工件动态码垛装框方法及系统与流程

1.本发明涉及智能制造技术领域，尤其涉及一种工件动态码垛装框方法及系统。


背景技术：

2.工业制造领域中，物流转运涉及到上下游工序转运、工件入库等各个环节，是非常重要的一个环节，物流转流工具以移动agv、叉车为主，容器百分之95以上是料框，容器的容积率是制约物流转运的一个重要因素，同时在自动化生产线上机器人、桁架装框也占很大的比重。下道工序的不同，料框转运点不同，极有可能跨厂房，多重因素导致目前码垛装框容积率很低，尤其无人自动化场景下，随着近些年工业软件和机器视觉等新型技术的快速发展和稳定，工业逐步进入智能化时代，人工逐步被取代，码垛装框成为亟待解决的一个难题。
3.目前大部分码垛装框方法为提前规划好单个料框码垛固定数量物料或者混合码垛后人工再进行分类。
4.此方法存在以下弊端与不足：（1）提前规划需要已知工件尺寸和形态，不适于多种类、小批量的生产趋势，无法实现柔性生产和制造。
5.（2）料框容积率低，尤其小尺寸工件。
6.（3）适用性差，无法动态调整码垛策略。


技术实现要素：

7.本发明主要目的在于公开一种工件动态码垛装框方法及系统，以提高智能性和效率。
8.为达上述目的，本发明公开一种工件动态码垛装框方法，包括：获取待装框工件的属性数据；所述属性数据包括工件的类型、最小外接矩形的尺寸、厚度及下道工序的信息；查找与所述工件的属性数据匹配的未满载料框，并将匹配的料框信息发送给相应的抓取设备；在所述抓取设备将所述工件装载到匹配的料框后，更新所匹配料框的属性数据；其中，任一料框的属性数据的设置及更新包括：将料框整体划分成至少两个最小放置矩形区域，在任一最小放置矩形区域被匹配到第一个特定工件后，保存共同承载该特定工件的所有最小放置矩形区域与该特定工件的映射关系及占用料框的高度信息；当第二个同样的特定工件等待匹配料框时，根据所述映射关系堆叠到该第一个特定工件之上，并更新占用料框的高度信息；当后续同样的特定工件匹配到同一料框区域后，以此类推，直至占用料框的高度超过满载所对应的阈值范围。
9.优选地，本实施例方法通过更新该特定工件所对应最小放置矩形区域集的中心点的三维坐标信息来记录占用料框的高度变化，并将该三维坐标信息发送给相应的抓取设备
以供计算抓取路径。
10.优选地，在查找与所述工件的属性数据匹配的未满载料框，并将匹配的料框信息发送给相应的抓取设备之前，还包括：通过逻辑判断确认该三维坐标在所述抓取设备的可达范围内。
11.优选地，所述料框的整体结构采用矩形。
12.优选地，在任一料框内查找与第一个特定工件的属性数据匹配的m行n列最小放置矩形区域集的过程中，基于二叉树以编号从第一行第一列开始，且以宽度方向优先搜索。
13.优选地，本实施例方法在查找与所述工件的属性数据匹配的未满载料框的过程中，将相同下道工序和相同厚度的工件码垛到一个料框，且同种工件码垛到同一跺。
14.为达上述目的，本发明还公开一种工件动态码垛装框系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
15.本发明具有以下有益效果：1、利用矩形化工件和料框区域分割，实时动态计算码垛，可适应多种类生产模式。
16.2、根据工件尺寸和形状进行码垛，有效提升料框容积率，尤其适用于小尺寸工件动态码垛装框。
17.3、加入了料框属性设定和工件属性设定等功能，可适应策略的动态调整，换言之，即料框动态绑定属性；有效提升空间利用率的同时可适应不同类型的场景。
18.下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
19.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是本发明实施例公开的工件动态码垛装框方法流程示意图。
20.图2是本发明实施例公开的最小放置区域的编码分布图。
21.图3是本发明实施例公开的art1工件在空框a1的放置位置示意图。
22.图4是在图3在空框a1基础上新增art2工件的放置位置示意图。
23.图5是本发明实施例公开的art3工件在空框a2的放置位置示意图。
具体实施方式
24.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
25.实施例1本实施例公开一种工件动态码垛装框方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤s1、获取待装框工件的属性数据。
26.在该步骤中，所述属性数据至少包括工件的类型、最小外接矩形的尺寸、厚度及下道工序的信息。
27.步骤s2、查找与所述工件的属性数据匹配的未满载料框，并将匹配的料框信息发送给相应的抓取设备。
28.步骤s3、在所述抓取设备将所述工件装载到匹配的料框后，更新所匹配料框的属性数据。
29.在上述步骤的执行过程中，所依赖的任一料框的属性数据的设置及更新具体包括：将料框整体划分成至少两个最小放置矩形区域，在任一最小放置矩形区域被匹配到第一个特定工件后，保存共同承载该特定工件的所有最小放置矩形区域与该特定工件的映射关系及占用料框的高度信息；当第二个同样的特定工件等待匹配料框时，根据所述映射关系堆叠到该第一个特定工件之上，并更新占用料框的高度信息；当后续同样的特定工件匹配到同一料框区域后，以此类推，直至占用料框的高度超过满载所对应的阈值范围。
30.优选地，本实施例方法通过更新该特定工件所对应最小放置矩形区域集的中心点的三维坐标信息来记录占用料框的高度变化，并将该三维坐标信息发送给相应的抓取设备以供计算抓取路径。
31.优选地，在查找与所述工件的属性数据匹配的未满载料框，并将匹配的料框信息发送给相应的抓取设备之前，还包括：通过逻辑判断确认该三维坐标在所述抓取设备的可达范围内。
32.优选地，所述料框的整体结构采用矩形。
33.优选地，在任一料框内查找与第一个特定工件的属性数据匹配的m行n列最小放置矩形区域集的过程中，基于二叉树以编号从第一行第一列开始，且以宽度方向优先搜索。
34.优选地，本实施例方法在查找与所述工件的属性数据匹配的未满载料框的过程中，将相同下道工序和相同厚度的工件码垛到一个料框，且同种工件码垛到同一跺。
35.为便于本领域技术人员充分理解本发明的技术创新，本实施例上述主旨可转换为下述直观的具体实施过程：第一步、料框生成，具体流程如下：1.1、整体料框设定为一个矩形，长宽分别记为tl，tw。
36.1.2、最小放置区域设定，最小放置区域也为矩形，长宽分别记为sl，sw。
37.1.3、放置区域起始点设定，此点位为实际放置坐标，记为（dx,dy,dz）。
38.1.4、生成的放置区域数据，放置局域为tw/sw行，tl/s1列个最小矩形，分为记为m行，n列，编号记录为r
m,n
；每个矩形中心点的放置坐标为(x,y,z)=((n-1)*dx sl/2, (m-1)*dy sw/2),z)；如图2所示，每个数字代表一个最小放置矩形。
39.第二步、属性、码垛策略设定，具体流程如下：2.1、码垛策略设定为相同下道工序和相同厚度的工件码垛到一个料框，且同种工件码垛到同一跺。
40.2.2、设备属性设定，设备可达性设定，步骤一生成的m*n个最小放置矩形，根据放置中心点坐标和设备可达坐标进行设定，约束设定条件为公共区域和指定编号，公共区域即全部设备可达。其中，与“可达”相对应的是“不可达”，比如：一个关节机器人的臂展范围是一个圆，如果场地有限，料框摆的很极限，就有可能有死角到不了。
41.2.3、料框工件属性设定，工件厚度、材质、工件编号、钢板编号、套料图编号，下道工序，数据默认设置为0。
42.第三步、工件码垛位置计算分配，具体步骤如下：
3.1、查找与待码垛工件相同下道工序和相同厚度的未满载料框，记为a1,a2,a3,...,an；3.2、从a1,a2,a3,...,an待选料框中，根据工件面积计算需要占据最小放置矩形的数量，即几行几列，此处记为m行n列，工件以外轮廓的最小外接矩形进行计算，要求两个工件之间的间距加入到工件面积中计算，设定第一个工件为art1，占用面积为3*3，厚度为10mm，下道工序为process1。
43.3.3、搜索放置区间能满足m行n列连续的空间，搜索思想基于二叉树以编号从第一行第一列开始，且以宽度方向优先搜索，空间利用率最高，此工件起始点位a行，b列记录为{a,b}，art1工件的放置位置如图3所示。
44.3.4、计算工件放置点坐标，计算方法为{a,b},{a 1,b},...,{a m,b n}选取点位的x坐标之和除以m，y坐标之和除以n，z为当前放置点坐标z值，即得到三维放置坐标(x,y,z)，第一个工件art1放置坐标为(x,y,10)。
45.3.5、修改放置点位的工件属性，工件厚度、材质、工件编号、钢板编号、套料图编号进行修改,高度z修改为当前z值加工件厚度。
46.3.6、检测当前容积率是否满载，满载的计算方法为占用点位的z值相加除以该料框全部点位z值，达到阈值，如果满载标记料框为满载。
47.3.7、设定第二个工件为art1，a1料框未满，且有相同零件，放置位置为步骤3.3的放置位置，但高度增加art1工件的厚度，即放置坐标为（x,y,20）。
48.3.8、设定第三个工件为art2，厚度为10mm，下道工序为process1，占用面积为5*4，下道工序与a1料框一致，且有空余位置，放置位置如图4，放置坐标为（x2,y2,10）。
49.3.9、设定第三个工件为art3，厚度为10mm，下道工序为process2，占用面积为5*5，下道工序与a1料框不一致，查找空框a2，放置位置如图5，放置坐标为（x3,y3,10）。
50.第四步、完成一个工件的码垛计算，发送机器人、桁架机械臂完成工件的码垛装框。
51.实施例2本实施例公开一种工件动态码垛装框系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
52.综上，本发明上述各实施例所分别公开的工件动态码垛装框方法及系统，至少具有以下有益效果：1、利用矩形化工件和料框区域分割，实时动态计算码垛，可适应多种类生产模式。
53.2、根据工件尺寸和形状进行码垛，有效提升料框容积率，尤其适用于小尺寸工件动态码垛装框。
54.3、加入了料框属性设定和工件属性设定等功能，可适应策略的动态调整，换言之，即料框动态绑定属性；有效提升空间利用率的同时可适应不同类型的场景。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。