CN118062591A - 单码条码朝外的垛型规划系统和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单码条码朝外的垛型规划系统和机器人，包括处理单元、显示单元、执行单元，处理单元配置有垛型规划单元、位姿和条码位置识别单元、目标规划垛型生成单元。其中，垛型规划单元用于根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划，得到至少一个候选规划垛型；位姿和条码位置识别单元用于在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置；目标规划垛型生成单元用于根据待码垛物料的位姿和条码位置，从候选规划垛型中筛选出一个目标规划垛型；且目标规划垛型中每个物料的条码均朝外。从而可以实现自动码垛规划，确保所有物料的条码均朝外，方便后续扫码入库，极大地提高了码垛规划的效率。

Description

单码条码朝外的垛型规划系统和机器人

技术领域

本发明涉及智能制造和高端制造，具体地，涉及一种单码条码朝外的垛型规划系统和机器人。

背景技术

目前，货物的码垛规划方法主要依靠技术人员对货物进行堆垛设计。即技术员根据客户提供的托盘和货物进行现场测量和码垛试验，通过不断优化尝试，得到一个相对优化的垛型。

然而，这种码垛方式对技术人员的要求较高，需要码垛设计者具备丰富的设计规划经验。每当货物尺寸或者托盘尺寸发生变化，或者是对货物的条码朝向有约束时，则会极大地增加技术人员的垛型规划难度。导致垛型规划耗费大量的人力以及时间，规划效率低下，无法根据不同种类或者不同形状货物进行灵活地垛型设计。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种单码条码朝外的垛型规划系统和机器人。

第一方面，本申请实施例提供一种单码条码朝外的垛型规划系统，包括：处理单元、显示单元，执行单元，所述处理单元与所述显示单元电连接，所述处理单元用于生成单条码均朝外的目标规划垛型，所述显示单元用于显示垛型规划的过程以及规划结果，所述执行单元用于按照所述目标规划垛型，执行码垛作业；其中，所述处理单元包括：

垛型规划单元，用于根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划，得到至少一个候选规划垛型；

位姿和条码位置识别单元，用于在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置；

目标规划垛型生成单元，用于根据待码垛物料的位姿和条码位置，从所述候选规划垛型中筛选出一个目标规划垛型；其中，所述目标规划垛型中每个物料的条码均朝外。

可选地，所述垛型规划单元，包括：初始垛型规划单元和垛型调整单元；

所述初始垛型规划单元，用于根据待码垛物料的短边长度、待码垛物料的长边长度、托盘的短边长度、托盘的长边长度进行整数规划，得到初始规划垛型；

所述垛型调整单元，用于通过预设的约束条件，对所述初始规划垛型进行调整，得到至少一个候选规划垛型；其中，所述预设的约束条件包括：垛型所包含的物料总数最大化、垛型整体形状对称、规划运算的耗时最小化。

可选地，所述初始垛型规划单元，具体用于：

确定条码在矩形料箱所在的平面位置，将条码所在平面上的短边长度记为w，将无条码平面上的长边长度记为l，托盘短边长度记为W，托盘长边长度记为L；假设托盘四条边上包含的物料存在条码的边数分别为：n₁、n₂、n₃、n₄，托盘四条边上包含的物料无条码的边数分别为：n₅、n₆、n₇、n₈，则需满足如下条件：

n₁*w+n₅*l≤W；

n₂*w+n₆*l≤L；

n₃*w+n₇*l≤W；

n₄*w+n₈*l≤L；

托盘的相邻两个边中至少包含一个物料的边上存在条码，即：

n₅+n₆≥1；

n₆+n₇≥1；

n₇+n₈≥1；

n₈+n₅≥1；

托盘的每条边上不超过两个物料的边上无条码，即：

n₅≤2，n₆≤2，n₇≤2，n₈≤2。

可选地，所述位姿和条码位置识别单元，具体用于：

通过多个方位的视觉系统采集来料过程中待码垛物料的位姿，以及待码垛物料各个面的图像；

通过图像识别，确定条码所在平面的位置。

可选地，所述执行单元，具体用于：

根据所述目标规划垛型，按照对角线方向，从远到近的顺序进行码垛，和/或，按照从低到高的顺序逐层进行码垛。

可选地，还包括：

来料顺序设置单元，用于根据所述候选规划垛型，设置待码垛物料的来料顺序；

读码单元，用于按照所述来料顺序，控制所述待码垛物料依次穿越视觉系统的读码区域。

可选地，还包括：

条码监测单元，用于在完成预设数量的物料码垛之后，通过视觉系统对已经码垛的物料进行监测，判断是否存在物料的条码未朝外；

若存在物料的条码未朝外，则对物料的码放位置进行调整，直到所有物料的条码均朝外。

可选地，还包括：

存储单元，用于存储不同托盘尺寸参数、不同物料外形参数所对应的候选规划垛型，以及所述候选规划垛型中包含的物料总数目，每种物料对应的数目、整体堆叠高度。

可选地，还包括：

通信单元，用于将所述处理单元生成的目标规划垛型发送给所述执行单元，和/或远程的服务器，以使得所述远程的服务器能够同步调用至少一个机器人按照所述目标规划垛型，执行码垛作业

第二方面，本申请提供一种机器人，包括：机器人本体、驱动电机和机械臂，其中：

所述机器人本体中的处理器，用于根据第一方面中任一项所述的单码条码朝外的垛型规划系统得到目标规划垛型，并根据所述目标规划垛型，生成相应的控制指令；

所述驱动电机，用于根据所述控制指令，带动所述机械臂执行作业任务。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本申请中通过设置处理单元、显示单元、执行单元构成的系统，处理单元用于生成单条码均朝外的目标规划垛型，显示单元用于显示垛型规划的过程以及规划结果，执行单元用于按照目标规划垛型，执行码垛作业；处理单元配置有垛型规划单元、位姿和条码位置识别单元、目标规划垛型生成单元。其中，垛型规划单元，用于根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划，得到至少一个候选规划垛型；位姿和条码位置识别单元，用于在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置；目标规划垛型生成单元，用于根据待码垛物料的位姿和条码位置，从候选规划垛型中筛选出一个目标规划垛型；且目标规划垛型中每个物料的条码均朝外。从而可以实现自动码垛规划，确保所有物料的条码均朝外，方便后续扫码入库，极大地提高了码垛规划的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例提供的一应用场景的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划系统的结构示意图一；

图3为现有整数规划算法的规划结果示意图；

图4为对整数规划算法的规划结果进行人工调整后的垛型结构示意图；

图5为候选规划垛型的规划结果示意图一；

图6为候选规划垛型的规划结果示意图二；

图7为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划系统的结构示意图二；

图8为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划系统的结构示意图三；

图9为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划系统的结构示意图四；

图10为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划系统的结构示意图五；

图11为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划设备的结构示意图；

图12是本发明实施例中的计算机可读存储介质的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本申请的实施例提供了单码条码朝外的垛型规划系统和机器人。以下对本申请的描述使用的机器人作为示例。对于本领域技术人员将会显而易见的是，可以不受限制地使用其他类型的机器人，本申请的实施例可以应用于各种类型的机器人。例如，可移动的物流机器人，大型作业流水线上的机器人，单纯的搬运机器人等等，本申请的实施例并不限于此。

图1为本申请实施例提供的一应用场景的结构示意图，如图1所示，拆码垛机器人100将物料120码放在托盘110上，其中，每个物料120上均粘贴有条码121。由于物料120的尺寸大小不一，且物料120上的条码位置也不一定相同，因此在码垛时，需要根据物料120的尺寸以及条码121的位置进行码垛规划，以确保在托盘110上尽可能地码放更多的物料120，并使得所有物料120的条码121均朝外侧。

目前，对于单条码朝外的码垛规划由于需要考虑的因素较多，诸如条码位置不确定，物料尺寸不一等等，还没有较好的自动规划方案。因此大多依靠人工进行现场规划，而人工规划严重依赖于技术人员的经验，规划难度大，效率低下。

针对现有技术中的存在的缺点，本申请旨在提出一种单码条码朝外的垛型规划方法，可以基于托盘和不同物料的尺寸、条码的位置，实现自动码垛规划，确保所有物料的条码均朝外，方便后续扫码入库，极大地提高了码垛规划的效率。

图2为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划系统的结构示意图一，如图2所示，本实施例中的单码条码朝外的垛型规划系统200可以包括：处理单元210、显示单元220，执行单元230，处理单元210与显示单元220电连接，处理单元210用于生成单条码均朝外的目标规划垛型，显示单元220用于显示垛型规划的过程以及规划结果，执行单元230用于按照目标规划垛型，执行码垛作业；其中，处理单元210包括：垛型规划单元211，用于根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划，得到至少一个候选规划垛型；位姿和条码位置识别单元212，用于在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置；目标规划垛型生成单元213，用于根据待码垛物料的位姿和条码位置，从候选规划垛型中筛选出一个目标规划垛型；其中，目标规划垛型中每个物料的条码均朝外。

本实施例中，垛型规划单元211，包括：初始垛型规划单元和垛型调整单元；初始垛型规划单元，用于根据待码垛物料的短边长度、待码垛物料的长边长度、托盘的短边长度、托盘的长边长度进行整数规划，得到初始规划垛型；垛型调整单元，用于通过预设的约束条件，对初始规划垛型进行调整，得到至少一个候选规划垛型；其中，预设的约束条件包括：垛型所包含的物料总数最大化、垛型整体形状对称、规划运算的耗时最小化。

示例性的，初始垛型规划单元，具体用于：确定条码在矩形料箱所在的平面位置，将条码所在平面上的短边长度记为w，将无条码平面上的长边长度记为l，托盘短边长度记为W，托盘长边长度记为L；假设托盘四条边上包含的物料存在条码的边数分别为：n₁、n₂、n₃、n₄，托盘四条边上包含的物料无条码的边数分别为：n₅、n₆、n₇、n₈，则需满足如下条件：

n₁*w+n₅*l≤W；

n₂*w+n₆*l≤L；

n₃*w+n₇*l≤W；

n₄*w+n₈*l≤L；

托盘的相邻两个边中至少包含一个物料的边上存在条码，即：

n₅+n₆≥1；

n₆+n₇≥1；

n₇+n₈≥1；

n₈+n₅≥1；

托盘的每条边上不超过两个物料的边上无条码，即：

n₅≤2，n₆≤2，n₇≤2，n₈≤2。

图3为现有整数规划算法的规划结果示意图，如图3所示，在整数规划时，现有的算法无法考虑到物料与物料之间不能碰撞的约束。这种规划方案，不利于实际使用，需要技术人员根据计算机规划的结果进行复核纠正。

本实施例中，为了避免现有规划算法存在的问题，直接遍历了垛型上四条边上能够取得的长边数目，得到了以下几种可能：

[0，1，2，1]、[0，1，1，2]、[0，2，0，2]、[1，0，1，2]、[1，0，2，1]、[1，1，1，1]、[1，2，1，0]、[1，2，0，1]、[2，0，1，1]、[2，0，2，0]、[2，1，0，1]、[2，1，1，0]，其中有几种是对称的，比如：[1，0，1，2]和[1，2，1，0]、[0，1，2，1]和[2，1，0，1]。从中筛选出对称垛型，且条码均朝外的垛型作为候选规划垛型。

图4为对整数规划算法的规划结果进行人工调整后的垛型结构示意图；结合图3、图4可知，通过人工调整后，避免了料箱之间的碰撞，在单层中码放了8个料箱，且每个料箱上的条码均朝外。图5为候选规划垛型的规划结果示意图一，垛型整体呈回字型，且物料之间无碰撞。如图5所示，在回型垛中，所有料箱的条码均朝外，且在图5中，条码位于料箱的短边。图6为候选规划垛型的规划结果示意图二，如图6所示，条码位于料箱的长边。

示例性的，位姿和条码位置识别单元212，具体用于：通过多个方位的视觉系统采集来料过程中待码垛物料的位姿，以及待码垛物料各个面的图像；通过图像识别，确定条码所在平面的位置。

本实施例中，当以传送带方式传送物料时，可以在传送带经过的路径周围设置多个摄像头，每个摄像头采集物料传输过程中的各个面的图像，通过图像识别算法，确定条码所在面的位置。进一步地，将条码的位置，以及待码垛物料的位姿信息发送给码垛机器人，码垛机器人在码放时，控制条码所在的面朝外。

本实施例中，一般可以得到一个以上的候选规划垛型，假设物料三个不同尺寸的平面上均可能粘贴有条码，这时，根据长边和短边来定位条码朝外时物料的可能码放位置，从而逐一排除掉不符合要求的候选规划垛型。若最终得到多个符合要求的候选规划垛型，则挑选出能够码放最多物料的候选规划垛型作为目标规划垛型。

示例性的，执行单元230可以根据目标规划垛型，按照对角线方向，从远到近的顺序进行码垛，和/或，按照从低到高的顺序逐层进行码垛。

示例性的，采用对角线方向，从远到近的顺序进行码垛，可以尽可能地减少码垛机器人在码垛过程中遇到障碍物的情况，避免已经码放的物料对码垛机器人造成干扰。

示例性的，按照从低到高的顺序逐层进行码垛，可以确保垛型的整体稳定性。在实际操作中，可以将远离码垛机器人的区域堆叠高度更高，这样可以避免已经码放的物料被执行作业任务的机器人碰撞。

本实施例，通过根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划(整数规划与待码垛物料的短边长度、待码垛物料的长边长度、托盘的短边长度、托盘的长边长度，以及预设的约束条件有关)，得到候选规划垛型；在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置，并从候选规划垛型中筛选出条码均朝外的垛型作为目标垛型。按照目标垛型进行码垛，并对码垛过程中条码的位置进行监测。从而可以实现自动码垛规划，确保所有物料的条码均朝外，方便后续扫码入库，极大地提高了码垛规划的效率。

图7为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划系统的结构示意图二，如图7所示，本实施例中的单码条码朝外的垛型规划系统200可以包括：处理单元210、显示单元220，执行单元230、来料顺序设置单元240、读码单元250，处理单元210与显示单元220电连接。来料顺序设置单元240，用于根据候选规划垛型，设置待码垛物料的来料顺序；读码单元250，用于按照来料顺序，控制待码垛物料依次穿越视觉系统的读码区域。处理单元210用于生成单条码均朝外的目标规划垛型，显示单元220用于显示垛型规划的过程以及规划结果，执行单元230用于按照目标规划垛型，执行码垛作业；其中，处理单元210包括：垛型规划单元211，用于根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划，得到至少一个候选规划垛型；位姿和条码位置识别单元212，用于在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置；目标规划垛型生成单元213，用于根据待码垛物料的位姿和条码位置，从候选规划垛型中筛选出一个目标规划垛型；其中，目标规划垛型中每个物料的条码均朝外。

本实施例中，可以从候选规划垛型中选择一个进行拆解，从下至上，从远离机器人的对角线方向开始，逐层拆解，得到待码垛物料的来料顺序。

本实施例，通过设置来料顺序，使得码垛机器人在后续码垛时，能够依次逐层码垛，避免物料积压，提升码垛效率。

本实施例，通过候选规划垛型，进行一次来料顺序的预设置，使得码垛机器人在码垛时能够逐层顺次码放，避免了物料积压，保证码垛过程中垛型的整体稳定性。

图8为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划系统的结构示意图三，如图8所示，本实施例中的单码条码朝外的垛型规划系统200可以包括：处理单元210、显示单元220，执行单元230、来料顺序设置单元240、读码单元250、条码监测单元260，处理单元210与显示单元220电连接。来料顺序设置单元240，用于根据候选规划垛型，设置待码垛物料的来料顺序；读码单元250，用于按照来料顺序，控制待码垛物料依次穿越视觉系统的读码区域。处理单元210用于生成单条码均朝外的目标规划垛型，显示单元220用于显示垛型规划的过程以及规划结果，执行单元230用于按照目标规划垛型，执行码垛作业；其中，处理单元210包括：垛型规划单元211，用于根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划，得到至少一个候选规划垛型；位姿和条码位置识别单元212，用于在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置；目标规划垛型生成单元213，用于根据待码垛物料的位姿和条码位置，从候选规划垛型中筛选出一个目标规划垛型；其中，目标规划垛型中每个物料的条码均朝外。条码监测单元260，用于在完成预设数量的物料码垛之后，通过视觉系统对已经码垛的物料进行监测，判断是否存在物料的条码未朝外；若存在物料的条码未朝外，则对物料的码放位置进行调整，直到所有物料的条码均朝外。

本实施例，通过对已经码放的垛型进行监测，复核是否所有物料的条码均朝外，若存在条码未朝外的物料，则及时控制机器人进行纠正，从而确保整个垛型中所有物料的条码均朝外侧，方便后续扫码入库。

图9为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划系统的结构示意图四，如图9所示，本实施例中的单码条码朝外的垛型规划系统200可以包括：处理单元210、显示单元220，执行单元230、来料顺序设置单元240、读码单元250、条码监测单元260、存储单元270，处理单元210与显示单元220电连接，处理单元210用于生成单条码均朝外的目标规划垛型，显示单元220用于显示垛型规划的过程以及规划结果，执行单元230用于按照目标规划垛型，执行码垛作业；其中，处理单元210包括：垛型规划单元211，用于根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划，得到至少一个候选规划垛型；位姿和条码位置识别单元212，用于在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置；目标规划垛型生成单元213，用于根据待码垛物料的位姿和条码位置，从候选规划垛型中筛选出一个目标规划垛型；其中，目标规划垛型中每个物料的条码均朝外。来料顺序设置单元240，用于根据候选规划垛型，设置待码垛物料的来料顺序；读码单元250，用于按照来料顺序，控制待码垛物料依次穿越视觉系统的读码区域。条码监测单元260，用于在完成预设数量的物料码垛之后，通过视觉系统对已经码垛的物料进行监测，判断是否存在物料的条码未朝外；若存在物料的条码未朝外，则对物料的码放位置进行调整，直到所有物料的条码均朝外。存储单元270，用于存储不同托盘尺寸参数、不同物料外形参数所对应的候选规划垛型，以及候选规划垛型中包含的物料总数目，每种物料对应的数目、整体堆叠高度。

本实施例，能够通过存储单元存储长期作业过程中已经输入的不同托盘尺寸参数、不同物料外形参数所对应的候选规划垛型，以及候选规划垛型中包含的物料总数目，每种物料对应的数目、整体堆叠高度。从而便于下次规划时，进行调取使用，提高规划的效率，避免重复规划。

图10为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划系统的结构示意图五，如图10所示，本实施例中的单码条码朝外的垛型规划系统200可以包括：处理单元210、显示单元220，执行单元230、来料顺序设置单元240、读码单元250、条码监测单元260、存储单元270、通信单元280，处理单元210与显示单元220电连接，处理单元210用于生成单条码均朝外的目标规划垛型，显示单元220用于显示垛型规划的过程以及规划结果，执行单元230用于按照目标规划垛型，执行码垛作业；其中，处理单元210包括：垛型规划单元211，用于根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划，得到至少一个候选规划垛型；位姿和条码位置识别单元212，用于在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置；目标规划垛型生成单元213，用于根据待码垛物料的位姿和条码位置，从候选规划垛型中筛选出一个目标规划垛型；其中，目标规划垛型中每个物料的条码均朝外。来料顺序设置单元240，用于根据候选规划垛型，设置待码垛物料的来料顺序；读码单元250，用于按照来料顺序，控制待码垛物料依次穿越视觉系统的读码区域。条码监测单元260，用于在完成预设数量的物料码垛之后，通过视觉系统对已经码垛的物料进行监测，判断是否存在物料的条码未朝外；若存在物料的条码未朝外，则对物料的码放位置进行调整，直到所有物料的条码均朝外。存储单元270，用于存储不同托盘尺寸参数、不同物料外形参数所对应的候选规划垛型，以及候选规划垛型中包含的物料总数目，每种物料对应的数目、整体堆叠高度。通信单元280，用于将处理单元生成的目标规划垛型发送给执行单元，和/或远程的服务器，以使得远程的服务器能够同步调用至少一个机器人按照目标规划垛型，执行码垛作业。

本实施例，通过通信单元可以将目标规划垛型下发给多个正在作业的机器人，执行一对多的远程调用，提高了码垛效率。

进一步地，本申请实施例还提供一种种单码条码朝外的垛型规划方法，本申请实施例中的方法可以包括：

步骤S1、根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划，得到至少一个候选规划垛型。

本实施例中，可以根据待码垛物料的短边长度、待码垛物料的长边长度、托盘的短边长度、托盘的长边长度进行整数规划，得到初始规划垛型。然后，通过预设的约束条件，对初始规划垛型进行调整，得到至少一个候选规划垛型；其中，预设的约束条件包括：垛型所包含的物料总数最大化、垛型整体形状对称、规划运算的耗时最小化。

示例性的，确定条码在矩形料箱所在的平面位置，将条码所在平面上的短边长度记为w，将无条码平面上的长边长度记为l，托盘短边长度记为W，托盘长边长度记为L；假设托盘四条边上包含的物料存在条码的边数分别为：n₁、n₂、n₃、n₄，托盘四条边上包含的物料无条码的边数分别为：n₅、n₆、n₇、n₈，则需满足如下条件：

n₁*w+n₅*l≤W；

n₂*w+n₆*l≤L；

n₃*w+n₇*l≤W；

n₄*w+n₈*l≤L；

托盘的相邻两个边中至少包含一个物料的边上存在条码，即：

n₅+n₆≥1；

n₆+n₇≥1；

n₇+n₈≥1；

n₈+n₅≥1；

托盘的每条边上不超过两个物料的边上无条码，即：

n₅≤2，n₆≤2，n₇≤2，n₈≤2。

示例性的，如图3所示，在整数规划时，现有的算法无法考虑到物料与物料之间不能碰撞的约束。这种规划方案，不利于实际使用，需要技术人员根据计算机规划的结果进行复核纠正。如图5、图6所示，垛型整体呈回字型，且物料之间无碰撞。

步骤S2、在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置。

本实施例中，通过多个方位的视觉系统采集来料过程中待码垛物料的位姿，以及待码垛物料各个面的图像；然后，通过图像识别，确定条码所在平面的位置。

示例性的，以传送带方式传送物料时，可以在传送带经过的路径周围设置多个摄像头，每个摄像头采集物料传输过程中的各个面的图像，通过图像识别算法，确定条码所在面的位置。进一步地，将条码的位置，以及待码垛物料的位姿信息发送给码垛机器人，码垛机器人在码放时，控制条码所在的面朝外。

步骤S3、根据待码垛物料的位姿和条码位置，从候选规划垛型中筛选出一个目标规划垛型；其中，目标规划垛型中每个物料的条码均朝外。

本实施例中，根据步骤S1一般可以得到一个以上的候选规划垛型，假设物料三个不同尺寸的平面上均可能粘贴有条码，这时，根据长边和短边来定位条码朝外时物料的可能码放位置，从而逐一排除掉不符合要求的候选规划垛型。若最终得到多个符合要求的候选规划垛型，则挑选出能够码放最多物料的候选规划垛型作为目标规划垛型。

步骤S4、按照目标规划垛型，执行码垛作业。

本实施例中，可以根据目标规划垛型，按照对角线方向，从远到近的顺序进行码垛，和/或，按照从低到高的顺序逐层进行码垛。

示例性的，采用对角线方向，从远到近的顺序进行码垛，可以尽可能地减少码垛机器人在码垛过程中遇到障碍物的情况，避免已经码放的物料对码垛机器人造成干扰。

示例性的，按照从低到高的顺序逐层进行码垛，可以确保垛型的整体稳定性。在实际操作中，可以将远离码垛机器人的区域堆叠高度更高，这样可以避免已经码放的物料被执行作业任务的机器人碰撞。

本实施例，通过根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划(整数规划与待码垛物料的短边长度、待码垛物料的长边长度、托盘的短边长度、托盘的长边长度，以及预设的约束条件有关)，得到候选规划垛型；在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置，并从候选规划垛型中筛选出条码均朝外的垛型作为目标垛型。按照目标垛型进行码垛，并对码垛过程中条码的位置进行监测。从而可以实现自动码垛规划，确保所有物料的条码均朝外，方便后续扫码入库，极大地提高了码垛规划的效率。

上述方法还可以包括：根据候选规划垛型，设置待码垛物料的来料顺序。按照来料顺序，控制待码垛物料依次穿越视觉系统的读码区域。

本实施例中，从候选规划垛型中选择一个进行拆解，从下至上，从远离机器人的对角线方向开始，逐层拆解，得到待码垛物料的来料顺序。

本实施例，通过设置来料顺序，使得码垛机器人在后续码垛时，能够依次逐层码垛，避免物料积压，提升码垛效率。

上述方法还可以包括：在完成预设数量的物料码垛之后，通过视觉系统对已经码垛的物料进行监测，判断是否存在物料的条码未朝外。

本实施例中，可以设置每完成一层、或者N层时，通过视觉系统对已经码放的垛型进行监测，判断是否存在物料的条码未朝外。

若存在物料的条码未朝外，则对物料的码放位置进行调整，直到所有物料的条码均朝外。

本实施例中，当存在物料的条码未朝外时，通过视觉系统定位条码未朝外的物料位置，控制机器人抓取出该物料，重新确认物料的条码位置，并将包含条码的一面朝外放置。

本实施例，通过对已经码放的垛型进行监测，复核是否所有物料的条码均朝外，若存在条码未朝外的物料，则及时控制机器人进行纠正，从而确保整个垛型中所有物料的条码均朝外侧，方便后续扫码入库。

图11为本申请实施例提供的单码条码朝外的垛型规划设备的结构示意图，本实施例中的工件轮廓的标注设备1100可以包括：处理器1101和存储器1102。

存储器1102，用于存储程序；存储器1102，可以包括易失性存储器(英文：volatilememory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)，如静态随机存取存储器(英文：static random-access memory，缩写：SRAM)，双倍数据率同步动态随机存取存储器(英文：Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，缩写：DDR SDRAM)等；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)。存储器1102用于存储计算机程序(如实现上述方法的应用程序、功能模块等)、计算机指令等，上述的计算机程序、计算机指令等可以分区存储在一个或多个存储器1102中。并且上述的计算机程序、计算机指令、数据等可以被处理器1101调用。

上述的计算机程序、计算机指令等可以分区存储在一个或多个存储器1102中。并且上述的计算机程序、计算机指令、数据等可以被处理器1101调用。

处理器1101，用于执行存储器1102存储的计算机程序，以实现上述实施例涉及的方法中的各个步骤。

具体可以参见前面方法实施例中的相关描述。

处理器1101和存储器1102可以是独立结构，也可以是集成在一起的集成结构。当处理器1101和存储器1102是独立结构时，存储器1102、处理器1101可以通过总线1103耦合连接。

本实施例的工件轮廓的标注设备1100可以执行上述方法中的技术方案，其具体实现过程和技术原理参见上述方法中的相关描述，此处不再赘述。

所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。

此外，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当用户设备的至少一个处理器执行该计算机执行指令时，用户设备执行上述各种可能的方法。

其中，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于用户设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。

本申请还提供一种程序产品，程序产品包括计算机程序，计算机程序存储在可读存储介质中，服务器的至少一个处理器可以从可读存储介质读取计算机程序，至少一个处理器执行计算机程序使得服务器实施上述本发明实施例任一的方法。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读内存(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

图12是本发明实施例中的计算机可读存储介质的结构示意图。参考图12所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品1200，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种单码条码朝外的垛型规划系统，其特征在于，包括：处理单元、显示单元，执行单元，所述处理单元与所述显示单元电连接，所述处理单元用于生成单条码均朝外的目标规划垛型，所述显示单元用于显示垛型规划的过程以及规划结果，所述执行单元用于按照所述目标规划垛型，执行码垛作业；其中，所述处理单元包括：

垛型规划单元，用于根据托盘尺寸参数和待码垛物料的外形参数进行整数规划，得到至少一个候选规划垛型；

位姿和条码位置识别单元，用于在来料过程中，通过视觉系统确定每一个待码垛物料的位姿和条码位置；

目标规划垛型生成单元，用于根据待码垛物料的位姿和条码位置，从所述候选规划垛型中筛选出一个目标规划垛型；其中，所述目标规划垛型中每个物料的条码均朝外。

2.根据权利要求1所述的单码条码朝外的垛型规划系统，其特征在于，所述垛型规划单元，包括：初始垛型规划单元和垛型调整单元；

所述初始垛型规划单元，用于根据待码垛物料的短边长度、待码垛物料的长边长度、托盘的短边长度、托盘的长边长度进行整数规划，得到初始规划垛型；

所述垛型调整单元，用于通过预设的约束条件，对所述初始规划垛型进行调整，得到至少一个候选规划垛型；其中，所述预设的约束条件包括：垛型所包含的物料总数最大化、垛型整体形状对称、规划运算的耗时最小化。

3.根据权利要求2所述的单码条码朝外的垛型规划系统，其特征在于，所述初始垛型规划单元，具体用于：

确定条码在矩形料箱所在的平面位置，将条码所在平面上的短边长度记为w，将无条码平面上的长边长度记为l，托盘短边长度记为W，托盘长边长度记为L；假设托盘四条边上包含的物料存在条码的边数分别为：n₁、n₂、n₃、n₄，托盘四条边上包含的物料无条码的边数分别为：n₅、n₆、n₇、n₈，则需满足如下条件：

n₁*w+n₅*l≤W；

n₂*w+n₆*l≤L；

n₃*w+n₇*l≤W；

n₄*w+n₈*l≤L；

托盘的相邻两个边中至少包含一个物料的边上存在条码，即：

n₅+n₆≥1；

n₆+n₇≥1；

n₇+n₈≥1；

n₈+n₅≥1；

托盘的每条边上不超过两个物料的边上无条码，即：

n₅≤2，n₆≤2，n₇≤2，n₈≤2。

4.根据权利要求1所述的单码条码朝外的垛型规划系统，其特征在于，所述位姿和条码位置识别单元，具体用于：

通过多个方位的视觉系统采集来料过程中待码垛物料的位姿，以及待码垛物料各个面的图像；

通过图像识别，确定条码所在平面的位置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的单码条码朝外的垛型规划系统，其特征在于，所述执行单元，具体用于：

根据所述目标规划垛型，按照对角线方向，从远到近的顺序进行码垛，和/或，按照从低到高的顺序逐层进行码垛。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的单码条码朝外的垛型规划系统，其特征在于，还包括：

来料顺序设置单元，用于根据所述候选规划垛型，设置待码垛物料的来料顺序；

读码单元，用于按照所述来料顺序，控制所述待码垛物料依次穿越视觉系统的读码区域。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的单码条码朝外的垛型规划系统，其特征在于，还包括：

条码监测单元，用于在完成预设数量的物料码垛之后，通过视觉系统对已经码垛的物料进行监测，判断是否存在物料的条码未朝外；

若存在物料的条码未朝外，则对物料的码放位置进行调整，直到所有物料的条码均朝外。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的单码条码朝外的垛型规划系统，其特征在于，还包括：

存储单元，用于存储不同托盘尺寸参数、不同物料外形参数所对应的候选规划垛型，以及所述候选规划垛型中包含的物料总数目，每种物料对应的数目、整体堆叠高度。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的单码条码朝外的垛型规划系统，其特征在于，还包括：

通信单元，用于将所述处理单元生成的目标规划垛型发送给所述执行单元，和/或远程的服务器，以使得所述远程的服务器能够同步调用至少一个机器人按照所述目标规划垛型，执行码垛作业。

10.一种机器人，其特征在于，包括：机器人本体、驱动电机和机械臂，其中：

所述机器人本体中的处理器，用于根据权利要求1-9中任一项所述的单码条码朝外的垛型规划系统得到目标规划垛型，并根据所述目标规划垛型，生成相应的控制指令；

所述驱动电机，用于根据所述控制指令，带动所述机械臂执行作业任务。