本发明涉及机械自动化技术领域，特别涉及一种全自动拆垛系统。
背景技术：
拆垛属于工厂生产物流运输必不可少的一个步骤，目前还是主要以人工拆垛为主，而人工拆垛劳动强度大，效率低下，特别是有毒、有害环境下；同时由于劳动力成本的上升和市场竞争等，都要求企业必须提高生产效率，由人工转向自动化。拆垛机能为企业生产提供更广的生产空间和更多的生产时间，把可控生产落实到工业生产的每一步，为企业带来更宏观的经济效益。
然而目前的拆垛机往往尺寸较大，只能固定在特定的地点进行拆垛，需要较大的空间和成本，而且也不够灵活，当货物更换时，难以进行安全快速的拆垛。而且拆垛需求是可以发生在工厂和中转仓库的任何不固定位置的地方，固定式的器材无法使用。
技术实现要素：
为解决以上问题，本发明提供了一种全自动拆垛系统。
本发明提供的一种全自动拆垛系统，包括：
移动平台，用于进行系统的移动；
升降平台，水平固定设置于移动平台上，用于放置被抓取的货物；
抓取机构，设置于升降平台上，用于抓取货物并将其水平移动至升降平台；
控制单元，用于根据处理单元的处理指令控制移动平台、升降平台的移动以及抓取机构的移动和抓取；
识别模块，用于识别货物的轮廓和抓取点；
处理单元，用于根据识别模块识别出的货物的轮廓和抓取点得到对抓取机构的抓取控制指令和对升降平台的升降控制指令，并将所述抓取控制指令和所述升降控制指令发送至控制单元，由控制单元进行抓取机构的移动和抓取控制以及升降平台的升降控制，还用于根据预设的规则设定移动控制指令，并将所述移动控制指令发送至控制单元，由控制单元控制移动平台的移动。
优选的，
所述升降平台，还带有伸缩平台，所述伸缩平台用于扩展升降平台的边界；
所述识别模块，还用于识别货物堆垛的位置和形状；
所述处理单元，还用于根据所述货物堆垛的位置和形状得到升降控制指令和伸缩平台的伸缩控制指令，所述升降控制指令包括使升降平台升降到最高层货物的底部位置，所述伸缩控制指令包括使伸缩平台移动直到接触最高层货物的底部位置。
优选的，
所述识别模块，还用于识别货物堆垛的位置和形状；
所述处理单元，还用于根据所述货物堆垛的位置和形状，得到移动平台的第一移动控制指令，所述第一移动控制指令用于控制所述移动平台使升降平台的靠近拆垛一侧的边与由货物的多个抓取点所确定的连线或平面平行。
优选的，
所述识别模块，还用于通过计算机视觉识别拆卸的货物所要放置的位置；
所述处理单元，还用于根据所述货物所要放置的位置，得到移动平台的第二移动控制指令，所述第二移动控制指令包括按预设的生成规则生成移动平台的移动指令。
优选的，
所述抓取机构，包括2个或2个以上的抓取器；
所述识别模块，还用于识别当前被拆卸的货物的运动，所述运动的识别方法包括通过计算机视觉进行识别；
所述处理单元，还用于根据所述货物的运动，得到抓取器的控制指令，包括：
当货物的运动中的转动分量中的旋转角度不大于旋转阈值时，处理单元得到的抓取器的控制指令用于控制抓取器保持运动状态直至将货物抓取到升降平台上的目标位置，所述目标位置由处理单元根据预设的货物排列规则确定；
当货物的运动中的转动分量中的旋转角度大于旋转阈值时，处理单元得到的抓取器的控制指令用于调整抓取器之间的相对位置使货物的运动中的转动分量中的旋转角度不大于旋转阈值，之后抓取器以相同的速度拖动货物直至将货物抓取到升降平台上的目标位置，所述目标位置由处理单元根据预设的货物排列规则确定。
优选的，
所述抓取机构，设置有力传感器，用于测量移动货物时所用的力；
所述识别模块，还用于识别当前被拆垛的剩余货物的高度以及升降平台上货物的高度；
所述移动平台或所述升降平台上设有重量测量装置，用于测量当前系统上所载货物的重量；
所述处理单元，还用于根据重量测量装置的测量结果得到每一件货物的重量，根据识别模块得到每一件货物的高度，以及确定停止抓取条件，所述停止抓取条件包括：
移动货物时所用的力超过预设的拉力警戒值；或
被拆垛的剩余货物的高度小于预设的高度检测值；或
升降平台上货物的高度大于预设的第一高度阈值与一件货物高度的差值；或
升降平台上货物的重量大于预设的第一重量阈值与一件货物重量的差值。
优选的，
所述识别模块，还用于识别货物包装的下方面积以及货物包装的材质，货物包装的材质的识别方法为：将货物包装的图像特征与处理单元中预存的每种包装材质的图像特征进行对比，当与某种包装材质的图像特征的差值最小且低于预设值时，所述包装材质即为被识别的货物包装的材质；
所述处理单元，还用于根据货物包装的下方面积以及货物包装的材质设定货物的拉力警戒值，所述设定方法为：查询处理单元中预存的货物包装的材质所对应的单位面积拉力警戒值，用此单位面积拉力警戒值乘以货物包装的下方面积得到货物的拉力警戒值。
优选的，
所述处理单元，还用于根据移动货物时所用的力和一件货物的重量得到移动平台的速度和加速度限制，所述速度和加速度限制为：
离心加速度和前进加速度的矢量和的幅值与一件货物的质量之积小于移动货物时所用的力；其中，离心加速度由系统的移动速度和系统的转向角度得到，一件货物的质量由一件货物的重量得到。
可选的，所述抓取机构包括第一机械臂、第二机械臂和抓取器，所述第一机械臂的一端通过第一驱动电机与所述升降平台转动连接，所述第二机械臂通过第二驱动电机转动连接于第一机械臂，所述抓取器连接设于所述第二机械臂远离第二驱动电机的一端；
处理单元根据货物的抓取点和升降平台之间的位置关系确定移动货物时的拆垛路径和拆垛方向，并确定所述第一驱动电机与所述拆垛路径之间的垂直距离d；
在所述抓取机构的抓取器抓取到货物后，处理单元控制所述第一驱动电机顺时针匀速转动，并实时确定所述第一机械臂的外展方向与所述拆垛方向之间的第一夹角α，所述第一机械臂的外展方向为从所述第一驱动电机到所述第二驱动电机的方向；
所述处理单元还用于通过控制所述第二驱动电机的转动实时调整所述第二机械臂的外展方向与所述第一机械臂的外展方向之间的第二夹角β，所述第二机械臂的外展方向为从所述第二驱动电机到所述抓取器的方向，且：
其中，l1为所述第一机械臂的长度，l2为所述第二机械臂的长度，且第二机械臂的外展方向与拆垛方向之间的夹角为钝角，
当所述货物被移动到所述升降平台的预设位置处后，所述处理单元控制所述第一驱动电机和所述第二驱动电机停止工作；
当
本发明的一些有益效果可以包括：
本发明提供的一种全自动拆垛系统，能够解决现有拆垛设备只能在固定地点进行拆垛，不够灵活的问题，能够在工厂、中转仓库实现不固定位置的拆垛操作。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种全自动拆垛系统的示意图；
图2为本发明另一实施例中一种全自动拆垛系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中一种全自动拆垛系统的俯视示意图；
图中，1：移动平台；2：升降平台；3：抓取机构；4：自动识别镜头；2-1：升降机构；2-2：平台面；3-1：抓取器；3-2：第一机械臂；3-3：第二机械臂；3-4：第一驱动电机；3-5：第二驱动电机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明实施例中一种全自动拆垛系统的示意图。如图1所示，本发明提供的一种全自动拆垛系统，包括：
移动平台，用于进行系统的移动；
升降平台，水平固定设置于移动平台上，用于放置被抓取的货物；
抓取机构，设置于升降平台上，用于抓取货物并将其水平移动至升降平台；
控制单元，用于根据处理单元的处理指令控制移动平台、升降平台的移动以及抓取机构的移动和抓取；该控制单元可以设置于移动平台、升降平台或抓取机构上，具体根据实际情况而定；
识别模块，用于识别货物的轮廓和抓取点；
处理单元，用于根据识别模块识别出的货物的轮廓和抓取点得到对抓取机构的抓取控制指令和对升降平台的升降控制指令，并将所述抓取控制指令和所述升降控制指令发送至控制单元，由控制单元进行抓取机构的移动和抓取控制以及升降平台的升降控制，还用于根据预设的规则设定移动控制指令，并将所述移动控制指令发送至控制单元，由控制单元控制移动平台的移动。预设的规则包括从移动起点到移动目标点的移动路径设置，包括以棋盘格的方式布置移动区域内的所有移动路径，从中选取需要改变方向最少的路径，并在其中随机选取一条或多条路径作为移动路径和备选移动路径，预设的规则还包括以预设的速度进行移动平台的移动。
为了增加系统的移动能力，需要降低系统移动部分的重量，将识别模块的计算部分和处理单元设置于移动平台之外，通过无线网络与移动平台上的部件进行通信，从而可以增加系统的移动能力。
通过使用移动平台，增加拆垛系统的灵活性，实现在非特定地点的拆垛，而通过使用处理单元和识别模块，通过计算机视觉等技术调整移动平台、升降平台和拆垛机构的运动，从而能够灵活的实现对不同货物堆垛的拆垛操作。而且，抓取机构使用拖拉操作移动货物，抓取机构可以采用轻型的步进马达，可以使设备小型化，避免提起操作所需的大型设备，从而降低了系统的重量和体积，进一步的增加了系统的移动能力。
在本发明的另一个实施例中，如图2所示，本发明提供的一种全自动拆垛系统，包括：移动平台1；升降平台2，水平固定设于移动平台1上表面上，并且其位于顶端的台面沿竖直方向升降运动设置；抓取机构3，所述抓取机构3分布于所述升降平台2一端部的台面一侧，并且其靠近相应侧边缘的端部均被驱动并可转动，所述抓取机构3另一端设置有用于拿取货物的抓取器3-1；所述抓取机构3包括第一机械臂3-2和第二机械臂3-3，所述第一机械臂3-2一端通过第一驱动电机3-4与所述升降平台2转动连接，所述第二机械臂3-3垂直连接所述第一机械臂3-2并且通过第二驱动电机3-5转动连接于第一机械臂3-2，所述抓取器3-1连接设于所述第二机械臂3-3远离第一机械臂3-2的一端；所述第一机械臂3-2和所述第二机械臂3-3在同一平面移动，该平面可以为固定的平面，具体可以是一个水平面。所述升降平台2包括水平固定设于移动平台的上表面上的升降机构2-1，以及固定设于所述升降机构2-1顶端面上的平台面2-2；所述抓取机构3靠近抓取器3-1端设有自动识别镜头4；自动识别镜头4和远程的计算设备组成了识别模块，控制单元控制抓取器3-1、第一驱动电机3-4、第二驱动电机来进行控制，远程的计算设备作为处理单元实现系统的控制。
为了能够将货物水平且直线移动至升降平台，本发明实施例中的全自动拆垛系统中的识别模块在识别出货物的抓取点之后，还执行如下操作：
处理单元根据货物的抓取点和升降平台之间的位置关系确定移动货物时的拆垛路径和拆垛方向，并确定所述第一驱动电机3-4与所述拆垛路径之间的垂直距离d；
在所述抓取机构的抓取器3-1抓取到货物后，处理单元控制所述第一驱动电机3-4顺时针匀速转动，并实时确定所述第一机械臂3-2的外展方向与所述拆垛方向之间的第一夹角α，所述第一机械臂3-2的外展方向为从所述第一驱动电机3-4到所述第二驱动电机3-5的方向；
所述处理单元还用于通过控制所述第二驱动电机3-5的转动实时调整所述第二机械臂3-3的外展方向与所述第一机械臂3-2的外展方向之间的第二夹角β，所述第二机械臂3-3的外展方向为从所述第二驱动电机3-5到所述抓取器3-1的方向，且：
其中，l1为所述第一机械臂的长度，l2为所述第二机械臂的长度，且第二机械臂的外展方向与拆垛方向之间的夹角为钝角，
当所述货物被移动到所述升降平台的预设位置处后，所述处理单元控制所述第一驱动电机3-4和所述第二驱动电机3-5停止工作；
当
具体的，为了保证抓取器3-1可以直线型地移动货物至升降平台上，需要使得抓取机构的抓取器3-1沿直线运动。如图3所示，图3为俯视该拆垛系统的一种示意图，图3中的实线箭头方向表示拆垛方向，经过抓取器3-1的实线箭头表示拆垛路径；第一驱动电机3-4与拆垛路径之间的垂直距离为d，此时：
d＝l1sinα+l2sin(α+β)；
由上式可知，
其中，l1为第一机械臂3-2的长度，l2为第二机械臂3-3的长度，α表示第一机械臂3-2的外展方向与拆垛方向之间的第一夹角，所述第一机械臂3-2的外展方向为从所述第一驱动电机3-4到所述第二驱动电机3-5的方向；β表示第二机械臂3-3的外展方向与第一机械臂3-2的外展方向之间的第二夹角，所述第二机械臂3-3的外展方向为从所述第二驱动电机3-5到所述抓取器3-1的方向。同时，为了保证第二机械臂3-3不会碰触到货物，第二机械臂3-3的外展方向与拆垛方向之间的夹角为钝角；如图3所示，即90°≤α+β＜180°，即
在工作过程中，第一驱动电机3-4顺时针匀速转动(此处的顺时针对应的方向为可以使得第一角度α减小的方向)，处理单元不需要过多关注第一驱动电机3-4的动作。同时，处理单元根据上述式子实时确定第二角度β，计算量小，计算速度快，可以通过控制第二驱动电机3-5的转动快速使得两个机械臂之间的夹角为β，使得抓取器3-1一直位于拆垛路径上，保证直线型拆垛。
在货物移动到升降平台上之后，当第二机械臂3-3的外展方向与拆垛方向垂直时，此时第一驱动电机3-4继续工作会导致抓取器3-1的移动路径弯曲；或者需要第一驱动电机3-4逆时针转动、且第二驱动电机3-5顺时针转动才可以保证移动路径正常，但此时容易出现第二机械臂3-3碰触到货物的问题。因此，本发明实施例中将此状态作为工作结束的临界点。
此时，d＝l1sinα+l2，即
本发明实施例中，货物可以水平直线型移动至升降平台上，可以使得货物平稳地移动至升降平台，可靠性高；同时，第一驱动电机可以设置为匀速转动，处理单元只需要控制第一驱动电机的起停即可，通过简单的算法来控制第二驱动电机的转动，处理单元的计算量小，处理效率高。同时，第一驱动电机匀速转动时，抓取器的移动加速度的变化范围不大，可以保证抓取器顺利将货物移动至升降平台。
为了能够更好的对不太规则的货物堆垛进行拆垛，如锥形堆垛的货物，而拖拉操作需要货物下面垫有支撑结构，为了能够在锥形堆垛等情况下保证拖拉操作都有支撑结构对货物进行支持，在本发明的一个实施例中，
所述升降平台，还带有伸缩平台，所述伸缩平台用于扩展升降平台的边界；
所述识别模块，还用于识别货物堆垛的位置和形状；
所述处理单元，还用于根据所述货物堆垛的位置和形状得到升降控制指令和伸缩平台的伸缩控制指令，所述升降控制指令包括使升降平台升降到最高层货物的底部位置的指令，所述伸缩控制指令包括使伸缩平台移动直到接触最高层货物的底部位置的指令。
为了能够在自动拆垛时提高拆垛效率，需要尽量保证系统停在拆垛货物旁边能够尽量拆取更多的货物，为了达到这一目的，在本发明的一个实施例中，
所述识别模块，还用于识别货物堆垛的位置和形状；
所述处理单元，还用于根据所述货物堆垛的位置和形状，得到移动平台的第一移动控制指令，所述第一移动控制指令用于通过控制所述移动平台使升降平台的靠近拆垛一侧的边与由货物的多个抓取点所确定的连线或平面平行。
为了能够利用已经存在的传送带等以提高效率，需要系统能够找到合适的拆垛后的货物的放置点，为了达到这一目的，在本发明的一个实施例中，
所述识别模块，还用于通过计算机视觉识别拆卸的货物所要放置的位置；还可以用rfid(radiofrequencyidentification，射频识别)等定位技术确定拆卸的货物所要放置的位置；
所述处理单元，还用于根据所述货物所要放置的位置，得到移动平台的第二移动控制指令，所述第二移动控制指令包括按预设的生成规则生成移动平台的移动指令。预设的生成规则包括将移动平台按预设的速度移动直到升降平台的卸货方向的边界与货物所要放置的位置之间的距离小于预设值，所述预设值小于货物长度的一半，且小于货物宽度的一半。
为了避免在拆垛时，所拆卸的货物放置不整，造成拆垛的货物堆放效率低甚至堆放不稳定等问题，在本发明的一个实施例中，
所述抓取机构，包括2个或2个以上的抓取器；
所述识别模块，还用于识别当前被拆卸的货物的运动，所述运动的识别方法包括通过计算机视觉进行识别；
所述处理单元，还用于根据所述货物的运动，得到抓取器的控制指令，包括：
当货物的运动中的转动分量中的旋转角度不大于旋转阈值时，处理单元得到的抓取器的控制指令用于控制抓取器保持运动状态直至将货物抓取到升降平台上的目标位置，所述目标位置由处理单元根据预设的货物排列规则确定；
当货物的运动中的转动分量中的旋转角度大于旋转阈值时，处理单元得到的抓取器的控制指令用于调整抓取器之间的相对位置使货物的运动中的转动分量中的旋转角度不大于旋转阈值，之后抓取器以相同的速度拖动货物直至将货物抓取到升降平台上的目标位置，所述目标位置由处理单元根据预设的货物排列规则确定。预设的货物排列规则确定包括每堆货物包含的货物数量以及每件货物的放置空间位置。
为了防止堆放过高、过重等问题的出现，导致系统无法移动，在本发明的一个实施例中，
所述抓取机构，设置有力传感器，用于测量移动货物时所用的力；
所述识别模块，还用于识别当前被拆垛的剩余货物的高度以及升降平台上货物的高度；
所述移动平台或所述升降平台上设有重量测量装置，用于测量当前系统上所载货物的重量；
所述处理单元，还用于根据重量测量装置的测量结果得到每一件货物的重量，根据识别模块得到每一件货物的高度，以及确定停止抓取条件，所述停止抓取条件包括：
移动货物时所用的力超过预设的拉力警戒值；或
被拆垛的剩余货物的高度小于预设的高度检测值；或
升降平台上货物的高度大于预设的第一高度阈值与一件货物高度的差值；或
升降平台上货物的重量大于预设的第一重量阈值与一件货物重量的差值。
由于有些包装在较大的摩擦力下会损坏，为了避免这种情况的出现，需要判断包装的材质和能承受的摩擦力，为了达到这一目的，在本发明的一个实施例中，
所述识别模块，还用于识别货物包装的下方面积以及货物包装的材质，货物包装的材质的识别方法为：将货物包装的图像特征与处理单元中预存的每种包装材质的图像特征进行对比，当与某种包装材质的图像特征的差值最小且低于预设值时，所述包装材质即为被识别的货物包装的材质；
所述处理单元，还用于根据货物包装的下方面积以及货物包装的材质设定货物的拉力警戒值，所述设定方法为：查询处理单元中预存的货物包装的材质所对应的单位面积拉力警戒值，用此单位面积拉力警戒值乘以货物包装的下方面积得到货物的拉力警戒值。
由于系统移动时，平台上的货物会受到横向力的作用，为了防止这种横向的力过大导致货物滑落，在本发明的一个实施例中，
所述处理单元，还用于根据移动货物时所用的力和一件货物的重量得到移动平台的速度和加速度限制，所述速度和加速度限制为：
离心加速度和前进加速度的矢量和的幅值与一件货物的质量之积小于移动货物时所用的力；其中，离心加速度由系统的移动速度和系统的转向角度得到，一件货物的质量由一件货物的重量得到。
本发明提供的一种全自动拆垛系统，能够解决现有拆垛设备只能在固定地点进行拆垛，不够灵活的问题，能够在工厂、中转仓库实现不固定位置的拆垛操作。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。