一种基于到港物流调度机器人的物流调度系统及其调度方法

技术领域

本发明涉及一种到港货物的物流调度方法，尤其涉及一种基于到港物流调度机器人的物流调度方法及其调度系统，属于物流调度及货物运输领域。

背景技术

到港物流调度是指水运物资到港集中后，如何批量卸货和临时仓储，已被陆上物流的前期处理方法。国内现有技术大都采用人工出箱搬运，然后接触传送装置到下游仓储人员进行分拣和存架。由于人工的长时间高强度作业，难免导致分拣错误，货物损伤(如人为的扔摔和疲惫后不慎的掉落等)，因此国外在此方面从出箱到上架都有机器人完成。国内陆上物流分拣工作近些年来虽然也采用机器人进行分类出仓，但是，由于上架的随机性，导致出仓时大量机器人按照既定路线进行货物的单一搬运操作，从而不同的地区的无货被混杂在一起计发往相应的物资集散地，后期再高强度的人工进行分类到各省份，人工成本高，机器人的作用并未充分发挥，仅仅单一地替代了人类的劳动力，并未参与分拣识别。

货物包裹上的标签时记载了货物始发地和目的地信息的重要标识物，因此能够依赖表示无进行分类，然而由于国外的文字工人大都需要转化为母语进行熟练识别，因此人工培训和熟练阶段也需要一定的耗时。因此亟待考虑一种能够在混杂各地的物资的货物出箱时就分类搬运上架，并在出仓时能够将相同地区的货物整体搬运，以在地区再次陆上卸货时进一步明确发往的城镇方向，从而整体上提高物流调度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明从如下几个方面考虑，第一，标识物的设计；第二，集装箱内传输装置的设计，第三，出箱机器人及传送系统的设计，第四上架机器人的设计。本发明所指的一排货物由一排多个包裹组成，所述多个包裹包括但不限于尺寸和材质规格一致的多个封闭箱体构成

鉴于上述考虑，本发明一个方面提供一种基于到港物流调度机器人的物流调度系统，其特征在于包括贴包标识物，出箱机器人，基于至少一条传送带的传送系统，多个分类货物架，以及识别喷码并准确上架到相应分类货物架上进行货物归类的至少一个上架机器人，其中，

贴包标识物包括通过人工或贴标机器人标贴在货物包裹固定一面(可以是该一面的任意地方)的贴标，以便出箱机器人在从所述集装箱内取出包裹之前，被所述出箱机器人识别，所述贴标包括了货物发往的地区；

出箱机器人，包括能够抓取与集装箱出口横向宽度上从上至下的多排货物的抓手，所述抓手通过机械臂-滑轨系统连接，所述机械臂-滑轨系统能够深入集装箱长度方向，供所述抓手抓取自所述集装箱出口往后的其他多排货物，并在每一排货物出箱之后，将所述抓手调整至预定姿态，而将所述每一排货物整体摆放在所述至少一条传送带上传输出，所述抓手上具有吸排、识别系统和多颗与每一个包裹贴标一面对应的第一摄像头，以及无线发送器，多颗所述第一摄像头能够分别将每一包裹上的贴包标识物进行图像采集并传输给所述识别系统识别贴包标识物上的地区信息，所述识别系统将识别的地区信息传送给无线发送器，

所述传送系统包括传送带，以及配置在传送带两侧附近的喷码机器人，所述无线发送器将接受到的所述地区信息发送给所述喷码机器人，当与识别的地区对应的包裹经过所述喷码机器人工位时，由所述喷码机器人对包裹外表面进行包含该地区信息的喷码的喷贴；

所述多个分类货物架包括多层分隔层，同一地区的货物摆放在至少一个分类货物架上；

所述上架机器人在传送带货物送出口识别到每一个包裹的所述喷码后取走包裹并按照第一规定路线行走，将每一个包裹按照所述多层分隔层从下至上，且按规定方向依次摆放在与喷码对应地区的分类货物架上的每一层分隔层上，并掉头原第一规定路线返回，当放满一个分类货物架之后，再按照第二规定路线行走，对下一个与放满分类货物架对应地区一致的其他未放满分类货物架进行包裹摆放，并掉头原第二规定路线返回，以此进行多个规定路线的行走、摆放、返回，直至所有箱内货物被摆放完毕，完成一个批次的仓储作业。

优选地，所述喷码机器人包括安装支架，所述安装支架上设置有喷码头，一个补扫相机和一个识别处理器，所述每一排货物中存在所述识别系统未识别到地区信息的包裹，在相应包裹传送至喷码机器人工位时，相应的传送带暂停传输，由所述喷码机器人的所述补扫相机对包裹外的与所述固定一面相对的另一面进行图像补采集，从而将补采集的图像发送给所述识别处理器识别，并命令所述喷码头进行补喷作业之后，所述相应的传送带继续传输；若所述识别处理器仍然未识别到所述地区信息，则由喷码机器人在包裹外喷贴未识别标识，由所述上架机器人识别，并按照未识别包裹的专门路线行走，将其送往仓库指定区域，由人工进行拿取之后掉头专门路线返回，以在完成一个批次的仓储作业之后人工补摆放。

可以理解的是，贴标的固定面可以具有与之相对的另一面，在货物装箱时工人可能并不会统一地将所述的固定的一面贴标一面朝向出箱口，因此补扫另一面是需要的。然而一些装箱地存在随机将贴标贴在其他包裹面上的情况，这类被贴标识物无法在采集和补采集的阶段采集到的，由此需要额外归类，并人工摆放。本发明通过未标示的喷码对于随机贴标的情况予以解决。

优选地，所述喷码头为传送带上方与包裹顶部距离可调的激光喷码头，所述与包裹顶部距离为80-200mm，优选为100mm。

优先地，对于每一个所述分类货物架都有定义进入区，当多个所述上架机器人进入同一个分类货物架所在的货物区域时，上架机器人之间保持规定距离，以实现多个包裹的依次摆放而不混乱摆放次序。

优选地，每一个上架机器人具有用于喷码识别的第二摄像头，让步处理系统，以及用于识别与其自身正前方其他上架机器人之间的距离的行走方向上的正面距离传感器，当所述正面距离传感器识别到距离在阈值范围内时，上架机器人会暂停行走，至到距离在阈值范围外，当其中一个上架机器人将包裹摆放完毕时，将当前所摆放的分类货物架的摆放状态发送给其他所有上架机器人，使得当其他上架机器人再次摆放时能够知道下一个摆放位置，上架机器人拿到包裹时，让步处理系统会记录拿到的时间和进入进入区的时间，当两个上架机器人正面相遇使得距离在阈值范围内时，各暂停行走，相互给对方的让步处理系统发送所述拿到的时间和所述进入进入区的时间的时间信息，优先拿到包裹的机器人避让后继续行走，而后拿到包裹的上架机器人直到距离在阈值范围外后继续行走；若拿到包裹时间相同，则后进入进入区的上架机器人避让后进入所述规定路线继续行走，而先进入进入区的上架机器人直到距离在阈值范围外后继续行走。

其中，所述让步处理系统包括正面识别相机，时间信息记录和时间信息发送器，以及让步处理器，所述正面识别相机识别到上架机器人正面影像，并且距离传感器感知到距离在阈值范围内时，所述时间信息记录和时间信息发送器将其记录的所述时间信息发送给正面相遇的对方，所述让步处理器接收时间信息并与自身当前存储的时间信息作比较，并采取行走策略，即避让还是继续暂停行走，所述摆放状态包括当前摆放完成的位置。

可以理解的是，当最后一个按照上述所述多层分隔层从下至上，且按规定方向顺序摆放的位置被占之后，即表示该分类货物架已满。

优选地，所述阈值和规定距离均为所述上架机器人正视方向上所有横截面中最大左右横跨距离的1.1-2倍，所述避让为一个大于所述阈值为半径的一个圆弧，所述圆弧两端都在行走的规定路线上，且所述圆弧位于远离分类货物架的规定路线的一侧。

优选地，所述所述阈值和规定距离相等。

优选地，所述分类货物架上设置有两个进入区传感系统，以与相对摆放的另一或两个分类货物架上设置的其中一个进入区传感系统相对，用于感知上架机器人进入相对货物架之间，以及无相对货物架一侧的范围，定义为进入区，并将进入进入区的时间发送给所述时间信息记录和时间信息发送器。

优选地，任一一条规定路线行走都具有两条分支路线，以对应供包裹摆放的一个分类货物架的多层分割层中每层相对两侧的位置。

可以理解的是，例如当同一地区的两个包裹先后被两个上架机器人拿到，在进入到所述进入区域之前正面相遇时，先后进入到某一地区对应的一个分类货物架所在进入区域时，两者之间保持一定距离。

优选地，一个批次的仓储作业完成之后，所有上架机器人全部归位到所述货物送出口停止行走待机，直至下一个批次的仓储作业启动。

优选地，所述地区识别按照预先训练完成的自然语言处理(Natural LanguageProcessing,NLP)算法进行。

本发明的另一个目的是提供一种基于到港物流调度机器人的物流调度方法，其特征在于包括如下步骤：

S1将贴包标识物贴标在包裹的所述的固定一面，并将货物码放在集装箱中，贴包标识物朝所述集装箱出口，或者背向所述集装箱出口，闭箱运送至港口；

S2港口设置多个仓库，每个仓库设置至少一个集装箱开箱卸货点，将每个集装箱用送到所述卸货点开箱；

S3利用前述基于到港物流调度机器人的物流调度系统完成每一个批次的仓储作业，直至每个仓库中所有分类货物架摆放满。

其中S3中利用所述基于到港物流调度机器人的物流调度系统完成每一个批次的仓储作业，具体包括：

S3-1更新仓储作业批次数，利用出箱机器人调整第一摄像头与一排货物的拍摄距离，采集图像，识别系统将根据所述采集图像识别的地区信息传送给无线发送器，所述无线发送器将地区信息发送给当前所轮到一排货物摆放的一条传送带附近的所述喷码机器人；

S3-2出箱机器人将抓取的一排货物摆放到当前所述的一条传送带上，所述喷码机器人根据接收到的地区信息确定对经过其工位的包裹外表进行喷码，或者传送带暂停传送并在货物上进行补喷作业，或者喷贴未识别标识，循环步骤S3-1直至S3-2的喷码和/或补喷作业和/或喷贴未识别标识步骤；

S3-3上架机器人根据喷码、补喷码，和未识别标识分别识别的地区信息和未识别标识的信息，取走包裹并分别按照第一规定路线行走，将每一个包裹按照分类货物架上多层分隔层从下至上，且按规定方向依次摆放在与喷码对应地区的分类货物架上的每一层分隔层上，并掉头原第一规定路线返回，和按照未识别包裹的专门路线行走，并将其送往仓库指定区域，由人工进行拿取之后掉头专门路线返回，当放满一个分类货物架之后，再分别按照第二规定路线行走或按照所述专门路线行走，对下一个与放满分类货物架对应地区一致的其他未放满分类货物架进行包裹摆放，或送往仓库指定区域，并分别掉头原第二规定路线或专门路线返回，以此进行多个规定路线和专门路线的行走、摆放、返回，直至所有箱内货物被摆放完毕，完成一个批次的仓储作业，其中，一个上架机器人每摆放完一个包裹后向其他上架机器人发送当前所摆放的分类货物架的摆放状态；

S3-4所有上架机器人归位至各自的传送带前待命下一批次仓储作业。

本发明的第三个目的是提供一种计算机可读非暂时性存储介质，其特征在于，其中存储有可由所述物流调度系统运行而实现前述物流调度方法的计算机可读程序。

有益效果

1.利用出箱机器人进行卸货和贴标扫描，以及喷码，实现货物搬运分类识别，方便人工出箱的成本；

2.分类货物架的设置使得同一个地区的货物的集中堆放，方便集中送往相同的地区集散地；

3.通过上架机器人的设计，按照规定路线行走方便了货物的分类堆放，通过避让的方案实现了搬运过程中的机器人之间碰撞的情形。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1本发明实施例1的贴包标识物的构成示意图，

图2本发明实施例2的出箱机器人构成示意图，其中示意了伸缩式滑轨伸展到最长延长长度的状态，

图3本发明实施例2的开箱状态的集装箱出口示意正视图，其中显示伸缩式滑轨以及货物堆放的状态，

图4本发明实施例3货物传送系统构成总示意俯视图，

图5本发明实施例3的喷码机器人构成示意图，其中显示了一个包裹在经过其工位时暂停传送带传送的状态，以实现补扫，激光喷码，激光补喷，或未识别标识的激光喷码，

图6本发明实施例4的上架机器人构成示意图，其中下方示例性地示意了升高的躯干的状态，

图7仓储作业的一个作业区域示意图，

图8为图7中其中一个仓的结构示意图，其中显示了卸货点，规定路线，仓库指定区域，以及右侧显示了避让路线的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1

本实施例说明一种基于到港物流调度机器人的物流调度系统总体构成，其包括贴包标识物，出箱机器人，基于至少一条传送带的传送系统，多个分类货物架，以及识别喷码并准确上架到相应分类货物架上进行货物归类的至少一个上架机器人。

如图1所示，所述贴包标识物包括了货物名称(TITIL)、始发地信息(from)、包含地区信息(省份，城市等)目的地信息(to)，以及收货人联系方式(Contact)。

实施例2

实施例1的出箱机器人如图2所示，包括了带轮平台，所述平台上搭载有配重与控制箱以及机械臂-滑轨系统。所述控制箱用于控制轮的行走以及抓手、机械臂-滑轨系统的运动。所述抓手连接机械臂。如图3所示，能够抓取与集装箱出口横向宽度上从上至下的多排货物的抓手。每个货物包裹都贴有标识物，图3中示例性地给出了其中一个包裹的标识物贴标位置。

所述机械臂包括升降旋转臂，其能够沿着本身的臂延伸方向的长轴旋转以及作升降运动，连接升降旋转臂和伸缩旋转臂的臂肘，所述臂肘能够调节升降旋转臂和伸缩旋转臂之间的夹角，所述伸缩旋转臂包括多段伸缩的杆，以调整与其连接的抓手上的第一摄像头与包裹之间的图像采集的距离。

所述滑轨为设置在平台上的两个平行相对(如图3所示可知)的可伸缩的多段伸缩滑轨，能随着机械臂-滑轨系统整体伸入集装箱长度方向而不断延伸其长度。

所述抓手上具有连接抽吸系统的设置在相邻第一摄像头之间和抓手两端的吸排(如图2)、识别系统和4颗与图3中示例性示出的一排4个包裹贴标一面一一对应的第一摄像头，以及无线发送器(图2未示出)。所述吸排能够吸住每一个包裹的朝向集装箱出口的表面，并头机械臂-滑轨系统运动，而将所述每一排货物整体摆放在所述至少一条传送带上传输出。4颗所述第一摄像头能够分别将每一包裹上的标识物进行图像采集并传输给所述识别系统识别标识物上的地区信息，所述识别系统将识别的地区信息传送给无线发送器。

实施例3

本实施例将说明所述传送系统，如图4所示，其包括传送带，以及配置在传送带两侧附近的喷码机器人，图中给出了两条传送带从出箱机器人两侧延伸出。包括了用于抓手摆放一排货物包裹的第一区段，以及转向传送往喷码机器人工位的第二区段。其中抓手将一排货物抓出集装箱出口后，调整升降旋转杆的角度使得一排货物的序列方向与左侧或右侧所述第一区段平行，之后下降将一排货物摆放于第一区段送出货物，接着松开吸排后继续深入集装箱取下一排货物，此后仿照先前步骤调换至另一侧第一区段摆放一排货物，以此在左右第一区段上交替进行摆放。

实施例2的所述无线发送器将接受到的所述地区信息发送给所述喷码机器人。如图5所示，左侧的喷码机器人包括横跨传送带第二区段两侧的安装支架，所述安装支架顶部上设置有与包裹顶部距离可调的激光喷码头，所述与包裹顶部距离为100mm。

安装支架左侧设置有一个补扫相机和一个识别处理器。而对于右侧的喷码机器人结构则与之对称方式设置。

当与识别的地区对应的包裹经过所述喷码机器人工位时，由所述喷码机器人对包裹外表面进行包含该地区信息的喷码的喷贴。

所述每一排货物中存在所述识别系统未识别到地区信息的包裹，在相应包裹传送至喷码机器人工位时，相应的传送带暂停传输，由所述喷码机器人的所述补扫相机对包裹外的与所述固定一面相对的另一面进行图像补采集，从而将采集的图像发送给识别处理器识别，并命令所述喷码头进行补喷作业之后，所述相应的传送带继续传输。

若所述识别处理器仍然未识别到所述地区信息，则由喷码机器人在包裹外喷贴未识别标识，由所述上架机器人识别，并按照未识别包裹的专门路线行走，并将其送往仓库指定区域(参见图8)，由人工进行拿取之后掉头专门路线返回，以在完成一个批次的仓储作业之后人工补摆放。

实施例4

本实施例说明书分类货物架以及上架机器人构成，以及上架机器人从传送带出口端的包裹搬运返回的方案。

设置至少两个上架机器人在第二区段货物送出口附近两侧(图4中以圆点示出)，并按照次序，使得两侧的上架机器人交替搬出。

如图6所示，所述上架机器人包括用于喷码识别的第二摄像头，让步处理系统，以及用于识别与其自身正前方(图6中以圆点表示上架机器人，以其为圆心的圆域表示出)其他上架机器人之间的距离的行走方向上的正面距离传感器。并且具有如图6所示一个正视方向上最大左右横跨距离，即图中搬运双臂最旁开的两个轴对称对称点之间的距离。如图6所示，为了将货物摆放至分类货物架的高处，所述上架机器人具有可升高的安装有搬运双臂的躯干。

其中，所述让步处理系统包括正面识别相机，时间信息记录和时间信息发送器(包括可覆盖上一次记录的存储单元)，以及让步处理器，所述正面识别相机识别到上架机器人正面影像，并且距离传感器感知到距离在阈值范围内时，所述时间信息记录和时间信息发送器将其记录的所述时间信息发送给正面相遇的对方，所述让步处理器接收时间信息并与自身当前存储的时间信息作比较，并采取行走策略，即避让还是继续暂停行走，所述摆放状态包括当前摆放完成的位置。

当所述正面距离传感器识别到距离在阈值范围(最大左右横跨距离的1.2倍)内时，上架机器人会暂停行走，至到距离在阈值范围外，当其中一个上架机器人将包裹摆放完毕时，将当前所摆放的分类货物架的摆放状态发送给其他所有上架机器人。

上架机器人拿到包裹时，让步处理系统会记录拿到的时间和进入进入区的时间，当两个机器人正面相遇使得距离在阈值范围内时，各暂停行走，相互给对方的让步处理系统发送所述拿到的时间和所述进入进入区的时间的时间信息，优先拿到包裹的机器人避让后继续行走，而后拿到包裹的上架机器人直到距离在阈值范围外后继续行走；若拿到包裹时间相同，则后进入进入区的上架机器人避让后进入所述规定路线继续行走，而先进入进入区的上架机器人直到距离在阈值范围外后继续行走。

如图8所示，当上架机器人H和J正面相遇而暂停行走，正面识别相机拍摄到对方的正面影像，且距离传感器识别正面距离在阈值范围内时，执行所述避让，且所述避让为一个大于所述阈值为半径(圆O的半径)的一个圆弧HI，所述圆弧两端H和I都在行走的规定路线上，且所述圆弧位于远离分类货物架的规定路线的一侧。图中上架机器人H的拿到包裹时间早，即行走避让路线HI。上架机器人J直到正面距离传感距离值在阈值范围外后才继续行走。

如图7所示为仓储作业的一个作业区域示意图，包括仓1-仓4四个仓，图8为其中一个仓的构成示意图，包括两个卸货点，纵向排布7个分类货物架的货物架列9列，每个货物架列存放同一省份货物，在货物架列两侧具有多条规定路线的两条分支。每一条规定路线的分支在每一个分类货物架两侧共线分布，一共为七条。

点A-D为四个如图4的传送带第二区段的货物送出口，其两侧的位置在此以一个点简略表示。各点的上架机器人的专门线路连接了与其距离最近的货物送出口，当时上机器人的第二摄像头别到未识别标识时就近将对应的包裹按照专门路线行走而送往相应的仓库指定区域，由人工进行拿取之后掉头专门路线返回。

9列货物架列上各自对应第一规定路线上的一个分类货物架的两个顶角上设置有两个进入区传感系统

各点上的上架机器人按照识别的喷码和补码而取走包裹，分别按照第一规定路线行走，将每一个包裹按照分类货物架上多层分隔层从下至上，且按规定方向依次摆放在与喷码对应地区的分类货物架上的每一层分隔层上，并掉头原第一规定路线返回。

当放满一个分类货物架之后，再按照第二规定路线行走，对下一个与放满分类货物架对应地区一致的其他未放满分类货物架进行包裹摆放，并掉头原第二规定路线返回，以此进行所有七条规定路线的行走、摆放、返回，直至所有箱内货物被摆放完毕，完成一个批次的仓储作业，所有上架机器人归位至各自的传送带前待命下一批次仓储作业。

其中，一个上架机器人每摆放完一个包裹后向其他上架机器人发送当前所摆放的分类货物架的摆放状态。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。