本發(fā)明涉及用于傳送器帶上的包裹流的視覺三維掃描的方案，該傳送器帶涉及分類機的自動裝載工位，本發(fā)明涉及用于所述包裹流內(nèi)的包裹和封套的機器人選擇性操縱的方法；所提供的方案的目的在于增大分類系統(tǒng)的產(chǎn)量和精確度。本發(fā)明尤其用于郵政和快遞分配服務(wù)，其中包裹在尺寸和包裝特性方面是非常多樣化的。在以上所述的一個部分中，體積非常大的包裹也需要裝載到分類機上，但是大部分物品是中型的和小尺寸的包裹和封套，這可以由“拾取和放置”類型的操縱器便利地處理。基于位于傳送器帶上的包裹和封套的識別和三維測量，本發(fā)明使用操縱器來從傳送器拾取包裹并將包裹正確地裝載到分類機單元上，由此進(jìn)一步克服并排布置或者一個在另一個上方部分地疊置的雙包裹和封套的缺陷。參考能夠在相同分類單元上處理一個大體積包裹或兩個包裹的那些分類機(其被布置成根據(jù)專利ep0927689和ep0963929連續(xù)地分類)，視覺和操縱方案允許在裝載線上獲得成對包裹，成對包裹適當(dāng)?shù)夭贾煤腿∠虺杀阌谕瑫r裝載到相同的分類單元上，因此顯著地增加分類機的容量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

分類機的任務(wù)在于分類其上裝載的物品并將該物品傳送到相應(yīng)的目的地。在高產(chǎn)量、目的地數(shù)量和設(shè)計靈活性方面最重要的應(yīng)用的機器類型是旋轉(zhuǎn)傳送分類機。旋轉(zhuǎn)傳送分類機通常包括具有相同間距的滑架，滑架以鉸接方式相互連接，由此形成鏈，該鏈沿著封閉路徑以恒定速度滑動，在當(dāng)前的應(yīng)用中，該恒定速度可以高達(dá)3m/s。用于將每個物品自動裝載到滑架上的進(jìn)入工位面向分類機的路徑，以及離開工位，在該離開工位中，具有共同目的地的物品被卸載和收集?！敖徊鎺健狈诸悪C是旋轉(zhuǎn)傳送分類機，其特征在于，每個滑架設(shè)置有稱為“單元”的傳送器帶，傳送器帶的致動方向與分類機的方向垂直。其它類型的分類機在滑架上具有傾卸板，以便接納包裹并將該包裹分類到目的地。本發(fā)明更關(guān)注交叉帶式機器，但是也能夠應(yīng)用于其它類型的分類機，原因在于其技術(shù)特征能夠在相同的機器上直接處理各種各樣的包裹、封包、封套、小包、稱為“淺箱”的薄物品、以及大體積包裝和大重量物品，它們通常落在郵政和快遞分類中心中處理的包裹流中。圖1示出了交叉帶式機器(1)的典型視圖，其具有兩個區(qū)域，包括裝載工位(2)和一些目的區(qū)域(3)，裝載工位的任務(wù)是將包裹裝載到分類機的單元上，目的區(qū)域包括滑動以收集目的地相同的包裹。圖2示出了位于分類機上的高容量自動裝載線，為郵政設(shè)施或快遞服務(wù)中使用的典型應(yīng)用構(gòu)造。工位的任務(wù)是運送單獨的包裹，通過讀取包裹的條形碼來識別包裹，將包裹裝載到分類機的單元上，其中包裹的較長邊取向成與單元帶的方向相同，也就是垂直于機器的方向，如圖2的包裹(10)所示，并且最終將與裝載的包裹相關(guān)的所有信息發(fā)送到分類機的控制系統(tǒng)。為了正確操作自動裝載工位，需要包裹單獨地傳送到工位，也就是它們應(yīng)當(dāng)在傳送器帶上布置成一個在另一個后面；因此，必須裝載到分類機上的包裹流通常由手動或自動分離過程引起。在第一種情況下，包裹由操作者從容器卸載或者直接從運輸裝置卸載，并且放置到順序卸載傳送器帶上，以便容易地與后續(xù)帶分離并被傳送到分類機上的自動裝載工位(2)。在第二種情況下，包裹通常經(jīng)由籠或傾卸板卸載到收集器帶上，并且包裹流被傳送到分離器系統(tǒng)。分離器系統(tǒng)可以包括速度增大的傳送器帶序列，以用于沿縱向?qū)蛛x，進(jìn)一步包括傳送器，該傳送器的方向變化90°，以便于分離并排布置的包裹。作為另外一種選擇，該系統(tǒng)可以包括專門的分離器，其目的在于，在其出口上以可變的節(jié)奏提供適當(dāng)?shù)亻g隔開的單個包裹，以便與位于分類機上的裝在線的可用性相符。來自手動或自動分離器并被引導(dǎo)到裝載工位(2)的包裹流由圖2所示的一系列短傳送器帶(15)輸送，傳送器帶(15)的任務(wù)在于借助于位于帶上的側(cè)光電管處理的速度變化以適當(dāng)?shù)拈g距分離包裹。因此，包裹根據(jù)其最長邊借助于傳送器(14)進(jìn)行對準(zhǔn)，傳送器由機動化輥子形成，朝向豎直傳送器傾斜。由此取向的包裹被傳送到傳送器帶(13)，傳送器帶通常設(shè)置有用于稱量運動包裹的重量和測量運動包裹的體積的系統(tǒng)，而由圖像分析腔室或激光掃描儀構(gòu)成的隧道(12)用來識別施加到包裹的標(biāo)簽上的條形碼，以確定包裹的目的地。因此，通過光電管柵欄(11)控制的包裹通過傳送器帶(4)根據(jù)與分類機的單元平行的方向進(jìn)行取向，相對于接納帶(5)形成60°的角度。帶(4)在帶(5)上的發(fā)射速度歸因于包裹的沿著帶(5)的方向的速度分量，其等于帶的速度，使得包裹能夠保持其在帶(5)上的取向，該取向與分類機的單元平行。

因此，包裹在光電管柵欄(6)下方通過，以便確定包裹的位置、尺寸和取向。基于這樣的信息，選擇適合于裝載包裹的分類機的單元，之后，控制同步裝置傳送器(7)的速度，以便使得包裹具有的跡線將包裹引導(dǎo)至與分類機的單元接觸。圖2詳細(xì)示出了裝載到分類機的單元上，其中傳送器帶(8)相對于機器方向傾斜30°，其速度(vl)的沿機器方向的分量等于分類機(vs)的速度。單元速度的傳送器帶以某個速度(vb)啟動，該速度等于帶(8)的與分類機的方向垂直的速度分量。這樣，單元帶的每個點(p)在帶處于30°時具有完全一樣的速度(vs+vb＝vl)，由此包裹(10)的重心(g)具有完全一樣的速度，如圖2中的細(xì)節(jié)所示。從而，在不承受任何旋轉(zhuǎn)或減速的情況下裝載包裹。一旦包裹終止傳送上去，單元帶就基于低減速值停止單元上的包裹。

在郵政和快遞服務(wù)中，包裹和封套構(gòu)成運送的物品的大部分，例如在典型的快遞傳送流中，尺寸最多為500x400x400m的包裹占所有待運送物品的60％。大尺寸和大體積包裹在快遞傳送流總占小部分百分比，例如，長于1000mm的包裹僅僅占所有待運送物品的3％。然而，尤其便利的是，在相同的分類機上運送甚至最大體積的包裹，通常高達(dá)1400x800x800mm。實際上，包裹的可能的手動運送將導(dǎo)致繁瑣和價格高昂，其中包裹將必須從包裹流中移除，由傳送裝置卸載，并被引導(dǎo)到分類機。自動裝在線運送非常大體積包裹的容量影響了其設(shè)計，為了進(jìn)行裝載，大體積包裹應(yīng)當(dāng)被取向成使得其軸線平行于分類機的單元，如圖2中的包裹(10)所示。除了使得來自分類機的大體積物品的卸載更加容易和安全之外，取向的包裹裝載(其最長邊垂直于分類機的方向)使得分類機具有較大的產(chǎn)量。盡管具有上述重要優(yōu)點，但是應(yīng)當(dāng)指出的是，當(dāng)裝載線運送小尺寸物品時，大體積包裹在裝載線上取向的需要減小了裝載線的容量，也就是每分鐘裝載的包裹的數(shù)量。由此，總體上增加了一次裝載操作所需的自動裝載工位的數(shù)量。

當(dāng)前與裝載線的產(chǎn)量相關(guān)的限制不允許充分利用分離器的容量，因此通常需要在若干裝載線中分配來自分離器的流。

本發(fā)明的目的在于增大裝載線的容量，同時保持器運送非常大體積包裹的能力不變。參考設(shè)置有自動分離器系統(tǒng)的那些應(yīng)用，本發(fā)明的目的在于使用布置在分離器下游的單個裝載線，而不會不利地影響其容量；這個要求基本上對應(yīng)于使得裝載線的當(dāng)前容量值翻倍。可能限制裝載線的容量的另一個主要缺陷可以歸因于處理由未分離的多個物品引起的故障條件所需的機器停止，未分離的多個物品由自動裝載工位設(shè)置的光學(xué)柵欄(6)檢測到。圖3示出了兩種典型的分離錯誤(16)和(17)；當(dāng)由光學(xué)柵欄(6)檢測到時，這樣的錯誤可能導(dǎo)致裝置工位停止，或者在未被檢測到時導(dǎo)致分類錯誤，其中多個物品被裝載為單個物品。手動或自動分離在中型和大尺寸標(biāo)準(zhǔn)包裹的情況下通常是有效的，然而在小型包裹、剛性很小且形狀不規(guī)則的包裝件、在傳送期間不穩(wěn)定的包裝件(尤其是稱為“淺箱”的厚度較小的物品)的情況下效率低下。在分離或傳送期間，可能發(fā)生的是，某些物品變得并排布置，具體地，可能發(fā)生的是，小尺寸包裹(17)靠到大體積包裹的側(cè)面(如圖3所示)，因為該大體積包裹，圖2的分離帶(15)不起作用。所謂的“淺箱”通常并排布置或者一個在另一個上方疊置(16)；取向器(14)自身通常導(dǎo)致“淺箱”變成一個在另一個上方疊置的情況的數(shù)量增多。其傾斜輥子將包裹推靠豎直傳送器帶，該豎直傳送器帶的速度高于輥子的速度，使得包裹根據(jù)其最長邊進(jìn)行取向。由于豎直帶的速度較高，而使得取向器(14)也能夠幫助解決包裹并排設(shè)置的情況，前提條件是兩個包裹是標(biāo)準(zhǔn)類型的且具有相似的尺寸。以上不應(yīng)用與圖3所示的小尺寸包裹(17)處于大體積包裹旁邊的情況，在“淺箱”彼此靠近布置的情況下甚至可能出現(xiàn)負(fù)面效果，原因在于，在這種情況下，它們彼此推靠，并且由于厚度較小，它們有時候可能變成是疊置的。

通過使用圖3的光電管柵欄(6)，相對于位于分類機上的裝載工位可以識別雙物品；然而，應(yīng)當(dāng)理解，由于使用光學(xué)柵欄，可以檢測到許多錯誤雙物品的情況，從而考慮到在缺乏置信度的情況下，物品在特定的出口處分類并且手動地進(jìn)行處理，使得需要再次進(jìn)行處理的物品的數(shù)量增加。在實施過程中，裝載工位(2)上雙物品和錯誤雙物品的存在導(dǎo)致不正確的分類、分類機生產(chǎn)率的損失、手動操作以及裝載工位自身的生產(chǎn)率損失，原因在于多個物品或錯誤雙物品的自動裝載過程需要停止傳送器線路，并且需要進(jìn)一步的操作以安全地裝載物品。

附圖說明

以下將參考借助于非限制性例子示出的附圖來描述本發(fā)明，其中：

-圖1示出了用于物品分類的設(shè)備的示意圖；

-圖2示出了圖1的設(shè)備的一個區(qū)域的示意圖，包括用于物品自動裝載的工位；

-圖3示出了圖2的區(qū)域的另一個視圖，在該圖中示出了兩個例子，其中物品未能彼此分開；

-圖4示出了當(dāng)從傳送器帶拾取部分地疊置的物品并且將該物品放置到分類機的分類單元上時如何應(yīng)用本發(fā)明的例子；

-圖5示出了本發(fā)明中采用的光學(xué)檢測裝置的示意圖；

-圖6、7、8示意性地示出了在本發(fā)明中執(zhí)行的一些數(shù)據(jù)處理；

-圖9和10示出了用于操縱器(19)的一些實用方案；

-圖11、12以及序列(a)、(b)、(c)、(d)示出了本發(fā)明的應(yīng)用，其涉及用于將成對的小尺寸物品裝載到單個分類單元上的構(gòu)造；

-圖13示出了一個實施例，其涉及物品的拾取以及隨后借助于操縱器(19)直接裝載到分類單元上；

-圖14和15進(jìn)一步示出了根據(jù)本發(fā)明的操作序列的例子。

具體實施方式

為了在保持搬運大體積物品的能力的同時實現(xiàn)提高裝載工位的容量和精確度的目標(biāo)，本發(fā)明提供視覺和自動化拾取技術(shù)的整合，稱為“拾取和放置”。這些技術(shù)的目的在于從引導(dǎo)到分類機的流拾取小尺寸包裹和淺箱，以使得相同的包裹和淺箱可以更有效地裝載到分類機上；所述“拾取和放置”技術(shù)進(jìn)一步用來識別和修正分離誤差，否則該分離誤差將限制自動化裝載線的容量。

通過視覺系統(tǒng)，對傳送器帶上運動中的包裹流進(jìn)行自動分析，以便識別和測量單個包括，尤其是小包裹和淺箱，其中向控制系統(tǒng)提供存在多個物品的數(shù)據(jù)。通過追蹤系統(tǒng)沿著傳送器帶的整個路徑能夠獲得與包裹位置和尺寸相關(guān)的信息，機器人拾取裝置可以作用在該傳送器帶上。掃描以及分析應(yīng)當(dāng)是三維的，并且能夠進(jìn)一步支持高達(dá)2m/s的速度下的傳送器帶上的至少6000包裹/小時的流，其中包裹的尺寸為通常由快遞公司運送的尺寸。三維掃描不應(yīng)當(dāng)受遮蔽相關(guān)問題的阻礙，這意味著盡管布置在大包裹旁邊，但仍然應(yīng)當(dāng)有規(guī)律地分析小包裹。另外，為了在傳送器帶上檢測淺箱，尤其是部分地疊置的淺箱，在帶的傳送器表面附近的尺寸測量要求至少大約1mm的分辨率，而尺寸測量范圍應(yīng)當(dāng)為大約800mm?？梢曰谌舾梢阎愋偷募夹g(shù)來進(jìn)行三維分析，例如借助于立體照相機，或者借助于用來分析由激光束沿著與行進(jìn)方向垂直的方向進(jìn)行的掃描的照相機。為了滿足所有上述要求，用于包裹的三維分析的優(yōu)選的創(chuàng)新方案如圖5所示，且包括以下部件之間的組合：高分辨率的光學(xué)柵欄(22)和(23)，其由光電管構(gòu)成，以精確地確定每個物品在底板上的投影；柵欄(24)，其由三角形劃分激光傳感器構(gòu)成，以用于測量包裹的豎直輪廓；以及最后的追蹤系統(tǒng)，其用于在傳送器帶上輸送期間任何時間處精確地定位每個包裹的位置。追蹤系統(tǒng)允許將與在不同位置和不同時間采集的各個單獨包裹相關(guān)的信息關(guān)聯(lián)起來，并且進(jìn)一步允許能夠獲得與沿著輸送方向在任何位置中各個單獨包裹相關(guān)的所有信息。兩個掃描柵欄安裝在傳送器帶(26)上，經(jīng)由圖5所示的增量編碼器(25)的脈沖精確地測量傳送器帶的前進(jìn)。光學(xué)柵欄相對于兩個相繼的傳送器帶之間的自由空間進(jìn)行安裝，在圖5中自由空間已經(jīng)增大，以便更好地識別光電管柵欄(23)；所述光學(xué)柵欄由一排發(fā)射器(23)和一排接收器(22)構(gòu)成，接收器與相應(yīng)的發(fā)射器對準(zhǔn)。在包裹通過期間，發(fā)射器被遮蔽，因此通過讀取編碼器信號(25)的每個轉(zhuǎn)變處的接收器的狀態(tài)，控制系統(tǒng)可以在矢量中存儲接收器的狀態(tài)。這樣的矢量作為整體允許重新構(gòu)建運動中的包裹在平面中的投影，如圖6的例子所示，該圖示出了部分地疊置的兩個淺箱。分辨率由接收器和編碼器間距確定，實際上可商購獲得的光學(xué)柵欄允許間距等于10mm，并且編碼器可以被選擇成使得其脈沖對應(yīng)于10mm的傳送器帶前進(jìn)距離。在圖5的三角形劃分激光傳感器的柵欄(24)中，每個傳感器允許沿著由傳送器帶的前進(jìn)所限定的掃描路線連續(xù)地測量物品的部分。每個傳感器發(fā)射激光束，并且以極大的精確度測量角度，傳感器以該角度接收由擊打在包裹表面上的點反射的激光束。一旦該角度已知，就可以由此獲得包裹表面上該點的距離的精確測量值，由此相對于傳送器帶的表面獲得該點的尺寸。尤其精確的傳感器是可商購獲得的，其在1000mm的測量范圍內(nèi)具有1mm的分辨率，并且足夠快速，以便能夠以5m/s的間隔更新測量值。當(dāng)包裹在柵欄(24)下方通過時，傳感器沿著由傳感器的位置限定的路線提供與包裹表面的掃描對應(yīng)的模擬信號，如圖7的細(xì)節(jié)(b)所示。傳感器的模擬信號可以以20mm的間距進(jìn)行采樣，這對應(yīng)于編碼器的兩次脈沖或者對應(yīng)于10m/s的間隔，其中傳送器帶的速度等于2m/s。模擬信號采樣的數(shù)字轉(zhuǎn)換提供了數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)存儲在與編碼器轉(zhuǎn)變相關(guān)的矢量中，也就是所有數(shù)據(jù)包含在上述矢量中，這些矢量根據(jù)由編碼器脈沖測量的前進(jìn)而進(jìn)行排列，以便能夠重新構(gòu)建物品的豎直輪廓。包裹的追蹤功能以及傳送器帶上的相關(guān)信息允許控制系統(tǒng)了解每個包裹在任何時間的位置，并且訪問其數(shù)據(jù)，以便讀取存儲的信息或者增加新的可獲得的信息。追蹤是與視覺相關(guān)的以及與包裹和淺箱的自動化拾取的控制相關(guān)的處理功能的核心功能，是本文和以下描述的本發(fā)明的目的。用于追蹤的優(yōu)選方案提供虛擬帶組件，其應(yīng)當(dāng)確切地對應(yīng)于真實帶并且與真實帶持續(xù)地同步，這歸因于編碼器(25)測量帶基本前進(jìn)。虛擬帶包括有序組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對應(yīng)于真實傳送器帶劃分成的基本單元，即基本單元的數(shù)量由傳送器帶的長度除以編碼器的間距而給出，例如：考慮到編碼器具有10mm的間距(也就是對于10mm帶的基本前進(jìn)，發(fā)出一次脈沖信號的編碼器)，2米長的帶應(yīng)當(dāng)具有由200個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的對應(yīng)虛擬帶。

掃描光學(xué)柵欄的邏輯狀態(tài)矢量、三角形劃分傳感器柵欄的詞矢量以及其它信息(例如圖像三維分析的合成、包裹的目的地和能夠獲得的有關(guān)包裹的其它信息)可以存儲在單個單元的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

當(dāng)包裹到達(dá)傳送器帶的入口處時，其數(shù)據(jù)存儲在虛擬帶的第一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，并且在編碼器的每次脈沖處，包含在單個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)被傳遞到后續(xù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此，由與包裹相關(guān)的信息構(gòu)成的虛擬包裹沿著虛擬傳送器與傳送器帶上的真實包裹確切地同步運動。沿著該路徑，能夠獲得的與包裹相關(guān)的任何其它數(shù)據(jù)可以添加到虛擬包裹。在放置在帶的起始處的光電管柵欄(22)和(23)的掃描期間，與柵欄傳感器對應(yīng)的邏輯狀態(tài)矢量存儲在第一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，該第一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對應(yīng)于布置在柵欄下方的單元帶元件。該信息相對于新的脈沖編碼器前進(jìn)到下一個單元，從而與編碼器同步獲得的掃描信息沿著虛擬帶與真實包裹確實同步地前進(jìn)。相似地，通過對柵欄(24)的傳感器進(jìn)行采樣所獲得的詞矢量存儲在與確切地定位在柵欄下方的帶元件相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)中。由于真實傳送器和虛擬傳送器之間的同步，而使得一旦光學(xué)掃描狀態(tài)使與三角形劃分激光傳感器柵欄的位置相對應(yīng)的單元(真實包裹到達(dá)該三角形劃分激光傳感器柵欄，因此處于虛擬帶的單元中)到達(dá)二維掃描狀態(tài)，現(xiàn)在就同步增加由來自激光傳感器三維柵欄的信號的采樣和數(shù)字轉(zhuǎn)換而獲得的數(shù)據(jù)。這樣，一旦已經(jīng)克服了三維掃描柵欄(24)，光學(xué)掃描數(shù)據(jù)以及三維掃描數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)在虛擬帶的單元中對準(zhǔn)，并且這樣的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)沿著虛擬帶與真實包裹同步地從一個單元運動到下一個單元。然后，每個虛擬包裹與在真實包裹上執(zhí)行的掃描的三維合成過程所得到的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。在虛擬包裹在條形碼讀取隧道(12)下方通過之后，接下來將對應(yīng)的分類目的地和可能的另外已知的數(shù)據(jù)(例如重量和體積)與其相關(guān)聯(lián)。

圖6示出了在光學(xué)柵欄(22)和(23)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上執(zhí)行二維分析的步驟，即由接收器遮蔽而產(chǎn)生的點組(28)，對應(yīng)于從運動中的物品(27)的上方看的二維視圖，在該圖的具體例子中，物品由兩個部分地疊置的淺箱構(gòu)成。該圖像稱為二維笛卡爾系統(tǒng)，也就是，沿著x軸，測量帶上的橫向位置，然后顯示10mm間距光學(xué)接收器的位置，同時沿著y軸，測量傳送器的基于編碼器脈沖的前進(jìn)，最終，采樣的接收器的狀態(tài)以10mm的間隔出現(xiàn)。

經(jīng)由已知類型的圖像處理結(jié)束，可以確定物品的輪廓(29)點。因此，可以容易地識別并行布置在傳送器帶上的兩個不同的物品，原因在于它們呈現(xiàn)由兩個輪廓限定的兩個分開的區(qū)域。然后，每個單個識別的物品在對應(yīng)的虛擬包裹內(nèi)與從圖像處理獲得的匯總數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，即引用的物品的重心坐標(biāo)、包含該物品的矩形、以及最終其在坐標(biāo)系統(tǒng)中的取向。

另外，基于已知類型的圖像分析技術(shù)，可以識別和處理復(fù)雜輪廓，其中隱藏線可以被高亮以對應(yīng)于部分地疊置的淺箱，如圖6中提供的輪廓(30)所示。在這種情況下，借助于分析技術(shù)，可以識別兩個淺箱(30)和(31)的可能的輪廓，基于與后續(xù)三維柵欄(24)的掃描獲得的數(shù)據(jù)的相關(guān)性應(yīng)當(dāng)能夠確認(rèn)該輪廓。相對于已經(jīng)描述的激光傳感器柵欄的掃描，由于數(shù)據(jù)同步，而使得能夠?qū)蓚€可能疊置的淺箱的二維輪廓與三維掃描所得到的實際尺寸變化關(guān)聯(lián)起來。

具體地，當(dāng)確定疊置的淺箱有效存在時，相對于隱藏線發(fā)生的二維圖像分析所提供的尺寸測量的不連續(xù)能夠增大置信度水平，因此進(jìn)一步允許建立兩個物品中哪一個物品處于由“拾取和放置”操縱器拾取的最合適的位置。

圖7的例子示出了二維光學(xué)分析，其提供了隱藏線，該隱藏線補充識別兩個分開的淺箱，如細(xì)節(jié)(a)所示。相對于用于物品(29)的輪廓線，細(xì)節(jié)(b)的三維掃描示出了尺寸(32)不連續(xù)，該不連續(xù)能夠確認(rèn)存在兩個部分地疊置的淺箱，并進(jìn)一步確認(rèn)物品(29)處于上部位置，因此是由“拾取和放置”操縱器拾取的第一個物品，如細(xì)節(jié)(c)所示。

此外，三維掃描用來確定輪廓(27’)內(nèi)用于執(zhí)行物品拾取的最合適的區(qū)域，該區(qū)域的特征在于低尺寸不連續(xù)。在沿著建議的二維分析的輪廓不存在與尺寸測量相關(guān)的不連續(xù)的情況下，相反應(yīng)當(dāng)確認(rèn)存在呈現(xiàn)特定形式的單個物品。對于每個識別的包裹，在虛擬包裹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)當(dāng)存儲以下數(shù)據(jù)：重心坐標(biāo)；包含所述識別的包裹的矩形頂點的坐標(biāo)；拾取點中心的三維坐標(biāo)；以及確定特征在于尺寸變化減小的拾取區(qū)域的矩形頂點的那些數(shù)據(jù)。

置于呈現(xiàn)便于側(cè)向拾取的合適高度的包裹，獲得包裹的三維表示，以便識別其上表面和側(cè)表面，其中進(jìn)行測量，控制系統(tǒng)基于該測量操作操縱器(19)，以選擇性地拾取和放置該包裹。

上表面識別為特征在于低尺寸變化的區(qū)域，而基于尺寸值的較大變化(相對于限定輪廓的坐標(biāo)而出現(xiàn))的識別來確定側(cè)表面。因此，可以識別豎直表面，其適合于相對地拾取物品，或者在可供選擇的形式中，提供傾斜表面，其特征在于沿著輪廓的尺寸值的變化方面的值較低，因此不太適合于相對地執(zhí)行物品的拾取。

一旦已經(jīng)識別了與輪廓相關(guān)的豎直表面，就能夠確定表面的頂點和側(cè)面的測量的坐標(biāo)，并且因此能夠確定在每個表面的中心處的拾取矩形的坐標(biāo)。

由此從該處理中與真實包裹同步地產(chǎn)生包裹的合成三維表示，其存儲在虛擬帶上運動的物品的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。由于已經(jīng)討論的這個追蹤方案，而使得應(yīng)當(dāng)能夠在傳送器帶(26)的任何位置中訪問當(dāng)拾取單獨的包裹時控制系統(tǒng)操作理操縱器所需的信息。

存在已知的且商業(yè)上廣泛應(yīng)用的為“拾取和放置”類型的操縱器(19)，其從上方進(jìn)行抽吸；或者設(shè)置有夾持器，該夾持器在形狀規(guī)則的包裹的側(cè)面上相對地進(jìn)行拾?。换蛘吖?yīng)有兩個獨立的機器人臂(36)，它們是同步的以在包裹的側(cè)面上施加相反的力；或者經(jīng)由抽吸元件(38)獨立地拾取淺箱。所有上述系統(tǒng)可以有利地用于本發(fā)明的目的。由于機器人拾取，并且基于與虛擬包裹相關(guān)聯(lián)的信息、追蹤的目的地以及由此與真實包裹完美對準(zhǔn)，可以從傳送器帶拾取淺箱和包裹，此外可以克服由于雙物品導(dǎo)致的任何缺陷。

圖4中示出了本發(fā)明的第一個方面，其中操縱器(19)適于從傳送器帶移除淺箱和包裹，傳送器帶在分類機上進(jìn)給自動裝載工位(2)，其中由于雙物品導(dǎo)致的缺陷被同時克服。根據(jù)基于編碼器的已知類型的同步技術(shù)，在操縱器和滑架或者其上放置有包裹的移動傳送器帶之間，被拾取的包裹或淺箱可以直接裝載到分類機單元上。這樣，不僅能夠克服由于雙物品或疊置物品導(dǎo)致的缺陷，其中減小了裝載工位的效率損失，而且由于該方案還增大了裝載容量，任務(wù)留給工位(2)裝載一個或多個大型包裹，該大型包裹的幾何結(jié)構(gòu)特征在于使得機器人拾取變得不安全。圖4中示出了以下進(jìn)一步詳細(xì)描述的該第一個創(chuàng)新性應(yīng)用，圖4示出了自動裝載線(2)，該自動裝載線設(shè)置有二維和三維掃描系統(tǒng)，用數(shù)字(18)簡單地表示，但是包括圖5的光學(xué)柵欄(22)和(23)以及三角形劃分傳感器柵欄(24)。圖4示出了一般性操縱器(19)的操作，在這種情況下，作為簡單的例子，為笛卡爾“拾取和放置”系統(tǒng)。

在圖4的序列(a)中，兩個部分地疊置的淺箱(16)被識別，其中操縱器通過執(zhí)行兩個相繼的動作而從運動中的傳送器帶拾取兩個淺箱，序列(b)示出了操作的結(jié)果：也就是，兩個分開的淺箱(16')和(16”)以取向的方式裝載到分類機的單獨的單元上。大尺寸包裹以及那些被證明難以基于三維分析進(jìn)行拾取的包裹被留在裝載線上，以便以常規(guī)方式裝載到分類機上。

圖9示出了有關(guān)物品(38)的經(jīng)由獨立的但是基于相對的同步機械臂(36)進(jìn)行的氣動低壓拾取和相對地拾取的方案，機械臂(36)在柵欄(18)的三維分析之后作用在傳送器帶上的運動物品上。拾取和放置操縱器能夠作用在傳送器帶上的運動包裹上是已知的；在這種情況下，用于物品拾取的參考系統(tǒng)是可動的，并且與傳送器帶通過編碼器的運動是同步的，該編碼器發(fā)出帶的初級前進(jìn)的信號。上述追蹤系統(tǒng)還允許以一定的精確度訪問包裹和所有與包裹相關(guān)的信息，無論包裹沿著傳送器帶位于何處。圖9中示出了用于基于氣動低壓物品拾取的優(yōu)選方案，其包括鉸接腕部(38)，該鉸接腕部能夠相對于臂取向以便甚至在相對于支撐表面不平行的表面上執(zhí)行物品的拾??；鉸接腕部(38)設(shè)置有抽吸杯狀物(39)，該抽吸杯狀物能夠分區(qū)進(jìn)行獨立操作，并且當(dāng)與物品表面接觸時能夠單獨地進(jìn)行抽吸，以便較佳地適應(yīng)于所提供的拾取區(qū)域。圖10示出了另一個可能的方案，其提供笛卡爾機械臂，該笛卡爾機械臂適當(dāng)?shù)匮b備以用于從上方執(zhí)行氣動拾取(38)，并且還設(shè)置有夾持器，以使得能夠通過可動壁相對地(40)拾取物品。

應(yīng)當(dāng)指出的是，在快遞流中運輸?shù)奈锲房赡苁歉鞣N各樣的；當(dāng)然，具有平行表面的平的和小型物品構(gòu)成運輸產(chǎn)品的大部分，但是具有特定形式和包裝的物品也會進(jìn)行運輸，如借助圖8的例子可以看到的，圖8示出了由于特定包裝而導(dǎo)致所有表面都傾斜的物品。在光學(xué)柵欄(34)的分析平面中的投影示出了單個規(guī)則形狀的物品，但是基于三維掃描(35)產(chǎn)生的分析，發(fā)現(xiàn)其側(cè)面是傾斜的。除了相對地拾取物品之外，僅僅剩下在上表面上執(zhí)行基于氣動低壓的拾取的可能性。從物品的上表面拾取物品顯然意味著在物品自身的重量方面受到限制。實際上，在缺乏物品重量信息的情況下，從上方拾取僅僅限于小型物品，作為另外一種選擇，物品保留在帶上，以用于由裝載線(2)自動裝載。該例子示出了如何基于變量來形成機械臂的干預(yù)，某些變量，例如尺寸，是已知的，而某些其它變量，例如重量，不必是已知的。此外，考慮到運輸?shù)奈锲返男螤詈椭亓繕O為多樣化，相對地拾取物品意味著直到要施加到物品上的力，以便防止任何可能的滑動，并且根據(jù)情況不損壞運輸?shù)奈锲贰Ｒ虼?，可以假設(shè)相對地施加的且施加成不引起任何壓碎損壞的力與包裹的重量成比例，使得當(dāng)從側(cè)面拾取包裹時產(chǎn)生的摩擦足以提升包裹。然而，還應(yīng)當(dāng)考慮包裹的重量未知的一般情況。在這里，通過測量包裹相對于拾取位置的可能的初始滑動，執(zhí)行相對地拾取物品的機械臂應(yīng)當(dāng)能夠測量和調(diào)節(jié)所施加的力。因此，操縱器(19)設(shè)置有傳感器，該傳感器適于測量包裹和拾取裝置之間的距離，以使得在拾取和初始提升期間，能夠確定包裹相對于臂的相對運動，同樣相對地施加的力增大以停止該相對運動。另外，為了具有安全裕量，用于防止物品滑動的對施加的力進(jìn)行的自動調(diào)節(jié)是通過向物品自身施加初始向上加速度而由此以已知的方式增大作用在包裹上的重力來執(zhí)行的。機械臂和物品之間的相對運動的測量也用于從上方氣動拾取，以使得在后續(xù)運動期間拾取松動的風(fēng)險降低。在上述追溯控制機構(gòu)的描述之后，還應(yīng)當(dāng)考慮動作的可能的中斷，其中當(dāng)所施加的力的測量以及包裹和拾取裝置之間的相對運動的測量沒有提供足夠的置信范圍時，包裹留在帶上以便由自動工位裝載。在提升期間，機械臂的控制系統(tǒng)能夠根據(jù)情況測量物品的重量，其中該功能是通過測量臂的馬達(dá)中的電流而提供的，從而確定相對于物品的重量相匹配的相對地施加的拾取力。

示出了并排布置的分類機(1)和裝載線(2)的圖4的布置形式是尤其有利的，原因在于其允許拾取和放置操縱器(19)放置在它們之間，以從進(jìn)給線移除淺箱和包裹以及將它們直接裝在到分類機的單元上。由于這種布置形式，拾取和放置操縱器還能夠解決包裹并排布置的情況以及淺箱部分地疊置的情況。這樣，自動裝載線留下裝載重型物品、或者大型和不規(guī)則形狀的物品的任務(wù)，這樣的物品可能危及安全拾取。

這種整合能夠增加線路的總體裝載容量，以消除任何分類錯誤，并且克服由于存在包裹或雙淺箱或者由于檢測到錯誤的雙物品而導(dǎo)致的重新操作的需要。從裝載工位(2)的進(jìn)給線移除淺箱和包裹導(dǎo)致流減少，但是由于追蹤系統(tǒng)，所以能夠知道剩余包裹的密度，從而增大位于上游的傳送器帶的速度，以使得自動裝載線能夠接納待裝載的包裹流，由此可以充分利用線路的完全裝載容量。這樣，總體裝載容量由在包裹和淺箱上操作的拾取和放置操縱器的容量以及在包裹和其它難以拾取的物品上操作的裝載線的容量之間的總和給出。還應(yīng)當(dāng)注意到識別包裹和淺箱上的條形碼以用于最終分類的困難。實際上，在兩個部分地疊置的淺箱的情況下，可能發(fā)生的是，淺箱的條形碼不能夠被讀取隧道(12)檢測到。在這種情況下，兩個淺箱與其它淺箱類似地運輸，但是指派該這兩個淺箱的分類目的地對應(yīng)于分類機上的特定出口，在該特定出口處應(yīng)當(dāng)手動地處理物品，然后進(jìn)行編碼并再次裝載到分類機上。參考提供大量待運輸淺箱的應(yīng)用，可能頻繁出現(xiàn)的情況是部分地疊置的雙物品，可能導(dǎo)致大比例的物品由于代碼檢測故障而被送到手動再操作。在這樣的情況下，拾取和放置操縱器可以設(shè)置有目的在于識別條形碼的方案。例如，緊挨著操縱器(19)的操作位置，可以設(shè)置有臨時支撐平面，該臨時支撐平面設(shè)置有條形碼閱讀器，例如一對傳送器帶適于在淺箱的兩個表面上進(jìn)行讀取。一旦已經(jīng)獲得了目的地，操縱器就提供淺箱的恢復(fù)，以將其裝載到分類機上。

創(chuàng)新性應(yīng)用利用交叉帶式分類機提供本文所述的視覺和機器人功能的整合，根據(jù)專利ep0927689和ep0963928，該交叉帶式分類機能夠在相同的單元上運輸兩個淺箱或小型包裹。根據(jù)所引用的專利，兩個物品可以裝載到交叉帶式分類機的單個單元上，由于單元的傳送器帶具有1500mm的長度以便能夠同樣執(zhí)行大尺寸物品的裝載和分類，該交叉帶式分類機分為兩個邏輯區(qū)域。引用專利所基于的原理提供的是，根據(jù)卸載優(yōu)先次序，兩個待分類的物品可以總是虛擬地布置，使得這兩個物品能夠從同一個機器循環(huán)中的單個單元進(jìn)行分類，由此增大該循環(huán)的產(chǎn)量。例如，假設(shè)兩個物品的目的地都處于行進(jìn)方向的右側(cè)，那么首先被分類的物品應(yīng)當(dāng)裝載到右側(cè)單元上，而另一個物品應(yīng)當(dāng)裝載到左側(cè)單元上。兩個物品可以直接在同一個機器循環(huán)中進(jìn)行分類的可能性的僅有的例外提供的情況是，兩個物品具有彼此靠近而在兩側(cè)上彼此相對的對應(yīng)目的地；在這種情況下，僅僅一個物品可以進(jìn)行分類，另一個物品應(yīng)當(dāng)在下一個機器循環(huán)中進(jìn)行分類。然而，考慮到包裹分類設(shè)備設(shè)置有至少一百個目的地，這種情形的較低的可能性使得產(chǎn)量的損失可以忽略不計。如上所述，尺寸最多500x400x400mm的物品占所有運輸產(chǎn)品的60％，因此，假設(shè)所有的這些產(chǎn)品可以成對地裝載到單獨的單元中，那么分類機的容量增加將會等于60％。所引用的專利提供的方案的目的在于在裝載步驟期間改變成對物品的布置，以使得物品后續(xù)單獨裝載到同一個單元上有助于物品以正確的順序進(jìn)行布置，從而它們能夠在相應(yīng)的目的地進(jìn)行分類。通過整合上述視覺和機器人功能，本發(fā)明反而提供將順序正確的成對物品直接布置到傳送器帶(41)上，如圖11所示，傳送器帶(41)添加到裝載線，位于傳送器帶(5)的上游；所述成對物品應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分類、設(shè)置和取向，以便直接裝載到分類單元(9)上，就好像它們是單個物品。圖11和12示出傳送器帶(41)上的成對物品的準(zhǔn)備；成對物品由附圖標(biāo)記(43)、(44)和(45)、(46)表示。圖12的序列(d)示出了將成對包裹(45)、(46)放置在交叉帶單元上，該成對包裹由拾取和放置操縱器布置在傳送器帶(41)上，以便容納在表面與分類機的單元平行的矩形中，如圖12中的序列(c)所示。如圖12中的序列(d)所示，交叉帶載荷的相對速度分量相對于分類機的帶為零，如圖2中已經(jīng)詳細(xì)示出的，該交叉帶載荷確保兩個物品精確傳送到單元上，就好像它們是一個獨特的大尺寸物品，同時相對于彼此確切地保持取向和距離。包裹之間對應(yīng)于至少400mm的分開還確保了，在單元帶啟動的情況下，僅僅一個物品被分類，其中帶減速，使得第二個物品布置在前一個物品的區(qū)域中的單元上；最后，帶在第二目的地處再次啟動，以便分類第二個物品。參考圖11，從上游分離系統(tǒng)到達(dá)的物品通過上述二維和三維掃描柵欄(18)進(jìn)行分析，并且隨后在穿過隧道(12)時進(jìn)行識別，該隧道包括用于施加在物品上的條形碼的讀取系統(tǒng)，使得在操縱器(19)能夠到達(dá)的工作區(qū)域內(nèi)，物品分類目的地已經(jīng)是已知的。位于掃描柵欄和操縱器能夠到達(dá)的操作區(qū)域之間的工作區(qū)域中的所有傳送器帶設(shè)置有編碼器，從而能夠利用上述相關(guān)信息確保單獨包裹的追蹤功能。在操縱器(19)的工作區(qū)域中，具有所有位于其中的包裹的可獲得的目的地，因此可以識別適合于機器人拾取的物品，其中可以在物品自身的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中讀取所需的信息，如經(jīng)由虛擬帶進(jìn)行追蹤的說明中所描述的?；谏鲜鲂畔ⅲ谶€執(zhí)行收集功能的傳送器帶(41)上，設(shè)置有有序成對的可裝載且可分類的物品，這些物品被布置成通過分類單元(9)的后續(xù)啟動而在相應(yīng)的目的地進(jìn)行分類。圖11示出了淺箱在序列(a)中的拾取，該淺箱隨后根據(jù)合適的位置以正確的取向被放置到傳送器帶(41)上，如序列(b)中所示。圖11中的序列示出了物品(43)和(44)已經(jīng)被控制裝置識別，該物品適合于形成可分類的成對物品。換言之，在已經(jīng)拾取了物品(43)并且將其放置到傳送器帶(41)上之后，操縱器拾取物品(44)，該物品在這個例子中是由于系統(tǒng)的分離錯誤而與大尺寸包裹平行的包裹，將該物品以圖12所示的取向方式放置到帶(41)上。這同樣應(yīng)用于物品(45)和(46)，如圖12的(c)所示。在這個階段，成對的物品被傳送到分類機的單元(9)上，正如單個大尺寸包裹的情況一樣。能夠在帶(41)上裝載和分類的成對物品的布置當(dāng)然也可以在傳送器帶(41)啟動以用于傳送和裝載已經(jīng)堆積的成對物品期間進(jìn)行；傳送器帶(41)設(shè)置有編碼器，以用于根據(jù)上述方法追蹤包裹和相關(guān)的信息，此外操縱器(19)能夠經(jīng)由編碼器信號而與帶(41)的運動同步。

因此，由于形成能夠裝載到單元上且在單元上分類的成對的包裹和淺箱，本發(fā)明能夠增加分類機和裝載線的產(chǎn)量。本發(fā)明還能夠克服由于分離錯誤而導(dǎo)致的雙物品的缺陷，其中減少了分類錯誤。裝載線仍然確保大尺寸和不規(guī)則形狀的包裹的裝載。

當(dāng)運輸?shù)漠a(chǎn)品是所有的淺箱或小型規(guī)則形狀的包裹時，例如在用于衣物分類的分類設(shè)備中，用于整合視覺和機器人功能的方案和方法能夠克服自動裝載線的需要，如圖13和圖14所示。通過光學(xué)三維柵欄(18)分析傳送器帶上的包裹，然后操縱器(19)可以從傳送器帶拾取所述物品，如圖13的序列(a)所示，并且通過與分類機的單元的運動同步而進(jìn)一步將物品裝載到分類機的單元(9)上，如同一個圖的序列(b)所示。

在與衣物分類類似的應(yīng)用情況(其中物品可以是各種尺寸的封套和規(guī)則尺寸的箱)下，所述視覺和機器人方法和方案的另一個創(chuàng)新性應(yīng)用是直接裝載在分類機上，根據(jù)上述專利ep0927689和ep09639，該分類機能夠處理同一個單元上的兩個包裹。圖14的序列中示出了該應(yīng)用，也就是基于虛擬帶的結(jié)構(gòu)中所包含的數(shù)據(jù)的讀取，如上所述，控制系統(tǒng)能夠知道帶上的所有包裹和淺箱的位置、尺寸、取向和分類目的地。因此，所述控制系統(tǒng)可以選擇成對物品，該成對物品能夠被裝載并且與分類機的相同單元分離。在示出了本發(fā)明的圖14的例子中，正確取向的成對物品(51)和(52)通過拾取和放置操縱器正確地布置在分類機的單元上，該拾取和放置操縱器設(shè)置有獨立的臂(36)，該臂能夠與分類機同步并且能夠在要求大尺寸包裹(54)通過相對拾取而裝載到單元上時進(jìn)行協(xié)調(diào)。某些自動化線路，例如圖14所示的，可以提供分類機的完全裝載，由此與通用分類機相比，能夠使產(chǎn)量翻倍，其中保持了識別和克服雙物品和部分疊置淺箱的缺陷的能力。

圖15示出了另一個可能的構(gòu)造，其尤其適合于通過并行操作的操縱器直接裝載到分類機(1)的單元上，其中從為帶回路(55)的一部分的傳送器帶拾取包裹和淺箱，該帶回路與機器并行運轉(zhuǎn)。該回路設(shè)置有上述用于運動包裹的二維和三維分析(18)的系統(tǒng)，并且進(jìn)一步設(shè)置有識別隧道(12)，該識別隧道由激光掃描儀或腔室形成，以用于識別施加在包裹上的代碼。帶回路(55)能夠具有積聚功能，以便補償來自進(jìn)給線的包裹流的變化；在引入流超過并行操縱器的拾取和裝載容量的其它方面中，該回路允許包裹運動，以用于下一個循環(huán)的拾取。