СПОСОБ ВЫГРУЗКИ ШТУЧНЫХ ГРУЗОВ ИЗ КОНТЕЙНЕРА Российский патент 2012 года по МПК B65G65/00 B65G59/02 

Изобретение относится к области почтовой связи, складского хозяйства и может быть использовано при автоматизации выгрузки грузов, по форме близких к параллелепипеду, примерно одинаковой высоты, например посылок, ящиков с письменной корреспонденцией и др. из контейнеров.

Известно устройство автоматической разгрузки контейнеров, описанное в [Барсук И.В., Гиль Г.К., Воскресенский А.Л. и др. Организация автоматизированной обработки почтовых отправлений в крупных узлах связи. - М.: Радио и связь, 1985. - 208 с.], в котором ввод контейнеров в разгрузочное устройство и вывод порожних контейнеров осуществляются наклонными участками трассы буксировочного конвейера. В разгрузочном устройстве контейнер автоматически наклоняется, и посылки выгружаются на приемный склиз, с которого поступают на отводящий транспортер. После опорожнения контейнер возвращается в вертикальное положение, транспортируется вниз на уровень пола и продолжает движение по трассе буксировочного конвейера. Из-за того, что выгрузка посылок осуществляется «навалом», не гарантируются целостность перевязей и оболочки посылок, сохранность вложения, а также не обеспечивается упорядоченность потока и разделение посылок, что требует при автоматизации последующей обработки посылок (опознавание, сортировка) включения в линию дополнительного устройства разделения посылок.

Известно устройство по а.с. SU 1111963, 1986 для разгрузки контейнера, использующее гибкую транспортерную ленту, которую при послойной загрузке контейнера петлями прокладывают между слоями грузов. При разгрузке контейнера по мере вытягивания этой ленты грузы упорядоченно по слоям выходят из контейнера на ленте. Использование устройства ограничено из-за уменьшения полезного объема контейнера за счет двойной толщины ленты между слоями грузов и зазоров между стенками кузова и слоями грузов, определяемых радиусом изгиба ленты. К тому же для автоматизации последующей обработки грузов (опознавание, сортировка) после устройства разгрузки контейнера требуется включение в линию устройства разделения грузов по одному.

Известно устройство по а.с. SU 1239067, 1986 для разгрузки контейнера, использующее размещенные внутри кузова контейнера шарнирно соединенные дно и боковую стенку, которые при выгрузке грузов, поднимаясь вверх и поворачиваясь вокруг оси в крайнем верхнем положении, образуют общую плоскость, располагающуюся по диагонали кузова. По мере поворота дна грузы под собственным весом перемещаются в сторону бокового окна, образуемого распашными дверцами или откидной стенкой, и далее на отводящий транспортер. Использование устройства ограничивает необходимость вручную выгружать верхний слой грузов при полном (или почти полном) заполнении кузова контейнера или иметь открывающуюся верхнюю крышку кузова, что ослабляет жесткость конструкции контейнера, а также потребность во включении в линию устройства разделения грузов по одному для автоматизации обработки грузов на последующих этапах (опознавание, сортировка).

Известны устройства для послойного отделения грузов, находящихся в штабеле, контейнере, на паллете, и их перекладки на транспортер, в штабель, паллету, в которых используются в различных комбинациях приводные ремни (патент US 5265712, 1993), приводные ремни и ролики с шероховатой поверхностью (патент US 5238350, 1993), клиновидная плоскость, ролики с шероховатой поверхностью и приводные ремни (патент US 5538391, 1996).

Однако применение этих устройств для выгрузки, например, почтовых грузов из контейнера невозможно, так как велика вероятность повреждения упаковки грузов (перевязи, печатей и т.п.).

Известно робототехническое устройство по патенту US 5102292, 1992 для перегрузки плоских предметов одинаковых размеров из паллеты на отводящий транспортер, в котором рабочие органы имеют возможность перемещения в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, а захватная головка поворачивается вокруг вертикальной оси. Ограничениями на применение этого устройства являются необходимость наличия у контейнера открывающейся верхней крышки или необходимость дооборудования устройства механизмом приведения контейнера с грузами в горизонтальное положение открытыми дверцами вверх и возвращения порожнего контейнера в исходное состояние.

Известно захватывающее устройство по патенту US 6652014, 2003, реализующее вакуумную систему для захватывания, по крайней мере, одного объекта, которая имеет базовый блок и, по крайней мере, два присасывающих элемента, которые порознь соединены с базовым блоком. Это устройство, представляющее несомненный интерес с точки зрения работы вакуумного захвата, не охватывает работу системы в целом.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения представляется устройство для разгрузки пакетов поддонов из передвижного контейнера по патенту US №5007785, 1991. Это устройство содержит: (1) контейнер, (2) разгрузочное устройство для выгрузки пакетов из указанного контейнера, (3) устройство перемещения разгрузочного устройства и (4) устройство управления для управления устройством перемещения.

Контейнер имеет вертикальные стойки и множество горизонтальных секций между ними, так что образуются горизонтальные полки с разными уровнями по высоте, на полках помещаются три рядом расположенные пачки упаковок. Разгрузочное устройство движется к вершине передней стороны разгружаемой полки контейнера и горизонтально внедряется под самую нижнюю упаковку средней пачки упаковок (одной из, по крайней мере, трех рядом стоящих упаковок). Разгрузочное устройство управляется так, чтобы поднять и подвинуть вбок средний набор упаковок так, чтобы освободить средний набор от соседних боковых наборов и он мог быть без помех удален. После такого освобождения средний набор упаковок горизонтально вынимается с передней стороны контейнера перемещающим средством. С разгрузочным средством действует совместно движущее средство, передвигающее его, и средство управления, связанное с движущим средством, которое управляет им так, чтобы оно могло перемещаться следующим образом: (а) вертикально рядом с контейнером так, чтобы разгрузочное устройство стало напротив первой (верхней) полки; (b) горизонтально вперед (к средней пачке упаковок) так, чтобы ввести разгрузочное средство под самую нижнюю упаковку средней пачки; (с) слегка приподнять среднюю пачку над полкой (для легкого отделения пачки от полки); (d) покачать из стороны в сторону так, чтобы освободить среднюю пачку от соседей справа и слева; (е) отвести приподнятую пачку горизонтально в сторону, противоположную той, что была при введении так, чтобы вывести эту пачку из контейнера. Далее пачки упаковок оставляются разгрузочным устройством на конвейерной ленте или в буфере, которые имеют в месте передачи одно или более отверстий, через которые вилка выдвигается обратно после перенесения пачки упаковок.

Недостаток прототипа заключен в том, что при использовании этой системы для перегрузки грузов из контейнера на отводящий транспортер разгрузочное устройство должно совершать излишние холостые движения, связанные необходимостью точной укладки груза на отводящий транспортер, все перемещения производятся по взаимно перпендикулярным траекториям, причем траектории разгрузочного устройства не могут быть укорочены за счет приближения места оставления груза к контейнеру. Это снижает скорость выгрузки, что уменьшает производительность системы. Кроме того, удлинение пути переноса создает дополнительные энергетические затраты.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности устройства выгрузки штучных грузов из контейнера на отводящий транспортер и уменьшение энергетических затрат при обеспечении гарантированного интервала между выгружаемыми грузами.

Решение указанной задачи достигается применением способа работы устройства выгрузки штучных грузов из контейнера с несъемной крышей и открывающейся боковой стенкой, содержащего станину, разгрузочный робот-манипулятор, систему управления и отводящий транспортер, причем станина выполнена в виде конструкции с двумя вертикально направленными частями и замыкающей их горизонтальной частью, к вертикальным частям с внутренних сторон неподвижно крепятся симметрично друг другу правый и левый наклонные винтовые спуски, нижние кромки которых расположены над отводящим транспортером, причем разгрузочный робот-манипулятор закреплен на середине горизонтальной части станины, при котором разгружаемый контейнер устанавливают так, чтобы открытая боковая стенка контейнера располагалась перед станиной между ее вертикальными частями симметрично относительно вертикальной оси, проходящей через точку закрепления робота-манипулятора. (Далее следуют отличительные признаки изобретения). Внутренний объем кузова контейнера условно делят на левую, правую и нижнюю зоны захвата, причем, захватывая с помощью робота-манипулятора груз из левой зоны, переносят его и сбрасывают на левый спуск, захватывая груз из правой зоны, переносят его и сбрасывают на правый спуск, а захватывая груз из нижней зоны, переносят его и сбрасывают на отводящий транспортер.

Кроме того, границу между левой и правой зонами захвата проводят по вертикальной оси симметрии фронтальной проекции открытой стороны контейнера до точки пересечения с границей нижней зоны, границей между левой и нижней зонами захвата считают геометрическое место точек, равноудаленных от крайней правой точки фронтальной проекции верхнего края левого наклонного винтового спуска и точек фронтальной проекции ленты отводящего транспортера между ее левым краем и серединой, а границей между правой и нижней зонами считают геометрическое место точек, равноудаленных от крайней левой точки фронтальной проекции верхнего края правого наклонного винтового спуска и точек фронтальной проекции ленты отводящего транспортера между ее правым краем и серединой.

Кроме того, заранее рассчитывают и запоминают траектории перемещения руки робота от места груза в зоне захвата до места сброса на соответствующем спуске или на транспортере и траектории перемещения руки робота от места сброса груза до места захвата очередного груза в зоне захвата и используют запомненные траектории для управления роботом, чем обеспечивают работу устройства с максимальной производительностью (режим S) за счет сокращения длины пути перемещения руки робота и времени на его вычисление.

Кроме того, из правой и левой зон захвата исключают участки зон, лежащие ниже места сброса груза на соответствующий спуск и включают их в нижнюю зону, чем обеспечивают работу устройства с максимальной экономией энергетических затрат (режим Е) за счет исключения операций подъема груза из указанных участков зон до уровня места сброса на соответствующий спуск.

Устройство выгрузки, с помощью которого осуществляют предлагаемый способ, состоит из станины, разгрузочного робота-манипулятора, системы управления, отводящего транспортера и места установки контейнера для разгрузки. Станина выполнена в виде конструкции с двумя вертикально направленными частями (стойками) и замыкающей их горизонтальной частью, причем к вертикальным частям с внутренних сторон неподвижно крепятся симметрично друг другу правый и левый наклонные винтовые спуски с углом поворота 90° и углом наклона в диапазоне 35-40°, нижние кромки спусков расположены над бортовыми ограждениями отводящего транспортера, разгрузочный робот-манипулятор закреплен на горизонтальной части станины, плоскость симметрии отводящего транспортера перпендикулярна плоскости станины, причем на спусках имеется отбортовка для предотвращения смещения груза за их габариты, а ширина спусков больше наибольшей диагонали сторон груза с максимально допустимыми размерами. Разгрузочный робот-манипулятор может быть выполнен по кинематической схеме, включающей вертикально расположенную стойку, шесть подвижных звеньев, образующих с шарнирами шесть низших кинематических пар, причем оси шарниров каждого из двух соседних звеньев взаимно-перпендикулярны, к концу шестого подвижного звена прикреплен вакуумный захват. Устройство содержит систему управления, содержащую управляющий микроконтроллер (это может быть, например, микроконтроллер AVR фирмы Atmel) с микропроцессором, системным контроллером, оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), постоянным запоминающим устройством (ПЗУ), модулем ввода-вывода и устройством связи с объектом (УСО), причем микропроцессор соединен с ОЗУ, ПЗУ и системным контроллером, системный контроллер соединен, кроме того, шинами данных и управления с ОЗУ, ПЗУ и через интерфейсы ввода и вывода модуля ввода-вывода с УСО, средство определения положения груза в контейнере, средство определения положения руки робота, средство управления сервоприводами узлов манипулятора, средство управления вакуумным захватом, средство управления отводящим транспортером, средства передачи и приема сигналов управления оператору и от него, причем все вышеперечисленные средства соединяются с микроконтроллером через соответствующие порты УСО. Средства определения положения руки робота и положения груза в контейнере могут являться, например, лазерным или механическим сканером.

Конструкция устройства выгрузки штучных грузов из контейнера и его работа поясняются следующими фигурами:

На фиг.1 показано устройство выгрузки штучных грузов из контейнера (вид спереди).

На фиг.2 показано устройство выгрузки штучных грузов из контейнера (вид сбоку).

На фиг.3 показано устройство выгрузки штучных грузов из контейнера (вид сверху).

На фиг.4 показана кинематическая схема руки робота-манипулятора.

На фиг.5 показана блок-схема управления устройства выгрузки штучных грузов из контейнера.

На фиг.6 показана фронтальная проекция открытой стороны контейнера с зонами выгрузки грузов в режиме S.

На фиг.7 показана фронтальная проекция открытой стороны контейнера с зонами выгрузки грузов в режиме Е.

На фиг.8 показан алгоритм работы устройства выгрузки штучных грузов из контейнера.

Перечень принятых обозначений

1) вертикально направленная часть станины (левая);

2) вертикально направленная часть станины (правая);

3) горизонтальная часть станины;

4) левый наклонный винтовой спуск;

5) правый наклонный винтовой спуск;

6) робот-манипулятор;

7) отводящий транспортер;

8) контейнер;

9) рамка для размещения ряда фотодатчиков;

10) первый ряд фотодатчиков;

11) второй ряд фотодатчиков;

12) корпус блока управления;

13) выступ на напольной части места установки контейнера;

14) упор для предотвращения бокового смещения контейнера;

15) упор для предотвращения опрокидывания контейнера;

16) управляющий микроконтроллер;

17) ядро микроконтроллера;

18) модуль ввода-вывода;

19) устройство связи с объектами (УСО);

20) внешние объекты;

21) средство определения положения груза в контейнере;

22) средства передачи и приема сигналов оператору и от него;

23) средство управления сервоприводом;

24) средство определения положения руки робота;

25) средство управления вакуумным захватом;

26) средство управления отводящим транспортером;

27) средство определения габаритов захваченного груза;

28) средство определения веса захваченного груза;

29) зона выгрузки на левый спуск;

30) зона выгрузки на правый спуск;

31) зона выгрузки на ленту транспортера;

32) лента транспортера;

33) часть зоны выгрузки на левый спуск (29), перешедшая в зону (31);

34) часть зоны выгрузки на правый спуск (30), перешедшая в зону (31).

На фиг.1, 2 и 3 показаны проекции устройства выгрузки штучных грузов из контейнера. Станина устройства выполнена в виде арочной или п-образной конструкции, имеющей две вертикально направленные части (левую 1 и правую 2) и замыкающую их горизонтальную часть 3. К вертикальным частям с внутренних сторон неподвижно крепятся симметрично друг другу левый 4 и правый 5 наклонные винтовые спуски с углом поворота 90° и углом наклона в диапазоне 35-40°. Нижние кромки спусков расположены над бортовыми ограждениями отводящего транспортера 7. Разгрузочный робот-манипулятор 6 закреплен на горизонтальной части станины 3. Предпочтительное место закрепления робота-манипулятора - середина горизонтальной части станины. Плоскость симметрии отводящего транспортера 7 перпендикулярна плоскости станины, в которой лежат вертикальные и горизонтальная ее части. Эта плоскость симметрии проходит, предпочтительно, через середину горизонтальной части станины 3. На спусках 4 и 5 имеется отбортовка для предотвращения смещения груза за их габариты, причем ширина спусков 4 и 5 больше наибольшей диагонали сторон груза с максимально допустимыми размерами для предотвращения образования заторов.

Разгружаемый контейнер 8 имеет открывающиеся на 180° или 270° двери на открытой стороне, он размещается на напольной части места установки для разгрузки контейнера так, что открытая сторона обращена к станине. Напольная часть места установки для разгрузки контейнера имеет выступ 13, который выше уровня напольной части под противоположной стороной контейнера таким образом, чтобы дно контейнера было наклонено на угол 2-5° к горизонту. Для фиксации контейнера на месте разгрузки имеются два упора 14, размещающихся спереди и сзади от колес установленного для разгрузки контейнера. Они служат для блокировки колес и предотвращения перемещения контейнера в направлениях, параллельных плоскости станины. Кроме того имеется упор 15 для предотвращения смещения или опрокидывания указанного контейнера в направлении, перпендикулярном плоскости станины. Он расположен за противоположной от станины стороной контейнера и прикреплен к полу с помощью штырей, вставляемых через отверстия упора в соответствующие отверстия в полу.

На фиг.1-3 показаны симметрично закрепленные на внешних сторонах вертикальных частей станины рамки 9. Они служат для размещения двух рядов фотодатчиков 10 и 11. Размер рамок по вертикали не менее высоты открытой стороны контейнера, причем ряды 10 и 11 фотодатчиков отстоят друг от друга на расстоянии, немного превышающем длину наибольшей диагонали груза с максимально допустимыми размерами. Источники и приемники света размещаются, соответственно, напротив друг друга на противоположных рамках 9, так что пространство между вертикальными частями станины «перекрыто» лучами света.

На фиг.4 показана кинематическая схема руки робота-манипулятора. Робот-манипулятор содержит вертикально расположенную стойку 6.1, шесть подвижных звеньев (6.2-6.6), образующих с шарнирами (6.I-6.VI) соответственно шесть низших кинематических пар, причем оси шарниров каждого из двух соседних звеньев взаимно-перпендикулярны, ось шарнира первого звена 6.1 вертикальна, к концу шестого подвижного звена 6.VI прикреплен вакуумный захват 6.7, причем каждое подвижное звено соединено с соответствующим сервоприводом, а захват соединен с источником вакуума (сервоприводы и источник вакуума на схеме не показаны).

На фиг.5 показана блок-схема управления устройства выгрузки. Микроконтроллер 16 содержит ядро микроконтроллера 17 и модуль ввода-вывода 18. Основой ядра является микропроцессор, системный контроллер и, по крайней мере, два блока памяти: оперативная (ОЗУ) и постоянная (ПЗУ). Модуль ввода-вывода содержит интерфейс ввода и интерфейс вывода. Микропроцессор связан с ОЗУ и ПЗУ тремя шинами: адресной, данных и управления. Кроме того, шина данных и шина управления связывают микропроцессор с интерфейсами ввода и вывода. Интерфейсы модуля ввода и вывода соединяются с устройством связи с объектами (УСО) 19. УСО 19 содержит каналы ввода и вывода для связи с внешними устройствами 20.

Внешние устройства могут быть датчиками для определения параметров, необходимых микроконтроллеру для выработки команд управления устройством выгрузки, исполнительными устройствами типа сервоприводов руки робота и пневмонасосов захвата, визуальными и звуковыми средствами сигнализации оператору. Они включают в себя средство определения положения груза в контейнере 21 (оно может быть оптическим или механическим), средство передачи и приема сигналов оператору и от него 22 (оптические и звуковые сигналы), средство управления 23 звеньями руки манипулятора (усилители и сервоприводы), средство определения положения руки робота 24 (оптическое или по сигналам обратной связи от звеньев руки манипулятора), средство управления захватом 25 (пневмоцилиндры или другие устройства для создания вакуума в захвате), средство определения веса груза 28 (тензодатчики разных конструкций), средство определения габаритов захваченного груза 27 (лазерное или с фотодатчиками, описанное выше), средство управления отводящим транспортером 26 (сигналы пуска и останова).

Способ выгрузки штучных грузов из контейнера осуществляют следующим образом.

Перед выгрузкой грузов контейнер 8 с предварительно открытыми на 180° или 270° дверями устанавливают открытой стороной перед торцом отводящего транспортера 7 на небольшом расстоянии от него таким образом, чтобы вертикальные плоскости симметрии транспортера и контейнера со стороны открытых дверей примерно совпадали. При этом ось вращения первого звена 6.1 робота-манипулятора 6 располагается в плоскости оси симметрии отводящего транспортера 7, верхние кромки наклонных винтовых спусков 4 и 5 находятся в одной плоскости с краем торца отводящего транспортера 7, а их нижние кромки - над боковым обрамлением отводящего транспортера 7. Число степеней свободы манипулятора по формуле А.П.Малышева равно W=6×n-5×р=6×6-5×6=6 (Л.Н.Решетов. "Конструирование рациональных механизмов". - М.: Машиностроение, 1987). Поворот звеньев манипулятора в процессе поиска и захвата груза в контейнере, перемещения груза на один из наклонных винтовых спусков или отводящий транспортер, возвращение руки робота за следующим грузом осуществляются точными сервоприводами. Такая кинематическая схема робота-манипулятора обеспечивает возможность захвата и выемки груза из любой точки внутреннего объема кузова контейнера с жесткой крышей.

Система управления устройства выгрузки штучных грузов из контейнера обеспечивает сканирование открытой стороны контейнера, нахождение верхнего слоя, из которого должна производиться выгрузка, и поиск в этом слое выгружаемого груза. Она обеспечивает синхронное выполнение сервоприводами всех движений руки робота-манипулятора в соответствии с задаваемыми режимами работы и траекториями движения руки робота с грузом и без него. Кроме того, она определяет нестандартное положение груза, изменяет движения руки робота в зависимости от этого положения, управляет действиями захвата, ведет учет выгруженных единиц груза и выполняет ряд других необходимых и вспомогательных действий. Например, система управления обеспечивает управление отводящим транспортером, преобразование команд оператора «Пуск» и «Стоп» в сигналы управления устройствами, выводит на указатели или лампы сигналы останова устройства или иные сигналы для оператора.

Для создания наилучших условий выемки в первую очередь выгружают груз, расположенный в верхнем слое наиболее близко к открытой стороне контейнера. При расположении двух и более грузов на одинаковом расстоянии от открытой стороны контейнера для разрешения неопределенности в первую очередь выгружают груз, расположенный наиболее близко к одной (например, левой) из боковых стенок кузова контейнера. После захвата груза его немного приподнимают (на 10-20 мм) и совершают им покачивающее вращательное движение посредством шарнира 6.VI относительно оси шестого звена на небольшой угол (5-10°) по часовой стрелке и наоборот, чтобы гарантированно освободиться от контакта с соседними грузами.

Место, куда из контейнера должен быть перемещен груз (правый или левый спуски или транспортер), траекторию движения, момент сброса груза, траекторию возвращения руки робота для захвата следующего груза определяют следующим образом. Внутренний объем кузова контейнера условно (виртуально) делят (фиг.6) на три зоны: верхнюю левую 29, где грузы расположены ближе к левому наклонному винтовому спуску 4, верхнюю правую 30, где грузы расположены ближе к правому наклонному винтовому спуску 5, и нижнюю, где грузы расположены ближе к движущейся ленте 32 отводящего транспортера 7, расположенного у нижней кромки кузова контейнера 8. Такое разделение обеспечивает кратчайшие траектории выгрузки грузов, а следовательно, быстрейшее освобождение робота-манипулятора для обработки следующего груза. Границы зон на фронтальной проекции открытой стороны контейнера ABCD определяют следующим образом (на примере левой стороны). Точка О, соответствующая правому краю левого наклонного винтового спуска 4, соединяется прямыми ОО₁…ОО₂ с точками, расположенными на отрезке от левого края О₁ до середины О₂ ленты 32 отводящего транспортера 7. К серединам отрезков ОО₁…ОО₂ восстанавливаются перпендикуляры. Тогда кривая EF от левой кромки кузова контейнера в точке Е до оси симметрии кузова GO₂ в плоскости ABCD в точке F будет служить геометрическим местом точек, равноудаленных от правого края наклонного винтового спуска 5 и ленты 32 отводящего транспортера 7, а указанные перпендикуляры будут касательными к этой кривой. Кривая EF характеризует нижнюю границу зоны выгрузки грузов на левый наклонный винтовой спуск 4, а область AGFE охватывает всю эту зону. Область BHFG, симметричная области AGFE, будет соответствовать зоне выгрузки грузов на правый наклонный винтовой спуск 5, а область DEFHC будет соответствовать зоне выгрузки грузов на движущуюся ленту 32 отводящего транспортера 7. Для разрешения неопределенности множество точек, соответствующих полуинтервалу (GF) можно отнести к зоне 29, а множество точек, соответствующих кривой EFH, - к зоне 31.

В зависимости от требований производственного процесса устройство работает с максимальной производительностью (режим S) или максимальной экономией энергозатрат (режим Е). Оптимизация траектории перемещения груза и возврата руки робота-манипулятора в положение начала захвата следующего груза может производиться для этих двух режимов работы робота-манипулятора. В режиме S, обеспечивающем максимальную производительность устройства, критерием оптимизации является минимальное время переноса груза из контейнера до места сброса и возвращения руки в точку захвата следующего груза. В режиме Е, когда по условиям эксплуатации от устройства не требуется максимальной производительности, критерием оптимизации может служить минимум энергозатрат, необходимых для переноса груза из контейнера на один из наклонных винтовых спусков или движущуюся ленту отводящего транспортера и возвращения руки робота в положение захвата следующего груза. Режим Е может отличаться от вышерассмотренного режима S, например, тем, что при выгрузке на наклонные винтовые спуски грузов из частей боковых зон, лежащих ниже уровня края наклонного винтового спуска, выгрузку производят непосредственно на движущуюся ленту. Тем самым избегается трата энергии на подъем грузов из этих частей боковых зон. При этом, естественно, производительность уменьшается за счет удлинения путей, по которым перемещают эти грузы. Это иллюстрирует фиг.7, где заштрихованный участок 33 левой боковой зоны 29 объединяется с зоной 31 выгрузки на движущуюся ленту транспортера. Аналогично происходит объединение участка 34 правой боковой зоны 30 с зоной 31. При этом для разрешения неопределенности множество точек, соответствующих кривой IKFLM, относится к зоне 31.

Все пространство внутри контейнера радиусом равным максимальной длине руки робота-манипулятора и высотой, равной высоте кузова контейнера, за исключением ограничений, накладываемых конструктивными частями устройства, условно (виртуально) разбивают на элементарные объемы с размерами, сравнимыми с минимально допустимыми размерами грузов, и заранее рассчитывают и запоминают оптимальные траектории перемещения груза от каждого элементарного объема места захвата груза в контейнере до места сброса груза на один из наклонных винтовых спусков или движущуюся ленту отводящего транспортера, а также траектории возвращения руки робота от места сброса груза до элементарного объема места захвата следующего груза в контейнере. Эти оптимальные траектории хранятся в постоянной памяти ПЗУ микроконтроллера 16. Там же хранятся программы для решения всех необходимых задач. Микропроцессор совместно с оперативной памятью ОЗУ и ПЗУ выполняет решение задач, возникающих в ходе работы устройства. Системный контроллер обеспечивает совместную работу ядра микропроцессора 17 через модуль ввода-вывода 18 и устройство УСО 19 с внешними объектами 20. Каждый внешний объект обращается к микропроцессору или получает сигналы от него через соответствующий одно- или двунаправленный канал устройства УСО 19.

Функции устройства выгрузки штучных грузов из контейнера поясняет алгоритм его работы на фиг.8. Перед запуском устройства оператор с помощью переключателя устанавливает выбранный режим работы Е или S. Нажатием кнопки «Пуск» (в средстве 26 управления отводящим транспортером) оператор запускает отводящий транспортер 7 и включает устройство выгрузки. Нахождение верхнего слоя грузов производится выдачей необходимых команд сервоприводам руки робота (средство 23 управления сервоприводом) и поиском с помощью сканирующего устройства (средство 21 определения положения груза в контейнере). Это могут быть сканеры: лазерный или механический, щуп которого закреплен на руке робота. Если слой не обнаружен, устройство останавливается и вырабатывается соответствующий сигнал оператору. Причиной не нахождения слоя может быть окончание процесса разгрузки данного контейнера. Если слой обнаружен, производится передача координат этого слоя микроконтроллеру. Микроконтроллер дает команду поиска груза в обнаруженном слое. После обнаружения груза следует передача координат этого груза микроконтроллеру. Микроконтроллер на основе полученных координат груза и выбранного положения переключателя выбора режима работы (Е или S) выбирает из постоянной памяти ПЗУ разработанный и хранящийся в ней оптимальный для данных координат груза маршрут по перемещению руки робота из исходного положения к месту нахождения груза в контейнере, а затем - к определенной выше площадке выгрузки. Затем выдаются соответствующие команды серводвигателям руки робота (средство 23 управления сервоприводом) и захвата (средство 25 управления захватом). При сближений захвата с выбранным грузом определяется, находится ли груз в правильном положении, при котором вакуумный захват может его захватить. Эта проверка может быть проведена или сканирующим устройством, или с помощью датчиков положения, закрепленных на звеньях руки робота. Если груз оказался в неправильном положении (например, повернут под значительным углом к плоскости открытой стенки контейнера), описание его фактического положения передается микроконтроллеру. Это описание фиксируется в оперативной памяти ОЗУ, микроконтроллер вырабатывает команду изменения положения захвата, после чего снова происходит проверка взаимоположения груза и захвата. Если груз оказался в правильном положении (или поворот захвата обеспечил стандартность его стыковки с грузом), производится выполнение захвата груза. Следующая операция - проверка на превышение веса и габаритов захваченного груза. Превышение предельно допустимых значений этих величин может произойти, если по какой-то причине произойдет, например, сцепление двух соседних грузов или в контейнер при отправке был помещен недопустимо большой груз. Обнаружение превышения веса груза может быть произведено с помощью средства 28 определения веса захваченного груза. Превышение веса может быть обнаружено, например, с помощью встроенных в звенья руки робота датчиков (не показаны). Это могут быть, например, тензодатчики или резонансные датчики типа Tuning-Fork фирмы Shinko Denshi, Япония. Обнаружение превышения габаритов груза может быть произведено с помощью средства 27 определения габаритов захваченного груза. Таким средством могут быть, например, лазерный (например, сканер WB4 фирмы Cyberware США) или механический сканер (например, механический сканер MicroScribe-SD фирмы Immersion, США). Другим средством определения превышения габаритов груза может служить система из двух рядов фотодатчиков 10 и 11, размещенных на рамках 9, показанных на фиг.2. При перемещении груза, он пересекает сначала лучи фотодатчиков ряда 10, а затем - ряда 11. Расстояние между этими рядами несколько превышает наибольший габаритный размер допускаемого груза. Сигналы одновременного пересечения лучей обоих рядов служат микроконтроллеру указанием на превышение габаритов груза. Если при перемещении груза за определенный промежуток времени происходит последовательное затемнение датчиков из первого по отношению к контейнеру вертикального ряда, а затем второго, то это говорит о том, что процесс выгрузки происходит нормально.

Если габариты или вес груза превышают предельно допустимые значения, устройство останавливается и подает оператору соответствующий световой или звуковой сигнал.

Если вес не превышает предельно допустимых значений, то из ПЗУ выбирается оптимальная траектория перемещения руки робота с грузом к месту разгрузки, и микропроцессором выдаются соответствующие команды серводвигателям руки робота. Рука робота направляется к ранее определенному месту выгрузки и сбрасывает там груз. Затем цикл поиска верхнего слоя и груза в нем повторяется, рука робота направляется по оптимальной траектории к выбранному грузу.

За счет того, что выгрузка грузов из контейнера осуществляется роботом-манипулятором последовательно, гарантируется надежный интервал между грузами на движущейся ленте отводящего транспортера, и благодаря тому, что перемещение грузов из контейнера производится на места, расположенные в максимальной близости к контейнеру, внутренний объем которого условно разбивается на зоны, в которых грузы расположены на минимальных расстояниях от этих мест, причем в одном режиме эксплуатации устройства при перемещении грузов минимизируется время рабочих и холостых движений руки робота-манипулятора, а в другом минимизируются энергозатраты, достигаются соответственно максимальная производительность устройства или максимальная экономия энергозатрат.

Таким образом, достигнуты цели изобретения и решены поставленные технические задачи.

Возможность практической реализации устройства подтверждается тем, что оно может быть создано на базе имеющихся в продаже компонентов и изготавливаемых промышленностью контейнеров, транспортеров, роботов-манипуляторов, компьютеров и сенсорных устройств.

Изобретение относится к области почтовой связи, складского хозяйства и может быть использовано при автоматизации выгрузки грузов, по форме близких к параллелепипеду. Способ выгрузки штучных грузов из контейнера осуществляется с помощью устройства, состоящего из вертикальной станины, к вертикальным частям которой с внутренних сторон неподвижно крепятся симметрично друг другу левый и правый наклонные винтовые спуски, отводящего транспортера, системы управления и робота-манипулятора. При осуществлении способа разгружаемый контейнер устанавливают так, чтобы открытая боковая стенка контейнера располагалась перед станиной между ее вертикальными частями, внутренний объем контейнера делят на левую, правую и нижнюю зоны захвата, груз из левой зоны переносят и сбрасывают на левый спуск, груз из правой зоны переносят и сбрасывают на правый спуск, а груз из нижней зоны переносят и сбрасывают на отводящий транспортер. Заранее рассчитывают и запоминают траектории перемещения руки робота и используют запомненные траектории для управления роботом. Изобретение обеспечивает повышение производительности при выгрузке грузов из контейнера. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ работы устройства выгрузки штучных грузов из контейнера с несъемной крышей и открывающейся боковой стенкой, содержащего станину, разгрузочный робот-манипулятор, систему управления и отводящий транспортер, причем станина выполнена в виде конструкции с двумя вертикально направленными частями и замыкающей их горизонтальной частью, к вертикальным частям с внутренних сторон неподвижно крепятся симметрично друг другу правый и левый наклонные винтовые спуски, нижние кромки которых расположены над отводящим транспортером, причем разгрузочный робот-манипулятор закреплен на середине горизонтальной части станины, при котором разгружаемый контейнер устанавливают так, чтобы открытая боковая стенка контейнера располагалась перед станиной между ее вертикальных частей симметрично относительно вертикальной оси, проходящей через точку закрепления робота-манипулятора, отличающийся тем, что внутренний объем кузова контейнера условно делят на левую, правую и нижнюю зоны захвата, причем, захватывая с помощью робота-манипулятора груз из левой зоны, переносят его и сбрасывают на левый спуск, захватывая груз из правой зоны, переносят его и сбрасывают на правый спуск, а захватывая груз из нижней зоны, переносят его и сбрасывают на отводящий транспортер.

2. Способ работы по п.1, отличающийся тем, что границу между левой и правой зонами захвата проводят по вертикальной оси симметрии фронтальной проекции открытой стороны контейнера до точки пересечения с границей нижней зоны, границей между левой и нижней зонами захвата считают геометрическое место точек, равноудаленных от крайней правой точки фронтальной проекции верхнего края левого наклонного винтового спуска и точек фронтальной проекции ленты отводящего транспортера между ее левым краем и серединой, а границей между правой и нижней зонами считают геометрическое место точек, равноудаленных от крайней левой точки фронтальной проекции верхнего края правого наклонного винтового спуска и точек фронтальной проекции ленты отводящего транспортера между ее правым краем и серединой.

3. Способ работы по п.1, отличающийся тем, что заранее рассчитывают и запоминают траектории перемещения руки робота от места груза в зоне захвата до места сброса на соответствующем спуске или на транспортере и траектории перемещения руки робота от места сброса груза до места захвата очередного груза в зоне захвата, и используют запомненные траектории для управления роботом, чем обеспечивают работу устройства с максимальной производительностью (режим S) за счет сокращения длины пути перемещения руки робота и времени на его вычисление.

4. Способ работы по п.1, отличающийся тем, что из правой и левой зон захвата исключают участки зон, лежащие ниже места сброса груза на соответствующий спуск, и включают их в нижнюю зону, чем обеспечивают работу устройства с максимальной экономией энергетических затрат (режим Е) за счет исключения операций подъема груза из указанных участков зон.