CN117003019A - 一种智能装车系统和装车方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于物流设备技术领域，公开了一种智能装车系统和装车方法，智能装车系统采用模块化设计，相比于一体化设计，结构占地空间更小，安装调试过程更简单，从而有利于提高装车效率；利用拆垛机械臂可实现箱状货物放置位姿的灵活调节，利用直角坐标装车部可实现箱状货物的堆叠位姿的灵活调节，可以使用智能控制程序实现装车方案的灵活调整和全自动化装车，从而有利于提高容积率和降低装车成本，并进一步提高装车效率。

Description

一种智能装车系统和装车方法

技术领域

本申请涉及物流设备技术领域，具体而言，涉及一种智能装车系统和装车方法。

背景技术

目前，现有的大部分装车设备采用一体化设计，结构占地空间大，安装调试过程复杂，影响装车效率。此外，现有的大部分装车设备的自动化程度不足，装车过程需要人工参与，难以实现真正的无人化操作，导致装车效率较低，且难以实现装车方案的灵活调整（例如，为了保证箱状货物的稳定性，需要使装车后的箱状货物之间呈相互错位的非规则布局，现有的大部分装车设备难以实现该布局），也难以保证容积率最大化，影响装车成本。

发明内容

本申请的目的在于提供一种智能装车系统和装车方法，能够提高装车效率并有利于降低装车成本。

第一方面，本申请提供了一种智能装车系统，包括拆垛运输载车和装车载车；

所述拆垛运输载车包括第一载车基座、拆垛机械臂、伸缩传送带和传输电控柜，所述拆垛机械臂、所述伸缩传送带和所述传输电控柜均设置在所述第一载车基座上，所述第一载车基座、所述拆垛机械臂和所述伸缩传送带均与所述传输电控柜电连接，所述传输电控柜中设置有主控计算机；

所述装车载车包括第二载车基座、物料排列平台、直角坐标装车部和装车电控柜，所述物料排列平台、所述直角坐标装车部和所述装车电控柜均设置在所述第二载车基座上，所述第二载车基座、所述物料排列平台和所述直角坐标装车部均与所述装车电控柜电连接，所述装车电控柜与所述传输电控柜电连接；

所述主控计算机用于控制所述第一载车基座、所述拆垛机械臂、所述伸缩传送带、所述第二载车基座、所述物料排列平台和所述直角坐标装车部工作；

所述拆垛机械臂用于对待装车的箱状货物进行拆垛并调整位姿后放入所述伸缩传送带；

所述伸缩传送带可伸缩且倾斜角度可调，并用于把所述箱状货物送至所述物料排列平台；

所述物料排列平台用于把所述箱状货物排列成排；

所述直角坐标装车部用于把排列成排的箱状货物同时地从所述物料排列平台取出进行堆放。

该智能装车系统采用模块化设计，相比于一体化设计，结构占地空间更小，安装调试过程更简单，从而有利于提高装车效率；利用拆垛机械臂可实现箱状货物放置位姿的灵活调节，利用直角坐标装车部可实现箱状货物的堆叠位姿的灵活调节，可以使用智能控制程序实现装车方案的灵活调整和全自动化装车，从而有利于提高容积率和降低装车成本，并进一步提高装车效率。

优选地，所述直角坐标装车部包括多自由度运动装置和夹爪组件，所述多自由度运动装置用于带动所述夹爪组件移动，所述夹爪组件包括夹爪主体以及多个呈直线排布地设置在所述夹爪主体前侧的吸盘阵列模块，所述吸盘阵列模块能够前后移动，所述夹爪主体用于驱动各所述吸盘阵列模块独立移动。

由于夹爪组件设置多个吸盘阵列模块，能够一次夹取多个箱状货物并同时进行装车，提高装车效率，且由于每个吸盘阵列模块可以独立前后移动，适用于对具有不同放置姿态的多个箱状货物进行同时夹取和同时叠放，从而能够实现对任意装车布局的箱状货物的快速装车。

优选地，所述夹爪组件还包括多个位置反馈传感器，所述位置反馈传感器与所述吸盘阵列模块一一对应设置，所述位置反馈传感器用于检测对应的所述吸盘阵列模块的前后位置。

从而能够更加准确地调节各吸盘阵列模块的前后位置，提高箱状货物堆叠位置的准确性。

优选地，所述夹爪组件还包括至少一个设置在所述夹爪主体上的图像传感器，所述图像传感器用于识别所述箱状货物的位置。

优选地，每个所述吸盘阵列模块的下侧均设置有托板，所述托板用于承托所述箱状货物的底部。

优选地，所述物料排列平台包括传输带装置，所述伸缩传送带的输出端正对所述传输带装置的输入端。

优选地，所述传输带装置包括称重装置，所述称重装置用于检测所述传输带装置上的所述箱状货物的总重量，用以判断所述传输带装置上的所述箱状货物的数量是否足够。

优选地，所述拆垛运输载车还包括设置在所述第一载车基座上的自动线缆盒，所述自动线缆盒与所述传输电控柜电连接，所述自动线缆盒与所述装车电控柜通过线缆连接，所述自动线缆盒用于收放所述线缆。

第二方面，本申请提供了一种装车方法，应用于前文所述的智能装车系统，包括步骤：

A1.根据装车订单信息生成装车布局方案和拆垛方案；所述拆垛方案包括各所述箱状货物在所述伸缩传送带上的放置位姿；

A2.根据所述装车布局方案和所述拆垛方案进行设备初始化参数设置，得到所述智能装车系统的各设备的运行参数；

A3.基于所述运行参数控制所述智能装车系统的各设备运行。

优选地，所述装车订单信息包括集装箱尺寸、所述箱状货物的尺寸和数量以及待拆货物垛的整体布局；

步骤A1包括：

利用仿真规划方法，基于预设的放置原则、预设的错位排列规则和预设的边界限制条件，根据所述集装箱尺寸、所述箱状货物的尺寸和数量，规划得到所述装车布局方案；

根据所述装车布局方案，确定各所述箱状货物的装车顺序和装车位姿；

根据各所述箱状货物的装车顺序和装车位姿，确定各所述箱状货物在所述伸缩传送带上的放置位姿。

有益效果：本申请提供的智能装车系统和装车方法，智能装车系统采用模块化设计，相比于一体化设计，结构占地空间更小，安装调试过程更简单，从而有利于提高装车效率；利用拆垛机械臂可实现箱状货物放置位姿的灵活调节，利用直角坐标装车部可实现箱状货物的堆叠位姿的灵活调节，可以使用智能控制程序实现装车方案的灵活调整和全自动化装车，从而有利于提高容积率和降低装车成本，并进一步提高装车效率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的伸缩传送带未伸出时的智能装车系统的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的伸缩传送带已伸出时的智能装车系统的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的智能装车系统的使用状态图。

图4为装车载车的结构示意图。

图5为直角坐标装车部的结构示意图。

图6为夹爪组件的结构示意图。

图7为本申请实施例提供的装车方法的流程图。

图8为示例性的装车布局方案的示意图。

标号说明：1、拆垛运输载车；101、第一载车基座；102、拆垛机械臂；103、伸缩传送带；104、传输电控柜；105、自动线缆盒；106、线缆；2、装车载车；201、第二载车基座；202、物料排列平台；2021、传输带装置；203、直角坐标装车部；204、装车电控柜；3、多自由度运动装置；301、主体座；302、第一臂杆；303、第一驱动关节；304、第二臂杆；305、第二驱动关节；306、第三臂杆；4、夹爪组件；401、夹爪主体；402、吸盘阵列模块；4021、基架；4022、吸盘；4023、导向杆；4024、托板；403、图像传感器；404、滑块；90、箱状货物；91、货车；92、待拆货物垛。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，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申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1-图3，本申请一些实施例中的一种智能装车系统，包括拆垛运输载车1和装车载车2；

拆垛运输载车1包括第一载车基座101、拆垛机械臂102、伸缩传送带103和传输电控柜104，拆垛机械臂102、伸缩传送带103和传输电控柜104均设置在第一载车基座101上，第一载车基座101、拆垛机械臂102和伸缩传送带103均与传输电控柜104电连接，传输电控柜104中设置有主控计算机；

装车载车2包括第二载车基座201、物料排列平台202、直角坐标装车部203和装车电控柜204，物料排列平台202、直角坐标装车部203和装车电控柜204均设置在第二载车基座201上，第二载车基座201、物料排列平台202和直角坐标装车部203均与装车电控柜204电连接，装车电控柜204与传输电控柜104电连接；

主控计算机用于控制第一载车基座101、拆垛机械臂102、伸缩传送带103、第二载车基座201、物料排列平台202和直角坐标装车部203工作；

拆垛机械臂102用于对待装车的箱状货物90进行拆垛并调整位姿后放入伸缩传送带103；

伸缩传送带103可伸缩且倾斜角度可调，并用于把箱状货物90送至物料排列平台202；

物料排列平台202用于把箱状货物90排列成排；

直角坐标装车部203用于把排列成排的箱状货物90同时地从物料排列平台202取出进行堆放。

该智能装车系统采用模块化设计（拆垛运输载车1和装车载车2为两个在空间上分离的模块），相比于一体化设计，结构占地空间更小，安装调试过程更简单，安装调试所需时间较少，从而有利于提高装车效率；利用拆垛机械臂102可实现箱状货物90放置位姿的灵活调节，利用直角坐标装车部203可实现箱状货物90的堆叠位姿的灵活调节，可以使用智能控制程序实现装车方案的灵活调整和全自动化装车，从而有利于提高容积率（即集装箱空间的填充率，本文中的集装箱是广义上的集装箱，货车91的载货车厢和能够独立存在的载货集装箱均属于本文中的集装箱）和降低装车成本，并进一步提高装车效率；此外，直角坐标装车部203可以把列成排的多个箱状货物90同时进行取放，进一步提高装车效率。

其中，第一载车基座101和第二载车基座201均是可移动基座，其包括设置在底部的滚轮和用于驱动滚轮转动的驱动装置（例如为电机）。参考图3，在使用时，把拆垛运输载车1放置在货车91的后方，并把装车载车2放置在货车91上，控制第一载车基座101和第二载车基座201移动至合适的初始位置，根据第一载车基座101和第二载车基座201的初始位置调整伸缩传送带103的倾斜角度和伸出长度，令伸缩传送带103的输出端对准物料排列平台202的输入端，即可开始进行装车，装车时，由拆垛机械臂102根据预设的智能控制程序从待拆货物垛92（待装车的箱状货物90是以货物垛的形式放置在拆垛运输载车1旁，从而由待装车的箱状货物90组成的货物垛即为待拆货物垛92，如图3所示）中逐个地取出箱状货物90并以要求的位姿放置在伸缩传送带103上，由伸缩传送带103输送至物料排列平台202，并在物料排列平台202中排列成列，再由直角坐标装车部203把排列好的多个箱状货物90同时从物料排列平台202上取出并一同进行堆放，在装车过程中，第二载车基座201逐渐后移，伸缩传送带103对应地调整倾斜角度和伸出长度，使伸缩传送带103的输出端始终对准物料排列平台202的输入端。

在一些实施方式中，见图4、图6，直角坐标装车部203包括多自由度运动装置3和夹爪组件4，多自由度运动装置3用于带动夹爪组件4移动，夹爪组件4包括夹爪主体401以及多个呈直线排布地设置在夹爪主体401前侧的吸盘阵列模块402，吸盘阵列模块402能够前后移动，夹爪主体401用于驱动各吸盘阵列模块402独立移动。由于夹爪组件4设置多个吸盘阵列模块402，能够一次夹取多个箱状货物90并同时进行装车，提高装车效率，且由于每个吸盘阵列模块402可以独立前后移动，适用于对具有不同放置姿态的多个箱状货物90进行同时夹取和同时叠放，从而能够实现对任意装车布局的箱状货物的快速装车。实际上，若各吸盘阵列模块402不能独立进行前后移动，当物料排列平台202中排列成列的多个箱状货物90具有不同的放置姿态（例如一些箱状货物90的长度方向与排列方向平行，另一些箱状货物90的宽度方向与排列方向平行）时，只有逐个对箱状货物90进行取出和堆放，才能保证在进行堆放时各箱状货物90的堆放位姿符合要求（要求堆放后各箱状货物90之间的相对位姿与它们在物料排列平台202上时的相对位姿相同），影响装车效率。

例如图4中，排列成排的多个箱状货物90中，有一个的放置姿态与其它箱状货物90的放置姿态不同，此时，在对箱状货物90进行夹取时，可使对应的一个吸盘阵列模块402朝前伸并使其它吸盘阵列模块402保持在同一平面上，从而在取出这些箱状货物90时，依然能够保持这些箱状货物90在物料排列平台202中的排列状态，并保持该排列状态进行同时堆放。

其中，见图6，每个吸盘阵列模块402包括基架4021和多个呈阵列排布的吸盘4022。

其中，夹爪主体401包括壳体和设置在该壳体内的移动驱动装置，该移动驱动装置可以但不限于是伸缩驱动装置（如气缸、液缸、电动伸缩杆等）、直线电机或丝杆驱动装置等。

在一些实施方式中，见图6，基架4021上设置有至少一个导向杆4023，该导向杆4023与夹爪主体401滑动连接。通过该导向杆4023可以对吸盘阵列模块402的移动进行导向，且该导向杆4023可以承受被夹取的箱状货物90的重力，避免移动驱动装置承受过大的切向力而变形和受损，有利于提高使用寿命。

优选地，夹爪组件4还包括多个位置反馈传感器（图中没有显示），位置反馈传感器与吸盘阵列模块402一一对应设置，位置反馈传感器用于检测对应的吸盘阵列模块402的前后位置。从而能够更加准确地调节各吸盘阵列模块402的前后位置，提高箱状货物90堆叠位置的准确性。

其中，位置反馈传感器可以是测距传感器，该测距传感器设置在夹爪主体401正对基架4021的侧面上；若移动驱动装置包含旋转电机时，该位置反馈传感器也可以是设置在旋转电机上的旋转编码器。位置反馈传感器还可以是其它传感器。

在一些优选实施方式中，见图6，夹爪组件4还包括至少一个设置在夹爪主体401上的图像传感器403，图像传感器403用于识别箱状货物90的位置。在实际应用中，拆垛机械臂102在把箱状货物90放入伸缩传送带103时会产生位置误差或由于其它原因导致箱状货物90在物料排列平台202中的排列位置与理想位置之间具有较大偏差，此时，可通过图像传感器403识别箱状货物90的实际位置，从而在夹爪组件4取货时根据该实际位置调整各吸盘阵列模块402的前后位置，在取货后再根据理想位置调整各吸盘阵列模块402的前后位置才进行叠放，保证叠放位姿准确。

在一些优选实施方式中，见图6，每个吸盘阵列模块402的下侧均设置有托板4024，托板4024用于承托箱状货物90的底部。为了提高容积率，在进行装车时，吸盘阵列模块402是从箱状货物90的侧面（垂直于顶面和底面的表面）对箱状货物90进行吸附，而非从箱状货物90的顶面进行吸附（若从顶面进行吸附，则需要在货物顶面和集装箱顶部之间留有足够夹爪组件4伸入的空间，该空间无法被利用，降低了容积率），若不设置托板4024，则只能依靠吸盘4022与箱状货物90之间的摩擦力来举起箱状货物90，载重能力较弱，而设置托板4024能够托举较大重量的箱状货物90。

其中，由于在堆放箱状货物90时需要把托板4024从上下两层箱状货物90之间或者箱状货物90与集装箱底部之间抽出，为避免抽出托板4024时带动箱状货物90移动而导致箱状货物90的位置偏移，可以在托板4024的上下表面设置滚珠或滚针，以减小摩擦。

其中，多自由度运动装置3可以采用现有的多轴机械臂，也可以采用图5中的多自由度运动装置3，在图5中，该多自由度运动装置3包括主体座301、第一臂杆302、第一驱动关节303、第二臂杆304、第二驱动关节305、第三臂杆306和直线驱动机构（图中没有显示），第一臂杆302的第一端滑动设置在主体座301上并沿x轴方向（该x轴方向实际上为第二载车基座201移动的方向）延伸，第二臂杆304的第一端通过第一驱动关节303与第一臂杆302的第二端连接，第一驱动关节303用于驱动第二臂杆304绕z轴方向摆动，第三臂杆306与第二臂杆304垂直，且第三臂杆306通过第二驱动关节305与第二臂杆304的第二端连接，第二驱动关节305用于驱动第三臂杆306绕z轴方向转动，直线驱动机构设置在第三臂杆306上并用于驱动夹爪组件4沿第三臂杆306的长度方向往复移动。

其中，直线驱动机构可以但不限于是气缸、液缸、电动伸缩杆、丝杆驱动装置等。夹爪组件4通过滑块404与第三臂杆306滑动连接。

在本实施例中，见图4，物料排列平台202包括传输带装置2021，伸缩传送带103的输出端正对传输带装置2021的输入端。在工作时，伸缩传送带103每向传输带装置2021输入一个箱状货物90，传输带装置2021即根据下一个箱状货物90的放置姿态前移对应的距离（例如，当下一个箱状货物90的长度方向与排列方向平行，则前移距离等于箱状货物90的长度，若下一个箱状货物90的宽度方向与排列方向平行，则前移距离等于箱状货物90的宽度），从而实现箱状货物90的排列成排。

在一些实施方式中，传输带装置2021包括称重装置，称重装置用于检测传输带装置2021上的箱状货物90的总重量，用以判断传输带装置2021上的箱状货物90的数量是否足够（通过比较测得的总重量和标准总重量的偏差以判断箱状货物90的数量是否足够，该标准总重量可预先根据各箱状货物90的重量设置）。当判断传输带装置2021上的箱状货物90的数量足够时，才控制直角坐标装车部203进行货物的取放，以避免堆叠过程出错。

其中，物料排列平台202也可包括第一视觉相机（图中没有显示），该第一视觉相机可设置在传输带装置2021的上方，该第一视觉相机用于检测传输带装置2021上的箱状货物90的数量。若称重装置和第一视觉相机均有设置，则当两次判断结果均为数量足够时，才控制直角坐标装车部203进行货物的取放，否则进行报错。

在一些实施方式中，为了保证伸缩传送带103的输出端与传输带装置2021的输入端能够准确对准，可以在伸缩传送带103的输出端设置光电传感器，并在传输带装置2021的输入端设置检知片，该检知片用于在光电传感器对准该检知片时触发该光电传感器。从而，通过检测光电传感器的触发情况可检测伸缩传送带103的输出端与传输带装置2021的输入端是否对准。优选地，伸缩传送带103的输出端宽度方向的两侧各设置一个光电传感器，并在传输带装置2021的输入端宽度方向的两侧各设置一个检知片，当两个光电传感器同时被触发时，表示传输带装置2021的宽度方向与伸缩传送带103的宽度方向基本平行，从而保证箱状货物90进入传输带装置2021后的排列方向与其长度或宽度方向平行。

在一些实施方式中，传输电控柜104和装车电控柜204分别与外部供电电源连接且传输电控柜104和装车电控柜204之间通过无线通信方式进行通信连接。

在另一些实施方式中，见图1-图3，拆垛运输载车1还包括设置在第一载车基座101上的自动线缆盒105，自动线缆盒105与传输电控柜104电连接，自动线缆盒105与装车电控柜204通过线缆106连接，自动线缆盒105用于收放线缆106。从而，只需要传输电控柜104与外部供电电源连接，传输电控柜104可通过线缆106向装车电控柜204供电（即线缆106包括供电线）。其中，传输电控柜104和装车电控柜204之间可通过无线通信方式进行通信连接，也可通过线缆106通信连接（即线缆106包括通信线）。

其中，自动线缆盒105包括收放轮和收放电机，收放电机用于驱动收放轮转动，收放轮用于收卷或放卷线缆106。优选地，线缆106与装车电控柜204之间通过可拆卸方式连接（例如装车电控柜204上设置有接线插口，线缆106的末端设置有对应的插头，并通过该插头与该接线插口连接），从而在不使用时，可使线缆106与装车电控柜204断开连接，实现拆垛运输载车1和装车载车2的完全分离，便于进行运输和存放。

进一步地，为了准确控制线缆106的放线长度，可以在收放电机上设置旋转编码器，用以检测放线长度。

需要说明的是，传输电控柜104中设置有第一载车基座101、拆垛机械臂102、伸缩传送带103和自动线缆盒105的驱动电路，装车电控柜204中设置有第二载车基座201、物料排列平台202和直角坐标装车部203的驱动电路。

优选地，拆垛机械臂102的末端设置有第二视觉相机，该第二视觉相机用以引导拆垛机械臂102进行箱状货物90的取放，以保证箱状货物90在伸缩传送带103上的放置位姿准确。

优选地，装车载车2还包括激光雷达，该激光雷达用于检测装车载车2在集装箱中的位置。直角坐标装车部203在取放箱状货物90时可根据该位置调整移动轨迹，以实现安全壁障。

在一些实施方式中，伸缩传送带103上还设置有非接触式距离传感器，该非接触式距离传感器设置在伸缩传送带103远离传输带装置2021的一端，并用于检测伸缩传送带103上的箱状货物90在传送方向上的位置。实际工作中，为了防止箱状货物90之间发生碰撞，需要保证伸缩传送带103上相邻的箱状货物90之间留有一定的安全距离（一般不小于箱状货物90的长度，但不限于此），通过该非接触式距离传感器可检测伸缩传送带103上当前最后一个箱状货物90在传送方向上的位置，并在下一个箱状货物90放入后测得该下一个箱状货物90在传送方向上的位置，从而计算前后两个箱状货物90在传送方向上的位置的偏差得到实际距离，再对比实际距离与安全距离来调整拆垛机械臂102取放箱状货物90的时间间隔，以使下一个实际距离与安全距离的偏差在预设的第一允差范围（可根据实际需要设置）内。

参考图7，本申请提供了一种装车方法，应用于前文的智能装车系统，包括步骤：

A1.根据装车订单信息生成装车布局方案和拆垛方案；拆垛方案包括各箱状货物90在伸缩传送带103上的放置位姿；

A2.根据装车布局方案和拆垛方案进行设备初始化参数设置，得到智能装车系统的各设备的运行参数；

A3.基于运行参数控制智能装车系统的各设备运行。

其中，装车布局方案是指各箱状货物90在集装箱内的堆放方案，其包含各箱状货物90装车后在集装箱内的目标位姿（例如图8为一种示意性的装车布局方案的示意图，每个箱状货物90装车后在集装箱内的目标位姿均可从中提取得到）。

其中，装车订单信息包括集装箱尺寸、箱状货物90的尺寸和数量以及待拆货物垛92的整体布局。装车订单信息还可包括箱状货物90的名称和重量等。其中，待拆货物垛92的整体布局包括各箱状货物90在待拆货物垛92中的放置位姿。

其中，步骤A1中可采用现有的任意装箱算法（例如NP算法）来生成装车布局方案，再根据装车布局方案确定各箱状货物90在伸缩传送带103上的放置位姿。在一些实施方式中，步骤A1包括：

A101.利用仿真规划方法，基于预设的放置原则、预设的错位排列规则和预设的边界限制条件，根据集装箱尺寸、箱状货物90的尺寸和数量，规划得到装车布局方案；

A102.根据装车布局方案，确定各箱状货物90的装车顺序和装车位姿；

A103.根据各箱状货物90的装车顺序和装车位姿，确定各箱状货物90在伸缩传送带103上的放置位姿。

其中，有些箱状货物90需要保持某一方向朝上的方式进行堆放（例如油、酒、瓶装饮料等货物需要保证瓶口朝上），此时预设的放置原则为箱状货物90保持顶面朝上，有些箱状货物90对放置方向没有特别要求，则此时的预设的放置原则为箱状货物90的顶面朝向无限制。

其中，预设的错位排列规则例如包括上下层的箱状货物90之间错位放置、前后相邻的两列箱状货物90之间错位放置、前后相邻的两列箱状货物90的其中一端采用打星方式放置（如图8中的B部分为打星方式放置，相邻的四个箱状货物90呈“回”字形放置）以减小与集装箱侧壁之间的间隙等的至少一项，但不限于此。

其中，预设的边界限制条件包括最上层的箱状货物90顶部与集装箱顶部之间的间隔大小。最上层的箱状货物90顶部与集装箱顶部之间需要留有一定的间隔才能保证最上层的箱状货物90能够顺畅地放置，否则，容易在放置过程中与集装箱顶部干涉而损坏箱状货物90。

其中，利用仿真规划方法进行装车布局方案的规划是利用仿真软件进行仿真，从而得到符合预设的放置原则、预设的错位排列规则和预设的边界限制条件的装车布局方案。例如图8所示的装车布局方案，通过仿真规划可得到各箱状货物90按装车布局方案放置后的三维模型，基于该三维模型可提取得到各箱状货物90的目标位姿。

在一些实施方式中，在步骤A102中，以一行或前后多行箱状货物90（在沿集装箱宽度方向的一条直线排布的所有箱状货物90为一行箱状货物90）为一个元组（例如图8中，以两行箱状货物90为一个元组A），按下到上、从前到后的顺序进行各元组装车，各元组中以从前到后的顺序对各行箱状货物90进行装车，每行箱状货物90按从左到右或从右到左的顺序对各个箱状货物90进行装车，对于不足以组成一个元组的箱状货物90，在所有元组完成装车后再堆放在剩余的可用空间内，从而最终得到每个箱状货物90的装车顺序和装车位姿。但根据装车布局方案，确定各箱状货物90的装车顺序和装车位姿的方式不限于此。

其中，夹爪组件4夹取箱状货物90时是通过吸盘阵列模块402吸附箱状货物90的后侧面（是以目标位姿为基准的后侧面），而且（参考图4），夹爪组件4从物料排列平台202中夹取排列成列的箱状货物90时是从平行于排列方向（即传输带装置2021的传输方向）的侧面进行吸附的，从而各箱状货物90在进入物料排列平台202时，需要使其后侧面平行于排列方向且靠近直角坐标装车部203放置（例如若直角坐标装车部203设置在物料排列平台202的左侧，则箱状货物90的后侧面需要朝左，若直角坐标装车部203设置在物料排列平台202的右侧，则箱状货物90的后侧面需要朝右）；为保证各箱状货物90在物料排列平台202中的放置位姿准确，需要使箱状货物90在伸缩传送带103时的后侧面朝向（指从内向外的法向）与在物料排列平台202时的后侧面的目标朝向平行。另外，由于需要靠托板4024承托箱状货物90，直角坐标装车部203在取放箱状货物90的过程中，会保持箱状货物90的下侧面（即在装车布局方案中箱状货物90朝下的面）朝下，在物料排列平台202和伸缩传送带103上，箱状货物90的下侧面均需要朝下。

因此，步骤A103中，可根据各箱状货物90的装车顺序和装车位姿，确定各箱状货物90的后侧面和下侧面，然后根据直角坐标装车部203与物料排列平台202的相对位置确定该后侧面的目标朝向（若直角坐标装车部203位于物料排列平台202的左侧，则后侧面的目标朝向垂直于传输带装置2021的传输方向朝左，若直角坐标装车部203位于物料排列平台202的右侧，则后侧面的目标朝向垂直于传输带装置2021的传输方向朝右），并把垂直于伸缩传送带103上表面朝下的方向作为该下侧面的目标朝向，从而，根据箱状货物90的后侧面的目标朝向和下侧面的目标朝向可计算得到箱状货物90在伸缩传送带103上的放置姿态角度；此外，把箱状货物90放入伸缩传送带103时，可放入预设放置位置（根据实际需要设置）处，从而，该预设放置位置和该放置姿态角度组成箱状货物90在伸缩传送带103上的放置位姿。

进一步地，拆垛方案还可包括拆垛顺序（即从待拆货物垛92中取出箱状货物90的顺序），该拆垛顺序可根据实际需要设置，例如，从上到下逐层拆垛，在同一层中，按箱状货物90与拆垛机械臂102的距离，从近到远逐行拆垛，在同一行中从左到右或从右到左地逐个取出；但不限于此。拆垛机械臂102在拆垛时根据该拆垛顺序进行箱状货物90的取出。

其中，不同设备需要进行初始化设置的运行参数不完全相同。

具体地，第一载车基座101的运行参数包括初始位置P6。该初始位置P6根据集装箱的尺寸和放置高度（如放置在地上或放置在货车91上，放置高度是不同的）进行设置（可由人工设置）。

拆垛机械臂102的运行参数包括速度v1、位置P1、运行轨迹s1、夹爪方向r1、拆垛机械臂102中各传感器（如力矩传感器、速度传感器、位置传感器等）的安全阈值范围m1和拆垛过程执行节拍的时间间隔t10（即相邻两次取出箱状货物90的时间间隔）。其中，位置P1由初始位置P6决定（拆垛机械臂102的基座与第一载车基座101的相对位置固定），速度v1根据拆垛机械臂102的性能设置（可由人工设置），运行轨迹s1可根据现有的轨迹规划算法规划得到，夹爪方向r1根据箱状货物90在伸缩传送带103上和在待拆货物垛92中的放置位姿确定，安全阈值范围m1根据拆垛机械臂102的性能设置（可由人工设置），拆垛过程执行节拍的时间间隔t10可通过对装车过程进行仿真来进行调整优化，以保证伸缩传送带103在整个装车过程无需暂停等待（即伸缩传送带103保持运行时不会在物料排列平台202上有足够数量的箱状货物90且未被取出的状态下，把箱状货物90输送到物料排列平台202的入口从而需要暂停等候）。

伸缩传送带103的运行参数包括伸长长度L2、倾斜角度r2、非接触式距离传感器的阈值范围m2（箱状货物90放入伸缩传送带103时与非接触式距离传感器的距离在该阈值范围才表示放入位置准确）、传输速度v2、后缩步进距离L2i（用于腾出供装车载车2后移的空间，伸缩传送带103后缩动作需要执行多步，每步的后缩步进距离L2i可以相同或不同）和后缩过程的节拍时间间隔t2i。其中，伸长长度L2和倾斜角度r2由第一载车基座101的初始位置P6和第二载车基座201的初始位置P5决定，非接触式距离传感器的阈值范围m2根据箱状货物90放入伸缩传送带103时的放入位置设置（可由人工设置），传输速度v2通过对装车过程进行仿真来进行调整优化，以保证运输一列的箱状货物90（例如在物料排列平台202上排列完成的箱状货物90的数量为5个，则一列的箱状货物90为5个箱状货物90）的时间略小于拆垛一列的箱状货物90的时间，防止发生运输堵塞，同时箱状货物90之间应保持至少一个箱体长度（即箱状货物90的长度）的安全距离，防止发生碰撞；后缩步进距离L2i根据元组的前后宽度和伸缩传送带103的倾斜角度确定；后缩过程的节拍时间间隔t2i为直角坐标装车部203完成一整面货物（在同一个前后位置的所有元组组成一整面货物，例如图8中，元组a1、元组a2、元组a3、元组a4和元组a5组成一整面货物）的装车所需时间与直角坐标装车部203复位所需时间之和。

物料排列平台202的运行参数包括传输速度v3（即传输带装置2021的传输速度）、排箱步进时间间隔t3（即传输带装置2021步进式移动时相邻两步的时间间隔）、整排就绪节拍时间t30（即确认在物料排列平台202上完成一列箱状货物90排列的确认时间）和称重装置的阈值范围（只有当传输带装置2021上的货物总重量在该阈值范围内，才认为传输带装置2021上的箱状货物90的数量足够）。排箱步进时间间隔t3不大于伸缩传送带103输出相邻两个箱状货物90的时间间隔，传输速度v3根据箱状货物90的尺寸和排箱步进时间间隔t3设置（应满足t3* v3≥L,L为箱状货物90的长度），整排就绪节拍时间t30可设置为与伸缩传送带103运输一列的箱状货物90的时间相同。

第二载车基座201的运行参数包括初始位置P5、移动速度v5、后移步进距离L5i（即每步后移的距离，第二载车基座201需要执行多步后移过程，每步后移过程的后移步进距离L5i可以相同或不同）和后移步进节拍时间间隔t5i等。初始位置P5根据箱状货物90的尺寸和直角坐标装车部203的有效作用范围设置（应保证第二载车基座201在初始位置P5时，直角坐标装车部203能够对最前侧的一整面货物进行装车）；移动速度v5根据实际需要设置（需保证L5i/ v5≤t30）；后移步进距离L5i可设置为一个元组在前后方向上的宽度。

直角坐标装车部203的运行参数包括速度v4、位置P4、运行轨迹s4、直角坐标装车部203上各传感器的阈值范围m4（例如多自由度运动装置3的力矩传感器、速度传感器、位置传感器等的安全范围，图像传感器403与障碍物的安全距离范围）和直角坐标装车部203的整体运行节拍时间t40（即相邻两次从物料排列平台202上取货的时间间隔）。速度v4根据多自由度运动装置3的性能设置（可由人工设置），运行轨迹s4可根据现有的轨迹规划算法规划得到，位置P4由初始位置P5决定（直角坐标装车部203与第二载车基座201的相对位置固定），各传感器的阈值范围m4根据实际需要设置（可由人工设置），整体运行节拍时间t40与整排就绪节拍时间t30相同。

自动线缆盒105的运行参数包括初始位置P20（即收放电机的初始转角）、收线转速v20（即收线时收放电机的转速）、单步收线长度L3i和收线节拍时间间隔t20i。初始位置P20根据第一载车基座101的初始位置P6和第二载车基座201的初始位置P5计算得到；收线转速v20保持与第二载车基座201的移动速度v5相同；单步收线长度L3i与后移步进距离L5i相同；收线节拍时间间隔t20i与后移步进节拍时间间隔t5i相同。

步骤A3中，把各设备（第一载车基座101、拆垛机械臂102、伸缩传送带103、自动线缆盒105、第二载车基座201、物料排列平台202和直角坐标装车部203）的运行参数下发至各设备的控制单元（各设备的驱动电路包括对应的控制单元），由各设备的控制单元根据相应的运行参数控制对应的设备运行，从而实现装车过程的全自动化。

由上可知，该智能装车系统和装车方法，通过结构模块化设计和综合控制软件统一规划（上述装车方法中，装车布局方案和拆垛方案的生成以及各设备的运行参数的初始化，均是利用主控计算机上的综合控制软件执行的），使定制化的装车过程智能控制，并可以优化装车效率和容积率，并在软件接口上可以与仓储管理软件无缝对接（综合控制软件具有与仓储管理软件对接的软件接口，装车订单信息由仓储管理软件通过综合控制软件的软件接口输入综合控制软件），从而提高物流过程的智能化，本发明的智能装车系统和装车方法可以降低现有装车模式的成本，提高生产效率。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能装车系统，其特征在于，包括拆垛运输载车（1）和装车载车（2）；

所述拆垛运输载车（1）包括第一载车基座（101）、拆垛机械臂（102）、伸缩传送带（103）和传输电控柜（104），所述拆垛机械臂（102）、所述伸缩传送带（103）和所述传输电控柜（104）均设置在所述第一载车基座（101）上，所述第一载车基座（101）、所述拆垛机械臂（102）和所述伸缩传送带（103）均与所述传输电控柜（104）电连接，所述传输电控柜（104）中设置有主控计算机；

所述装车载车（2）包括第二载车基座（201）、物料排列平台（202）、直角坐标装车部（203）和装车电控柜（204），所述物料排列平台（202）、所述直角坐标装车部（203）和所述装车电控柜（204）均设置在所述第二载车基座（201）上，所述第二载车基座（201）、所述物料排列平台（202）和所述直角坐标装车部（203）均与所述装车电控柜（204）电连接，所述装车电控柜（204）与所述传输电控柜（104）电连接；

所述主控计算机用于控制所述第一载车基座（101）、所述拆垛机械臂（102）、所述伸缩传送带（103）、所述第二载车基座（201）、所述物料排列平台（202）和所述直角坐标装车部（203）工作；

所述拆垛机械臂（102）用于对待装车的箱状货物（90）进行拆垛并调整位姿后放入所述伸缩传送带（103）；

所述伸缩传送带（103）可伸缩且倾斜角度可调，并用于把所述箱状货物（90）送至所述物料排列平台（202）；

所述物料排列平台（202）用于把所述箱状货物（90）排列成排；

所述直角坐标装车部（203）用于把排列成排的箱状货物（90）同时地从所述物料排列平台（202）取出进行堆放。

2.根据权利要求1所述的智能装车系统，其特征在于，所述直角坐标装车部（203）包括多自由度运动装置（3）和夹爪组件（4），所述多自由度运动装置（3）用于带动所述夹爪组件（4）移动，所述夹爪组件（4）包括夹爪主体（401）以及多个呈直线排布地设置在所述夹爪主体（401）前侧的吸盘阵列模块（402），所述吸盘阵列模块（402）能够前后移动，所述夹爪主体（401）用于驱动各所述吸盘阵列模块（402）独立移动。

3.根据权利要求2所述的智能装车系统，其特征在于，所述夹爪组件（4）还包括多个位置反馈传感器，所述位置反馈传感器与所述吸盘阵列模块（402）一一对应设置，所述位置反馈传感器用于检测对应的所述吸盘阵列模块（402）的前后位置。

4.根据权利要求2所述的智能装车系统，其特征在于，所述夹爪组件（4）还包括至少一个设置在所述夹爪主体（401）上的图像传感器（403），所述图像传感器（403）用于识别所述箱状货物（90）的位置。

5.根据权利要求2所述的智能装车系统，其特征在于，每个所述吸盘阵列模块（402）的下侧均设置有托板（4024），所述托板（4024）用于承托所述箱状货物（90）的底部。

6.根据权利要求1所述的智能装车系统，其特征在于，所述物料排列平台（202）包括传输带装置（2021），所述伸缩传送带（103）的输出端正对所述传输带装置（2021）的输入端。

7.根据权利要求6所述的智能装车系统，其特征在于，所述传输带装置（2021）包括称重装置，所述称重装置用于检测所述传输带装置（2021）上的所述箱状货物（90）的总重量，用以判断所述传输带装置（2021）上的所述箱状货物（90）的数量是否足够。

8.根据权利要求1所述的智能装车系统，其特征在于，所述拆垛运输载车（1）还包括设置在所述第一载车基座（101）上的自动线缆盒（105），所述自动线缆盒（105）与所述传输电控柜（104）电连接，所述自动线缆盒（105）与所述装车电控柜（204）通过线缆（106）连接，所述自动线缆盒（105）用于收放所述线缆（106）。

9.一种装车方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任一项所述的智能装车系统，包括步骤：

A1.根据装车订单信息生成装车布局方案和拆垛方案；所述拆垛方案包括各所述箱状货物（90）在所述伸缩传送带（103）上的放置位姿；

A2.根据所述装车布局方案和所述拆垛方案进行设备初始化参数设置，得到所述智能装车系统的各设备的运行参数；

A3.基于所述运行参数控制所述智能装车系统的各设备运行。

10.根据权利要求9所述的装车方法，其特征在于，所述装车订单信息包括集装箱尺寸、所述箱状货物（90）的尺寸和数量以及待拆货物垛（92）的整体布局；

步骤A1包括：

利用仿真规划方法，基于预设的放置原则、预设的错位排列规则和预设的边界限制条件，根据所述集装箱尺寸、所述箱状货物（90）的尺寸和数量，规划得到所述装车布局方案；

根据所述装车布局方案，确定各所述箱状货物（90）的装车顺序和装车位姿；

根据各所述箱状货物（90）的装车顺序和装车位姿，确定各所述箱状货物（90）在所述伸缩传送带（103）上的放置位姿。