CN115783812A - 一种基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，空间直角坐标为XYZ坐标系，当装载车辆进入物料装车车道时，装车控制***进行装载车辆的数据检测，并将检测到的装载车辆的参数发送给装车控制***的码垛软件，码垛软件将输入的数据导入XYZ坐标系并进行坐标参数计算，确定码放垛型和码放层数。采用上述技术方案，采用统一的坐标***，装车码垛程序更加简单，垛型可以根据车厢情况很方便地切换，节约了调试和处理故障的时间，减少了90％的调试工作量，提高装车效率；装载车辆停车位置不需要人为干预，有效地减少了人为工作量；通用性强，各种垛型均适用；可实现袋装物料间断、多次装车。

Description

一种基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法

技术领域

本发明属于袋装物料装卸运输的技术领域。更具体地，本发明涉及一种基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法。

背景技术

在现有技术中，袋装物料的装车机器人自动装车，是通过工控机上的垛型软件读取PLC中的车厢长、宽、高、装车包数以及对应的程序号来生成垛型，然后将计算的垛型(包括偏移值和放包次数)再发送给PLC，装车机器人根据PLC给定的偏移值和放包次数，进入对应的码垛程序进行放包；还需根据当前的放包层数以及放包位置，调整放包的高度以及放包的姿态。装车机器人调试很繁琐，不同放包方法对应的码垛程序均需要标定，且每条车道的标定数据不一致。

图1为不同垛型的示意图。

对于车宽大于2100mm的车厢，装车机器人走横放+纵放垛型程序；如图1中的左边的垛型；

对于车宽在1800mm～2100mm之间的车厢，装车机器人走横放垛型程序；如图1中的中间的垛型；

对于车厢栏板为0的平板车车厢，装车机器人走横放+压包垛型程序，最后一层为压包；如图1中的右边的垛型；

从左往右依次为横放+纵放垛型、横放垛型和横放+压包垛型。

现有技术的装车机器人码垛存在的问题和缺陷是：

1、垛型由码垛软件生成以后，由PLC中转发给装车机器人，装车机器人根据PLC给出的码垛位置及放包次数，还需调整装车机器人的码垛程序，由于没有一个统一的坐标系，且不同垛型对应不同的码垛程序，调试工作量很大；

2、对装载车辆停车位置要求较高，车头车尾偏差不能超过3°，因为装车机器人程序只能以标准放包程序去放包，否则会影响垛型的平整性；

3、装载车辆装车过程中，如果出现故障，只能强制结束装车；

4、装车机器人横放、纵放和压包采用三个不同程序；

5、不同车道对应的码垛程序的标定值不一致，无法通用；

6、装车机器人码垛程序出现故障，现场人员维护困难，无法快速处理并排除故障。

发明内容

本发明提供一种基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，其目的是装车码垛过程采用统一坐标***，使装车控制程序更加简单，提高装车效率。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明的基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，所述的空间直角坐标为XYZ坐标系，其中，X为方向为车尾向车头的方向，Y为车厢横向，Z为车厢板朝上的方向；装载车辆在物料装车车道进行装车，物料装车车道与装车机器人运行地轨并列；所述的装载车辆进入所述的物料装车车道，装车控制***进行装载车辆的数据检测，并将检测到的装载车辆的参数发送给装车控制***的码垛软件，所述的码垛软件将输入的数据导入所述的XYZ坐标系并进行坐标参数计算，确定码放垛型和码放层数。

所述的装载车辆的参数包括车辆吨位、车厢长度、车厢宽度、车厢前后栏板高度、车厢左右栏板高度、车头高度、车底盘高度、车厢前部后部离机器人运行地轨的距离Y值、车厢尾部离原点的X值。

所述的装车控制***根据车厢宽度和车厢高度，选择装载车辆的最佳垛型以及读取配置文件，确认是单层放包还是双层放包；

垛型及码放层数按下表确定：

当采用所述的横放垛型时，装车控制***根据车厢长度和袋装物料的宽度，确认X轴方向的最大列数、车厢内部袋装物料的最大数量以及Z轴方向码完所有袋装物料需要的层数。

当采用所述的横放+纵放垛型时，装车控制***需根据车厢长度确认纵放的次数。

当采用所述的横放+压包垛型时，装车控制***需根据X轴方向的最大列数确认压包的次数，只在最后一层进行压包，防止掉包。

所述的装车控制***根据车厢前部、后部离机器人运行地轨的距离Y值，确定车厢的停车偏转角度θ：

θ＝arctan(Ys1-Ys2)/L；

其中：

Ys1—车厢头部距地轨的值；

Ys2—车厢尾部距地轨的值；

L—车厢长度；

所述的停车偏转角度θ用来校正装车机器人往车厢内放置袋装物料时的抓手旋转角度，确保袋装物料在车厢内部的平整性。

所述的装车控制***确认袋装物料的放包点X值、Y值、Z值、抓手旋转角度θ以及外部轴的位置L值；其放包点参数为：

X值＝2/X1+Xs；

Y值＝2/W+Ys1；

Z值＝H+Hd+NZ1+h1；

L值＝L/X1+Xs；

其中：

Z值为采用双层码放时的数据；

X值—放包点的X坐标值；Y值—放包点的Y坐标值；Z值—放包点的Z坐标值；L值—放包点外部轴的行走值；θ—放包点的抓手旋转角度；

L—车厢长度；W—车厢宽度；H—车厢高度；Hd—车厢底部的高度；

X1—袋装物料长；Y1—袋装物料宽；Z1—袋装物料高；

Xs—车厢尾门板距原点的值；Ys1—车厢头部距地轨的值；L/X1—装车机器人外部轴每次行走的距离；

N—当前码垛的层数；

夹具预留高度—h1。

放包点参数的确定：

1、从车尾往车头方向码放时，栏板内部，正方向；

因第一个放包点靠近车厢尾门板，所以放包高度Z值为车厢尾部栏板高度加上机器人夹具预留的高度，防止装车机器人夹具撞击；其中，Hw—车厢尾部的高度，Z值变化为Hd+Hw+h1；第二个放包点只需递增X值和L值即可，根据当前码垛层数，Z值变化为Hd+NZ1+h1；以此类推；

到靠近车头的最后一列时，需将放包高度Z值变化为车厢头部高度加上机器人夹具预留的高度，Z值变化为Ht+Hd+h1；其中，Ht—车厢头部的高度；

2、从车头往车尾方向码放时，栏板内部，负方向：

第一列的放包位置与正方向的最后一列的放包位置相同，从第二列开始，X值和L值开始递减，Z值变化为车底高度加上对应层数的袋装物料的高度，Z值为Hd+NZ1+h1；

到靠近车尾的最后一列时，需将放包高度Z值变化为车厢尾部栏板高度加上机器人夹具预留的高度，Z值变化为Hd+Hw+h1；

3、从车尾往车头方向码放时，超过栏板，正方向：

放包高度Z值为车底高加上当前码垛层数的袋装物料的高度，Z值为Hd+NZ1+h1；

到靠近车头的最后一列时，需将放包高度Z值变化为车厢头部高度加上车厢底部的高度，Z值变化为Ht+Hd+h1；其中，Ht—车厢头部的高度；

4、从车头往车尾方向码放时，超过栏板，负方向：

第一列的放包位置与正方向的最后一列的放包位置相同，从第二列开始，X值和L值开始递减，放包高度Z值为车底高加上当前码垛层数的袋装物料的高度，Z值为Hd+NZ1+h1。

所述的装车控制***在垛型计算完毕后，将每个放包位置的X值、Y值、Z值、θ、L，按顺序分别输入到PLC中对应的DB(数据块)块中；

PLC将每个放包位置按顺序发送给装车机器人，装车机器人按XYZ坐标系去放包；

装车机器人每放完一次后，PLC再发送下一个位置的坐标，一直到装车结束。

本发明采用上述技术方案，采用统一的坐标***，只需根据XYZ坐标去计算和运行，装车码垛程序更加简单，不需要再去做复杂的运算处理，垛型可以根据车厢情况随意切换，不用再考虑装车机器人的垛型程序，有效地节约了调试和处理故障的时间，极大地减少了装车机器人的调试工作，减少了90％的调试工作量，提高装车效率；当某个车道装车故障后，可以去其他车道继续进行装车，垛型计算完成后，只需输入上次故障时停止的那一步XYZ坐标值，即可继续装车；装载车辆停车位置不需要人为干预，有效地减少了人为工作量；通用性强，各种垛型均适用；可实现袋装物料间断、多次装车。

附图说明

附图所示内容及图中的标记简要说明如下：

图1为袋装物料装车时采用不同垛型的示意图；

图2为本发明中装车机器人的立体结构示意图；

图3为图2中的装车机器人的正面结构示意图；

图4为本发明的横放垛型示意图；

图5为本发明的横放+纵放垛型示意图；

图6为本发明的横放+压包垛型示意图；

图7为本发明的装载车辆与地轨形成夹角的示意图；

图8为本发明的确认放包点的X值、Y值、Z值及L值的示意图。

图中标记为：

1、装载车辆，2、袋装物料，3、机器人运行地轨，4、装车机器人，5、物料装车车道。

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4-图8所示本发明的技术方案，为一种基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，所述的空间直角坐标为XYZ坐标系，其中，X为方向为车尾向车头的方向，Y为车厢横向，Z为车厢板朝上的方向；装载车辆1在物料装车车道5进行装车，物料装车车道5与装车机器人运行地轨3并列。

所述的袋装物料2通过装车机器人4进行装车、码垛；

为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现装车码垛过程采用统一坐标***，使装车控制程序更加简单，提高装车效率的发明目的，本发明采取的技术方案为：

如图7、图8所示，本发明的基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，所述的装载车辆1进入所述的物料装车车道5，装车控制***进行装载车辆1的数据检测，并将检测到的装载车辆1的参数发送给装车控制***的码垛软件，所述的码垛软件将输入的数据导入所述的XYZ坐标系并进行坐标参数计算，确定码放垛型和码放层数。

本发明提出一种基于XYZ坐标系的袋装物料智能码垛方法和概念，极大地简化了装车机器人的码垛程序，通用性强，各种垛型均适用；可实现袋装物料2的多次装车。

所述的装载车辆1的参数包括车辆吨位、车厢长度、车厢宽度、车厢前后栏板高度、车厢左右栏板高度、车头高度、车底盘高度、车厢前部后部离机器人运行地轨3的距离Y值、车厢尾部离原点的X值等。

所述的装车控制***根据车厢宽度和车厢高度，选择装载车辆1的最佳垛型以及读取配置文件，确认是单层放包还是双层放包；

垛型及码放层数按下表确定：

车厢尺寸与垛型及码放层数关系表

所述的单层放包，指一次码一层；双层放包，指一次码两层。

具体的垛型：

1、横放垛型，如图4所示：

当采用所述的横放垛型时，装车控制***根据车厢长度和袋装物料2的宽度，确认X轴方向的最大列数、车厢内部袋装物料2的最大数量以及Z轴方向码完所有袋装物料2需要的层数。

2、横放+纵放垛型，如图5所示：

当采用所述的横放+纵放垛型时，装车控制***需根据车厢长度确认纵放的次数。

参见上述“车厢尺寸与垛型及码放层数关系表”，当采用所述的横放+纵放垛型时，根据不同的车厢尺寸，码放层数有6层、8层和10层。

3、横放+压包垛型，如图6所示：

当采用所述的横放+压包垛型时，装车控制***需根据X轴方向的最大列数确认压包的次数，只在最后一层进行压包，防止掉包。

4、车厢的停车偏转角度θ，如图7所示：

所述的装车控制***根据车厢前部、后部离机器人运行地轨3的距离Y值，确定车厢的停车偏转角度θ：

θ＝arctan(Ys1-Ys2)/L；

其中：

Ys1—车厢头部距地轨的值；

Ys2—车厢尾部距地轨的值；

L—车厢长度。

所述的停车偏转角度θ用来校正装车机器人4往车厢内放置袋装物料2时的抓手旋转角度，确保袋装物料2在车厢内部的平整性。

4、确认袋装物料2的放包点X值、Y值、Z值、抓手旋转角度θ以及外部轴的位置L值，如图8所示：

所述的装车控制***确认袋装物料2的放包点X值、Y值、Z值、抓手旋转角度θ以及外部轴的位置L值；其放包点参数为：

X值＝2/X1+Xs；

Y值＝2/W+Ys1；

Z值＝H+Hd+NZ1+h1；

L值＝L/X1+Xs；

其中：

Z值为采用双层码放时的数据；

X值—放包点的X坐标值；Y值—放包点的Y坐标值；Z值—放包点的Z坐标值；L值—放包点外部轴的行走值；θ—放包点的抓手旋转角度；

L—车厢长度；W—车厢宽度；H—车厢高度；Hd—车厢底部的高度；Ht—车厢头部的高度；

X1—袋装物料长；Y1—袋装物料宽；Z1—袋装物料高；

Xs—车厢尾门板距原点的值；Ys2—车厢头部距地轨的值；Ys1—车厢尾部距地轨的值；

L/X1—装车机器人4外部轴每次行走的距离；

N—当前码垛的层数；

夹具预留高度—h1。

6、第一放包点外的其余放包点参数的确定：

1)、从车尾往车头方向码放时(栏板内部，正方向)：

因第一个放包点靠近车厢尾门板，所以放包高度Z值为车厢尾部栏板高度加上机器人夹具预留的高度，防止装车机器人4夹具撞击，其中，Hw—车厢尾部的高度，Z值变化为Hd+Hw+h1；第二个放包点只需递增X值和L值即可，根据当前码垛层数，Z值变化为Hd+NZ1+h1；以此类推；

到靠近车头的最后一列时，需将放包高度Z值变化为车厢头部高度加上机器人夹具预留的高度，Z值变化为Ht+Hd+h1；其中，Ht—车厢头部的高度；

2)、从车头往车尾方向码放时(栏板内部，负方向)：

第一列的放包位置与正方向的最后一列的放包位置相同，从第二列开始，X值和L值开始递减，Z值变化为车底高加上对应层数的袋装物料2的高度，Z值为Hd+NZ1+h1；

到靠近车尾的最后一列时，需将放包高度Z值变化为车厢尾部栏板高度加上机器人夹具预留的高度，Z值变化为Hd+Hw+h1。

3)、从车尾往车头方向码放时(超过栏板，正方向)：

放包高度Z值为车底高加上当前码垛层数的袋装物料2的高度，Z值为Hd+NZ1+h1；

到靠近车头的最后一列时，需将放包高度Z值变化为车厢头部高度加上车厢底部的高度，Z值变化为Ht+Hd+h1；其中，Ht—车厢头部的高度；

4)、从车头往车尾方向码放时(超过栏板，负方向)：

第一列的放包位置与正方向的最后一列的放包位置相同，从第二列开始，X值和L值开始递减，放包高度Z值为车底高加上当前码垛层数的袋装物料的高度，Z值为Hd+NZ1+h1。

7、装车码放的具体运行：

所述的装车控制***在垛型计算完毕后，将每个放包位置的X值、Y值、Z值、θ、L值，按顺序分别输入到PLC中对应的DB(数据块)块中；

PLC将每个放包位置按顺序发送给装车机器人4，装车机器人4按XYZ坐标系去放包；

装车机器人4每放完一次后，PLC再发送下一个位置的坐标，一直到装车结束。

综上所述，本发明取得了以下技术效果：

1、极大地减少了装车机器人的调试工作，大约减少了90％以上的调试工作量；

2、装车机器人程序更加简单，不需要再去做复杂的运算处理，只需根据XYZ坐标去放包即可；现场操作人员更便于控制，有效地节约了调试和处理故障的时间；

3、码放垛型可以根据车厢情况很方便地进行切换，不需要再考虑装车机器人的垛型程序；

4、当某个车道装车故障后，可以去其他车道继续进行装车；垛型计算完成后，只需输入上次故障时停止的那一步XYZ坐标值，即可继续装车；

5、装载车辆停车位置不需要人为干预，有效地减少了人为工作量。

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。

Claims (10)

1.一种基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，所述的空间直角坐标为XYZ坐标系，其中，X为方向为车尾向车头的方向，Y为车厢横向，Z为车厢板朝上的方向；装载车辆(1)在物料装车车道(5)进行装车，物料装车车道(5)与装车机器人(4)运行地轨(3)并列；其特征在于：所述的装载车辆(1)进入所述的物料装车车道(5)，装车控制***进行装载车辆(1)的数据检测，并将检测到的装载车辆(1)的参数发送给装车控制***的码垛软件，所述的码垛软件将输入的数据导入所述的XYZ坐标系并进行坐标参数计算，确定码放垛型和码放层数。

2.按照权利要求1所述的基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，其特征在于：所述的装载车辆(1)的参数包括车辆吨位、车厢长度、车厢宽度、车厢前后栏板高度、车厢左右栏板高度、车头高度、车底盘高度、车厢前部后部离机器人运行地轨(3)的距离Y值、车厢尾部离原点的X值。

3.按照权利要求2所述的基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，其特征在于：所述的装车控制***根据车厢宽度和车厢高度，选择装载车辆(1)的最佳垛型以及读取配置文件，确认是单层放包还是双层放包；

垛型及码放层数按下表确定：

4.按照权利要求3所述的基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，其特征在于：当采用所述的横放垛型时，装车控制***根据车厢长度和袋装物料(2)的宽度，确认X轴方向的最大列数、车厢内部袋装物料(2)的最大数量以及Z轴方向码完所有袋装物料(2)需要的层数。

5.按照权利要求3所述的基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，其特征在于：当采用所述的横放+纵放垛型时，装车控制***需根据车厢长度确认纵放的次数。

6.按照权利要求3所述的基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，其特征在于：当采用所述的横放+压包垛型时，装车控制***需根据X轴方向的最大列数确认压包的次数，只在最后一层进行压包，防止掉包。

7.按照权利要求3所述的基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，其特征在于：所述的装车控制***根据车厢前部、后部离机器人运行地轨(3)的距离Y值，确定车厢的停车偏转角度θ：

θ＝arctan(Ys1-Ys2)/L；

其中：

Ys1—车厢头部距地轨的值；

Ys2—车厢尾部距地轨的值；

L—车厢长度；

所述的停车偏转角度θ用来校正装车机器人(4)往车厢内放置袋装物料(2)时的抓手旋转角度，确保袋装物料(2)在车厢内部的平整性。

8.按照权利要求3所述的基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，其特征在于：所述的装车控制***确认袋装物料(2)的放包点X值、Y值、Z值、抓手旋转角度θ以及外部轴的位置L值；其放包点参数为：

X值＝2/X1+Xs；

Y值＝2/W+Ys1；

Z值＝H+Hd+NZ1+h1；

L值＝L/X1+Xs；

其中：

Z值为采用双层码放时的数据；

X值—放包点的X坐标值；Y值—放包点的Y坐标值；Z值—放包点的Z坐标值；L值—放包点外部轴的行走值；θ—放包点的抓手旋转角度；

L—车厢长度；W—车厢宽度；H—车厢高度；Hd—车厢底部的高度；

X1—袋装物料长；Y1—袋装物料宽；Z1—袋装物料高；

Xs—车厢尾门板距原点的值；Ys1—车厢头部距地轨的值；L/X1—装车机器人(4)外部轴每次行走的距离；

N—当前码垛的层数；

夹具预留高度—h1。

9.按照权利要求8所述的基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，其特征在于：

1)、从车尾往车头方向码放时，栏板内部，正方向；

因第一个放包点靠近车厢尾门板，所以放包高度Z值为车厢尾部栏板高度加上机器人夹具预留的高度，防止装车机器人(4)夹具撞击；其中，Hw—车厢尾部的高度，Z值变化为Hd+Hw+h1；第二个放包点只需递增X值和L值即可，根据当前码垛层数，Z值变化为Hd+NZ1+h1；以此类推；

到靠近车头的最后一列时，需将放包高度Z值变化为车厢头部高度加上机器人夹具预留的高度，Z值变化为Ht+Hd+h1；其中，Ht—车厢头部的高度；

2)、从车头往车尾方向码放时，栏板内部，负方向：

第一列的放包位置与正方向的最后一列的放包位置相同，从第二列开始，X值和L值开始递减，Z值变化为车底高度加上对应层数的袋装物料(2)的高度，Z值为Hd+NZ1+h1；

到靠近车尾的最后一列时，需将放包高度Z值变化为车厢尾部栏板高度加上机器人夹具预留的高度，Z值变化为Hd+Hw+h1；

3)、从车尾往车头方向码放时，超过栏板，正方向：

放包高度Z值为车底高加上当前码垛层数的袋装物料(2)的高度，Z值为Hd+NZ1+h1；

到靠近车头的最后一列时，需将放包高度Z值变化为车厢头部高度加上车厢底部的高度，Z值变化为Ht+Hd+h1；其中，Ht—车厢头部的高度；

4)、从车头往车尾方向码放时，超过栏板，负方向：

第一列的放包位置与正方向的最后一列的放包位置相同，从第二列开始，X值和L值开始递减，放包高度Z值为车底高加上当前码垛层数的袋装物料(2)的高度，Z值为Hd+NZ1+h1。

10.按照权利要求8所述的基于空间直角坐标系的袋装物料智能装车方法，其特征在于：

所述的装车控制***在垛型计算完毕后，将每个放包位置的X值、Y值、Z值、θ、L值，按顺序分别输入到PLC中对应的DB块中；

PLC将每个放包位置按顺序发送给装车机器人(4)，装车机器人(4)以XYZ坐标系去放包；

装车机器人(4)每放完一次后，PLC再发送下一个位置的坐标，一直到装车结束。

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