本發明涉及物流包裹整理技術領域，尤其涉及一種基于智能機器人的自動化物流包裹整理系統及方法。
背景技術：
隨著電子商務的迅速發展，網上購物已經成為我們日常生活中的一部分，相應的，物流也成為我們網上購物環節中必不可少的一部分。如何提高物流的工作效率，給用戶以更快捷方便的線上購物體驗，是當今電子商務行業和快遞行業的工作聚焦點之一。
目前，申通快遞和浙江立鏢機器人公司針對快遞包裹的分揀環節，已經研發應用了相關的分揀群體機器人。研究表明，應用于快遞包裹分揀工作的群體分揀機器人會自動地到排隊區進行排隊，然后現場的工作人員會把快遞放在上面，通過智能相機進行掃碼來獲取包裹的相關地址，每個地址會對應不同的下落口，每個下落口將對應一個地級市。快遞機器人會根據智能相機的信號來把包裹投入對應的下落口，從而完成整個分揀過程。其中，每臺參與分揀工作的機器人都設置好了動態封閉路徑，在封閉路徑范圍內其他機器人就無法通過，假如有機器人進入到路徑范圍，紅綠燈管制會讓闖過的機器人等待其他機器人經過之后才會繼續前行，這就意味著這些機器人在運行的過程中是相當有秩序的，不會發生碰撞。除此之外，機器人本身也會安裝超聲波感應裝置，來幫助機器人進行前進與避讓的動作。軟硬件兼行，從而保證機器人在分揀投遞過程中快遞的完整安全。
如此一來，快捷有序的群體分揀機器人配合人工分揀員，對一定規格的物流包裹進行分揀運送，實現掃碼、稱重、分揀功能三合一。這些機器人可以實現24小時不間斷分揀，憑借著1秒以內的掃碼時間和每秒3米的運行速度，每小時可以完成18000件包裹分揀。同時，這些機器人占地面積小，分揀效率高，可減少70％的人工投入，也大大提高了工作效率，降低了物流成本。
上述群體分揀機器人的研發應用大大提高了物流行業的工作效率，然而，在目前的整個快遞物流分揀流水線上，還存在著人工干擾，其中有關快遞包裹的整理以及往分揀機器人上放置的環節，還需要專職人員的人工操作，這一問題在一定程度上制約了物流效率的進一步提高，且市面上未見任何針對該環節的自動化改進處理。另一方面，目前相關領域的研究設計多集中在貨物的抓取和碼垛，如新松機器人自動化股份有限公司提出的“一種基于機器人視覺伺服技術的快遞分揀方法及系統”(中國專利cn104511436b)、郭昊等人提出的“快遞物流件自動識別分揀系統”(中國專利cn105825254a)等，還沒有研究人員將目光集中在上述快遞分揀系統中的包裹整理放置環節。
綜上，目前物流包裹分揀系統呈現全自動化趨勢，有關包裹的運送和分區投遞已經由多機器人協作系統實現全自動化，且效果良好。但是，物流包裹的運送投遞需要包裹標簽朝向固定方向，而這一步驟目前仍由人工實現，在一定程度上制約了物流系統效率的進一步提升。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是如何對快遞分揀系統中的包裹整理放置環節進行改進，通過自動化設備使包裹標簽朝向固定方向，以進一步提高物流工作效率，降低成本。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種基于智能機器人的物流包裹整理系統，其特征在于：包括由上、下、前、后、左、右六個方向的機械臂擋板圍成的物流包裹檢測調整平臺，下機械臂擋板的兩側設有傳送帶；每個機械臂擋板分別通過可360°旋轉的旋轉關節連接一機械臂，每個機械臂擋板的中央均設有用于對物流包裹表面圖像進行采集、以確定物流標簽所在平面的圖像標簽識別設備，每個機械臂連接對應的驅動單元，圖像標簽識別設備及所有機械臂的驅動單元均連接中央處理單元。
優選地，還包括用于供上、下機械臂進行180°旋轉對調的上下翻轉軌道，上、下機械臂與上下翻轉軌道連接。
優選地，還包括用于供前、后、左、右機械臂做沿軌道移動調整的水平固定軌道，前、后、左、右機械臂均與水平固定軌道連接。
優選地，所述機械臂為可支撐機械臂擋板做物流包裹固定夾取動作的機械臂。
優選地，所有機械臂擋板上均設有壓力傳感器，壓力傳感器連接所述中央處理單元。
本發明還提供了一種基于智能機器人的物流包裹整理方法，采用上述的基于智能機器人的物流包裹整理系統，其特征在于，步驟為：
步驟1：傳送帶傳送物流包裹至物流包裹檢測調整平臺的下機械臂擋板上，上、前、后、左、右各方向的機械臂動作至適當位置；適當位置是指上、前、后、左、右各方向的機械臂擋板與物流包裹之間的距離滿足機械臂擋板上的圖像標簽識別設備能夠對物流包裹表面圖像進行準確采集；
步驟2：所有方向的機械臂擋板上的圖像標簽識別設備采集物流包裹表面圖像，并識別物流標簽所在平面；
步驟3：按照物流標簽識別結果，計算使物流標簽所在平面朝向上方時的物流包裹翻轉方案；
步驟4：根據所述物流包裹翻轉方案，相應的機械臂開始動作夾緊物流包裹，并施加固定壓力，然后翻轉；
步驟5：調整后的物流包裹通過傳送帶離開，進入下一步的分揀配送環節。
優選地，所述步驟3中，如果檢測到物流標簽位于物流包裹下面，則翻轉方案為：上、下方向的機械臂夾緊固定物流包裹，執行翻轉，使物流標簽面朝上；
如果檢測到物流標簽位于物流包裹的左、右面，則翻轉方案為：前、后方向的機械臂夾緊固定物流包裹，執行翻轉，使物流標簽面朝上；
如果檢測到物流標簽位于物流包裹的前、后面，則翻轉方案為：左、右方向的機械臂夾緊固定物流包裹，執行翻轉，使物流標簽面朝上。
更優選地，如果檢測到物流標簽位于物流包裹下面，則得到翻轉角度為180°，上、下機械臂固定物流包裹后借助上下翻轉軌道旋轉180°；
如果檢測到物流標簽位于物流包裹左面，則得到翻轉角度向右轉90°，前、后機械臂固定物流包裹后借助旋轉關節向右轉90°；
如果檢測到旋轉標簽位于旋轉包裹右面，則得到翻轉角度向左轉90°，前、后機械臂固定物流包裹后借助旋轉關節向左轉90°；
如果檢測到旋轉標簽位于旋轉包裹前面，則得到翻轉角度向后轉90°，左、右機械臂固定物流包裹后借助旋轉關節向后轉90°；
如果檢測到物流標簽位于物流包裹后面，則得到翻轉角度向前轉90°，左、右機械臂固定物流包裹后借助旋轉關節向前轉90°；
如果檢測到物流標簽位于物流包裹上面，則不產生任何動作。
優選地，由于物流包裹放置在下機械臂擋板上，故而此處的圖像采集不方便，針對這個問題，設定圖像檢測只在上、前、后、左、右五個方向進行，如果這五個方向的檢測結果均是不存在，則認定物流標簽在物流包裹的下方表面。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
1、通過機器人處理使物流包裹始終保持標簽位于上方，可直接運送至下一工序，免去了人工的調整，降低了錯誤分揀率，進一步提升了物流系統的工作效率，降低了物流成本；
2、實現原理簡單，成本低；
3、對不同包裹具有一定的魯棒性，無論是立方體包裹還是扁平包裹，均可以實現精準的標簽方向校準，便于大范圍推廣應用；
4、該系統的應用不限于物流包裹整理，還可以推廣到相關傳送帶對象識別等領域。
附圖說明
圖1為基于智能機器人的物流包裹整理系統結構示意圖；
圖2為基于智能機器人的物流包裹整理方法流程圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。
本發明旨在通過智能機器人替代物流分揀流程中的人工整理放置包裹環節。結合圖1，基于智能機器人的物流包裹整理系統由如下部件構成：
從上表可以看出，1、2、3、4、5、6號部件對應為上、下、前、后、左、右六個方向的機械臂的固定擋板，該擋板可在包裹進入檢測平臺后移動至物體的四周，對物體的各個表面進行標簽檢測，并根據預定規則進行合攏夾取。7號部件對應為圖像標簽識別設備，其鏡頭內嵌于各方向機械臂擋板朝向貨物面的中央，工作時，可在對應方向進行圖像收集，并根據相關圖像檢測算法判斷出對應面有無物流信息標簽存在。8號部件為擋板與機械臂連接處的旋轉關節，當擋板夾持包裹時，可利用此關節進行360°旋轉，進而調整包裹標簽面的方向。9號部件為上下翻轉軌道，當需要對貨物進行上下翻轉時，夾持貨物的上、下方向機械臂固定擋板可沿用此軌道進行180°移動翻轉。10號部件為水平固定軌道，主要提供前、后、左、右機械臂的固定支撐作用，也可以使對應機械臂沿軌道做移動調整，保證機械臂擋板對貨物的夾持效果。11號部件為傳送貨物的傳送帶；12號部件為配合擋板移動夾持貨物的機械臂。
基于智能機器人的物流包裹整理系統，共分為以下幾個部分：
包裹傳送部分：包裹的運輸通過控制傳送帶11的啟停即可。在下機械臂擋板2的兩邊安置傳送帶11，上、下、前、后、左、右機械臂擋板的中間均安置圖像標簽識別設備7。
標簽檢測部分：當物流包裹被傳送帶11傳送至檢測調整平臺的下機械臂擋板2時，傳送帶11停止傳送，前、后、左、右、上五個方向的機械臂擋板開始下降至合適位置，位于各機械臂擋板中央的圖像標簽設別設備7開始對包裹的各個層面進行圖像采集，得到各個方向的包裹表面圖像后，計算機通過相關算法確定物流標簽所在位置。這里值得注意的是，由于包裹放置在下機械臂擋板2上，故而此處的圖像采集不方便，針對這個問題，本發明設定圖像檢測只在上、前、后、左、右五個方向進行，如果這五個方向的檢測結果均是不存在，則認定標簽在包裹的下方表面；另一方面，對于不同形狀的包裹，本發明均有普適性，除了常規的立方體包裹，對于文件等扁平包裹，本發明同樣設定在各個方向同時檢測，雖然前、后、左、右四個方向因為沒有對應表面的存在，自然反饋回標簽不存在的結果，但是如此設計避免了包裹形狀的判別環節和相關程序的多功能分區，具有很好的普適性。
包裹翻轉部分：當得到標簽位置的檢測結果時，機械臂擋板開始按照預先設計好的策略對貨物進行夾取固定，并根據配備的壓力傳感器調整夾取力度，保證固定包裹的同時不損壞貨物。而關于夾取固定的策略，本發明設計規則如下：如果檢測到標簽在包裹下方表面，則上下方向的機械臂擋板開始合攏夾取，固定以后，借助上下翻轉軌道調換位置，如此一來，原本在下方表面的物流標簽轉到了上方表面；如果檢測到標簽在包裹的前、后表面，則左右方向的機械臂擋板開始合攏夾取，固定以后，借助機械臂上的旋轉關節往標簽的面的相反方向旋轉90°，即標簽在前方表面的話往后方旋轉，標簽在后方表面的話往前方旋轉，如此一來，也可以使物流標簽轉換到上方表面；如果檢測到標簽在包裹的左、右表面，同理，前后方向的機械臂擋板合攏夾取并往相反方向旋轉。綜上，通過機械臂擋板的夾取旋轉，使得所有物流標簽沒有朝向上方的包裹全部調整為朝向上方，調整結束后，機械臂松弛上移，傳送帶繼續傳送，包裹開始進入掃碼、分揀等后續環節，進而完成整個物流包裹分揀工作的整體流程。
結合圖2，下面以三個具體案例來進一步說明本發明的工作流程：
(1)當物流信息標簽在包裹的前方(或后方)：
當包裹運送至檢測調整平臺，傳送帶11停止運行。下機械臂擋板2對其托載，其它機械臂擋板均下放移動至平臺四周的對應方向，與此同時，前、后、左、右、上方擋板中央的標簽圖像識別設備開始收集包裹對應表面圖像進行分析，由于物流信息標簽在包裹的前方，則前機械臂擋板配置的圖像識別設備輸出肯定信息，其他方向均輸出否定信息。當控制單元收到前方識別信息的肯定答復，則開始驅動左、右機械臂擋板進行向內收縮固定夾取，通過壓力傳感器獲知夾取力度合適時左、右機械臂擋板開始借助旋轉關節進行旋轉，此時應朝向后方向旋轉90°，貨物的標簽信息面由此變為朝向上方。此后，左、右機械臂松開包裹，各方向機械臂擋板回歸原位，傳送帶繼續運作將包裹傳送至下一環節。如果物流信息標簽在包裹的后方，則過程同上類似，由于后方向給定肯定識別信號，旋轉方向改為朝向前方向即可。
(2)當物流信息標簽在包裹的右方(或左方)：
當包裹運送至檢測調整平臺，傳送帶停止運行。下機械臂擋板2對其托載，其它機械臂擋板均下放移動至平臺四周的對應方向，與此同時，前、后、左、右、上方擋板中央的標簽圖像識別設備開始收集包裹對應表面圖像進行分析，由于物流信息標簽在包裹的右方，則右機械臂擋板配置的圖像標簽識別設備輸出肯定信息，其他方向均輸出否定信息。當控制單元收到右方識別信息的肯定答復，則開始驅動前、后機械臂擋板進行向內收縮固定夾取，通過壓力傳感器獲知夾取力度合適時，前、后機械臂擋板開始借助旋轉關節進行旋轉，此時應朝向左方向旋轉90°，貨物的標簽信息面由此變為朝向上方。此后，前、后機械臂松開包裹，各方向機械臂擋板回歸原位，傳送帶繼續運作將包裹傳送至下一環節。如果物流信息標簽在包裹的左方，則過程同上類似，由于左方給定肯定識別信號，旋轉方向改為朝向右方向即可。
(3)當物流信息標簽在包裹的下方：
當包裹運送至檢測調整平臺，傳送帶停止運行。下機械臂擋板對其托載，其它機械臂擋板均下放移動至平臺四周的對應方向，與此同時，前、后、左、右、上方擋板中央的標簽圖像識別設備開始收集包裹對應表面圖像進行分析，由于物流信息標簽在包裹的下方，則上、前、后、左、右號均輸出否定信息。當控制單元獲知上、前、后、左、右號均輸出否定信息，則判定為物流信息標簽在下機械臂擋板對應面，由此開始驅動上、下機械臂擋板進行向內收縮固定夾取，通過壓力傳感器獲知夾取力度合適時，上、下機械臂擋板開始借助上下翻轉軌道9進行180°翻轉，即沿軌道上、下機械臂擋板位置對調，此過程中均保持對貨物的夾持固定狀態，貨物的標簽信息面由此變為朝向上方。此后，上、下機械臂松開包裹，各方向機械臂擋板回歸原位，傳送帶繼續運作將包裹送至下一環節。
此處需要注意的是，由于原來的上、下機械臂發生了位置對調，因此在處理下一件貨物時，原來的上機械臂變為現在的下機械臂，原來的下機械臂變為現在的上機械臂，如果再次發生上下翻轉，始終保持上方對應上機械臂，下方對應下機械臂。
(4)當物流信息標簽在包裹的上方：
當包裹運送至檢測調整平臺，傳送帶停止運行。下機械臂擋板對其托載，其它機械臂擋板均下放移動至平臺四周的對應方向，與此同時，前、后、左、右、上方擋板中央的標簽圖像識別設備開始收集包裹對應表面圖像進行分析，由于物流信息標簽在包裹的上方，則上機械臂擋板配置的圖像識別設備輸出肯定信息，其他方向均輸出否定信息。當控制單元獲知上機械臂擋板輸出肯定信息，則判定為物流信息標簽面原本就朝向上方，不做任何調整處理，各方向機械臂擋板回歸原位，傳送帶繼續運作將包裹傳送至下一環節。
綜上所述，本發明通過對包裹整理機器人的設計應用，成功構建傳送帶貨物傳送和分揀機器人分揀運輸之間的橋梁，替代了目前的人工介入，提高了工作效率，減小了分揀錯誤率，實現了物流包裹整理分揀的智能化和全自動化。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例，并非對本發明任何形式上和實質上的限制，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明方法的前提下，還將可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應視為本發明的保護范圍。凡熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，當可利用以上所揭示的技術內容而做出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發明的等效實施例；同時，凡依據本發明的實質技術對上述實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變，均仍屬于本發明的技術方案的范圍內。