置在所述横向运动机构上，所述升降机构的上端可滑动地设置在所述导向机构上；所述机械臂设置于所述升降机构上；

所述机械臂上设有无杆气缸、转台、悬臂和分拣取放机构，其中，所述无杆气缸固定在所述升降机构上，所述转台可滑动的设置在所述无杆气缸上，所述悬臂设置在所述转台上，无杆气缸用于驱动转台平移，所述转台驱动所述悬臂相对于无杆气缸旋转，实现悬臂分别相对于左侧料库和右侧料库的换向操作，所述分拣取放机构设置在悬臂上，用于将物料从库位内取出或存放于库位内。

2.根据权利要求1所述的双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统，其特征在于，所述分拣取放机构为吸盘组，所述吸盘组用于吸取物料和释放物料，所述存取平台上设有传送带，用于将物品移动至图像识别区或从图像识别区移出。

3.根据权利要求1所述的双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统，其特征在于，所述转台包括底座和转动部，转动部可转动地设置在所述底座上，所述底座被所述无杆气缸驱动做往返运动；所述悬臂包括连接部、臂部和吸盘组，所述连接部的一端固定在所述转台的转动部上；所述连接部的另一端与臂部可伸缩式连接，所述臂部的端部设有吸盘组；所述转台由第三电机驱动旋转；所述第三电机为步进电机。

4.根据权利要求1所述的双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统，其特征在于，当目标库位位于吸盘组的异侧时，驱动悬臂180度换向，换向动作分如下步骤完成；第一步，保持悬臂当前角度，将悬臂移动到所述无杆气缸远离吸盘组的一端，第二步，由第三电机驱动悬臂进行90度旋转，第三步，由无杆气缸驱动悬臂移动至无杆气缸的另一端，第四步，由第三电机驱动悬臂完成从90度至180度的旋转。

5.根据权利要求1所述的双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统，其特征在于，所述双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统还设有定位机构、监测机构、控制器和存储器，所述定位机构用于确定机械臂的当前坐标位置并将位置坐标发送至控制机构，由控制机构计算移动路线并控制机械臂移动至目标库位；所述存储器内保存各个库位的位置信息和对应的物料信息；所述监测机构包括摄像头，用于检测目标库位的托盘内是否存在物料。

6.根据权利要求1所述的双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统，其特征在于，还包括人机交互模块，用于输入指令和显示操作过程和操作结果，并且在监测机构检测到实际库存信息和存储器内保存的数据信息不一致的情况下，则控制器向控制模块发送相应错误提示信息。

7.一种双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统的控制方法，其特征在于，所述方法用于控制权利要求1-6任一项所述的双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统，所述方法包括如下步骤：

S1.通过人机交互模块获取物品入库指令；

S2.将存取平台上的物品送入图像识别区，由图像识别模块进行分类识别后，由控制模块确定适合存放的目标库位；

S3.定位机构控制机械臂移动至目标库位；

S4.检测机构监测目标库位是否为空，是否与存储器内记载信息一致，若信息一致，执行步骤S5；若不一致，执行步骤S6；

S5.机械臂运动将物料从存取平台上抓取并存放于库位内；跳转至步骤S7；

S6.向控制模块发送错误提示信息，控制模块重新选择库位，跳转至步骤S3；

S7.结束。

8.根据权利要求7所述的双侧分拣的轻量化堆垛拣选系统的控制方法，其特征在于，步骤S3中，控制机械臂移动至目标库位，包括如下流程：根据目标库位的行列信息，横向运动机构先将升降机构以及机械臂移动到目标库位对应的列，之后升降机构将机械臂移动至目标库位对应的行；

步骤S5中，若目标库位在吸盘组同侧，则无杆气缸直接驱动悬臂送出，由悬臂上的吸盘组吸取物料或存放物料；若目标库位在吸盘组异侧，则驱动悬臂180度换向，换向动作分如下步骤完成；第一步，保持悬臂当前角度，将悬臂移动到所述无杆气缸远离吸盘组的一端，第二步，由第三电机驱动悬臂进行90度旋转，第三步，由无杆气缸驱动悬臂移动至无杆气缸的另一端，第四步，由第三电机驱动悬臂完成从90度至180度的旋转。

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