基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法

本申请涉及物流输送设备自动化，具体涉及基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法。

背景技术：

1、由滚轮阵列组合而成的分拣机有多种类型。带动力的滚轮阵列分拣机，一般滚轮阵列的各滚轮动力来自分拣机系统的一个或几个电机传动机构；各滚轮方向角调整控制依靠一组或几组气动或电动连杆机构。此类滚轮分拣机的特点是滚轮成排或成片区得到轮速和方向角控制，且方向角控制受限于机械机构，仅能实现一个或几个特定角位调整，因此也很大程度地限制了滚轮分拣机在物流传输线上的应用。

技术实现思路

1、本发明依托由滚轮单元阵列、光电传感器阵列组合而成的分拣机，针对物流货物传输控制目标而形成的自动控制系统，实现货物按需传输控制，提出了基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法。

2、本申请是通过以下技术措施来实现的：基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法，多个滚轮单元在分拣机工作台面上形成滚轮阵列，每个滚轮单元周围设有用于检测目标货物位姿的光电传感器，所有光电传感器组合形成光电传感器阵列；分拣机以多滚轮协同驱动方式控制目标货物移动，通过光电传感器阵列检测目标货物在滚轮阵列上的位姿，以位姿作为控制输入量，针对货物特定移动控制需求，建立相对应的货物移动控制数学模型；通过分析目标货物位姿，计算对应滚轮单元的控制参数，确定每一控制节拍涉及相关滚轮单元的轮速和方向角控制矢量，通过对滚轮单元的运动控制，实现目标货物的移动控制。

3、作为优选，所述滚轮单元包括用于驱动货物的包覆橡胶层的外转子电机、用于调整电机转动方向的舵机以及用于控制电机、舵机的从控制器；每个滚轮单元的周边设置有4个光电传感器，4个光电传感器与对应滚轮单元的从控制器电连接；每个从控制器采用唯一id编码与主控制器通讯连接；目标货物相对每个电机的位姿信号通过从控制器传输至主控制器，主控制器进行目标货物传输状态分析并确定触及目标货物的滚轮单元，并将货物位姿信息广播传输至各滚轮单元的从控制器，由从控制器分别计算对应滚轮单元的控制参数并向从控制器发出滚轮单元轮速和方向角控制指令，通过电机和舵机实现运行状态的调整。

4、作为优选，所述货物移动控制数学模型包括，在分拣机工作台面定义二维坐标系、货物移动相对坐标系，建立滚轮位置坐标矩阵、光电传感器位置坐标矩阵、货物位姿信息矩阵、货物位检测赋值矩阵以及滚轮单元速度控制矩阵；将货物传输分解为相对坐标系的平移和旋转两种基本运动方式。

5、作为优选，将基于分拣机工作台面二维坐标系驱动货物平移和基于相对坐标系驱动货物绕中心旋转统一表达并映射为对应滚轮单元的速度控制矢量，以现有货物位姿信息比较货物移动目标给定后，给出货物移动控制相关各对应滚轮驱动的速度控制矢量集合。

6、作为优选，在滚轮与目标货物间无打滑及货物中心移动速度与滚轮轮速成比例的前提下，滚轮单元速度控制矢量中目标货物的平移速度、目标货物在相对坐标系中的旋转角速度，均依据各滚轮与目标货物之间的相对位置关系，比较控制给定目标后计算确定。

7、作为优选，所述控制参数的配置方法:货物平移运动，各相关滚轮速度控制矢量按平移速度和方向控制要求给出；货物在相对坐标系中旋转运动，各相关滚轮速度控制矢量按围绕旋转中心旋转的既定角速度ω及与旋转圆切线方向一致的滚轮方向角给出；货物复合运动控制，各相关滚轮速度控制矢量结合平移和旋转算法，按滚轮控制节拍落实滚轮驱动控制量。

8、作为优选，所述货物特定移动控制需求包括传输分拣、拉距、双列传输、调整货物姿态、按轨迹传输中的一种或多种。

9、作为优选，遍历光电传感器阵列实现货物覆盖区域判定、轮廓拟合、中心点计算及货物堆叠形态辨识，确定特定时刻目标货物在分拣机工作台面坐标系下的相对位姿。

10、作为优选，所述光电传感器阵列中每一个光电传感器按物体接近程度检测给予赋值，以0表示传感器未检测到物体，以1表示检测到物体触及滚轮覆盖；为分辨两件及两件以上堆叠货物被架空情况，依据传感器检测货物接近程度设定0.3、0.5、0.7三个过渡等级，从而分析确定货物全触底区和其它架空区，即目标货物在滚轮阵列上的位姿。

11、本申请的有益效果：

12、(1)本发明建立基于滚轮阵列分拣机的多滚轮协同货物移动控制数学模型，基于分拣机台面建立二维坐标系，将涉及的滚轮单元及光电传感器位置坐标化，分别构建滚轮单元中心及光电传感器位置坐标矩阵；建立针对货物移动的相对坐标系，并基于货物移动即为二维坐标系中平面移动、相对坐标系中旋转合成的概念，构建了滚轮单元速度控制矩阵，明确了滚轮单元在相对坐标系中实施货物移动控制的映射关系，使得多滚轮协同控制成为可能。

13、(2)本发明提供了一种货物位姿检测及轮廓拟合方法，依托光电传感器检测物体接近程度的能力，在0～1范围内细分五个等级对传感器阵列进行赋值。针对单件货物实施例，将赋值矩阵中所有赋值为1的元素映射到位置坐标矩阵，通过比较横坐标及纵坐标大小的方式，得到横坐标最小的光电传感器坐标、横坐标最大的光电传感器坐标、纵坐标最小的光电传感器坐标、纵坐标最大的光电传感器坐标，分别近似为货物的四个角点，进而得到包含货物中心坐标及货物偏转角度的货物位姿信息矩阵，并对货物轮廓进行拟合，为本发明控制方法形成检测闭环创造了条件。

14、(3)本发明基于货物位姿检测方法和多滚轮协同的移动控制模型，将货物的各类移动控制归结为平面移动和相对旋转的组合控制，给出货物覆盖区单个滚轮速度控制策略和控制矢量的确定方法，以结合货物位姿检测实现多滚轮协同的分步控制，为本控制方法提供了理论支持。

15、(4)本发明所述控制方法可应用于布局有滚轮阵列分拣机的滚轮物流传输线，实现货物传输、分拣、拉距、双列传输、旋转等的自动控制，在优化控制方法加持下，可显著提高物流线运行效率。

技术特征：

1.基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法，其特征在于，多个滚轮单元在分拣机工作台面上形成滚轮阵列，每个滚轮单元周围设有用于检测目标货物位姿的光电传感器，所有光电传感器组合形成光电传感器阵列；分拣机以多滚轮协同驱动方式控制目标货物移动，通过光电传感器阵列检测目标货物在滚轮阵列上的位姿，以位姿作为控制输入量，针对货物特定移动控制需求，建立相对应的货物移动控制数学模型；通过分析目标货物位姿，计算对应滚轮单元的控制参数，确定每一控制节拍涉及相关滚轮单元的轮速和方向角控制矢量，通过对滚轮单元的运动控制，实现目标货物的移动控制。

2.根据权利要求1所述的基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法，其特征在于，所述滚轮单元包括用于驱动货物的包覆橡胶层的外转子电机、用于调整电机转动方向的舵机以及用于控制电机、舵机的从控制器；

3.根据权利要求1所述的基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法，其特征在于，所述货物移动控制数学模型包括，在分拣机工作台面定义二维坐标系和货物移动相对坐标系，建立滚轮位置坐标矩阵、光电传感器位置坐标矩阵、货物位姿信息矩阵、货物位检测赋值矩阵以及滚轮单元速度控制矩阵；将货物传输分解为相对坐标系的平移和旋转两种基本运动方式。

4.根据权利要求3所述的基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法，其特征在于，将基于分拣机工作台面二维坐标系驱动货物平移和基于相对坐标系驱动货物绕中心旋转统一表达并映射为对应滚轮单元的速度控制矢量，以现有货物位姿信息比较货物移动目标给定后，给出货物移动控制相关各对应滚轮驱动的速度控制矢量集合。

5.根据权利要求4所述的基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法，其特征在于，在滚轮与目标货物间无打滑及货物中心移动速度与滚轮轮速成比例的前提下，滚轮单元速度控制矢量中目标货物的平移速度、目标货物在相对坐标系中的旋转角速度，均依据各滚轮与目标货物之间的相对位置关系，比较控制给定目标后计算确定。

6.根据权利要求3所述的基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法，其特征在于，所述控制参数的配置方法:

7.根据权利要求1所述的基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法，其特征在于，所述货物特定移动控制需求包括传输分拣、拉距、双列传输、调整货物姿态、按轨迹传输中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法，其特征在于，遍历光电传感器阵列实现货物覆盖区域判定、轮廓拟合、中心点计算及货物堆叠形态辨识，确定特定时刻目标货物在分拣机工作台面坐标系下的相对位姿。

9.根据权利要求8所述的基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法，其特征在于，所述光电传感器阵列中每一个光电传感器按物体接近程度检测给予赋值，以0表示传感器未检测到物体，以1表示检测到物体触及滚轮覆盖；为分辨两件及两件以上堆叠货物被架空情况，依据传感器检测货物接近程度设定0.3、0.5、0.7三个过渡等级，从而分析确定货物全触底区和其它架空区，即目标货物在滚轮阵列上的位姿。

技术总结
本申请公开了基于滚轮阵列分拣机实现货物传输的自动控制方法，多个滚轮单元在分拣机工作台面上形成滚轮阵列，每个滚轮单元周围设有用于检测目标货物位姿的光电传感器，所有光电传感器组合形成光电传感器阵列；分拣机以多滚轮协同驱动方式控制目标货物移动，通过光电传感器阵列检测目标货物在滚轮阵列上的位姿，以位姿作为控制输入量，针对货物特定移动控制需求，建立相对应的货物移动控制数学模型；通过分析目标货物位姿，计算对应滚轮单元的控制参数，确定每一控制节拍涉及相关滚轮单元的轮速和方向角控制矢量，通过对滚轮单元的运动控制，实现目标货物的移动控制。

技术研发人员：杨其华,胡淼灿,李锐鹏,袁月峰,郑凯
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22