自动上件分拣控制方法与流程

1.本发明涉及一种自动上件分拣控制方法，属于物流分拣领域。


背景技术：

2.随着电商物流与生产自动化技术的快速发展，货物分拣与输送系统的规模越来越大，对于现场作业效率有了更高的要求。现有物流中转场仍需在前端采取人工手动或辅助上件的作业模式，以将解包后大量成堆的包裹在送入输送线进行分拣之前进行手动分散与上件，方便后续扫描与信息录入。
3.全部或部分采用前端人工供件方式，就需配置多名现场操作人员。分拣设备通常是以较高的速度运转且不能停机，相应地对手动上件操作人员的技能素质要求较高、导致现场劳动强度也较大。如果分拣期间出现上件处理速度下降，将直接导致后续流程中出现大量货物等待进入信息扫描的排队现象，所造成的大量货件积压给扫描与分拣环节造成较大压力。若再有一定数量的不能识别、异形件货物误入上件与扫描工序，则又直接拉低了整个分拣作业流程的处理效率、延长设备运行时间。
4.有鉴于此，特提出本专利申请。


技术实现要素：

5.本发明所述的自动上件分拣控制其方法，在于解决上述现有技术存在的问题而提出一种基于视觉流量与包裹分割识别的混件抓取上件分拣解决方案，以取消人工干预与逐件上件模式，以有效地协调并解决输送线信息扫描与上件作业的流量压力、提高识别与上件速率与准确性，从而实现有效减少作业人员数量与操作负荷、提高输送线整体的运行与分拣效率。
6.为实现上述设计目的，本技术所述的自动上件分拣控制方法，该方法包括以下步骤：
7.1)、货物解包，
8.在第一输送线上将货物解包，在拆包后经解包滑槽向下送入第一流量输送机；
9.2)、流量控制，
10.包裹成批地进入第一流量控制输送机，通过第一双目3d相机进行流量检测，直至包裹数量达到第一流量输送机设定的最大值；
11.成批的包裹经滑槽向下送至横移皮带机；
12.3)、分割识别，
13.在第二流量输送机上，通过第二双目3d相机进行流量检测与控制，直至包裹数量达到第二流量输送机设定的最大值；
14.包裹经第二流量输送机输送至异形件剔除输送机；
15.在异形件剔除输送机上，通过第三双目3d相机单独地识别出每一件包裹的外形尺寸数据、所处位置与输送线的夹角、以及最上层包裹的顶部面积与倾角；
16.将上述识别数据与计算结果上传至控制系统plc；
17.4)、上件，
18.机械手抓取单元根据控制系统plc的指令，结合识别出标准件包裹的位置坐标、与输送线的夹角和最上层包裹顶部的面积大小，调整吸盘初始定位高度和规划行进路径，执行抓取动作以将包裹从异形件剔除输送机送至分拣机导入单元；
19.5)、异形件和不可抓取件剔除，
20.对于非标件包裹，机械手抓取单元不执行抓取动作，异形件剔除输送机向前输送而将其向下送入非标件输送机；
21.6)、分拣，
22.包裹通过分拣机导入单元进入分拣环线，直至完成分拣任务；
23.包裹的条形码位于底部的，通过分拣机导入单元前端的底面扫描单元进行信息扫码录入。
24.进一步地，在上述步骤3)中，通过第三双目3d相机进行二维界面的绘制以分割识别，对于重叠部分进行分解，以生成每一件包裹的外形尺寸、以及位置坐标信息和顶部面积大小数据。
25.进一步地，在步骤2)和步骤3)中，流量检测是通过第一双目3d相机、第二双目3d相机对某一时间输送区域是否为空白、无包裹状态。
26.进一步地，在步骤4)中，机械手抓取单元抓取包裹的顺序条件包括：相同条件下，高度优先；相同高度，顶部面积较大的优先；相同高度，相同面积，距离近的优先。
27.进一步地，在步骤4)中，基于第三双目3d相机的分割识别结果和横移皮带机坐标系分布，标准件包裹空间位置信息已知，据此规划出执行抓取的行进路径；机械手抓取单元根据第三双目3d相机识别出的包裹坐标以及高度信息来确定运行的轨迹及抓取时下压的高度。
28.综上内容，本技术自动上件分拣控制方法具有的优点和有益效果是：
29.1、实现了一种无人工上件操作、全流程自动化识别与分拣解决方案，能够满足高速物流分拣作业要求
30.2、取消现有技术的人工上件环节，既能大量地减少人工投入、减少人力成本和劳动负荷，同时也降低了对人员专业技能的要求。
31.3、本技术不再采取单件分离处理装置与工艺，能够实现大量成堆包裹的混件抓取和流量控制，有利于提高设备整体的分拣效率、准确性与上件处理能力。
32.4、本技术采取包裹分割识别技术，有利于提高分拣设备的自动化与智能化水平。
33.5、本技术采用静态的3d双目相机实时地采集包裹位置点云数据，有效地提高了后续机械手抓取包裹的准确性与反应速度。
34.6、本技术基于分割识别数据，能够实现机械手抓取时自动避障和针对各种堆叠状态包裹的混件抓取，抓取过程快速准确。
35.7、本技术采取机械手下压吸取式抓取包裹，能够根据包裹识别数据选择灵活地选择压力大小，同时对于包裹采取保护性措施，不会破坏包裹内的物品。
附图说明
36.现结合以下附图来进一步地说明本技术方案；
37.图1是本技术所述自动上件分拣控制方法示意图；
38.图2是所述自动上件分拣控制系统的侧向剖面示意图；
39.图3是所述自动上件分拣控制系统的结构示意图；
40.图4是如图3所示结构的局部示意图；
41.图5是相机拍照与包裹识别结果示意图；
42.图6是在第一流量输送机上的流量控制示意图；
43.图7是在横移皮带机上的流量与分割识别示意图；
44.图8是抓取区域坐标系示意图；
45.图9是抓取范围与路径规划示意图；
46.在上述附图中，第一输送线1、解包滑槽2、第一流量输送机3、滑槽4、横移皮带机5、非标件输送机6、机械手抓取单元7、底面扫描单元8、分拣机导入单元9、人工位10、分拣环线11、第二流量输送机12、异形件剔除输送机13、第一双目3d相机14、第二双目3d相机15、第三双目3d相机16、流量控制指示灯17、扫描器18。
具体实施方式
47.实施例1，如图1至图9所示，一种自动上件分拣控制系统包括用于拆包投放包裹的第一输送机1，连接第一输送机1并将拆包后的包裹向下送入第一流量输送机3的解包滑槽2；
48.第一流量输送机3为平面皮带输送装置，其既能存储货物又能进行货物输送；在第一流量输送机3的垂向上方设置第一双目3d相机14，以用于检测第一流量输送机3上的包裹数量是否达到设定值；
49.在第一流量输送机3端部安装流量控制指示灯17，当包裹数量达到上限时，第一双目3d相机将检测信号反馈给控制系统plc，流量控制指示灯17通电点亮，提示上方第一输送机1的人工/自动拆包工位停止经解包滑槽2投放包裹；
50.第一流量输送机3通过滑槽4向下连通横移皮带机5，横移皮带机5连通分拣机导入单元9；在横移皮带机5与分拣机导入单元9之间设置有机械手抓取单元7和底面扫描单元8；
51.在横移皮带机5的垂向下方设置有非标件输送线6，在非标件输送线6末端设置有人工位10和非标件滑槽，以采取人工方式对非标件包裹进行扫码识别。
52.进一步地，所述的横移皮带机5由依次连通的第二流量输送机12和异形件剔除输送机13组成，在第二流量输送机12的垂向上方设置有第二双目3d相机15，在异形件剔除输送机13的垂向上方设置有第三双目3d相机16。
53.包裹经由滑槽4进入横移皮带机5，在横移皮带机5上实现针对包裹的分割识别与机械手抓取上件。
54.其中，在第二流量输送机12上，采用第二双目3d相机15进行流量检测与控制；在异形件剔除输送机13上，采用第三双目3d相机16针对包裹是否属非标件进行识别判断，若包裹属非标件，则机械手抓取单元7不执行抓取动作，而当异形件剔除输送机13向前输送时，非标件包裹将向下流入非标件输送机6，非标件输送机6是连续输送装置，其中部设有爬坡
段，其末端设置有滑槽，未抓取的非标件在人工位10处进行人工上件补位；若包裹属标准件且完成外形数据识别，则机械手抓取单元7将包裹抓取并送入分拣机导入单元9。
55.上述第二双目3d相机15和第三双目3d相机16进行流量检测与包裹外形识别时，相应地进行包裹条码扫描。若均未扫码成功，则说明包裹的条形码位于其底部，则机械手抓取单元7将包裹抓取并送入分拣机导入单元9的过程中，通过底面扫描单元8进行条码扫描。当包裹经扫描识别及录入信息后，由机械手抓取单元7送入分拣机导入单元9并转至分拣环线11，从而完成包裹的导入与上件全流程。
56.上述第三双目3d相机16针对包裹进行分割识别，无论包裹处于单件分离、叠放还是成堆状态，均可实现每件包裹的单独识别、获得其位置坐标信息和外形尺寸数据。进而，由控制系统plc将上述信息与数据计算后传递至机械手抓取单元7，由机械手抓取单元7针对标准件包裹进行选择性抓取，结合货物外形尺寸预先规划行进路径和下压高度，从而实施有效地避障操作。
57.所述的机械手抓取单元7，其终端安装有吸盘以吸取包裹的顶部而实施抓取动作，根据货物顶部的面积大小可调节吸盘下压的压力参数以提高抓取力度。机械手抓取单元7的初始工位处于异形件剔除输送机13的外侧，吸盘初始定位高度被调整为明显地高于所有标准件包裹的高度，包括叠放或成堆最上层包裹的实测高度。
58.基于应用上述自动上件分拣控制系统，本技术提出包括下述步骤的自动上件分拣控制方法：
59.1)、货物解包，
60.在第一输送线1上将货物解包，在拆包后经解包滑槽2向下送入第一流量输送机3；
61.2)、流量控制，
62.包裹成批地进入第一流量控制输送机3，通过第一双目3d相机14进行流量检测，直至包裹数量达到第一流量输送机3设定的最大值；
63.成批的包裹经滑槽4向下送至横移皮带机5；
64.3)、分割识别，
65.在第二流量输送机12上，通过第二双目3d相机15进行流量检测与控制，直至包裹数量达到第二流量输送机12设定的最大值；
66.包裹经第二流量输送机12输送至异形件剔除输送机13；
67.在异形件剔除输送机13上，通过第三双目3d相机16单独地识别出每一件包裹的外形尺寸数据、所处位置与输送线的夹角、以及最上层包裹的顶部面积与倾角；
68.将上述识别数据与计算结果上传至控制系统plc；
69.4)、上件，
70.机械手抓取单元7根据控制系统plc的指令，结合识别出标准件包裹的位置坐标、与输送线的夹角和最上层包裹顶部的面积大小，调整吸盘初始定位高度和规划行进路径，执行抓取动作以将包裹从异形件剔除输送机13送至分拣机导入单元9；
71.5)、异形件和不可抓取件剔除，
72.对于非标件包裹，机械手抓取单元7不执行抓取动作，异形件剔除输送机13向前输送而将其向下送入非标件输送机6；
73.6)、分拣，
74.包裹通过分拣机导入单元9进入分拣环线11，直至完成分拣任务；
75.包裹的条形码位于底部的，通过分拣机导入单元9前端的底面扫描单元8进行信息扫码录入。
76.进一步地，在上述步骤3)中，本技术与现有技术的不同之处在于，无需将全部货物进行单件分离而处理成单个包裹平铺状态的队列形式。
77.对于单个平铺、多件规则或不规则的堆叠情况，通过第三双目3d相机16进行二维界面的绘制以分割识别，对于重叠部分进行分解，以生成每一件包裹的外形尺寸(包括长、宽和高)、以及位置坐标信息和顶部面积大小数据，从而用于执行后续的混件抓取动作。
78.在第三双目3d相机16上设置有漫反传感器，漫反传感器有效地识别与各包裹的距离以计算出各包裹的高度，最终分割堆叠或单个状态下的包裹数据并传送到控制系统plc以发送指令进行抓取动作。
79.第三双目3d相机16针对每一件包裹进行分割识别过程中，第二流量输送机12和异形件剔除输送机13均停止输送，直至机械手抓取单元7全部执行完标准件包裹的抓取动作；
80.如图5所示，左上图为批量包裹进入异形件剔除输送机13的状态为混件形式、且存在单件平铺和堆叠现象；
81.左下图为相机拍照的结果，识别出每一件包裹的边界信息、以及边界上各端点的坐标数据，同时识别出包裹间存在堆叠现象的信息；
82.右图为第三双目3d相机16的分割识别结果，针对存在包裹堆叠或倾斜的现象，计算漫反传感器信号到达包裹边界上各端点的时间，以识别出包裹长、宽各端点的坐标数据；包括，检测出每一件包裹顶部各端点距离相机的距离，从而计算出每一件包裹的实际高度。同时，第三双目3d相机16进行拍照角度调节，而获得倾斜包裹的倾斜面高度计算结果，即得出包裹顶部的倾斜角度。
83.具体地，3d相机具有体积测量的功能，即在视野范围内发射激光，激光遇到物体后会反射回3d相机，激光的传输速度是一定的，每条发射出去的光通过物体反射返回相机的时间，可用于计算出反射点与相机之间的距离，即得出包裹相对于输送线平面的实时长度、宽度和高度，最终生成包裹各个表面边界上各个端点的空间坐标，同时也用于生成堆叠包裹之间的分割数据，针对每一件包裹生成外形尺寸与高度信息的基础数据，为后续的抓取路径、吸盘下压高度提供了直接参考。机械手抓取单元7行进路径上寻找出最高的干涉点，便于机械手抓取时避障。
84.进一步地，得出每一件包裹的长宽外形与高度、与输送线的夹角数据，以计算出包裹的最终三维数据。上述有效数据信息反馈给控制系统plc以进一步地控制机械手抓取单元7的抓取动作。
85.在步骤2)和步骤3)中，流量检测是通过第一双目3d相机14、第二双目3d相机15对某一时间输送区域是否为空白、无包裹状态。
86.如图6所示，第一流量输送机3的包裹存储区域面积为l*w，第一双目3d相机14对其上的包裹数量及分布情况进行拍照识别。当包裹沿前进方向输送时，应该为连续状态。当某一时间检测到l1*w区域为空白状态时，说明此处包裹出现短缺，第一双目3d相机14将识别结果反馈给控制系统plc，以向第一输送线1发送指令继续要求解包区域补充包裹输送过来，l1为设定检测出的补包区域值。
87.如图7所示，横移皮带机5的包裹存储区域面积为l2*w2，其中，第二流量输送机12的存储区域面积为l3*w2，异形件剔除输送机13的识别缓存与机械手抓取区域面积为l4*w2。
88.通过第一流量输送机3送入的包裹到达l3*w2区域，l3*w2区域上方的第二双目3d相机15实时采集此处包裹的流量信息，检测方法与上述第一双目3d相机14的相同。即包裹沿前进方向输送时应为连续状态，当某一时间检测到l5*w2区域为空白状态时，说明此处包裹出现短缺，进一步地将检测结果反馈给控制系统plc，指示第一流量输送机3继续向l5*w2区域运送包裹；
89.l2为横移皮带机5的线体总长，l3为第二流量输送机12的总长，l4为异形件剔除输送机13的总长，l5为设定的补包区域值，w2为输送区域的有效宽度。
90.如图8和图9所示，在步骤4)中，机械手抓取单元7抓取包裹的顺序条件包括：
91.在同一时刻，视野范围内存在有多个包裹被分割识别出来、同时相应地得出位置信息，依据抓取筛选算法找出不同包裹的抓取顺序，具体地将所有包裹按空间位置排序，判断条件分别为：
92.相同条件下，高度优先，即对比所有包裹信息，找到较高的一个，优先抓取最高的，这样抓取包裹时碰撞的干涉可能性最小；
93.相同高度，顶部面积较大的优先，即顶部面积大的包裹在最上面的可能性最高，这样可以避免一次抓取多件的情况；
94.相同高度，相同面积，距离近的优先，以达到最大效率、同时避免抓取路径干涉。
95.在步骤4)中，基于第三双目3d相机16的分割识别结果和横移皮带机5坐标系分布，标准件包裹空间位置信息已知，据此规划出执行抓取的行进路径。
96.具体地，基于第三双目3d相机16定位位置，在异形件剔除输送机13上设定坐标和检测边界。选定零点坐标，选定x轴、y轴正方向，然后测量出异形件剔除输送机13的坐标原点o距离输送线边缘x1,x2,y1,y2的数据。
97.当第三双目3d相机16测量出包裹的实际长、宽、高数据后，相应地生成包裹的物理边界并得到其外形尺寸与坐标信息。
98.如图9所示，o1为机械手抓取单元7固定位置中心点，o2为执行抓取动作的吸盘初始的零点位置，假设o1坐标为(xo1，yo1)，o2坐标为(xo2，yo2，zo2)，测量出o1点距离第三双目3d相机16选定坐标原点o沿x轴、y轴正方向上的距离a1和b1，则对应o点的坐标为(a1，b1)；同理，可以测量出机械手吸盘零点位置时的坐标o2的沿x轴、y轴正方向上与o1的距离(a2，b2)，测量出o2点距离输送线平面的高度z2，那么则可以确定o2点的实际坐标为(a1 a2，b1 b2，z2)，此时o2点坐标位置即是机械手吸盘抓取包裹的初始位置。
99.之后，机械手抓取单元7根据第三双目3d相机16识别出的包裹坐标以及高度信息来确定运行的轨迹及抓取时下压的高度。
100.综上内容，结合附图中给出的实施例仅是实现本发明目的的优选方案。对于所属领域技术人员来说可以据此得到启示，而直接推导出符合本发明设计构思的其他替代结构。由此得到的其他结构特征，也应属于本发明所述的方案范围。