一种车厢内货物的码垛布局规划方法技术

本发明专利技术属于自动化装车技术领域，涉及一种针对箱式货物进行自动化装车，尤其是利用智能装卸机器人的车厢内货物的码垛布局规划方法，包括以下步骤：S1、设定装车规划约束条件，包括车厢尺寸约束，货物悬空约束和货物旋转约束；S2、设定完约束条件后，进行码垛布局，依次进行按层排布、平整度处理和层补全计算，码垛布局需满足约束条件限制。本发明专利技术采用的算法较一般算法更加符合实际，以体积利用率为评价体系比较其他的算法可以在体积利用上更加偏重，能够充分利用车厢的空间，最大程度地填满货物，减少运输时的空间浪费，从而节省运输成本。从而节省运输成本。从而节省运输成本。

【技术实现步骤摘要】
一种车厢内货物的码垛布局规划方法


[0001]本专利技术属于自动化装车
，涉及一种针对货物，特别是箱式货物进行自动化装车，尤其是利用智能装卸机器人的车厢内货物的码垛布局规划方法。

技术介绍

[0002]当前，国内外对自动化装车已经有了一定的研究，但大多数都集中在散装和袋装物品上，已经有一些相对成熟的技术用于自动装载这些类型的物品。然而除了散装和袋装的货物之外，不容忽视的是箱式物品。随着工业的快速发展，人们对工程测量技术有了更高的要求,测量过程中的效率和精度是人们关注的焦点。在多种测量手段中,基于激光雷达探测技术的测量方法在测量速度、精度、抗干扰能力等方面有着独特的优势,因此在多个领域获得了广泛的应用。
[0003]目前文献中对机器人定位控制方法可以分为如下几类:
[0004](1)单片机控制系统。芯片通过集成电路技术将CPU、随机与只读存储器、定时器、计数器、I/O接口以及中断系统等等功能块组合在一起，变成一个小型的计算机处理系统。然而单片机虽然小巧且功能块种类完善，但是在运动控制方面相对来说精度以及速度都比较差，缺乏良好的扩展性，适合轨迹要求低的低速运动场合。
[0005](2)PLC控制系统。通过PLC内部的可编程存储器实现相应的逻辑控制，包括计数、定时、逻辑运算以及顺序控制等等。可以通过输入输出模块控制模拟量或者数字量信号来实现运动控制。该类控制器系统结构简单，便于维护，有标准的编程语言，程序的执行周期短，从而系统的运行可靠度高，很少出现死机现象。但是传统的PLC控制器性能有限，不能满足运算相对复杂的机器人控制系统中多轴控制以及相关机器人算法的运行。
[0006](3)PC+运动控制卡的控制系统。此类控制器基于高速DSP或者专业级运动芯片，采用运动控制卡搭配工控机的主从结构，上位机负责人机交互以及系统监控，控制卡完成运动控制任务。此类控制器具有较强的数学运算能力，能较好的实现复杂的运动轨迹运算以及多轴联合运动控制等功能，对于上位机而言，运动控制卡提供了内部的开发函数库给用户，用户可以依据自己的需求结合高级语言开发相应的控制系统，这对于工程师的要求相对较高。
[0007](4)软件型运动控制器的控制系统。通过将开发出的控制软件安装到PC机或者嵌入式控制器，就能将普通的PC机转变为工业控制器，从而在PC机上实现复杂的、高性能高精度的运动控制算法。使用者可以通过开放的内核软件来开发所需的各种功能，比如人机界面，轴配置、逻辑控制等等。因此，软件型运动控制器具有高度的可扩展可开放性。
[0008]目前箱式货物的装车作业仅是在流水线末端使用码垛机，然后采用叉车、推拉器等工具将货车转移至仓库，或运输至货车等待人工堆垛作业
[0009]上述现有技术的缺陷和不足：
[0010]当前，针对箱式物品的自动化装车研究，基本上集中在人工借助叉车、吊车以及伸缩皮带机之类的装备，或者利用码垛机器人进行托盘码垛，然后借助叉车将整托盘货物搬
运上车，没有一整套完整的货物自动化装车设备。机器人控制策略的研究包括轨迹优化、协同控制以及避障控制等等，这些主要针对位置控制。随着控制要求的不断提高，很多情况下需要分析机器人接触力的控制。在控制策略的发展过程中，企业和研究机构都专注于开发专属的控制系统，拥有专属的编程语言，对外开放程度低，这使得机器人的控制系统发展受到制约。
[0011]目前港口主要利用摄像设备对装载散杂货物的列车车厢进行检测作业,但该检测技术存在一些不足。一方面车厢装卸货区域灰尘较多、光照不足、水汽含量高,在此环境下难以获得良好的图像信息,且摄像头长时间曝光存在图像畸变问题，造成其直接检测结果不准确,无法实现对车厢载货体积的高精度测量。另一方面该检测技术获取数据的自动化程度较低,检测过程需要工作人员实时监控摄像设备传输回来的图像信息”。目前只有激光雷达探测技术不存在上述缺陷,为高精度检测。
[0012]基于此，本申请的目的为不仅可以解放劳动力，提高生产效率，还可以为箱式物品完全自动化装车作业的不断发展提供参考。
[0013]经检索，现有专利中，CN115367505A，一种箱式装车系统智能码垛算法公开了以下步骤：S1、检测货物的尺寸，并分析货物在输送带中的状态；S2、通过算法计算一排需要多少个正向或者侧向的货物；S3、将输送带上的货物调整至本码垛算法所需要的货物排布状态；S4、装车机器人对末端执行器中的满载货物进行推箱操作。
[0014]但是该专利中，仅是检测货物的尺寸并计算一排需要多少个正向或者侧向的货物，是最简单且基础的码垛方案，并且其具体采用的算法核心仅为“通过对三维相机进行计算得到箱子的长宽高的具体尺寸，传输回算法进行运算”，“通过当前车厢的长宽高计算出码这排箱子需要多少个箱子”，完全未考虑货物装卸过程中所要求的货箱尺寸约束、悬空约束、货物是否允许堆叠等复杂条件，适用性非常低。

技术实现思路

[0015]根据以上现有技术中的不足，本专利技术提供了一种算法更加符合实际，能够充分利用车厢的空间，最大程度地填满货物，减少运输时的空间浪费，节省了运输成本的车厢内货物的码垛布局规划方法。
[0016]本专利技术所述的一种车厢内货物的码垛布局规划方法，包括以下步骤：
[0017]S1、设定装车规划约束条件，包括车厢尺寸约束，货物悬空约束和货物旋转约束；
[0018]S2、设定完约束条件后，进行码垛布局，依次进行按层排布、平整度处理和层补全计算，码垛布局需满足约束条件限制。
[0019]所述的S1中，车厢尺寸约束的设定方法为：
[0020]S111、建立笛卡尔坐标系，以车厢厢内的左后下角为坐标原点，车厢的厢内长度方向为X轴、厢内宽度方向为Y轴、厢内高度方向为Z轴，建立三维笛卡尔坐标M、L、W、H，分别代表车厢的载重量M、长L、宽W和高H，n为货物个数，n
i
∈{0,1}(i＝1，2...，n)表示货物的装入状态，若n
i
＝1，表示货物i已经装入车厢，若n
i
＝0，表示货物i没有装入车厢，m
i
、l
i
、w
i
、h
i
、分别为货物i的重量、长、宽、高，(xe
i
，ye
i
，ze
i
)和(xs
i
，ys
i
，zs
i
)分别表示货物i被装入后其右前上点坐标和左后下角点坐标；
[0021]S112、若货物i已装载，则货物i的右前上角点坐标和左后下角点坐标需分别小于
或等于车厢内的右前上角点坐标和左后下角点坐标，即：
[0022]xs
i
≥0，ys
i
≥0，zs
i
≥0，
[0023]S113、当货物装厢时，己装的货物总体积必须小于车厢的总容积，即：
[0024][0025]货物装箱后，货物的任何部分都不得越出车本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于包括以下步骤：S1、设定装车规划约束条件，包括车厢尺寸约束，货物悬空约束和货物旋转约束；S2、设定完约束条件后，进行码垛布局，依次进行按层排布、平整度处理和层补全计算，码垛布局需满足约束条件限制。2.一种根据权利要求1所述的车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于：所述的S1中，车厢尺寸约束的设定方法为：S111、建立笛卡尔坐标系，以车厢厢内的左后下角为坐标原点，车厢的厢内长度方向为X轴、厢内宽度方向为Y轴、厢内高度方向为Z轴，建立三维笛卡尔坐标M、L、W、H，分别代表车厢的载重量M、长L、宽W和高H，n为货物个数，n
i
∈{0，1}(i＝1，2...，n)表示货物的装入状态，若n
i
＝1，表示货物i已经装入车厢，若n
i
＝0，表示货物i没有装入车厢，m
i
、l
i
、w
i
、h
i
、分别为货物i的重量、长、宽、高，(xe
i
，ye
i
，ze
i
)和(xs
i
，ys
i
，zs
i
)分别表示货物i被装入后其右前上点坐标和左后下角点坐标；S112、若货物i已装载，则货物i的右前上角点坐标和左后下角点坐标需分别小于或等于车厢内的右前上角点坐标和左后下角点坐标，即：xs
i
≥0，ys
i
≥0，zs
i
≥0，S113、当货物装厢时，己装的货物总体积必须小于车厢的总容积，即：3.一种根据权利要求2所述的车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于：所述的S1中，货物悬空约束的设定方法为：S121、货物在装载时应确保货物底面全部受到支撑，以保持稳定性，货物未悬空有两种状态:一种是货物放置于车厢底面上，此时货物的左后下角点的Z轴坐标值等于0；另一种是货物放置于其他货物的顶面上，若货物p是货物i的支撑货物，(xe
p
，ye
p
，ze
p
)和(xs
p
，ys
p
，zs
p
)分别表示货物p被装入后其右前上点坐标和左后下角点坐标，则货物p的顶面必须与货物i的底面有接触区域，用集合的形式表示所有与货物的底面有接触区域的货物：p∈{p|n
p
＝1，ze
p
＝zs
i
，min(xe
i
，xe
p
)
‑
max(xs
i
，xs
p
)≥0，min(ye
i
，ye
p
)
‑
max(ys
i
，ys
p
)≥0}，S
pi
＝(min(xe
i
，xe
p
)
‑
max(xs
i
，xs
p
))
×
((min(ye
i
，ye
p
)
‑
max(ys
i
，ys
p
))，S122、以上两种状态可表示为：4.一种根据权利要求3所述的车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于：所述的S1
中，货物旋转约束的设定方法为：S131、货物旋转约束为限制货物以一条边为旋转轴将货物进行旋转装载的约束，假定货物可以任意旋转，且货物以正交方式装厢，以集合的方式表示为：(xe
i
‑
xs
i
，ye
i
‑
ys
i
，ze
i
‑
zs
i
)∈{(l
i
，w
i
，h
i
)，(w
i
，l
i
，h
i
)，(l
i
，h
i
，w
i
)，(h
i
，l
i
，w

【专利技术属性】
技术研发人员：田子凡，隋金雪，王佐勋，慕峻青，刘利，崔传宇，郭长坤，马宏信，彭春澍，
申请(专利权)人：山东工商学院，
类型：发明
国别省市：