KR102556090B1 - 3d 공간 검출 데이터 기반 완충재 충전 포장 자동화 방법 및 시스템 - Google Patents

3d 공간 검출 데이터 기반 완충재 충전 포장 자동화 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 공간 검출 데이터 기반 완충재 충전 포장 자동화 방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 시스템은 컨베이어 벨트의 상방에 미리 정해진 거리만큼 이격되게 설치되어, 상면이 개방된 상태로 상기 컨베이어 벨트 상에서 이송 중인 포장 박스의 내부를 포장 박스의 상부에서 아래 방향으로 3차원 스캔하는 3차원 스캐너, 포장 박스에 담긴 물체를 제외한 포장 박스의 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 작업을 수행하는 로봇, 및 3차원 스캐너에서 획득된 3차원 스캐닝 데이터를 처리하여 포장 박스의 내부 빈공간 영역을 탐지하고, 완충재 적층 방향, 완충재 종류 및 완충재 적재 경로 패턴의 조합별로 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 완충재 적재 경로를 각각 계산하며, 조합 중에서 내부 빈공간 영역에 계산된 완충재 적재 경로에 따라 적재되는 완충재의 체적과 내부 빈공간 영역의 체적의 차이가 최소인 조합을 선택하고, 선택된 조합의 완충재 적재 경로에 따라 로봇이 완충재를 내부 빈공간 영역에 적재하도록 동작시키는 명령 코드를 생성하는 컴퓨팅 장치를 포함한다.

Description

3D 공간 검출 데이터 기반 완충재 충전 포장 자동화 방법 및 시스템{Automated buffer materials charging and packaging method and system based on 3D space detection data}
본 발명은 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 방법 및 시스템에 관한 것이다.
이커머스 시장의 성장과 함께 물류센터 내에서 물류자동화 시스템이 도입되어 있지만 상품을 보호하기 위해 포장박스 빈 공간에 완충재를 보충하고 포장을 마무리하는 포장 공정은 아직도 수동으로 많은 노동력 인력이 요구되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 한국등록특허 제1,960,025호(등록일자: 2019-03-13)에서와 같이 포장 자동화 기술이 개발되고 있으나, 버블랩의 단일 완충재에 적용할 수 있는 한계가 있었다.
따라서 상품 종류와 포장 박스의 빈 공간 형태를 고려하고, 에어 완충재, 발포 스트로폼, 펄프 몰드, 판지 칸막이형 상자, 스티로폼 상자, 쿠션 페이퍼 중에서 선택된 완충재를 최적으로 적재할 수 있는 완충재 적재 경로를 생성하고, 그에 따라 최적량의 완충재를 사용하여 박스 포장을 자동화할 수 있는 로봇을 이용한 박스 포장 자동화 방법 및 시스템에 대한 요구가 커지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 3D 공간 검출 데이터 기반으로 포장 박스의 비정형 내부 빈공간 영역에 최적량의 완충재를 투입하는 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템은 컨베이어 벨트의 상방에 미리 정해진 거리만큼 이격되게 설치되어, 상면이 개방된 상태로 상기 컨베이어 벨트 상에서 이송 중인 포장 박스의 내부를 상기 포장 박스의 상부에서 아래 방향으로 3차원 스캔하는 3차원 스캐너, 상기 포장 박스에 담긴 물체를 제외한 상기 포장 박스의 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 작업을 수행하는 로봇, 및 상기 3차원 스캐너에서 획득된 3차원 스캐닝 데이터를 처리하여 상기 포장 박스의 내부 빈공간 영역을 탐지하고, 완충재 적층 방향, 완충재 종류 및 완충재 적재 경로 패턴의 조합별로 상기 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 완충재 적재 경로를 각각 계산하며, 상기 조합 중에서 상기 내부 빈공간 영역에 계산된 완충재 적재 경로에 따라 적재되는 완충재의 체적과 상기 내부 빈공간 영역의 체적의 차이가 최소인 조합을 선택하고, 선택된 상기 조합의 완충재 적재 경로에 따라 상기 로봇이 완충재를 상기 내부 빈공간 영역에 적재하도록 동작시키는 명령 코드를 생성하는 컴퓨팅 장치를 포함한다.
상기 로봇은 완충재 종류에 따라 대응하는 엔드 이펙터를 선택하여 교체할 수 있다.
상기 완충재 적층 방향은 제1 방향과 제2 방향이 이루는 평면에 수직인 제3 방향을 포함할 수 있다.
상기 내부 빈공간 영역에 대응하는 포장 박스 빈공간 모델링 데이터의 분산이 가장 큰 방향이 상기 제1 방향이고, 상기 포장 박스 빈공간 모델링 데이터의 분산이 두 번째로 큰 방향이 상기 제2 방향일 수 있다.
상기 완충재 적층 방향은, 상기 포장 박스의 하면에 수평인 수평 방향 및 상기 포장 박스의 하면에 수직인 수직 방향 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 컴퓨팅 장치는, 상기 내부 빈공간 영역을 완충재 적재 방향에 따라 일정 두께를 가지는 복수의 개별 적층면으로 나누고, 상기 복수의 개별 적층면 별로 완충재 적재 경로 패턴에 따라 완충재를 적재하는 완충재 적층 경로를 계산할 수 있다.
상기 컴퓨팅 장치는, 상기 명령 코드에 따라 상기 로봇이 상기 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 작업을 수행하는 중에, 상기 내부 빈공간 영역에 완충재가 채워진 충전율이 미리 정해진 기준 이상이면 상기 포장 박스에 대한 상기 로봇의 완충재 적재 작업을 종료시킬 수 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 방법은, 컨베이어 벨트의 상방에 미리 정해진 거리만큼 이격되게 설치된 3차원 스캐너를 이용하여, 상면이 개방된 상태로 상기 컨베이어 벨트 상에서 이송 중인 포장 박스의 내부를 상기 포장 박스의 상부에서 아래 방향으로 3차원 스캔하는 단계, 상기 3차원 스캐너에서 획득된 3차원 스캐닝 데이터를 처리하여 상기 포장 박스에 담긴 물체를 제외한 상기 포장 박스의 내부 빈공간 영역을 탐지하는 단계, 완충재 적층 방향, 완충재 종류 및 완충재 적재 경로 패턴의 조합별로 상기 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 완충재 적재 경로를 각각 계산하는 단계, 상기 조합 중에서 상기 내부 빈공간 영역에 계산된 완충재 적재 경로에 따라 적재되는 완충재의 체적과 상기 내부 빈공간 영역의 체적의 차이가 최소인 조합을 선택하는 단계, 선택된 상기 조합의 완충재 적층 방향, 완충재 종류 및 완충재 적재 경로에 따라 로봇이 완충재를 상기 내부 빈공간 영역에 적재하도록 동작시키는 명령 코드를 생성하는 단계, 및 상기 명령 코드에 따라 상기 로봇이 상기 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 작업을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 방법은, 상기 명령 코드에 따라 상기 로봇이 상기 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 작업을 수행하는 중에, 상기 내부 빈공간 영역에 완충재가 채워진 충전율이 미리 정해진 기준 이상이면 상기 포장 박스에 대한 상기 로봇의 완충재 적재 작업을 종료시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 포장 박스 빈 공간 영역에 맞추어 최적량의 완충재를 투입할 수 있다. 또한 포장 박스 빈 공간 영역에 맞추어 완충재 적층 방향을 선택함으로써 완충재를 안정되게 적재할 수 있다. 또한 포장 박스의 빈 공간 영역과 유사하게 완충재를 적재할 수 있는 완충재 적재 경로 패턴을 완충재의 특성을 고려하여 선택할 수 있다
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템의 동작 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템의 구성도이다.
도 3은 에어 완충재의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 완충재 적재 경로를 계산하는 조합의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 로봇의 완충재 적재 동작을 위한 명령 코드를 생성하기 위해 완충재 적재 경로를 분할하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 "컴퓨팅 장치"는 연산처리를 수행하여 사용자에게 결과를 제공할 수 있는 다양한 장치들이 모두 포함된다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치는 데스크 탑 PC, 노트북(Note Book) 컴퓨터, 서버 컴퓨터 뿐만 아니라 스마트폰(Smart phone), 태블릿 PC, 셀룰러폰(Cellular phone), 피씨에스폰(PCS phone; Personal Communication Service phone), 동기식/비동기식 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)의 이동 단말기, 팜 PC(Palm Personal Computer), 개인용 디지털 보조기(PDA; Personal Digital Assistant) 등도 해당될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템의 동작 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템의 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템은 완충재 공급부(110), 3차원 스캐너(120), 로봇(130) 및 컴퓨팅 장치(140)를 포함한다.
완충재 공급부(110)는 로봇(130)에 완충재(200)를 공급할 수 있다. 완충재 공급부(110)는 컴퓨팅 장치(140)의 제어에 따라 미리 정해진 종류의 완충재를 로봇(130)에 공급할 수 있다. 완충재 종류는 에어 완충재, 발포 스트로폼, 펄프 몰드, 판지 칸막이형 상자, 스티로폼 상자, 쿠션 페이퍼 등이 있을 수 있으며, 여기서 예시한 것 외에 다양한 종류의 완충재가 사용될 수 있다.
완충재 공급부(110)는 미리 제작되어 있는 완충재 중에서 컴퓨팅 장치(140)의 제어에 따라 정해진 종류의 완충재를 선택적으로 로봇(130)에 공급하도록 구현되거나, 또는 컴퓨팅 장치(140)의 제어에 따라 정해진 종류의 완충재를 실시간으로 정해진 형태로 만들어 로봇(130)에 공급하도록 구현될 수도 있다.
도 3은 에어 완충재의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 에어 완충재(30)는 도 3에 예시한 것과 같이 완충재의 최소 단위인 에어셀(31)이 연속적으로 연결된 형태를 가질 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 완충재 공급부(110)는 에어셀(31)이 미리 설정된 강성, 길이 및 폭을 가지도록 에어 완충재를 제조하는 장치로 구현할 수 있다. 물론 완충재는 미리 정해진 크기 및 모양을 가지는 낱개 형태의 완충재일 수도 있다. 예를 들어 공 모양의 스티로폼 형태의 완충재일 수도 있다. 완충재의 최소 단위의 강성, 길이 및 폭 등에 대한 정보는 미리 컴퓨팅 장치(140)에 저장되어 있을 수 있다.
3차원 스캐너(120)는 컨베이어 벨트(400)의 상방에 미리 정해진 거리만큼 이격되게 설치되어, 상면이 개방된 상태로 컨베이어 벨트(400) 상에서 이송 중인 포장 박스(300)의 내부를 포장 박스(300)의 상부에서 아래 방향으로 3차원 스캔할 수 있다. 3차원 스캐너(120)는 레이저 3D 스캐너를 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 스테레오 카메라를 이용할 수도 있으며, 포장 박스(300)의 내부 빈공간 영역에 대한 3차원 스캐닝 데이터를 획득할 수 있으면 된다.
컨베이어 벨트(400)에서 이송 중인 포장 박스(300)를 스토퍼(410)에 의해 감지하면, 컨베이어 벨트(400)를 멈추고 로봇(130)이 포장 박스(300)에 담긴 물체(500)를 제외한 포장 박스의 내부 빈공간 영역에 완충재(200)를 적재하는 작업을 수행한다.
로봇(130)은 도 1에 예시한 것과 같은 델타 로봇뿐만 아니라, 완충재를 포장 박스(300)의 내부 빈공간 영역에 채우는 작업을 할 수 있으면 그 형태나 종류는 제한되지 않는다. 로봇(130)은 완충재 종류별로 해당 완충재를 포장 박스 내부 빈공간 영역에 적재하는데 적합한 엔드 이펙터를 구비할 수 있다. 그리고 여기서 적재는 내부 빈공간 영역에 완충재 적재 경로에 따라 완충재를 하나 하나씩 적층면에 놓는 동작뿐만 아니라, 공 형태의 완충재의 경우 완충재 적재 경로에 따라 완충재를 하나씩 분사하거나 떨어뜨려서 적층면에 쌓아지도록 하는 동작도 포함할 수 있다.
컴퓨팅 장치(140)는 3차원 스캐너(120)에서 획득된 3차원 스캐닝 데이터를 처리하여 포장 박스(300)의 내부 빈공간 영역을 탐지할 수 있다. 그리고 컴퓨팅 장치(140)는 완충재 적층 방향, 완충재 종류 및 완충재 적재 경로 패턴의 조합별로 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 완충재 적재 경로를 각각 계산하고, 조합 중에서 내부 빈공간 영역에 계산된 완충재 적재 경로에 따라 적재되는 완충재의 체적과 내부 빈공간 영역의 체적의 차이가 최소인 조합을 선택할 수 있다. 그리고 컴퓨팅 장치(140)는 선택된 조합의 완충재 적재 경로에 따라 로봇이 완충재를 포장 박스(300)의 내부 빈공간 영역에 채우도록 동작시키는 명령 코드를 생성하여 로봇(130)에 전달할 수 있다.
여기서 완충재 적재 경로 패턴은 나선형, 지그재그, 직선형, 원형, 토네이도 등 개별 적층면에 완충재를 적재하는 경로의 패턴을 의미한다. 예를 들어 직선형 패턴의 경우 XY 적층면에서 +X 방향으로 직선 형태로 완충재를 적재한 후, Y 방향으로 이동해서 다시 -X 방향으로 직선 형태로 완충재를 적재하는 패턴을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 3차원 스캐너(120)를 이용하여 컨베이어 벨트(400) 상에서 이송 중인 포장 박스(300)의 내부를 포장 박스의 상부에서 아래 방향으로 3차원 스캔하여 3차원 스캐닝 데이터를 획득할 수 있다(S410).
다음으로 컴퓨팅 장치(140)는 3차원 스캐너(120)에서 획득된 3차원 스캐닝 데이터를 처리하여 포장 박스(300)에 담긴 물체(500)를 제외한 포장 박스의 내부 빈공간 영역을 탐지할 수 있다(S420).
예를 들어 단계(S410)에서 획득된 3차원 스캐닝 데이터는 포장 박스와 포장 박스의 내부에 담긴 물체의 표면에 해당하는 포인트 클라우드 데이터만 포함될 수 있다. 따라서 컴퓨팅 장치(140)는 포장 박스와 물체를 탐지하도록 학습된 머신러닝 모델이나 딥러닝 모델을 이용하여 3차원 스캐닝 데이터에서 포장 박스와 물체를 먼저 탐지하고, 이를 통해 역으로 포장 박스 내부 빈공간 영역을 탐지할 수 있다. 컴퓨팅 장치(140)는 포장 박스 내부 빈공간 영역에 해당하는 포장 박스 빈공간 모델을 생성할 수 있다.
다음으로 컴퓨팅 장치(140)는 완충재 적층 방향을 선택할 수 있다(S430). 여기서 완충재 적층 방향은 포장 박스의 내부 빈공간 영역을 일정 두께를 가지는 복수의 개별 적층면으로 나누었을 때, 최하 적층면에서 최상 적층면으로 적층면이 층층이 쌓여지는 방향을 의미한다. 로봇(130)이 포장 박스의 내부 빈공간 영역을 최하 적층면부터 최상 적층면까지 각 적층면에 완충재를 순차적으로 적재하도록 동작시킬 수 있다. 개별 적층면의 두께는 완충재 종류를 고려하여 정해질 수 있다.
보다 자세하게는 완충재 적층 방향은 로봇(130)이 완충재를 포장 박스의 내부 빈공간 영역에 적재할 때 완충재 적재 시간을 단축하면서, 완충재가 포장 박스 내부 빈공간에 안정적으로 적재될 수 있는 방향을 선택할 수 있다. 동역학에서 관성 모멘트는 오브젝트를 회전하는데 필요한 토크의 크기를 측정하는데 사용된다. 토크의 크기는 관성 모멘트에 선형적으로 의존하는 점을 착안하여 적층 방향을 찾기 위해 PCA(Principal Component Analysis) 알고리즘을 이용할 수 있다.
예를 들어 포장 박스의 내부 빈공간 영역에 대응하는 포장 박스 빈공간 모델의 데이터 분산이 가장 큰 방향을 제1 방향으로 하고, 포장 박스 빈공간 모델의 데이터 분산이 두번 째로 큰 방향을 제2 방향이라고 할 때, 완충재 적층 방향은 제1 방향과 제2 방향이 이루는 평면에 수직인 제3 방향으로 선택할 수 있다.
그런데 완충재 종류에 따른 완충재 특성, 예컨대 완충재의 강성, 길이 및 폭 등에 따라서 앞서 선택된 완충재 적층 방향이 적합하지 않을 수도 있다. 따라서 포장 박스(300)의 하면에 대해 수평을 이루는 수평 방향과, 포장 박스(300)의 하면에 대해 수직을 이루는 수직 방향 중 하나 이상을 완충재 적층 방향으로 추가로 선택할 수도 있다.
이후 컴퓨팅 장치(140)는 완충재 적층 방향, 완충재 종류 및 완충재 적재 경로 패턴의 조합별로 포장 박스의 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 완충재 적재 경로를 각각 계산할 수 있다(S440).
완충재 공급부(110)에서 공급 가능한 모든 종류의 완충재가 단계(S440)에서 고려될 수 있다. 물론 단계(S440) 이전에 사용자로부터 단계(S440)에서 고려할 완충재 종류를 선택받는 것도 가능하다. 또는 포장 박스(300)에 담긴 물체의 종류에 따라 단계(S440)에서 고려할 완충재 종류가 선택되는 것도 가능하다.
완충재 적재 경로 패턴 역시 나선형, 지그재그, 직선형, 원형, 토네이도형 등과 같이 미리 준비된 이용 가능한 패턴이 단계(S440)에서 모두 고려될 수 있다. 물론 단계(S440) 이전에 사용자로부터 단계(S440)에서 고려할 완충재 적재 경로 패턴을 선택받는 것도 가능하다. 또는 포장 박스(300)에 담긴 물체의 종류에 따라 단계(S440)에서 고려할 완충재 적재 경로 패턴이 선택되는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 완충재 적재 경로를 계산하는 조합의 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참고하면, 컴퓨팅 장치(140)는 완충재 적층 방향, 완충재 종류 및 완충재 적재 경로 패턴의 가능한 조합을 고려하여, 포장 박스(300)의 내부 빈공간 영역을 미리 정해진 두께를 가지는 적층면으로 분할하고, 해당 조합의 완충재 종류 및 완충재 적재 경로 패턴에 따라서 완충재의 최소 단위의 강성, 길이 및 폭을 고려하여 완충재 적재 경로를 계산할 수 있다.
다음으로 컴퓨팅 장치(140)는 완충재 적층 방향, 완충재 종류 및 완충재 적재 경로 패턴의 조합 중에서 계산된 완충재 적재 경로에 따라 포장 박스(300)의 내부 빈공간 영역에 적재된 완충재의 체적(V완충재)과 내부 빈공간 영역의 체적(V빈공간)의 차이가 최소가 되는 조합을 선택할 수 있다(S450).
Figure 112023041393919-pat00001
RMSE가 작을수록 내부 빈공간 영역에 빈틈이 적게 완충재가 유사하게 채워지는 것으로 평가할 수 있다.
이후 컴퓨팅 장치(140)는 단계(S450)에서 선택된 조합의 완충재 적재 경로에 따라 로봇(130)이 완충재를 내부 빈공간 영역에 적재하도록 동작시키는 명령 코드를 생성하여, 로봇(130)에 전송할 수 있다(S460).
도 6은 본 발명에 따른 로봇이 완충재를 내부 빈공간 영역에 적재하도록 동작시키는 명령 코드를 생성하는 과정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 6을 참고하면, 앞서 단계(S450)에서 선택된 조합에 따른 완충재 적재 경로를 c(x, y)라고 가정하고 다음 프로세스를 진행한다.
step1: c(x, y)의 첫 번째 포인트와 마지막 포인트를 연결하는 직선 l(x,y)를 만든다.
step2: c(x, y)의 각 포인트 중에서 직선 l(x,y)까지 최대 거리(dmax)에 위치하는 포인트(x', y')를 찾는다.
step3: 최대 거리(dmax)가 임계값보다 클 경우 c(x, y)를 포인트(x', y')를 분할점으로 하여 c1(x,y)과 c2(x,y)로 분할한다.
step4: c(x, y)에 대해서 분할된 c1(x,y)과 c2(x,y)에 대해서 step1 내지 step 3를 반복한다.
완충재 적재 경로를 더 이상 분할할 수 없을 때까지 step1 내지 step 3를 반복하여, 도 6에 가장 아래 도시한 것과 같이 완충재 적재 경로에 대한 분할점을 모두 구한다. 그리고 이렇게 구해진 분할점의 좌표를 사용하여 로봇이 완충재를 내부 빈공간 영역에 적재하도록 동작시키는 명령 코드를 생성할 수 있다.
로봇(130)을 델타 로봇으로 구현한 경우를 고려하면, 델타 로봇은 모터로 구동되는 로봇으로 최소 3축 모터로 3차원 위치제어가 가능하고, 추가적인 구동장치로 다양한 동작을 할 수 있다. 기존 스카라 로봇, 직교로봇 등은 전용 PLC 제어기 또는 고성능 PC 제어기로 구동되며 정해진 좌표 테이블을 메모리에 저장하고 구동하는 방식으로 제어를 한다. 이러한 방법은 동작 패턴이 달라질 때마다 좌표 테이블을 수정해야 하는 어려움이 있으며, 3D 빈 공간을 채우는 동작에는 적합하지 않으므로 델타 로봇의 동작과 관련된 명령 코드북을 도입하고, 델타 로봇은 컴퓨팅 장치(140)에서 통신으로 전송되는 명령 코드만 수신하도록 구현할 수 있다. 따라서 직렬포트, Bluetooth 및 Wi-Fi와 같은 유선 및 무선 연결을 통해 컴퓨터, 스마트폰, 프로그래밍 보드 등과 같은 많은 제어 장치에서 로봇을 제어할 수 있다.
다음으로 로봇(130)은 명령 코드에 따라 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 작업을 시작할 수 있다(S470). 그리고 로봇(130)은 명령 코드에 따라 포장 박스의 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 작업을 수행하는 중에, 내부 빈공간 영역에 완충재가 채워진 충전율이 미리 정해진 기준 이상이면 해당 포장 박스에 대한 로봇의 완충재 적재 작업을 종료할 수 있다(S480).
여기서 충전율은 아래 수식으로 구할 수 있다.
Figure 112023041393919-pat00002
V완충재는 로봇이 내부 빈공간 영역에 채운 완충재의 체적이고, V빈공간은 포장 박스에 완충재를 채우기 전에 포장 박스의 내부 빈공간 영역의 체적에 해당한다. 만약 충전율을 95%로 설정해놓은 경우, 로봇(130)은 포장 박스의 내부 빈공간 영역에 완충재를 채우는 작업을 종료한다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 인스트럭션(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨팅 장치 또는 특수 목적 컴퓨팅 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 인스트럭션(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (10)

  1. 컨베이어 벨트의 상방에 미리 정해진 거리만큼 이격되게 설치되어, 상면이 개방된 상태로 상기 컨베이어 벨트 상에서 이송 중인 포장 박스의 내부를 상기 포장 박스의 상부에서 아래 방향으로 3차원 스캔하는 3차원 스캐너,
    상기 포장 박스에 담긴 물체를 제외한 상기 포장 박스의 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 작업을 수행하는 로봇, 및
    상기 3차원 스캐너에서 획득된 3차원 스캐닝 데이터를 처리하여 상기 포장 박스의 내부 빈공간 영역을 탐지하고, 완충재 적층 방향, 완충재 종류 및 완충재 적재 경로 패턴의 조합별로 상기 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 완충재 적재 경로를 각각 계산하며, 상기 조합 중에서 상기 내부 빈공간 영역에 계산된 완충재 적재 경로에 따라 적재되는 완충재의 체적과 상기 내부 빈공간 영역의 체적의 차이가 최소인 조합을 선택하고, 선택된 상기 조합의 완충재 적재 경로에 따라 상기 로봇이 완충재를 상기 내부 빈공간 영역에 적재하도록 동작시키는 명령 코드를 생성하는 컴퓨팅 장치를 포함하고,
    상기 컴퓨팅 장치는,
    상기 내부 빈공간 영역을 완충재 적재 방향에 따라 일정 두께를 가지는 복수의 개별 적층면으로 나누고, 상기 복수의 개별 적층면 별로 완충재 적재 경로 패턴에 따라 완충재를 적재하는 완충재 적층 경로를 계산하는 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템.
  2. 제 1 항에서,
    상기 완충재 적층 방향은 제1 방향과 제2 방향이 이루는 평면에 수직인 제3 방향을 포함하고,
    상기 내부 빈공간 영역에 대응하는 포장 박스 빈공간 모델링 데이터의 분산이 가장 큰 방향이 상기 제1 방향이며,
    상기 포장 박스 빈공간 모델링 데이터의 분산이 두번 째로 큰 방향이 상기 제2 방향인 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템.
  3. 제 2 항에서,
    상기 완충재 적층 방향은,
    상기 포장 박스의 하면에 수평인 수평 방향 및 상기 포장 박스의 하면에 수직인 수직 방향 중 적어도 하나를 더 포함하는 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에서,
    상기 컴퓨팅 장치는,
    상기 명령 코드에 따라 상기 로봇이 상기 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 작업을 수행하는 중에, 상기 내부 빈공간 영역에 완충재가 채워진 충전율이 미리 정해진 기준 이상이면 상기 포장 박스에 대한 상기 로봇의 완충재 적재 작업을 종료시키는 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 시스템.
  6. 컨베이어 벨트의 상방에 미리 정해진 거리만큼 이격되게 설치된 3차원 스캐너를 이용하여, 상면이 개방된 상태로 상기 컨베이어 벨트 상에서 이송 중인 포장 박스의 내부를 상기 포장 박스의 상부에서 아래 방향으로 3차원 스캔하는 단계,
    상기 3차원 스캐너에서 획득된 3차원 스캐닝 데이터를 처리하여 상기 포장 박스에 담긴 물체를 제외한 상기 포장 박스의 내부 빈공간 영역을 탐지하는 단계,
    완충재 적층 방향, 완충재 종류 및 완충재 적재 경로 패턴의 조합별로 상기 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 완충재 적재 경로를 각각 계산하는 단계,
    상기 조합 중에서 상기 내부 빈공간 영역에 계산된 완충재 적재 경로에 따라 적재되는 완충재의 체적과 상기 내부 빈공간 영역의 체적의 차이가 최소인 조합을 선택하는 단계,
    선택된 상기 조합의 완충재 적층 방향, 완충재 종류 및 완충재 적재 경로에 따라 로봇이 완충재를 상기 내부 빈공간 영역에 적재하도록 동작시키는 명령 코드를 생성하는 단계, 및
    상기 명령 코드에 따라 상기 로봇이 상기 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 작업을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 완충재 적재 경로를 각각 계산하는 단계는,
    상기 내부 빈공간 영역을 완충재 적재 방향에 따라 일정 두께를 가지는 복수의 개별 적층면으로 나누고, 상기 복수의 개별 적층면 별로 완충재 적재 경로 패턴에 따라 완충재를 적재하는 완충재 적층 경로를 계산하는 단계를 포함하는 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 방법.
  7. 제 6 항에서,
    상기 완충재 적층 방향은 제1 방향과 제2 방향이 이루는 평면에 수직인 제3 방향을 포함하고,
    상기 내부 빈공간 영역에 대응하는 포장 박스 빈공간 모델링 데이터의 분산이 가장 큰 방향이 상기 제1 방향이며,
    상기 포장 박스 빈공간 모델링 데이터의 분산이 두번 째로 큰 방향이 상기 제2 방향인 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 방법.
  8. 제 7 항에서,
    상기 완충재 적층 방향은,
    상기 포장 박스의 하면에 수평인 수평 방향 및 상기 포장 박스의 하면에 수직인 수직 방향 중 적어도 하나를 더 포함하는 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 방법.
  9. 삭제
  10. 제 6 항에서,
    상기 명령 코드에 따라 상기 로봇이 상기 내부 빈공간 영역에 완충재를 적재하는 작업을 수행하는 중에, 상기 내부 빈공간 영역에 완충재가 채워진 충전율이 미리 정해진 기준 이상이면 상기 포장 박스에 대한 상기 로봇의 완충재 적재 작업을 종료시키는 단계
    를 더 포함하는 로봇을 이용한 완충재 충전 포장 자동화 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20110308204A1 (en) * 2008-12-31 2011-12-22 Storopack Hans Reichenecker Gmbh Apparatus for Dispensing and Inserting Packaging Material in Containers and Method Therefore
KR101899352B1 (ko) * 2017-10-24 2018-09-17 씨제이대한통운 (주) 물품 포장 장치 및 포장 방법

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