融合理库和3D视觉的密集存储立库智能控制系统和方法与流程

本发明涉及仓储物流自动化与智能控制，尤其是涉及融合理库和3d视觉的密集存储立库智能控制系统和方法。

背景技术：

1、密集存储立库（如四向穿梭车立库）凭借其模块化设计和高密度存储能力，在现代智能制造和智慧物流中得到了广泛应用。其能够在有限的空间内实现大批量货物的高密度存放，极大地提升了仓储的容积率并降低了土地占用成本。

2、然而，现有的密集存储立库在实际运营中仍存在以下痛点：

3、出库效率与存储密度存在矛盾：相较于传统堆垛机立库，密集立库由于需要依靠穿梭车在狭长的巷道内长距离作业，其单次任务的搬运路径较长。如果物料存放时缺乏科学规划，将导致高频出库物料远离出库口，从而严重制约出库效率。

4、设备协同与调度策略单一：现有控制系统的调度策略相对固化，多依赖预设逻辑，缺乏对设备实时负载、路径拥堵及任务优先级的动态适应性。当面临多订单并发或设备故障时，容易出现设备空等、路径交叉或任务死锁，影响整体作业效率。

5、仓储状态与业务需求脱节：在实际运营中，受紧急入库、临时订单等影响，物料存放极易出现同品分散、批次混放、冷热区错位等无序状态，造成出库阻碍托盘多、拣选路径复杂且批次管理困难。

6、3d视觉与全局调度融合不足：目前3d视觉技术多作为独立的拆码垛或导航模块使用，未能与仓储执行系统（wes）的全局任务调度、路径规划和缓存策略深度打通，导致在柔性适配多规格物料、打通“仓储-产线”最后一米等环节仍依赖大量人工干预。

技术实现思路

1、本发明提供融合理库和3d视觉的密集存储立库智能控制系统和方法，通过构建“业务层-调度层-执行层”的协同架构，利用wes算法将3d视觉感知能力深度嵌入仓储全流程。具体而言，本发明通过冷热区域动态划分策略与多维度的入库、理货、备货协同调度，优化物料存放逻辑；利用多设备协同调度算法和动态路径规划算法提升设备利用率；并结合3d视觉导航与高精度对接技术，打通仓储与产线间的物料流转，从而在保障存储密度不变的前提下，大幅度降低设备空载率与无效搬运，实现全流程的自动化、无人化、柔性化作业。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、融合理库和3d视觉的密集存储立库智能控制系统，包括仓储管理系统、仓储执行系统、机器人控制系统、仓库控制系统以及3d视觉感知模块；

4、所述仓储管理系统配置有物理空间区域划分策略，所述物理空间区域划分策略用于将密集存储立库的物理空间划分为冷区域、温区域和热区域，且所述热区域位于靠近出库口的位置；

5、所述仓储管理系统还配置有库存分配策略和日常入库上架策略，所述库存分配策略和所述日常入库上架策略依据物料的需求日期和库龄数据生成，以控制所述物料在所述冷区域、所述温区域和所述热区域中的存放布局；

6、所述仓储执行系统连接所述仓储管理系统、所述机器人控制系统和所述仓库控制系统，所述仓储执行系统响应所述日常入库上架策略，将接收的任务指令拆解为任务，并调用多设备协同调度算法和动态路径规划算法，将所述任务分配至所述机器人控制系统和所述仓库控制系统，以控制穿梭车执行由密集存储立库两端向中间位置逐渐扩展的入库调度；

7、所述仓储执行系统还配置有理货触发模块，所述理货触发模块依据预设的理货策略触发智能理货任务，所述智能理货任务基于所述冷区域、所述温区域和所述热区域的区域划分逻辑，将高频出库物料调整至所述热区域，并对同一物料、同一批次以及同一客户维度的库存进行归集整理；

8、所述3d视觉感知模块集成至所述机器人控制系统的控制流程中，所述机器人控制系统依据所述3d视觉感知模块提供的3d视觉匹配算法控制机械臂执行物料拆垛和码垛，并依据所述3d视觉感知模块提供的3dslam导航算法控制自动导引车执行物料在立库与生产机台之间的高精度转运。

9、本说明书中，所述仓储执行系统作为连接所述仓储管理系统与执行设备的中枢，所述仓储执行系统接收所述仓储管理系统下发的所述任务指令后，根据设备状态和任务优先级构建任务执行顺序，并将所述任务执行顺序下发至所述机器人控制系统和所述仓库控制系统，且所述机器人控制系统和所述仓库控制系统实时反馈设备执行状态至所述仓储执行系统，形成闭环调控。

10、本说明书中，所述物理空间区域划分策略将库龄长且需求日期远的物料划分至所述冷区域，将库龄中等且需求日期中等的物料划分至所述温区域，将库龄短且需求日期近的物料划分至所述热区域，且所述冷区域、所述温区域和所述热区域在所述密集存储立库垂直方向上的分布层级不同。

11、本说明书中，在控制穿梭车执行由密集存储立库两端向中间位置逐渐扩展的入库调度时，当所述密集存储立库的巷道两端均具备入库条件，所述仓储执行系统控制穿梭车交替由两侧入库口向巷道中间位置执行存放操作；所述仓储执行系统还依据所述日常入库上架策略，将同一品种的物料、同一批次的物料、同一客户的物料以及同一项目的物料分配至所述密集存储立库中相邻的储位集中存放。

12、本说明书中，在出库前，通过所述仓储执行系统提前将待出库托盘从所述冷区域移动至所述热区域的备货储位或出库口暂存区；当所述待出库托盘所在巷道内存在阻碍出库的其他库存托盘，所述仓储执行系统生成阻碍托盘的更换储位任务，并将所述阻碍托盘移出当前优先出库路径，随后再执行所述待出库托盘的出库任务。

13、本说明书中，所述预设的理货策略包含自动触发模式和手工触发模式；所述自动触发模式依据立库设备使用率和空闲率自动分配理货时间段，所述手工触发模式由用户基于生产节拍或库存盘点指令定制理货周期；所述理货触发模块在触发所述智能理货任务前，先通过智能理库算法诊断全立库储位状态，查找存在同品分散、批次混放和冷热区域错位异常的储位，随后根据诊断结果执行所述智能理货任务，由所述仓储执行系统调度自动化设备执行移库作业。

14、本说明书中，所述机械臂通过所述3d视觉感知模块获取物料和料箱的空间位置与姿态数据，所述3d视觉匹配算法依据所述空间位置与姿态数据实时调整所述机械臂的抓取动作，使所述机械臂完成对不同规格物料的拆垛和码垛作业；所述自动导引车通过所述3dslam导航算法完成自主定位和路径规划，执行物料在立库与生产机台之间的高精度转运。

15、本说明书中，所述仓储执行系统在向所述机器人控制系统和所述仓库控制系统下发所述任务时，将已生成的所述任务按照立库巷道进行分组，并为每组任务分配轮流交替的所述任务执行顺序；针对处于同一个巷道内的多个任务，所述仓储执行系统控制靠近储位出库口方向的任务优先执行；当监测到所述执行设备出现故障或任务执行超时，所述仓储执行系统自动触发任务重分配和路径重规划。

16、本说明书中，所述密集存储立库的每一层均设置有缓冲库位，所述缓冲库位在立库库存初始化阶段配置为空库位，用于在备货、出库以及执行所述智能理货任务时提供物料转移的临时存放空间，以降低在巷道内部产生阻碍托盘的几率。

17、融合理库和3d视觉的密集存储立库智能控制方法，应用上述中任一项所述的融合理库和3d视觉的密集存储立库智能控制系统，所述融合理库和3d视觉的密集存储立库智能控制方法包括：

18、利用所述仓储管理系统和所述物理空间区域划分策略，将密集存储立库的物理空间划分为冷区域、温区域和热区域，且所述热区域位于靠近出库口的位置；

19、在库存初始化及日常入库过程中，利用所述库存分配策略和所述日常入库上架策略，依据物料的需求日期和库龄数据生成物料存放布局；

20、利用所述仓储执行系统和所述多设备协同调度算法及所述动态路径规划算法，控制穿梭车执行由密集存储立库两端向中间位置逐渐扩展的入库调度；

21、利用所述理货触发模块依据预设的理货策略触发智能理货任务，并基于所述冷区域、所述温区域和所述热区域的区域划分逻辑，将高频出库物料调整至所述热区域，并对同一物料、同一批次以及同一客户维度的库存进行归集整理；

22、利用所述3d视觉感知模块、所述3d视觉匹配算法控制机械臂执行物料拆垛和码垛，并利用所述3dslam导航算法控制自动导引车执行物料在立库与生产机台之间的高精度转运。

23、综上所述，本发明至少具有以下有益效果：

24、显著提升出入库作业效率：通过“冷、温、热”区域动态划分以及“两端入库、从中间向两边扩展”的精细化调度策略，将高频出库物料集中存放于底层热区，大幅缩短穿梭车的单次搬运距离，降低设备等待与空转时间，有效解决了密集存储立库出库效率相对较低的固有短板。

25、优化设备协同与抗风险能力：基于wes的多设备协同调度算法和动态负载均衡机制，在面对多任务并发时能够自动进行路径规划、交通管制与任务重分配。在设备故障或路径拥堵时，系统可自动触发生成重调度方案，确保整个仓储作业流程的连续性与稳定性。

26、提高仓储空间利用与科学化管理：通过“同品归集、批次归集、客户/项目归集”的核心理货策略，并在闲时或低峰期自动触发智能理货任务，能够有效消除库内储位碎片化，解决库存无序分布问题。这不仅提高了物理空间的利用率，也为“先进先出（fifo）”和批次追溯提供了坚实的物理支撑。

27、大幅提升作业精度与系统柔性：集成机械臂3d云匹配算法，无需固定工装即可自适应识别不同规格物料的位置与姿态，实现自适应拆码垛。同时，结合叉车agv/ctu的3dslam高精度导航技术，摆脱了对地面导航标识的依赖，实现了立库与生产机台之间“最后一米”的精准无缝对接，极大地提升了系统对复杂动态环境的适应能力。

28、实现全流程无人化与降本增效：通过将wms/wes的业务逻辑与3d视觉、自动导引车（agv）、自动打包机等设备的底层控制深度融合，构建了从收货质检、立库上架、库内理货、拆码垛、产线叫料至成品出库的完整无人化作业闭环。这大幅降低了人工干预需求，减少了由于人工操作带来的失误和运营成本。