CN111687060B - 一种物流多级分拣系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物流多级分拣系统及方法，所述系统包括：上位机、与上位机通信连接的数据采集模块、分别与所述上位机通信连接的多个机器人控制柜、分别与所述机器人控制柜一一对应连接的工业机器人；所述上位机包括位姿计算模块、条码识别模块、抓取判断模块，参数传递模块、分拣控制模块；本发明通过设置三级分拣单元实现物品一级目的地、二级目的地、三级目的地的分拣，每级分拣过程中记录绑定信息，并传递至下一级分拣，下一级分拣不需要再次识别或测量即可完成分拣，通过参数传递的方式分层级分拣实现物品从省、市、区/县甚至最终目的地的分拣。实现各层级之间的信息共享，提高分拣效率。

Description

一种物流多级分拣系统及方法

技术领域

本发明涉及物流分拣领域，尤其涉及一种物流多级分拣系统及方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，电子商务行业发展迅猛，随之而来的是海量的物流需要分拣，传统的人工分拣效率低下，已无法满足要求。在一些大型仓储中心或物流集散中心，虽然已经实现物流的自动分拣系统，但是整套分拣系统体积庞大、昂贵。现有的物流分拣系统在进行省、市、区县物流分拣时往往需要多次扫描单号信息或在分拣过程中多次重复识别或测量，无法实现信息共享，影响分拣效率。

发明内容

本发明公开一种物流多级分拣系统及方法，用于解决现有物流分拣系统中多次重复识别或测量、无法实现信息共享的问题。

本发明第一方面，提供一种物流多级分拣系统，所述系统包括：上位机、与上位机通信连接的数据采集模块、分别与所述上位机通信连接的多个机器人控制柜、分别与所述机器人控制柜一一对应连接的工业机器人；所述上位机包括位姿计算模块、条码识别模块、抓取判断模块，参数传递模块、分拣控制模块；

所述数据采集模块包括设于第一机器人末端执行器的压力传感器、设于一级分拣线路上的重量传感器、设于一级分拣线路上游正上方的单目摄像机，设于一级分拣线路上方的双目摄像机，所述单目摄像机用于采集一级分拣线路上游待分拣物品条码信息；所述双目摄像机用于采集物品双目成像信息及机器人抓取物品过程中的图像信息；

所述条码识别模块用于根据机械单目摄像机采集的物品条码信息提取物品单号和一级目的地、二级目的地、三级目的地；

所述位姿计算模块用于根据双目摄像机采集的物品双目成像信息进行物品三维定位及姿态识别；

所述抓取判断模块用于根据物品三维定位及姿态控制第一机器人试抓取物品，确定抓取物品的抓取力值；

所述参数传递模块用于将每级分拣过程中的物品单号与物品一级目的地、二级目的地、三级目的地、物品抓取力值、物品放置时的位姿绑定，生成每一级分拣对应的绑定信息；

所述分拣控制模块用于根据每一级别的目的地确定对应的分拣线路，根据物品三维坐标和姿态以及物品抓取力值控制第一机器人完成一级分拣；根据一级绑定信息完成二级分拣，根据二级绑定信息完成三级分拣。

优选的，所述抓取判断模块具体包括：

初始值设置单元：通过设于一级分拣线路上的重量传感器获取物品的重量G，根据物品重量计算第一机器人抓取物品时的抓取力初始值，取抓取力初始值为

抓取力测定单元：在抓取力逐渐增大的过程中，根据双目摄像机采集到的机器人抓取物品过程中的图像信息判断机器人末端抓手与物品之间是否发生相对位移，若无相对位移，抓取成功，记录此时压力传感器值作为当前物品抓取力值，否则抓取失败，重新抓取。

优选的，所述分拣控制模块具体包括：

一级分拣单元：根据所述一级目的地确定对应的二级分拣线路，控制第一机器人完成目标物品抓取并放置到对应的二级分拣线路，记录第一机器人将物品放置在二级分拣线路上的位姿，完成一级分拣；将一级分拣过程中提取出的物品单号与物品一级目的地、二级目的地、三级目的地、物品抓取力值、物品放置时的位姿绑定，生成一级绑定信息；

二级分拣单元：根据所述一级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第二机器人从二级分拣线路上抓取对应物品并放置到二级目的地对应的三级分拣线路，记录第二机器人将物品放置在对应的分拣线路上的位姿，完成二级分拣；采用与一级绑定信息相同的方式获取二级分拣过程中的二级绑定信息；

三级分拣单元：根据所述二级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第三机器人从三级分拣线路上抓取对应物品并放置到三级目的地对应的区域，完成最终分拣。

本发明第一方面，提出一种物流多级分拣方法，所述方法包括：

S1、根据行政区域层级划分物流分拣线路，每个分拣线路设有一个或多个机器人；

S2、采用单目摄像机采集一级分拣线路上游待分拣物品条码信息并发送至上位机，上位机提取物品单号和一级目的地、二级目的地、三级目的地；

S3、采用双目摄像机采集物品双目成像信息及并上传至上位机，上位机根据物品双目成像信息进行物品三维定位及姿态识别；

S4、第一机器人根据物品三维定位及姿态试抓取物品，根据重量传感器的值计算第一机器人抓取物品时的抓取力初始值，逐渐增大抓取力测定当前物品抓取力值；

S5、根据所述一级目的地确定对应的二级分拣线路，控制第一机器人完成目标物品抓取并放置到对应的二级分拣线路，记录第一机器人将物品放置在二级分拣线路上的位姿，完成一级分拣；将一级分拣过程中提取出的物品单号与物品一级目的地、二级目的地、三级目的地、物品抓取力值、物品放置时的位姿绑定，生成一级绑定信息；

S6、根据所述一级绑定信息控制第二机器人完成二级分拣，生成二级分拣过程中的二级绑定信息，根据二级绑定信息控制第三机器人完成三级分拣。

优选的，所述步骤S5具体包括：

S61、根据所述一级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第二机器人从二级分拣线路上抓取对应物品并放置到二级目的地对应的三级分拣线路，记录第二机器人将物品放置在对应的分拣线路上的位姿，完成二级分拣；采用步骤S5相同的方式获取二级分拣过程中的二级绑定信息；

S62、根据所述二级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第三机器人从三级分拣线路上抓取对应物品并放置到三级目的地对应的区域，完成最终分拣。

本发明的相对于现有技术具有以下有益效果：

1)在第一级分拣时进行物品试抓取，获取合适的抓取力，在完成分拣任务的同时保证物品完好，防止损坏；

2)实现各层级之间的信息共享，包括同一物品单号、目的地、抓取力、位姿分级传递，避免重复识别或测量，提高分拣效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的物流多级分拣系统结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的一种物流多级分拣系统结构示意图，所述系统包括上位机100、数据采集模块200、多个机器人控制柜300及多个机器人400。本发明根据行政区域层级划分物流分拣线路，比如以省、市、区/县划分成三级分拣线路，每级分拣线路均匀速传动，每个分拣线路旁设有一个或多个分拣机器人，一级分拣线路上设置第一机器人，二级分拣线路上设置第二机器人，三级分拣线路上设置第三机器人；

数据采集模块200具体包括设于第一机器人末端执行器的压力传感器201、设于一级分拣线路上的重量传感器202、设于一级分拣线路上游正上方的单目摄像机203，设于一级分拣线路上方的双目摄像机204，所述单目摄像机203用于采集一级分拣线路上游待分拣物品条码信息；所述双目摄像机204用于采集物品双目成像信息及机器人抓取物品过程中的图像信息；数据采集模块200采集到的数据均传输至上位机进行处理。

上位机100对数据采集模块200采集到的数据进行分析处理，实现条码识别、位姿计算、抓取判断、参数传递，并根据这些信息进行多级分拣控制，具体包括：

所述条码识别模块101用于根据机械单目摄像机采集的物品条码信息提取物品单号和一级目的地、二级目的地、三级目的地；现代化物流中各个物品上都贴有条码信息，比如快递单，读取条码信息可识别出对应的物品单号、目的地等信息，所述一级目的地、二级目的地、三级目的地决定本发明的分拣层级，对应三个分拣线路。

所述位姿计算模块102用于根据双目摄像机采集的物品双目成像信息进行物品三维定位及姿态识别；通过双目摄像机左右两个镜头对同一目标成像，分析左右两张图像，找到空间中各点在左右图像中对应位置，从而生成三维场景的视差，结合双目摄像机标定参数，使用立体匹配算法提取物品的深度信息，在获取物品深度信息的基础上，系统通过映射变换得到物品位置坐标，图像分析得到姿态信息，并将物品位置坐标、姿态发送给机器人控制柜，从而引导第一机器人实现物品的定位抓取。

所述抓取判断模块103用于根据物品三维定位及姿态控制第一机器人试抓取物品，确定抓取物品的抓取力值；由于不同物品的外包装、重量不同，需要的抓取力度不同，需要测出合适的抓取力，保证抓取成功又不会损坏物品。机器人抓取物品时的摩擦力需要克服重力以及机器人运动产生的惯性力，因此需要根据物品重量设定机器人末端抓手的抓取力。设物品重力为G，滑动摩擦力为f＝μF_N，F_N为抓手对物品的正压力，对物品进行受力分析可得到抓取力最小值。对所述抓取判断模块具体包括：

初始值设置单元：通过设于一级分拣线路上的重量传感器获取物品的重量G，根据物品重量计算第一机器人抓取物品时的抓取力初始值，取抓取力初始值为

抓取力测定单元：以设置的初始值为起点逐渐增大抓取力，在抓取力逐渐增大的过程中，根据双目摄像机采集到的机器人抓取物品过程中的图像信息判断机器人末端抓手与物品之间是否发生相对位移，若无相对位移，抓取成功，记录此时压力传感器值作为当前物品抓取力值，否则抓取失败，重新抓取。抓取过程中，若抓取力不够物品会往下滑，其相对机器人末端抓手会有一个相对位移，通过双目摄像机对抓取过程中物品三维位置进行测定，结合机器人末端抓手的位置即可判断有无相对位移，从而判断抓取力是否合适。取从有相对位移到无相对位移的临界点处的压力传感器值作为当前物品最合适的抓取力值。

所述参数传递模块104用于将每级分拣过程中的物品单号与物品一级目的地、二级目的地、三级目的地、物品抓取力值、物品放置时的位姿绑定，生成每一级分拣对应的绑定信息；具体的，完成一级分拣后，将一级分拣过程中提取出的物品单号与物品一级目的地、二级目的地、三级目的地、物品抓取力值、物品放置时的位姿绑定，生成一级绑定信息；完成二级分拣后，采用同样的方式生成二级绑定信息；完成三级分拣后，同样生成三级绑定信息。

所述分拣控制模块105用于根据每一级别的目的地确定对应的分拣线路，根据物品三维坐标和姿态以及物品抓取力值控制第一机器人完成一级分拣；根据一级绑定信息完成二级分拣，根据二级绑定信息完成三级分拣。所述分拣控制模块105具体包括：

一级分拣单元：根据所述一级目的地确定对应的二级分拣线路，控制第一机器人完成目标物品抓取并放置到对应的二级分拣线路，记录第一机器人将物品放置在二级分拣线路上的位姿，完成一级分拣；将一级分拣过程中提取出的物品单号与物品一级目的地、二级目的地、三级目的地、物品抓取力值、物品放置时的位姿绑定，生成一级绑定信息；

二级分拣单元：根据所述一级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第二机器人从二级分拣线路上抓取对应物品并放置到二级目的地对应的三级分拣线路，记录第二机器人将物品放置在对应的分拣线路上的位姿，完成二级分拣；采用与一级绑定信息相同的方式获取二级分拣过程中的二级绑定信息；

三级分拣单元：根据所述二级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第三机器人从三级分拣线路上抓取对应物品并放置到三级目的地对应的区域，完成最终分拣。

本发明通过设置三级分拣单元实现物品一级目的地、二级目的地、三级目的地的分拣，每级分拣过程中记录绑定信息，并传递至下一级分拣，下一级分拣不需要再次识别或测量即可完成分拣，通过参数传递的方式分层级分拣实现物品从省、市、区/县甚至最终目的地的分拣。实现各层级之间的信息共享，提高分拣效率。

与所述系统相对应，本发明还提出一种物流多级分拣方法，所述方法包括：

S1、根据行政区域层级划分物流分拣线路，每个分拣线路设有一个或多个机器人；

S2、采用单目摄像机采集一级分拣线路上游待分拣物品条码信息并发送至上位机，上位机提取物品单号和一级目的地、二级目的地、三级目的地；

S3、采用双目摄像机采集物品双目成像信息及并上传至上位机，上位机根据物品双目成像信息进行物品三维定位及姿态识别；

S4、第一机器人根据物品三维定位及姿态试抓取物品，根据重量传感器的值计算第一机器人抓取物品时的抓取力初始值，逐渐增大抓取力测定当前物品抓取力值；所述步骤S4具体包括：

S41、通过设于一级分拣线路上的重量传感器获取物品的重量G，根据物品重量计算第一机器人抓取物品时的抓取力初始值，取抓取力初始值F₀为

其中μ为物品表面的摩擦系数；

S42、逐渐增大抓取力，在抓取力逐渐增大的过程中，根据双目摄像机采集到的机器人抓取物品过程中的图像信息判断机器人末端抓手与物品之间是否发生相对位移，若无相对位移，抓取成功，记录此时压力传感器值作为当前物品抓取力值，否则抓取失败，重新抓取。

S5、根据所述一级目的地确定对应的二级分拣线路，控制第一机器人完成目标物品抓取并放置到对应的二级分拣线路，记录第一机器人将物品放置在二级分拣线路上的位姿，完成一级分拣；将一级分拣过程中提取出的物品单号与物品一级目的地、二级目的地、三级目的地、物品抓取力值、物品放置时的位姿绑定，生成一级绑定信息；

S6、根据所述一级绑定信息控制第二机器人完成二级分拣，生成二级分拣过程中的二级绑定信息，根据所述二级绑定信息控制第三机器人完成三级分拣。所述步骤S6具体包括：

S61、根据所述一级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第二机器人从二级分拣线路上抓取对应物品并放置到二级目的地对应的三级分拣线路，记录第二机器人将物品放置在对应的分拣线路上的位姿，完成二级分拣；采用步骤S5相同的方式获取二级分拣过程中的二级绑定信息；

S62、根据所述二级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第三机器人从三级分拣线路上抓取对应物品并放置到三级目的地对应的区域，完成最终分拣。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种物流多级分拣系统，其特征在于，所述系统包括：上位机、与上位机通信连接的数据采集模块、分别与所述上位机通信连接的多个机器人控制柜、分别与所述机器人控制柜一一对应连接的工业机器人；所述上位机包括位姿计算模块、条码识别模块、抓取判断模块，参数传递模块、分拣控制模块；

所述数据采集模块包括设于第一机器人末端执行器的压力传感器、设于一级分拣线路上的重量传感器、设于一级分拣线路上游正上方的单目摄像机，设于一级分拣线路上方的双目摄像机，所述单目摄像机用于采集一级分拣线路上游待分拣物品条码信息；所述双目摄像机用于采集物品双目成像信息及机器人抓取物品过程中的图像信息；

所述条码识别模块用于根据机械单目摄像机采集的物品条码信息提取物品单号和一级目的地、二级目的地、三级目的地；

所述位姿计算模块用于根据双目摄像机采集的物品双目成像信息进行物品三维定位及姿态识别；

所述抓取判断模块用于根据物品三维定位及姿态控制第一机器人试抓取物品，确定抓取物品的抓取力值；

所述参数传递模块用于将每级分拣过程中的物品单号与物品一级目的地、二级目的地、三级目的地、物品抓取力值、物品放置时的位姿绑定，生成每一级分拣对应的绑定信息；

所述分拣控制模块用于根据每一级别的目的地确定对应的分拣线路，根据物品三维坐标和姿态以及物品抓取力值控制第一机器人完成一级分拣；根据一级绑定信息控制第二机器人完成二级分拣，根据二级绑定信息控制第三机器人完成三级分拣；所述分拣控制模块具体包括：

一级分拣单元：根据所述一级目的地确定对应的二级分拣线路，控制第一机器人完成目标物品抓取并放置到对应的二级分拣线路，记录第一机器人将物品放置在二级分拣线路上的位姿，完成一级分拣；将一级分拣过程中提取出的物品单号与物品一级目的地、二级目的地、三级目的地、物品抓取力值、物品放置时的位姿绑定，生成一级绑定信息；

二级分拣单元：根据所述一级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第二机器人从二级分拣线路上抓取对应物品并放置到二级目的地对应的三级分拣线路，记录第二机器人将物品放置在对应的分拣线路上的位姿，完成二级分拣；采用与一级分拣单元相同的方式获取二级分拣过程中的二级绑定信息；

三级分拣单元：根据所述二级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第三机器人从三级分拣线路上抓取对应物品并放置到三级目的地对应的区域，完成最终分拣。

2.根据权利要求1所述物流多级分拣系统，其特征在于，所述抓取判断模块具体包括：

初始值设置单元：通过设于一级分拣线路上的重量传感器获取物品的重量G，根据物品重量计算第一机器人抓取物品时的抓取力初始值，取抓取力初始值F₀为

其中μ为物品表面的滑动摩擦系数；

抓取力测定单元：逐渐增大抓取力，在抓取力逐渐增大的过程中，根据双目摄像机采集到的机器人抓取物品过程中的图像信息判断机器人末端抓手与物品之间是否发生相对位移，若无相对位移，抓取成功，记录此时压力传感器值作为当前物品抓取力值，否则抓取失败，重新抓取。

3.一种物流多级分拣方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、根据行政区域层级划分物流分拣线路，每个分拣线路设有一个或多个机器人；

S2、采用单目摄像机采集一级分拣线路上游待分拣物品条码信息并发送至上位机，上位机提取物品单号和一级目的地、二级目的地、三级目的地；

S3、采用双目摄像机采集物品双目成像信息及并上传至上位机，上位机根据物品双目成像信息进行物品三维定位及姿态识别；

S4、第一机器人根据物品三维定位及姿态试抓取物品，根据重量传感器的值计算第一机器人抓取物品时的抓取力初始值，逐渐增大抓取力测定当前物品抓取力值；

S5、根据所述一级目的地确定对应的二级分拣线路，控制第一机器人完成目标物品抓取并放置到对应的二级分拣线路，记录第一机器人将物品放置在二级分拣线路上的位姿，完成一级分拣；将一级分拣过程中提取出的物品单号与物品一级目的地、二级目的地、三级目的地、物品抓取力值、物品放置时的位姿绑定，生成一级绑定信息；

S6、根据所述一级绑定信息控制第二机器人完成二级分拣，生成二级分拣过程中的二级绑定信息，根据所述二级绑定信息控制第三机器人完成三级分拣；所述步骤S6具体包括：

S61、根据所述一级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第二机器人从二级分拣线路上抓取对应物品并放置到二级目的地对应的三级分拣线路，记录第二机器人将物品放置在对应的分拣线路上的位姿，完成二级分拣；采用步骤S5相同的方式获取二级分拣过程中的二级绑定信息；

S62、根据所述二级绑定信息中的物品抓取力值、物品放置时的位姿控制第三机器人从三级分拣线路上抓取对应物品并放置到三级目的地对应的区域，完成最终分拣。

4.根据权利要求3所述物流多级分拣方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

S41、通过设于一级分拣线路上的重量传感器获取物品的重量G，根据物品重量计算第一机器人抓取物品时的抓取力初始值，取抓取力初始值F₀为

其中μ为物品表面的摩擦系数；

S42、逐渐增大抓取力，在抓取力逐渐增大的过程中，根据双目摄像机采集到的机器人抓取物品过程中的图像信息判断机器人末端抓手与物品之间是否发生相对位移，若无相对位移，抓取成功，记录此时压力传感器值作为当前物品抓取力值，否则抓取失败，重新抓取。

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