一种整垛装车的智能重载装车系统及方法与流程

本发明涉及物品运输领域，尤其适合袋装物料的装车任务，特别地，涉及一种整垛装车的智能重载装车系统及方法。

背景技术：

随着工业生产自动化程度的不断提高，如袋装物料白灰、面粉、水泥、化肥、饲料、糖等产品的生产过程，已经实现了自动生产、自动包装和自动堆垛。当产品需要运输至其它地方存放或出货送至下一环节经销商时，需要将货物装车。目前这些袋装物料的车辆装载工作，仍然主要靠人力来完成。通常将产品堆垛于货架或托板上，当需要装车时则通过叉车将托板连同货物叉起放在货车的边缘处，然后再依靠人力将货物码至货车内部。无论是重量较大的物品还是危险品都会对工作人员存在较大的安全隐患。因此，开发一种实用性强、稳定性好、工作效率高、能减轻人力劳动强度的装载设备，实现袋装物料装车任务高效率、智能无人化，已经成为企业和社会需迫切解决的问题。

目前市面上的产品或专利均存在装车效率低、智能化程度不足等缺点：

秦皇岛港丙码头改造为散化肥装卸专用码头，使用技术含量很高的移动式装车机，可将从灌包机出来的袋装化肥直接装载至火车车厢。装载范围大，可轻松完成袋装化肥的装载工作，但存在以下缺点：(1)采用单次抓取一袋/几袋肥料袋的装车方式，相同装车效率情况下，产品性价比低；(2)适应车厢规格单一，不具备自主识别车辆和车厢的功能。

亚泰集团通化水泥股份有限公司使用的zqd100型移动式袋装水泥装车机和安徽海螺集团使用的新型货台水泥装车机，可以将包装好的物料运送至运输车辆的上方，但物料堆垛到车斗内仍然需要人工来完成。

cn203806728u公开了一种装车机器人，汽车和输送轨道置于龙门吊下方，龙门吊通过地面辊道可实现x方向移动。机器抓手置于龙门吊上，可实现y、z方向的移动。但存在以下缺点：(1)没有视觉引导，只能适用提前测绘的有限车型，且需要汽车停靠精准；(2)机器抓手单次抓取一袋/几袋肥料袋的装车方式，装车效率低。

cn107352290a公开了一种包装箱自动装车机器人，通过龙门架下端的行走装置，深入车厢内部完成自动码垛。虽然该种装车设备的自动化程度较高，但存在以下缺点：(1)车辆位置适应性较差，需要车辆停靠精准；(2)采用伸缩式输送线的方式供给产品，受输送线效率限制，装车效率低；(3)履带式行走机构需要进入运动到火车车厢内部，对于车厢高度和月台高度一致性要求较高。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种整垛装车的智能重载装车系统及方法，以解决现有装车系统装车效率低、智能化程度不足的技术问题，如无法适应不同尺寸车辆的装车需求、无法满足自动装车需求。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种整垛装车的智能重载装车系统，包括:

机器视觉系统，通过布置于库房门前房梁上架设的至少两个相机的多目机器视觉系统采集车厢的尺寸参数及车厢上物料码垛后的实时位置信息，并将该信息传输至控制系统，进行视觉闭环控制；

重载装车机器人系统，用于执行控制系统指令，抓取堆垛好的物料垛，运送至车辆车厢上相应的堆放区域；

控制系统，用于接收机器视觉系统检测的信息，并控制重载装车机器人系统执行装车动作。

优选的，所述机器视觉系统包括至少两个图像采集相机组成的多目视觉系统，多目视觉系统的多个相机视场相互重合，设定相对固定的位置和角度，通过采集的图像进行车厢以及车厢上物料垛三维轮廓识别和定位。

优选的，所述重载装车机器人系统包括设于库房门前的天轨龙门桁架，在天轨龙门桁架上架设有机器人执行端和带有推出机构的执行夹爪；执行夹爪固定在机器人执行端上，可以跟随机器人执行端执行x、y、z三个方向移动。

优选的，所述执行夹爪包括叉齿、垂直设在叉齿上的推板组和通过交叉连杆连接的液压组件；所述叉齿插入托盘4中完成物料垛的净拾取。

优选的，所述托盘包括多个平行排列的矩形方管，矩形方管通过垂直分布的底板固定，在底板上的各矩形方管间距为开环空挡，叉齿可穿过托盘的开环空挡完成物料垛的净拾取。

优选的，所述天轨龙门桁架为双滑轨结构，机器人执行端滑动连接在双滑轨上。

本发明进而给出了一种整垛装车的智能重载装车方法，包括如下步骤：

1)司机将车辆停靠在天轨龙门桁架的装车走廊装车区域，处于机器视觉系统的相机视场内；

2)机器视觉系统的至少两个相机同时采集车辆图像，并传输至控制系统；

3)控制系统接收到机器视觉系统采集的图像信息，通过双目或多目交汇测量方法，计算获取车厢位置姿态、车厢尺寸以及车厢上物品位置、尺寸信息，并规划装车次序，并实时显示当前装车实况；

4)控制系统控制重载装车机器人系统的机器人执行端携带执行夹爪沿x、y、z方向的位置运动、抓取物料垛；

5)机器视觉系统至少两个相机同时采集物料垛图像，并传输至控制系统；

6)控制系统接收到机器视觉系统采集的图像信息，通过双目或多目交汇测量方法，计算机器人执行端执行路线和执行距离；如果机器人执行端运动到位，则进入下一步；否则返回步骤3)；

7)叉齿插入托盘的开环空挡，完成物料垛的净拾取；

8)控制系统控制机器人执行端携带执行夹爪运送物料垛至装车位置；

9)控制系统控制执行夹爪的液压组件带动交叉连杆使推板组推动物料垛脱离，配合机器人执行端的水平移动，实现车厢内的物料垛整齐摆放或堆叠。

两个工业相机的帧频固定，根据纸箱某一图像特征在第一工业相机及第二工业相机视场中在两帧图像的时间间隔内移动的像素数计算出纸箱移动的实际距离，利用该距离及工业相机的帧频信息解算出纸箱的移动速度。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1.本发明通过机器视觉系统和控制系统能够自动识别计算获取车厢位置姿态、车厢尺寸以及车厢上物品各项参数，并规划装车位置、次序，控制重载桁架机器人系统拾取物料工位的物料垛、运送物料垛至最优化的装车位置，最后完成车厢内的物料垛整齐摆放或堆叠，从而实现了完全无人化的智能装车，自动化程度高。

2.本发明重载桁架机器人系统可以实现装车区域内任意位置、任意物料垛姿态的装车作业，因此，只需要待装车辆停入装车区域即可，降低了对货车司机停靠精度要求，可以适应各种顶部开放车厢的自动装车需求。

3.本发明中重载桁架机器人携带执行夹爪拾取物料垛时，配合采用双面进叉免装卸托盘，完成物料垛的净拾取(不携带托盘)，即执行夹爪的叉齿穿过托盘的开环空挡后，将物料垛举升至一定高度；执行夹爪运送物料垛至指定位置后，利用推板将物料推送到货车车厢上，从而实现免托盘装车。

4.本发明采取整垛物料拾取和装车的实现方式，提前将物料码放成所需要的垛型，并运输至待装物料区域(通过自动送垛机构或者叉车)，然后通过重载桁架机器人进行整垛装车，大大缩短了车辆停靠等待装车的时间，效率高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是智能重载装车系统布局图；

图2是机器视觉系统和重载桁架机器人组成示意图；

图3是执行夹爪组成示意图；

图4是双面进叉免装卸托盘结构示意图；

图5是机器视觉系统闭环控制逻辑框图。

图1中：1、机器视觉系统；2、重载桁架机器人系统；3、控制系统；

图2中：1-1、相机ⅰ；1-2、相机ⅱ；2-1、天轨龙门桁架；2-2、机器人执行端；2-3、执行夹爪；

图3中：2-2-1、叉齿，2-2-2、推板组，2-2-3、交叉连杆，2-2-4、液压组件；

4-1、矩形方管，4-2、底板，4-3、开环空挡。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示,本发明的整垛装车的智能重载装车系统，包括机器视觉系统1、重载装车机器人系统2和控制系统3。其中，机器视觉系统，通过布置于库房门前房梁上架设的至少两个相机的多目机器视觉系统采集车厢的尺寸参数及车厢上物料码垛后的实时位置信息，并将该信息传输至控制系统，进行视觉闭环控制。重载装车机器人系统，用于执行控制系统指令，抓取堆垛好的物料垛，运送至车辆车厢上相应的堆放区域。控制系统，用于接收机器视觉系统检测的信息，并控制重载装车机器人系统执行装车动作。

其中机器视觉系统包括至少两个图像采集相机组成的多目视觉系统，多目视觉系统的多个相机视场相互重合，设定相对固定的位置和角度，通过采集的图像进行车厢以及车厢上物料垛三维轮廓识别和定位。

如图2所示，重载装车机器人系统包括设于库房门前的天轨龙门桁架2-1，在天轨龙门桁架2-1上架设有机器人执行端2-2和带有推出机构的执行夹爪2-3；执行夹爪2-3固定在机器人执行端2-2上，可以跟随机器人执行端2-2执行x、y、z三个方向移动。天轨龙门桁架2-1为双滑轨结构，机器人执行端2-2滑动连接在双滑轨上。

如图3所示，执行夹爪2-3包括叉齿2-2-1、垂直设在叉齿2-2-1上的推板组2-2-2和通过交叉连杆2-2-3连接的液压组件2-2-4；叉齿2-2-1插入托盘4中完成物料垛的净拾取。

如图4所示，托盘4包括多个平行排列的矩形方管4-1，矩形方管4-1通过垂直分布的底板4-2固定，在底板4-2上的各矩形方管4-1间距为开环空挡4-3，叉齿2-2-1可穿过托盘4的开环空挡4-3完成物料垛的净拾取。

控制系统3控制机器视觉系统1检测到司机将货车停入装车区域后，机器视觉系统1相机ⅰ1-1和相机ⅱ1-2采集车辆图像，控制系统3获取图像后，通过双目交汇的测量原理，计算获取车厢位置姿态、车厢长宽高度尺寸以及车厢上物品位置、长宽高等参数，并规划装车次序，并能够实时显示当前装车实况；控制系统3控制重载桁架机器人系统2的机器人执行端2-2携带执行夹爪2-3实现x、y、z方向的位置运动；执行夹爪2-3运行到取料区域，叉齿2-2-1穿过托盘4的开环空挡4-3，完成物料垛的净拾取；然后机器人执行端2-2携带执行夹爪2-3运送物料垛至装车位置；最后实现车厢内的物料垛整齐摆放或堆叠，完成免托盘装车。

见图5所示，本发明具体方案的实现步骤如下：

1)启动系统电源，控制系统3控制机器视觉系统1实时扫描检测是否有车辆进入装车区域，司机将车辆停靠在天轨龙门桁架2-1的装车走廊2-4装车区域，处于机器视觉系统的相机视场内；

2)机器视觉系统的至少两个相机同时采集车辆图像，并传输至控制系统3；

3)控制系统3接收到机器视觉系统2采集的图像信息，通过双目或多目交汇测量方法，计算获取车厢位置姿态、车厢尺寸以及车厢上物品位置、尺寸信息，并规划装车次序，并实时显示当前装车实况；

4)控制系统3控制重载装车机器人系统2的机器人执行端2-2携带执行夹爪2-3沿x、y、z方向的位置运动、抓取物料垛；

5)机器视觉系统至少两个相机同时采集物料垛图像，并传输至控制系统3；

6)控制系统3接收到机器视觉系统2采集的图像信息，通过双目或多目交汇测量方法，计算机器人执行端2-2执行路线和执行距离；如果机器人执行端2-2运动到位，则进入下一步；否则返回步骤3)；

7)叉齿2-2-1插入双面进叉免装卸托盘4的开环空挡4-3内(此时推板组处于收缩状态)，完成物料垛的免托盘物料净拾取；

8)控制系统3控制机器人执行端2-2携带执行夹爪2-3运送物料垛至装车位置；

9)控制系统3控制执行夹爪2-1的液压组件2-2-4带动交叉连杆2-2-3使推板组2-2-2推动物料垛脱离，配合机器人执行端2-2的水平移动，实现车厢内的物料垛整齐摆放或堆叠。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。