一种自动码垛装车系统及其装车方法与流程

本发明属于交通运输物流的技术领域，涉及车辆货物装卸的技术。更具体地，本发明涉及一种自动码垛装车系统。本发明还涉及该装车系统采用的装车方法。

背景技术：

在粮食、食品、化肥、化工、水泥等生产企业中，需要将袋装物品或箱装物品装入运输货物的车厢内。目前普遍采用人工搬运的方式在车厢内码放货物，这种装车方式需要大量的人力，且劳动强度大、工作效率低。针对上述问题，现有几种代替人工的装车设备，采用最多的是将成垛货物直接用叉车装载到货车上的方式，但此种方式的弊端在于需要回收托盘。

中国专利文献201210248968.7公开了一种货物自动装车的方法及装置，此装置由输送机构、机器人及移动平台组成，利用机器人工作范围大、柔性动作的特点，实现了货物的自动规则码放；但是，在装车方法中的车厢定位步骤时，需要操作人员手动控制机器人，对车厢的前后左右位置进行检测。该技术方案的自动化程度较低，且定位精度依赖于操作人员的熟练程度。

中国专利文献201410224238.2公开了一种货物装车一体机，该装车机能实现装车码垛一体化，其结构紧凑、成本较低；但是，由于其结构复杂、执行动作较多，导致其稳定性不足；同时，由于缺少货车车厢定位装置，其对货车驾驶者的停车要求较高，系统整体的柔性化与智能化程度较低。

上述现有技术的缺点是：缺乏智能化的货车车厢定位以及对码垛过程进行科学规划的设备或方法。

技术实现要素：

本发明提供一种自动码垛装车系统，其目的是提高货物码垛装车的自动化程度。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明的自动码垛装车系统，货物通过机器人在运输货车上进行码垛装车；所述的机器人为改进型的四轴龙门式机器人；在所述的四轴龙门式机器人上设置用于提取货物的吸盘装置；在所述的四轴龙门式机器人上还设有激光传感器。

所述的四轴龙门式机器人为三坐标桁架机器人，其包括行走梁、安装在行走梁上的升降杆、安装在升降杆底端的吸盘装置；所述的升降杆通过相对移动部件与行走梁连接；所述的吸盘装置通过旋转装置与升降杆连接。

所述的激光传感器设置在所述的行走梁上。

所述的激光传感器采用由线结构激光器和高分辨率相机构成的传感器；或者采用激光雷达传感器。

所述的自动码垛装车系统设置有机器人支架，所述的机器人支架为互相平行的两部分，分布在所述的运输货车的两侧；在机器人支架的顶部，各设置一个水平的机器人导轨；两个机器人导轨高度相等；所述的四轴龙门式机器人通过行走梁两端的导轮在所述的机器人导轨上运行。

所述的机器人支架包括多个立柱，所述的立柱与机器人导轨形成框架结构。

在所述的运输货车与一侧的机器人支架之间，设置货物输送机构。

所述的货物输送机构包括皮带输送机、辊道输送机、整形导向机构、输送机行走机构；所述的皮带输送机、辊道输送机、整形导向机构、输送机行走机构均分别设置驱动装置及相应的传感器。

所述的吸盘装置采用双吸具结构，每套吸具增均设置各自独立的真空发生装置。

所述的运输货车为平板式货车，或者为栏板式货车，或者为仓栅式货车。

所述的货物为箱装货物，或者为有内衬的袋装货物。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的自动码垛装车系统的装车方法，其技术方案是：

所述的装车方法的过程：

开始；

运输货车在指定区域内随意停放；

激光传感器扫描运输货车；

主控单元进行三维点云处理分析，得到车厢方位信息；

四轴龙门式机器人码垛垛型计算、运动路径规划；

配合吸盘装置和货物输送机构，完成码垛装车作业；

结束。

具体地，所述的装车方法的过程如下：

开始装车时，首先由驾驶员将空的运输货车停放至自动码垛装车系统上指定区域内；

自动码垛装车系统触发后，由四轴龙门式机器人搭载的激光传感器从初始位置按机器人导轨的方向运动；运动过程中激光传感器完成对运输货车车厢的立体扫描，并将扫描数据传输至自动码垛装车系统的主控单元，形成运输货车的三维点云数据；

然后，所述的主控单元通过三维点云处理分析算法，对获取的数据进行运算，得到运输货车的车厢区域相对于激光传感器的空间方位信息；并根据激光传感器与四轴龙门式机器人之间的标定数据进行坐标变换，得到运输货车的车厢区域相对于四轴龙门式机器人空间方位信息，该信息包括车厢区域的长宽尺寸、挡板的高度类型、底板的深度及方位信息(采用中心坐标和旋转角度)；

根据运输货车的车厢区域相对于四轴龙门式机器人空间方位信息，并结合货物的三维尺寸，主控单元自动计算堆垛的垛型信息，包括行列个数及层数，同时规划机器人的码垛路径；

此时，货物由生产线或仓储区域进入输送机构，经皮带输送机、整形导向机构到达辊道输送机，同时通过传感器向主控单元发出到位信号，主控单元控制四轴龙门式机器人搭载的吸盘系统吸附货物，并根据计算得到的机器人路径进行码垛装车；

结束。

特别地，在装车过程中，当四轴龙门式机器人沿机器人导轨方向运动时，货物输送机构在其行走机构和距离传感器的配合下，精确跟随机器人一起进行相应的运动。

本发明采用上述技术方案，由于采用了基于激光传感器的货物码垛装车技术，实现了运输货车定位检测、货物码垛装车整个过程的真正全自动化，实现智能化的货车车厢定位以及对码垛过程进行科学规划，降低了人力成本和操作人员的劳动强度，减少了人为操作带来的误差风险，提升了装车操作的安全性和可靠性；同时，采用四轴龙门式机器人也在一定程度上降低了装车设备的复杂程度，降低设备成本。

附图说明

附图内容及图中的标记简要说明如下：

图1为本发明的结构的三维轴测示意图；

图2是图1所示结构的俯视图；

图3是本发明的工作流程图。

图中标记为：

1、激光传感器，2、运输货车，3、机器人导轨，4、机器人支架，5、四轴龙门式机器人，6、吸盘装置，7、货物，8、货物输送机构。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1、图2所表达的本发明的结构，为一种自动码垛装车系统，货物7通过机器人在运输货车2上进行码垛装车；所述的机器人为四轴龙门式机器人5。

为了克服现有技术缺陷，实现提高货物码垛装车的自动化程度的发明目的，本发明采取的技术方案为：

本发明的自动码垛装车系统在所述的四轴龙门式机器人5上设置用于提取货物7的吸盘装置6；在所述的四轴龙门式机器人5上还设有激光传感器1。

该技术方案为自动码垛装车系统添加基于激光传感器的车厢定位装置；其技术特点体现在：激光传感器的安装及检测方式、检测数据(如三维点云数据)的处理分析算法、各设备间数据通信方式、四轴龙门式机器人的使用等。实现了运输货车定位检测、货物码垛装车整个过程的真正全自动化，实现智能化的货车车厢定位以及对码垛过程进行科学规划。

所述的四轴龙门式机器人5为改进型的三坐标桁架机器人，其包括行走梁、安装在行走梁上的升降杆、安装在升降杆底端的吸盘装置6；所述的升降杆通过相对移动部件与行走梁连接；所述的吸盘装置6通过旋转装置与升降杆连接。

四轴龙门式机器人5采用上述结构，可在抓取货物后，进行水平两方向、高度一个方向的直线运动，以及末端的旋转运动，将货物7码放在运输货车2的车厢中的适当位置。

所述的激光传感器1设置在所述的行走梁上。激光传感器1固定安装在四轴龙门式机器人5的纵向行走梁上，保证不影响四轴龙门式机器人5末端的纵向运动。

所述的激光传感器1可以选择由线结构激光器和高分辨率相机搭建而成的激光传感器，也可采用激光雷达传感器，优选地，根据经济成本及精度要求，本发明的最佳实例采用单线束激光雷达传感器；

所述的自动码垛装车系统设置有机器人支架4，所述的机器人支架4为互相平行的两部分，分布在所述的运输货车2的两侧；在机器人支架4的顶部，各设置一个水平的机器人导轨3；两个机器人导轨3高度相等；所述的四轴龙门式机器人5通过行走梁两端的导轮在所述的机器人导轨3上运行。

四轴龙门式机器人5由三坐标桁架机器人附加末端旋转装置构成，布置在由机器人导轨3与机器人支架4组成的框架之上。根据三坐标机器人的特性，其可以涵盖较大的工作范围，在附加末端旋转装置之后，可以根据运输货车2的方位检测结果对货物7进行旋转调整，保证物品堆垛与车厢的匹配精度，提高运输过程中的稳定性；

所述的机器人支架4包括多个立柱，所述的立柱与机器人导轨3形成框架结构。

在所述的运输货车2与一侧的机器人支架4之间，设置货物输送机构8。

所述的货物输送机构8包括皮带输送机、辊道输送机、整形导向机构、输送机行走机构；所述的皮带输送机、辊道输送机、整形导向机构、输送机行走机构均分别设置驱动装置及相应的传感器，各部分拥有独立的驱动装置及相应传感器，保证输送机构8在输送货物7的同时可以精确跟随四轴龙门式机器人5在导轨横梁3方向上运动。

吸盘装置6采用双吸具结构，即两套吸具，每套吸具均设置各自独立的真空发生装置，在提高码垛效率的同时，可以满足行/列货物个数为奇数的垛型的码垛需求。

所述的运输货车2可以是常见尺寸的平板式货车、栏板式货车和仓栅式货车(装车时栏杆需拆卸)。本发明的装车方法不适用于厢式货车。

所述的货物7为箱装货物，或者为有内衬的袋装货物。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的自动码垛装车系统的装车方法，其技术方案是：

参见图3所示，本发明所述的装车方法的过程是：

开始；

运输货车2在指定区域内随意停放；

激光传感器1扫描运输货车2；

主控单元进行三维点云处理分析，得到车厢方位信息；

四轴龙门式机器人5码垛垛型计算、运动路径规划；

配合吸盘装置6和货物输送机构，完成码垛装车作业；

结束。

更具体地，以上所述的装车方法的过程是：

开始装车时，首先由驾驶员将空的运输货车2停放至自动码垛装车系统上指定区域内；在区域内即可随意停放，对于位置没有特别的要求。

自动码垛装车系统触发后，由四轴龙门式机器人5搭载的激光传感器1从初始位置按机器人导轨3的方向运动；运动过程中激光传感器1完成对运输货车2车厢的立体扫描，并将扫描数据传输至自动码垛装车系统的主控单元，形成运输货车2的三维点云数据；

然后，所述的主控单元通过三维点云处理分析算法，对获取的数据进行运算，得到运输货车2的车厢区域相对于激光传感器1的空间方位信息；并根据激光传感器1与四轴龙门式机器人5之间的标定数据进行坐标变换，得到运输货车2的车厢区域相对于四轴龙门式机器人5空间方位信息，该信息包括车厢区域的长宽尺寸、挡板的高度类型、底板的深度及方位信息(采用中心坐标和旋转角度)；

根据运输货车2的车厢区域相对于四轴龙门式机器人5空间方位信息，并结合货物7的三维尺寸，主控单元自动计算堆垛的垛型信息，包括行列个数及层数，同时规划机器人的码垛路径；

此时，货物7由生产线或仓储区域进入输送机构8，经皮带输送机、整形导向机构到达辊道输送机，同时通过传感器向主控单元发出到位信号，主控单元控制四轴龙门式机器人5搭载的吸盘系统6吸附货物7，并根据计算得到的机器人路径进行码垛装车；

结束。

特别地，在装车过程中，当四轴龙门式机器人5沿机器人导轨3方向运动时，货物输送机构8在其行走机构和距离传感器的配合下，精确跟随机器人一起进行相应的运动。可以大幅度缩短机器人运动行程，提高码垛装车效率。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。