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原文传递一种车厢内货物的码垛布局规划方法

专利名称：	一种车厢内货物的码垛布局规划方法
摘要：	本发明属于自动化装车技术领域，涉及一种针对箱式货物进行自动化装车，尤其是利用智能装卸机器人的车厢内货物的码垛布局规划方法，包括以下步骤：S1、设定装车规划约束条件，包括车厢尺寸约束，货物悬空约束和货物旋转约束；S2、设定完约束条件后，进行码垛布局，依次进行按层排布、平整度处理和层补全计算，码垛布局需满足约束条件限制。本发明采用的算法较一般算法更加符合实际，以体积利用率为评价体系比较其他的算法可以在体积利用上更加偏重，能够充分利用车厢的空间，最大程度地填满货物，减少运输时的空间浪费，从而节省运输成本。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东工商学院
发明人：	田子凡;隋金雪;王佐勋;慕峻青;刘利;崔传宇;郭长坤;马宏信;彭春澍
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-11T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202311012455.0
公开号：	CN117023179A
代理机构：	淄博市众朗知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	丁鹏鹏
分类号：	B65G65/00;B;B65;B65G;B65G65;B65G65/00
申请人地址：	264003 山东省烟台市莱山区滨海中路191号
主权项：	1.一种车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于包括以下步骤： S1、设定装车规划约束条件，包括车厢尺寸约束，货物悬空约束和货物旋转约束； S2、设定完约束条件后，进行码垛布局，依次进行按层排布、平整度处理和层补全计算，码垛布局需满足约束条件限制。 2.一种根据权利要求1所述的车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于：所述的S1中，车厢尺寸约束的设定方法为： S111、建立笛卡尔坐标系，以车厢厢内的左后下角为坐标原点，车厢的厢内长度方向为X轴、厢内宽度方向为Y轴、厢内高度方向为Z轴，建立三维笛卡尔坐标M、L、W、H，分别代表车厢的载重量M、长L、宽W和高H，n为货物个数，ni∈{0，1}(i＝1，2...，n)表示货物的装入状态，若ni＝1，表示货物i已经装入车厢，若ni＝0，表示货物i没有装入车厢，mi、li、wi、hi、分别为货物i的重量、长、宽、高，(xei，yei，zei)和(xsi，ysi，zsi)分别表示货物i被装入后其右前上点坐标和左后下角点坐标； S112、若货物i已装载，则货物i的右前上角点坐标和左后下角点坐标需分别小于或等于车厢内的右前上角点坐标和左后下角点坐标，即： xsi≥0，ysi≥0，zsi≥0， S113、当货物装厢时，己装的货物总体积必须小于车厢的总容积，即： 3.一种根据权利要求2所述的车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于：所述的S1中，货物悬空约束的设定方法为： S121、货物在装载时应确保货物底面全部受到支撑，以保持稳定性，货物未悬空有两种状态: 一种是货物放置于车厢底面上，此时货物的左后下角点的Z轴坐标值等于0；另一种是货物放置于其他货物的顶面上，若货物p是货物i的支撑货物，(xep，yep，zep)和(xsp，ysp，zsp)分别表示货物p被装入后其右前上点坐标和左后下角点坐标，则货物p的顶面必须与货物i的底面有接触区域，用集合的形式表示所有与货物的底面有接触区域的货物： p∈{p\|np＝1，zep＝zsi，min(xei，xep)-max(xsi，xsp)≥0，min(yei，yep)-max(ysi，ysp)≥0}，Spi＝(min(xei，xep)-max(xsi，xsp))×((min(yei，yep)-max(ysi，ysp))， S122、以上两种状态可表示为： 4.一种根据权利要求3所述的车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于：所述的S1中，货物旋转约束的设定方法为： S131、货物旋转约束为限制货物以一条边为旋转轴将货物进行旋转装载的约束，假定货物可以任意旋转，且货物以正交方式装厢，以集合的方式表示为： (xei-xsi，yei-ysi，zei-zsi)∈{(li，wi，hi)，(wi，li，hi)，(li，hi，wi)，(hi，li，wi)，(wi，hi，li)，(hi，wi，li)}。 5.一种根据权利要求1所述的车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于：所述的S2中，按层排布的步骤为： S21、采用占角策略，沿一边延伸，顺序摆放货物，形成一个条，随后向所在平面另一方向延伸，平行于前面条的方向摆放，形成多个条直至填充满整个层，然后向垂直于层的方向延伸，直至填充满整个车厢空间。 6.一种根据权利要求5所述的车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于：所述的占角策略中，先测量车厢尺寸，并判断货物是否满足约束条件限制，随后以车厢后侧面为初始平面，以车厢厢内的左后下角为坐标原点，先向X方向延伸，顺序摆放货物，形成条，然后向Z方向延伸摆放货物，形成层，最后再向Y方向拓展摆放货物，直至充满整个层空间；货物摆放具体步骤为： S211、按照体积递减原则，首先安置体积最大的一类货物，并且给出每个货物的安置方位及这一条的厚度和高度； S212、设置Hmx、Hmy、Hmz表示当前最大的可用于装载货物的沿X轴、Y轴、Z轴方向尺寸，Hy、Hz分别表示当前条的宽度值和当前条沿着Z方向的高度，Vi表示某个货物的体积，摆放的次数变量t的初始值为1；初始化剩余货物集合F和车厢空间{L，W，H}，计算Hmx、Hmy、Hmz； S213、从集合F中选择合适的货物Fij，判断进否能填充，即满足尺寸限制Hmx、Hmy、Hmz，记录更新Fnew←Fold-0，进行第一次填充，选择F中体积最大的一类货物T，确定此条的宽度Hy和货物T的长、宽、高；若不是第一次填充，根据之前条的宽度，在集合F中找到与之匹配的货物集合，并计算体积sumv，选取体积最大的作为Hy，随后改变Fij尺寸指向使宽度接近且不小于Hy，长大于高，并对Fij进行排序； S214、在Fij中挑选备选货物集合E，并计算长度之和，确保其不超过Hmx，将E中货物高度最大值指定为Hz，并对E中的货物进行替换，确保高度与Hz之差小于车厢内条的剩余空间的高度值θ1，计算E中货物长度和，选择长度和不大于Hmx，与之差值小于车厢内条的剩余空间的长度值的集合θ2作为条长度方向的装载集合，从而得到了一个在X方向充分填充，且Y方向和Z方向被严格限制在Hy和Hz范围内的方案，且选择过程充分考虑了体积递减原则。 7.一种根据权利要求6所述的车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于：所述的S2中，平整度处理的步骤为： S221、对已经填充有货物的车厢进行平整度处理，当选定的剩余货物集合F中的Fij中的高度或宽度不大于Hy或Hz的1/2时，从备选货物集合E中选择与Fij同类的货物，改变其尺寸指向，将其与Fij捆绑，用以在高度或宽度上补全； S222、调整货物，使其沿着X方向递减排列，计算XOZ平面剩余空间，将截面剩余空间分割为若干矩形Qi，其中i＝1，2，3...；从剩余货物集合F中选择能置入Qi所代表的剩余空间的货物，改变尺寸指向使Y方向尽量长； S223、对矩形内排布的二维问题引入粒子群算法，一个粒子代表备选集合中货物的左下坐标，初始化粒子时优先安排体积大的货物，以落在矩形范围内货物的体积之和sum-v作为评价函数，经粒子群算法迭代后，得到评价函数最大值； S224、以MAX(sum-v)所代表的装载集合作为平整度补全方案，将条上的货物按高度降序排列，将剩余空间集中于一侧，从而使得货物整体更加平整和稳定。 8.一种根据权利要求7所述的车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于：所述的S2中，层补全计算的步骤为： S231、调用粒子群算法，与人工鱼群算法相结合，并结合评价函数，以层内第一个条的宽度作为层的宽度，其他条的宽度不大于层宽度； S232、高度方向延伸至边界后，找出各条因宽度不同带来的剩余空间，进行填充，将已填充的层空间从考虑的剩余空间中移除，重新计算Hmx、Hmy、Hmz直到填充完毕，获得最终布局方案。 9.一种根据权利要求8所述的车厢内货物的码垛布局规划方法，其特征在于：所述的人工鱼群算法，指的是将粒子群中的动态惯性权重引入人工鱼群视野，使得鱼群在下一次进行方向搜索时具有方向性和目的性并且提高收敛速度，定义评价函数为每个排布方案中落在矩形范围内货物的体积之和sum-v，优化惯性权重、学习因子即随机调整当前货物位置，进行微调坐标。