一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，包括将纸箱所有规格、托盘和码垛垛型输入系统；最大化利用托盘码放空间，获得优选的码放方向；根据纸箱规格尺寸和托盘尺寸将托盘划分成多个独立的小区域；按照装填单个独立的码放区域和多规格纸箱的拼合，确定纸箱的码放组合；由远及近、由完成一层再码下一层依次码放来料点的独立区域；通过三维立体相机实时获取来料纸箱的三维形貌和规格尺寸进行规划，给出当前纸箱的码放位姿；纸箱来料结束后，对混码垛型进行微调整。该方法自主规划决策，能够实现随机多规格纸箱物料的自动化、智能化、柔性化码垛作业。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法
本专利技术属于工业物流自动化及拆码垛
，尤其涉及一种针多规格纸箱随机来料的混合码垛的智能规划方法。
技术介绍
目前，在物流仓储业及企业内部物流中广泛存在着纸箱物料的拆码垛应用，利用机器人进行纸箱拆码垛时一种便捷、高效的手段。码垛机器人在码垛过程中，一般会采用在线示教生成垛形，过程繁琐，且占用大量的时间，且通过示教方式进行码垛只能适用于单一或固定纸箱规格，如果纸箱尺寸发生变化则必须重新示教；如果纸箱规格多样且随机，即使配套视觉通进行识别，缺乏合理的码垛规划算法，则会造成托盘空间浪费或无法进行自动混码作业。然而，随着人们需求的多样化、订单的随机性，很多企业逐步向小批量、多批次、灵活的柔性生产模式转换，产品及纸箱包装的规格也多样复杂，为了优化运输空间，降低供应链成本和运输成本，在中间转运、入库等环节，多规格的纸箱混合垛也成为一种常见形式。因此开发一种能够针对随机的多规格的纸箱码垛的智能规划方法，以实现机器人针对随机混杂纸箱来料情况的自动化、智能化、柔性化码垛作业具有重大的意义和价值。经对现有技术文献的检索发现，接近度较高的专利有2项：(1)一种适用多种规格纸箱全自动码垛机(专利申请号：201922002027.5)，该专利提出了一种框架式码垛机，通过横移机构的左右移动及升降机构的上下移动，实现不同尺寸纸箱的码垛功能，其目的是提供一种适应一定范围内规格变动的纸箱码垛机，未涉及多规格纸箱的混合码垛及混码规划方法；(2)一种错位码垛规划的方法(专利申请号：2014108182.3)，该专利提供了一种基于货物信息、托盘信息、码垛层数及错位信息，进行解析计算得出最优垛型的规划方法，其每次规划是针对同一规格纸箱进行计算，当纸箱规格发生变化时也可进行垛型规划，但未涉及同时存在多种规格纸箱时的混合码垛规划算法。此外，相关的期刊文献中针对多规格纸箱混合码垛的介绍也多是启发性算法，算法复杂、计算量大，无法指导实际应用中的多规格纸箱随机来料的混合码垛作业。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种针对多规格纸箱随机来料的智能码垛规划方法，可适应于纸箱长、宽、高均不相同，纸箱来料顺序随机未知的情况。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，包括如下步骤：步骤1，将纸箱所有规格、托盘信息和码垛垛型输入系统；步骤2，针对每种规格纸箱最大化利用托盘码放空间，通过计算获得优选的码放方向；步骤3，根据纸箱规格尺寸和托盘尺寸，将托盘划分成多个独立的小区域；步骤4，按照装填单个独立的码放区域和多规格纸箱的拼合，确定纸箱的码放组合；步骤5，由远及近依次码放距离码垛机器人及纸箱物料来料点的独立区域，在高度方向上码满一层，再码下一层；步骤6，通过三维立体相机实时获取来料纸箱的三维形貌和规格尺寸，根据纸箱规格尺寸和当前托盘上纸箱码放情况，按照混码算法进行规划，给出当前纸箱的码放位姿；步骤7，当纸箱来料结束后，对混码垛型进行微调整。对于上述技术方案，本专利技术还有进一步优选的方案：步骤1中，用户根据实际纸箱种类、托盘规格和码垛要求，输入系统所有纸箱长Li、宽Wi、高Hi规格尺寸、托盘LT、宽WT尺寸、垛型最大码放高度Hmax和相邻纸箱码放间隙△d。步骤2中，托盘上纸箱码放时，纸箱的棱边与托盘的棱边平行，纸箱高度与托盘高度平行，纸箱长度/宽度方向与托盘长度/宽度方向平行；纸箱在托盘上包括：横放形式Li╳Wi╳Hi和竖放形式Wi╳Li╳Hi；Li╳Wi╳Hi形式表示纸箱长度与托盘长度方向平行、纸箱宽度与托盘宽度方向平行；Wi╳Li╳Hi形式表示纸箱宽度方向与托盘长度方向平行、纸箱长度方向与托盘宽度方向平行。步骤2中，纸箱码放方向优选的具体方法如下：21)计算纸箱按照横放和竖放两种方向码放，在托盘上可码放的最大数量；22)判断哪种码放形式可以与其他规格纸箱进行拼合；(22a)优先选择码放矩阵可以通过自身数量拼合，化成同一种码放矩阵的码放形式，即托盘长度和宽度两个方向的码放数量均与其他规格纸箱的码放数量呈整数倍关系；(22b)当无法满足两个方向均呈倍数关系时，优选托盘长度方向数量满足倍数关系的码放形式；(22c)当两种码放形式下两个方向的码放数量均不满足倍数关系时，通过自身数量拼合，形成新的码放矩阵，再判断是否满足倍数关系；(22d)当一种规格纸箱的两种码放形式下的码放矩阵同时满足倍数关系时，优先选择码放数量多的码放形式。步骤3中；托盘区域的划分，根据步骤2中确定的纸箱码放形式及码放矩阵，结合托盘尺寸，进行独立区域划分；划分数量根据优选的纸箱码放形式对应的码放矩阵确定：选择各规格纸箱在托盘长度方向码放数量的最大公约数作为托盘长度方向的划分数量p，选择各规格纸箱在托盘宽度方向码放数量的最大公约数作为托盘宽度方向的划分数量q，则托盘划分的独立区域数量n＝p╳q。步骤4中，纸箱码放组合确定，则是根据托盘上单个独立区域大小及每种规格纸箱的码放形式来确定，即码放单个独立区域所需的纸箱组合情况。若各规格纸箱码放数量在托盘长度方向满足倍数关系，则各规格纸箱的码放组合需保证占满托盘独立区域的托盘长度方向；若各规格纸箱码放数量在托盘长度方向满足倍数关系，则各规格纸箱的码放组合需保证占满托盘独立区域的托盘长度方向。在进行码放位姿确定时的整体约束条件有3个：(6a)边界约束条件：每个纸箱应该完全码放在托盘上，不能超出托盘边沿，并且箱子在托盘上应该平行放置，即箱子的棱边与托盘的棱边平行；(6b)几何约束条件：托盘上任意两个纸箱之间不能发生切割或交叠现象，互不干涉；(6c)垛型约束条件：对垛型高度的限制。步骤7中，对混码垛型进行微整，纸箱高度差大于1个最大纸箱规格，判断未码满的上一层剩余空间是否可以码放组高层的纸箱，如果空间足够，则将最高层纸箱移至未码满的一层进行放置，如果空间不足，则不进行调整。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：本专利技术在进行智能码垛规划计算时，通过输入纸箱所有规格尺寸、托盘尺寸、码放高度信息，然后根据混码算法，规划出每种规格纸箱的优选码放方向、托盘区域划分、纸箱的最佳码放组合，合理利用托盘码放空间，最终给出纸箱码放位姿。本专利技术通过在纸箱来料一端架设一套三维立体相机，实时获取来料纸箱的规格尺寸，然后将纸箱规格尺寸传送给智能码垛控制系统，根据码垛规划算法给出当前纸箱的码放位姿信息，码垛机器人接收到码放位置信息后将纸箱码放到对应位置，完成当前纸箱的码垛。整个码垛过程无需人工参与，自主规划决策，实现随机多规格纸箱物料的自动化、智能化、柔性化码垛作业。本专利技术具有以下优点：1.混合码垛规划方法包含了每种规格纸箱的码放方向优选、纸箱码放组合确定、托盘区域划分、码放顺序及原则，充分合理的利用托盘空间，解决了多规本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，将纸箱所有规格、托盘信息和码垛垛型输入系统；/n步骤2，针对每种规格纸箱最大化利用托盘码放空间，通过计算获得优选的码放方向；/n步骤3，根据纸箱规格尺寸和托盘尺寸，将托盘划分成多个独立的小区域；/n步骤4，按照装填单个独立的码放区域和多规格纸箱的拼合，确定纸箱的码放组合；/n步骤5，由远及近依次码放距离码垛机器人及纸箱物料来料点的独立区域，在高度方向上码满一层，再码下一层；/n步骤6，通过三维立体相机实时获取来料纸箱的三维形貌和规格尺寸，根据纸箱规格尺寸和当前托盘上纸箱码放情况，按照混码算法进行规划，给出当前纸箱的码放位姿；/n(7)当纸箱来料结束后，对混码垛型进行微调整。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将纸箱所有规格、托盘信息和码垛垛型输入系统；
步骤2，针对每种规格纸箱最大化利用托盘码放空间，通过计算获得优选的码放方向；
步骤3，根据纸箱规格尺寸和托盘尺寸，将托盘划分成多个独立的小区域；
步骤4，按照装填单个独立的码放区域和多规格纸箱的拼合，确定纸箱的码放组合；
步骤5，由远及近依次码放距离码垛机器人及纸箱物料来料点的独立区域，在高度方向上码满一层，再码下一层；
步骤6，通过三维立体相机实时获取来料纸箱的三维形貌和规格尺寸，根据纸箱规格尺寸和当前托盘上纸箱码放情况，按照混码算法进行规划，给出当前纸箱的码放位姿；
(7)当纸箱来料结束后，对混码垛型进行微调整。


2.根据权利要求1所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤1中，用户根据实际纸箱种类、托盘规格和码垛要求，输入系统所有纸箱长Li、宽Wi、高Hi规格尺寸、托盘LT、宽WT尺寸、垛型最大码放高度Hmax和相邻纸箱码放间隙△d。


3.根据权利要求2所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤2中，托盘上纸箱码放时，纸箱的棱边与托盘的棱边平行，纸箱高度与托盘高度平行，纸箱长度/宽度方向与托盘长度/宽度方向平行；
纸箱在托盘上包括：横放形式Li╳Wi╳Hi和竖放形式Wi╳Li╳Hi；
Li╳Wi╳Hi形式表示纸箱长度与托盘长度方向平行、纸箱宽度与托盘宽度方向平行；Wi╳Li╳Hi形式表示纸箱宽度方向与托盘长度方向平行、纸箱长度方向与托盘宽度方向平行。


4.根据权利要求1所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤2中，纸箱码放方向优选的具体方法如下：
21)计算纸箱按照横放和竖放两种方向码放，在托盘上可码放的最大数量；
22)判断哪种码放形式可以与其他规格纸箱进行拼合；
(22a)优先选择码放矩阵可以通过自身数量拼合，化成同一种码放矩阵的码放形式，即托盘长度和宽度两个方向的码放数量均与其他规格纸箱的码放数量呈整数倍关系；
(22b)当无法满足两个方向均呈倍数关系时，优选托盘长度方向数量满足倍数关系的码放形式；
(22c)当两种码放形式下两个方向的码放数量均不满足倍数关系时，通过自身数量拼合，形成新的码放矩阵，再判断是否满足倍数关系；
(22d)当一种规格纸箱的两种码放形式下的码放矩阵同时满足倍数关系时，优先选择码放数量多的码放形式。


5.根据权利要求4所述的一种适用于多规格纸箱随机来料的混合码垛规划方法，其特征在于，步骤21)具体步骤如下：
假设纸箱规格用A表示，则纸箱横放和竖放码放矩阵：






式中，int()表示取整，iA1、jA1分别表示纸箱A按照横放形式在托盘长度方向、宽度方向分别可码放的最多数量，iA0、jA0分别表示纸箱B按照竖放形式在托盘长度方向、宽度方向可码放的最多数量，LT、WT分别为托盘长、宽，△d为纸箱码放间隙；
iA1×jA1为纸箱A按照Li╳Wi╳Hi横放码放矩阵；iA0×jA0为纸箱A按照Wi╳Li╳Hi竖放码放矩阵。


6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张配配，赵军丽，张恒，
申请(专利权)人：西安中科光电精密工程有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61