一种基于二维码定位的货物托盘存取系统、及其存取方法
【专利摘要】本发明涉及工业机器人，AGV，托盘检测领域，尤其涉及一种叉车、叉车臂配准方法、以及二维码定位的托盘存取系统及存取方法。通过定位并识别设于货物托盘或者托盘搁置部左侧、中央及右侧的二维码标签，判断当前叉车臂与货物托盘、叉车臂与货架位置之间的相对位置，以便及时调整叉车臂能够准确无误地完成货物托盘的取放。与现有技术相比，本发明具有价格低、效率高、安全系数高等优点。
【专利说明】
一种基于二维码定位的货物托盘存取系统、及其存取方法
技术领域
[0001]本发明涉及工业机器人，AGV，托盘检测领域，尤其涉及一种叉车、叉车臂配准方法、以及二维码定位的托盘存取系统及存取方法。
【背景技术】
[0002]高位货架是现代仓库中常见的一种大容量仓储货架，与普通货架相比更加高大，其叉车搬运通道也较为狭窄。由于高位货架高度基本在5米以上，叉车臂在高处进行操作时因其自重会发生一定程度上的形变，从而会导致:当进行货物叉取操作时，叉车臂与货物托盘之间将会存在较大误差而无法配准；当进行货物存放时，叉车臂与目标货架位置之间存在较大误差而无法准确放置货物。
[0003]公布号为CN104036212A，公布日为2014年09月10日的发明专利公开了一种基于二维码定位的升降式AGV自动引导运输车系统。该系统中通过识别二维码信息引导升降式AGV，但是没有考虑到AGV叉车臂与托盘搁置部相对位姿对货物叉取或存放的影响。授权公告号CN104142683，授权公告日2016年06月08日的发明专利公开了一种基于二维码定位的自动引导车导航方法。通过判定自动引导车与地面二维码的相对位姿来规划自动引导车路径，但是仅仅涉及到一维平面上的相对位姿关系，对于叉车臂与托盘、叉车臂与货架之间的配准帮助不大。另外，通过激光雷达等辅助手段进行叉车臂与托盘之间配准的方法，大大提高了叉车成本。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种基于二维码定位的货物托盘存取系统及其存取方法。通过定位并识别设于货物托盘或者托盘搁置部左侧、中央及右侧的二维码标签，判断当前叉车臂与货物托盘、叉车臂与货架位置之间的相对位置，以便及时调整叉车臂能够准确无误地完成货物托盘的取放。与现有技术相比，本发明具有价格低、效率高、安全系数高等优点。
[0005]—种基于二维码定位的货物托盘存取系统，包括定位二维码、以及托盘检测系统，其特征在于:所述定位二维码包括设置在货物托盘上的至少两个货物定位码，以及设置在所述货架的托盘搁置部上的至少两个货架定位码;所述托盘检测系统设置在所述叉车上并且与所述叉车的控制器电连接;所述托盘检测系统检测所述货物托盘的至少两个货物定位码，所述控制器计算所述叉车的叉车臂与所述货物托盘的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货物托盘对准;所述托盘检测系统检测所述货架的至少两个货架定位码，所述控制器计算所述叉车的叉车臂与所述货架的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货架位置对准。
[0006]作为优选，所述货物托盘包括叉车臂连接部，所述货物定位二维码包括设置在所述叉车臂连接部的两端的第一货物定位码和第二货物定位码;所述托盘检测系统检测所述货物托盘的第一货物定位码和第二货物定位码，所述控制器计算所述叉车的叉车臂与所述货物托盘的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货物托盘对准。
[0007]作为优选，所述叉车臂连接部包括左插孔和右插孔，所述第一货物定位码靠近所述左插孔设置，所述第二货物定位码靠近所述右插孔设置。
[0008]作为优选，所述货架定位码包括设置在所述托盘搁置部两端的第一货架定位码和第二货架定位码，所述托盘检测系统检测所述第一货架定位码和第二货架定位码，所述控制器计算所述叉车的叉车臂与所述货架位置的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货物位置对准。
[0009]作为优选，所述第一货架定位码设置在所述托盘搁置部的左部，所述第二货架定位码设置在所述托盘搁置部的右部。
[0010]作为优选，还包括信息二维码，所述信息二维码包括设置在所述货物托盘上的货物信息码;所述托盘检测系统检测所述货物信息码，判断设有所述货物信息码的货物托盘是否为目标托盘。
[0011]作为优选，所述货物信息码设置在所述货物托盘的中部。
[0012]作为优选，所述信息二维码包括设置在所述托盘搁置部上的货架信息码;所述托盘检测系统检测所述货架信息码，判断设有所述货架信息码的货架是否为目标货架。
[0013]作为优选，所述货架信息码设置在所述托盘搁置部的中部。
[0014]—种基于二维码定位的货物托盘存取方法，适用于包括由货物托盘的货物定位码、货物信息码，货架的货架定位码、货架信息码，以及叉车的托盘检测系统组成的货物托盘存取系统;其特征在于:在货物托盘的存放操作和取出操作中:通过所述托盘检测系统检测货物托盘的货物定位码，并根据所述货物定位码将叉车臂与所述货物托盘配准;通过所述托盘检测系统检测货架的货架定位码，并根据所述货架定位码将叉车臂与所述货架位置配准。
[0015]作为优选，所述托盘检测系统检测所述货物托盘的至少两个货物定位码，叉车的控制器计算叉车臂与所述货物托盘的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货物托盘对准;所述托盘检测系统检测所述货架的至少两个货架定位码，叉车的控制器计算所述叉车的叉车臂与所述货架的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货架位置对准。
[0016]作为优选，叉车臂与货物托盘的相对位置包括:叉车臂中心与货物托盘中心之间的水平距离U、垂直距离1、以及竖直距离出，叉车臂平面与所述货架之间的夹角a1;叉车臂与货架位置的相对位置包括:叉车臂中心与托盘搁置部中心之间的水平距离L2、垂直距离W2、以及竖直距离H2，叉车臂平面与所述货架之间的夹角a2。
[0017]作为优选，所述控制器计算所述叉车臂与所述货物托盘的第一货物定位码的第一相对位置，以及所述叉车臂与所述货物托盘的第二货物定位码的第二相对位置，并根据所述第一相对位置和所述第二相对位置计算所述叉车臂与所述货物托盘的相对位置。
[0018]作为优选，所述控制器计算所述叉车臂与所述托盘搁置部的第一货架定位码的第三相对位置，以及所述叉车臂与所述托盘搁置部的第二货架定位码的第四相对位置，并根据所述第三相对位置和所述第四对位置计算所述叉车臂与所述货架位置的相对位置。
[0019]作为优选，所述货物托盘存放操作包括:所述托盘检测系统根据用户输入的目标货物托盘的编码信息，搜索目标货物托盘;所述托盘检测系统检测所述目标货物托盘的定位二维码;叉车的控制器计算叉车臂与所述目标货物托盘的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述目标货物托盘配准;所述控制器控制所述叉车臂叉取所述目标货物托盘;所述控制器控制所述叉车移动至目标货架位置附近;所述托盘检测系统根据用户输入的目标货架位置的编码信息，搜索目标货架位置;所述托盘检测系统检测所述目标货架的定位二维码;叉车的控制器计算叉车臂与所述目标货架的相对位置，并所述控制器根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述目标货架位置配准;所述控制器控制所述叉车臂将所述目标货物托盘放置在所述目标货架位置上。
[0020]作为优选，所述货物托盘的取出操作包括:所述托盘检测系统根据用户输入的目标货架位置的编码信息，搜索目标货架位置;所述托盘检测系统检测所述目标货架的定位二维码;叉车的控制器计算叉车臂与所述目标货架的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述目标货架位置配准;所述托盘检测系统根据用户输入的目标货物托盘的编码信息，搜索目标货物托盘;所述托盘检测系统检测所述目标货物托盘的定位二维码;叉车的控制器计算叉车臂与所述目标货物托盘的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述目标货物托盘配准;所述控制器控制所述叉车臂叉取将所述目标货物托盘。
[0021]本发明的基于二维码定位的托盘存取系统，主要有以下特点:
1.成本低，传感器少，布局精简，适合各类高位货架场景；
2.安全性高，灵敏度高，可有效降低叉车操作员人身伤害发生几率；
3.原理先进，实时性好，具有推广价值。
【附图说明】
[0022]图1基于二维码定位的托盘存取系统示意图。
[0023]图2叉车与目标托盘相对位置关系示意图。
[0024]图3叉车与目标托盘搁置部相对位置关系示意图。
[0025]图4叉车臂与目标托盘配准流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。一种由定位二维码、信息二维码以及托盘检测系统组成的基于二维码的货物托盘存取系统。其中，定位二维码包括粘贴在货物托盘上的货物定位码和粘贴在货架的托盘搁置部上的货架定位码。信息二维码包括粘贴在货物托盘上的货物信息码和粘贴在货架上的货架信息码。
[0027]货物托盘I包括用于叉车臂插入的左插孔131和右插孔132，在左插孔131的左侧粘贴有第一货物定位码111，右插孔132的右侧粘贴有第二货物定位码112，左、右插孔之间粘贴有货物信息码121。第一、二货物定位码以及货物信息码位于同一平面内，货物信息码最好粘贴在第一货物定位码和第二货物定位码的之间、货物托盘的正中。货物托盘的货物信息码用于区分不同的货物托盘，货物托盘的第一货物定位码和第二货物定位码用于对货物托盘进行定位。
[0028]货架2包括竖直方向设置在架体以及由下至上平行设置的多个用于放置货物托盘I的托盘搁置部21。托盘搁置部21的左端粘贴有第一货架定位码221，托盘搁置部的右端粘贴有第二货架定位码222。第一货架定位码221与第二货架定位码222之间粘贴有货架信息码231。货架信息码231最好粘贴在第一货架定位码221和第二货架定位码222之间，位于托盘搁置部的中部。第一货架定位码和第二货架定位码与货架信息码位于同一平面内。托盘搁置部的货架信息码用于区分不同的托盘搁置部，托盘搁置部的第一货架定位码和第二货架定位码用于对货架的货架位置(位于托盘搁置部上方的用于放置货物托盘的空间)进行定位。
[0029]托盘检测系统包括安装在叉车上的摄像装置3，该摄像装置3与叉车的控制器4之间通过有线方式连接。
[0030]本发明中二维码均为白底正方形二维码，主要由定位区和数据区两部分组成，其中定位区由3个构成等腰直角三角形的回字形锚点构成，数据区由黑白色块组成。其中，信息二维码的数据区采用行列式排布黑白色块进行数据编码，色块的大小及数量根据货物托盘和托盘搁置部的数据相关;定位二维码分中:第一货物定位码:数据区的上白下黑，表示货物托盘左侧;第二货物定位码:数据区的上黑块下白，表示货物托盘右侧;第一货架定位码:数据区全黑，表示托盘搁置部左侧；第二货架定位码:数据区全白，表示托盘搁置部右侧。
[0031]本发明中，操作方法涉及叉车对货物托盘的存放和取出两种操作。货物托盘的存放，是指通过叉车臂将目标货物托盘放入到目标货架的目标托盘搁置部上(即目标货架位置)；货物托盘的取出，是指通过叉车臂将目标货物托盘从目标货架的目标托盘搁置部上(即目标货架位置)取出。
[0032]其中，叉车将货物存放在指定货架上时主要包括以下几个步骤:
I.开启托盘检测系统，分别输入载有货物的目标货物托盘和指定目标货架的目标货架位置的编号信息；
2.将叉车调整至目标货物托盘附近，托盘检测系统在视野范围内对目标货物托盘进行识别和定位，得到叉车臂与目标货物托盘之间的相对位置(主要包括当前叉车臂中心与目标货物托盘中心点之间的水平距离L 1、垂直距离W1、竖直距离H1、叉车臂平面与货物托盘之间的夹角ax，如图2所示)；
3.叉车控制器根据相对位置对叉车臂进行相应调整，实现叉车臂与目标货物托盘之间的配准，使得叉车臂的左臂和右臂分别插入目标货物托盘的左插孔和右插孔，对目标货物托盘进行叉取；
4.将载有货物托盘的叉车调整至目标货架位置附近，系统在视野范围内对目标货架进行识别和定位，得到叉车臂与目标货架之间的相对位置(主要包括当前叉车臂中心与目标托盘搁置部中心点之间的水平距离L2、垂直距离W2、竖直距离H2、叉车臂平面与目标货架之间的夹角a2，如图3所示)；
5.叉车控制器根据相对位置对叉车臂进行相应调整，实现叉车臂与目标货架位置之间的配准，将目标货物托盘放置在目标货架位置上。
[0033]其中，叉车从指定货架的托盘搁置部上叉取货物托盘时主要包括以下几个步骤:
I.开启托盘检测系统，分别输入目标货物托盘和指定目标货架位置的编号信息；
2.将载有货物托盘的叉车调整至目标货架位置附近，托盘检测系统在视野范围内对目标货架进行识别和定位；
3.托盘检测系统在视野范围内对目标货物托盘进行识别和定位，得到叉车臂与目标货物托盘之间的相对位置(主要包括当前叉车臂中心与货物托盘中心点之间的水平距离U、垂直距离1、竖直距离H1、叉车臂平面与货架之间的夹角ai，如图2所示)；
4.叉车控制器根据相对位置对叉车臂进行相应调整，实现叉车臂与目标货物托盘之间的配准，并叉取目标货物托盘。
[0034]更具体地，本发明中涉及到叉车臂与目标货物托盘、叉车臂与目标货架位置之间的配准，主要包括以下几个步骤(如图4):
1.托盘检测系统在视野范围内搜索信息二维码，即托盘检测系统在视野范围内搜索设置在货物托盘(或者托盘搁置部)中央的货物信息码(或者货架信息码)；
2.托盘检测系统对信息二维码进行解码，即托盘检测系统对货物信息码(或者货架信息码)进行解码，判断该货物信息码(或者货架信息码)的设置对象是否为目标货物托盘(或者目标货架):
若判断该货物信息码(货架信息码)的设置对象不是目标货物托盘(或者目标货架)，托盘检测系统发出报错指令，叉车控制器调整叉车，并转至步骤I;
若判断该货物信息码(或者货架信息码)的设置对象为目标货物托盘(或者目标货架)，则进入步骤3;
3.托盘检测系统判断视野范围内是否包含搜索定位二维码:
若托盘检测系统的视野范围内仅包含信息二维码，叉车控制器调整叉车朝着远离信息二维码的方向移动，重新执行步骤2;
若托盘检测系统的视野范围内仅包含完整的第一货物定位码(或者第一货架定位码)，或者包含完整的第一货物定位码(或者第一货架定位码)和货物信息码(或者货架信息码)，则叉车控制器发出调整指令，使叉车向右侧方向调整，重新执行步骤2;
若托盘检测系统的视野范围内仅包含完整的第二货物定位码(或者第二货架定位码)，或者包含完整的第二货物定位码(或者第二货架定位码)和货物信息码(或者货架信息码)，则控制器向外界发出调整指令，使叉车向左侧方向调整为位置，并转步骤2;
若托盘检测系统的视野范围内包含完整的第一货物定位码(或者第一货架定位码)、货物信息码(或者货架信息码)、第二货物定位码(或者第二货架定位码)，则转步骤3;
3.控制器对当托盘检测系统拍摄的当前图像中第一货物定位码(或者第一货架定位码)和第二货物定位码(或者第二货物定位码)分别定位，通过逆透视变换，分别确定叉车臂与目标货物托盘(或者目标货架)之间的相对位置，取两组数据平均值作为当前叉车臂与目标货物托盘(或者目标货架)之间的相对位置，并根据所述相对位置调整叉车与目标货物托盘(或者目标货架位置)配准。
[0035]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。
【主权项】
1.一种基于二维码定位的货物托盘存取系统，包括定位二维码、以及托盘检测系统，其特征在于:所述定位二维码包括设置在货物托盘上的至少两个货物定位码，以及设置在所述货架的托盘搁置部上的至少两个货架定位码;所述托盘检测系统设置在所述叉车上并且与所述叉车的控制器电连接;所述托盘检测系统检测所述货物托盘的至少两个货物定位码，所述控制器计算所述叉车的叉车臂与所述货物托盘的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货物托盘对准;所述托盘检测系统检测所述货架的至少两个货架定位码，所述控制器计算所述叉车的叉车臂与所述货架的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货架的货架位置对准。2.根据权利要求1所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取系统，其特征在于:所述货物托盘包括叉车臂连接部，所述货物定位二维码包括设置在所述叉车臂连接部的两端的第一货物定位码和第二货物定位码;所述托盘检测系统检测所述货物托盘的第一货物定位码和第二货物定位码，所述控制器计算所述叉车的叉车臂与所述货物托盘的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货物托盘对准。3.根据权利要求2所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取系统，其特征在于:所述叉车臂连接部包括左插孔和右插孔，所述第一货物定位码靠近所述左插孔设置，所述第二货物定位码靠近所述右插孔设置。4.根据权利要求3所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取系统，其特征在于:所述货架定位码包括设置在所述托盘搁置部两端的第一货架定位码和第二货架定位码，所述托盘检测系统检测所述第一货架定位码和第二货架定位码，所述控制器计算所述叉车的叉车臂与所述货架的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货架的货架位置对准。5.根据权利要求4所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取系统，其特征在于:所述第一货架定位码设置在所述托盘搁置部的左部，所述第二货架定位码设置在所述托盘搁置部的右部。6.根据权利要求1所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取系统，其特征在于:还包括信息二维码，所述信息二维码包括设置在所述货物托盘上的货物信息码;所述托盘检测系统检测所述货物信息码，判断设有所述货物信息码的货物托盘是否为目标托盘。7.根据权利要求6所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取系统，其特征在于:所述货物信息码设置在所述货物托盘的中部。8.根据权利要求6所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取系统，其特征在于:所述信息二维码包括设置在所述托盘搁置部上的货架信息码;所述托盘检测系统检测所述货架信息码，判断设有所述货架信息码的货架是否为目标货架。9.根据权利要求8所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取系统，其特征在于:所述货架信息码设置在所述托盘搁置部的中部。10.—种基于二维码定位的货物托盘存取方法，适用于包括由货物托盘的货物定位码、货物信息码，货架的货架定位码、货架信息码，以及叉车的托盘检测系统组成的货物托盘存取系统;其特征在于:在货物托盘的存放操作和取出操作中:通过所述托盘检测系统检测货物托盘的货物定位码，并根据所述货物定位码将叉车臂与所述货物托盘配准;通过所述托盘检测系统检测托盘搁置部的货架定位码，并根据所述货架定位码将叉车臂与所述货架的货架位置配准。11.根据权利要求10所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取方法，其特征在于:所述托盘检测系统检测所述货物托盘的至少两个货物定位码，叉车的控制器计算叉车臂与所述货物托盘的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货物托盘对准;所述托盘检测系统检测所述货架的至少两个货架定位码，叉车的控制器计算所述叉车的叉车臂与所述货架的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述货架的货架位置对准。12.根据权利要求11所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取方法，其特征在于:叉车臂与货物托盘的相对位置包括:叉车臂中心与货物托盘中心之间的水平距离1^、垂直距离1、以及竖直距离出，叉车臂平面与所述货架之间的夹角a1;叉车臂与货架的相对位置包括:叉车臂中心与托盘搁置部中心之间的水平距离L2、垂直距离W2、以及竖直距离H2,叉车臂平面与所述货架之间的夹角a2。13.根据权利要求11所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取方法，其特征在于:所述控制器计算所述叉车臂与所述货物托盘的第一货物定位码的第一相对位置，以及所述叉车臂与所述货物托盘的第二货物定位码的第二相对位置，并根据所述第一相对位置和所述第二相对位置计算所述叉车臂与所述货物托盘的相对位置。14.根据权利要求11所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取方法，其特征在于:所述控制器计算所述叉车臂与所述托盘搁置部的第一货架定位码的第三相对位置，以及所述叉车臂与所述托盘搁置部的第二货架定位码的第四相对位置，并根据所述第三相对位置和所述第四对位置计算所述叉车臂与所述货架的相对位置。15.根据权利要求10或11或12或13或14所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取方法，其特征在于:所述货物托盘存放操作包括: 所述托盘检测系统根据用户输入的目标货物托盘的编码信息，搜索目标货物托盘； 所述托盘检测系统检测所述目标货物托盘的定位二维码； 叉车的控制器计算叉车臂与所述目标货物托盘的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述目标货物托盘配准； 所述控制器控制所述叉车臂叉取所述目标货物托盘； 所述控制器控制所述叉车移动至目标货架位置附近； 所述托盘检测系统根据用户输入的目标货架位置的编码信息，搜索目标货架； 所述托盘检测系统检测所述目标货架的定位二维码； 叉车的控制器计算叉车臂与所述目标货架的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述目标货架位置配准； 所述控制器控制所述叉车臂将所述目标货物托盘放置在所述目标货架位置上。16.根据权利要求10或11或12或13或14所述的一种基于二维码定位的货物托盘存取方法，其特征在于:所述货物托盘的取出操作包括: 所述托盘检测系统根据用户输入的目标货架位置的编码信息，搜索目标货架； 所述托盘检测系统检测所述目标货架的定位二维码； 叉车的控制器计算叉车臂与所述目标货架的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述目标货架位置配准； 所述托盘检测系统根据用户输入的目标货物托盘的编码信息，搜索目标货物托盘； 所述托盘检测系统检测所述目标货物托盘的定位二维码； 叉车的控制器计算叉车臂与所述目标货物托盘的相对位置，并根据所述相对位置调整所述叉车臂与所述目标货物托盘配准； 所述控制器控制所述叉车臂叉取将所述目标货物托盘。
【文档编号】B66F9/075GK106044645SQ201610620160
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月2日
【发明人】杨明, 周学军, 武文汉, 周敏龙, 王冰
【申请人】诺力机械股份有限公司, 上海交通大学