CN105059811A - 一种仓储系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高密度仓储系统，包括立体仓储货架、仓储搬运机器人多台、自动充电装置以及轨道；仓储搬运机器人包括可进行纵向以及横向移动的搬运机器人本体、纵向移动轮与横向移动轮的变换机构、储物箱抓取机构、GPS定位装置、红外传感器装置；所述可进行纵向以及横向移动的仓储搬运机器人在导轨上移动，通过储物箱抓取机构抓取储物箱。本发明采用多台搬运机器人同时搬运货物，定位精度高，移动速度快，仓储效率高；采用仓储搬运机器人智能调度系统，使得仓储搬运机器人搬运过程中不存在冲突，仓储系统稳定性提高，开放式的控制系统结构，有助于仓储系统的改进与后期开发。

Description

一种仓储系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，特别是一种自动化仓储系统和控制方法。

背景技术

在仓储系统领域中，自动化的仓储系统越来越被广泛使用，许多由人工进行搬运的仓储的作业现被自动化机器人所代替，现代仓储系统中，全自动化、高效、高密度成为仓储自动化的发展目标。

现在广泛使用的仓储系统，有很多所使用的并未实现全自动化，需要许多人工来完成整个仓储的过程，相应提高了人工成本，并且在人工搬运或者操作的过程需要留有一定的空间用于活动，大大降低了仓储的空间利用率。大部分的仓储货架为整体式结构，对于不同环境的适应性并不够好，改造或者移动也存在一定的不便。

现有的自动仓储系统中，已有多种多样的机器人代替人工进行搬运储存货物。自动化立体仓库中，常使用高层的储物货架，相对减少了其占地面积，对空间利用率有了极大的提高；在搬运和存取物的过程中，则需要使用堆垛机进行这些操作，而这些均为半自动化搬运，需要人工驾驶堆垛机；并且由于堆垛机车身相对比较长，占地面积也比较大，这要求必须留有足够的空间供其移动，一般需要留有1～2米宽度的巷道，降低了空间利用率。AGV系统作为现代仓储物流的重要装备，具有经济、高度自动化、高柔性等优点，AGV通过光学或者磁性导引装置，沿着设定路线精确移动并完成作业，但AGV系统也存在不足之处，在仓储空间内，AGV可以灵活移动并且快速到达指定位置，即使本身的移栽机构可以将货物放置在货架上，却无法放置在高处位置，或者必须配合货物输送机构才可以完成，这样则增加了仓储成本并降低仓储效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高密度仓储系统及其控制方法，用于解决现有的仓储系统空间利用率低、工作效率低等技术问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种仓储系统，包括立体仓储货架、仓储搬运机器人以及控制系统；所述立体仓储货架由多个仓储货格模块化搭建而成；所述立体仓储货架的顶面设置有水平面内的轨道，所述仓储搬运机器人上设置有与轨道匹配的移动轮；所述仓储搬运机器人上设置有储物箱抓取机构，所述储物箱抓取机构相对仓储搬运机器人具有竖直方向上下运动的功能；所述控制系统根据仓储任务以及仓储搬运机器人的实时位置和工作状态制定实时仓储搬运机器人最优运动方案并作为命令发送给相应的仓储搬运机器人；仓储搬运机器人根据接收到的命令进行移动至指定位置并完成储物箱的抓取或放置。

对比现有专利ZL201280041941.9，该专利采用多台移动台车在侧面移动，用于货物的输送，每一竖排仓储货架需要配备一组移动台车进行作业；而本发明方案使用一组搬运机器人即可对整个所搭建的仓储货架进行货物的输送；上述现有专利使用移动台车工作在仓储货架侧面，因此需要留出一定的占地空间供给移动台车工作使用，而本发明方法中搬运机器人工作在仓储货架顶面，并不占用仓储占地空间，因此对仓储空间利用率大大提高。

并且在本发明方案中，仓储搬运机器人的在立体仓储货架的顶端进行水平运动和储物箱抓取机构的竖直升降运动配合，将现有专利如ZL201210052054.3中使用搬运机器人进行货物搬运、并由升降电梯将货物提升到各个仓储层中的技术方案相比，本发明的方案降低了仓储系统成本，提高了搬运效率，同时也减少了搬运机器人和升降装置之间需要配合所产生的出错率。

进一步的，在本发明中，所述立体仓储货架的顶面的轨道为横向和纵向交错，所述仓储搬运机器人上的移动轮包括横向移动轮和纵向移动轮，仓储搬运机器人上还设置有横向移动轮和纵向移动轮的切换装置。当需要进行横向移动时，需将横向移动轮放置于横向轨道上并且纵向移动轮抬起防止碰触到轨道影响仓储搬运机器人的运动，反之在需要进行纵向移动时，需要将纵向移动轮放置于纵向轨道上并且横向移动轮抬起防止碰触到轨道。上述横向移动和纵向移动两种不同运动方向的切换是仓储搬运机器人根据控制器所发出的命令并运动到适当的位置进行的，并且切换的位置必然是在横向轨道和纵向轨道相交的位置处，通过在仓储搬运机器人上设置红外传感器以及编码器以精确定位仓储搬运机器人的位置。

进一步的，在本发明中，仓储货格的边框为活动式。相对于专利ZL201210052054.3所提及使用仓储货架为固定大小货架，本专利使用为模块化搭建的立体化仓储货架，可根据实际情况进行具体搭建货架，可极大提高空间利用率，提高仓储密度。

进一步的，在本发明中，所述仓储搬运机器人上设置有充电电极，所述立体仓储货架上设置有与充电电极匹配的充电装置。在仓储搬运机器人可以及时充电保持良好工作状态。

进一步的，在本发明中，所述仓储搬运机器人上设置有GPS定位装置，GPS定位装置将仓储搬运机器人的位置实时发送给控制系统。

作为有优选的，在本发明中，立体仓储货架的四周设置有挡板，用于防止搬运机器人不慎离开轨道。

进一步的，在本发明中，根据最优运动方案的需要，当仓储搬运机器人运动至需要改变移动方向的位置时进行换轮操作；所述横向移动轮和纵向移动轮的切换装置先放下将要移动的方向轮，然后抬起之前移动的方向轮，完成换轮过程，搬运机器人再次启动。

进一步的，在本发明中，所述储物箱抓取装置通过悬臂伸出于仓储搬运机器人本体，所述悬臂上设置有电动滚轮，悬臂下方设置有抓取平板，所述电动滚轮带动抓取平板上下运动。通过控制电动滚轮对抓取平板进行上升或下降的控制，使得抓取平板在竖直方向的运动位置得到准确控制。

进一步的，在本发明中，所述抓取平板上设有定位装置和夹爪，所述储物箱上设置有与定位装置匹配的定位孔。储物箱上还可设置有利于夹爪抓取的抓取孔。

本发明的仓储系统适用的具体的搬运方法包括以下步骤：

S1、安装调试：将立体仓储货架置于仓库水平地面上固定，储物箱紧密安放在立体仓储货架上，将所需数量的仓储搬运机器人放置在轨道上并置于预设的初始位置处，进行仓储系统整体调试；

S2、仓储系统启动：各台仓储搬运机器人上电启动，控制器上电启动，系统完成初始化，记录每台仓储搬运机器人位置，等待搬运任务；

S3、读取任务：系统读取人工发出的任务指令，根据取物/储物任务系统自动进行最优计算分析选取适合的仓储搬运机器人，并进行路径规划，将执行指令发送至相应的仓储搬运机器人；

S4、搬运：仓储搬运机器人在上个任务完成位置或初始位置等待，根据接收到的运动指令，向目标位置移动，并实时反馈位置信息；移动到目标位置时，仓储搬运机器人主动放下抓取平板，检测到抓取平板与储物箱配合完成，打开抓取夹爪，夹紧储物箱，抬起抓取平板，取出储物箱，反馈抓取完成信息，由控制器重新规划移动路径，将储物箱移至放置位置，放下储物箱，松开夹爪，抬起抓取平板，反馈搬运完成信息，等待新指令；若长时间没有指令发出，则返回初始位置，完成整个搬运过程；

S5、充电：仓储搬运机器人由电池提供动力，具有自我监控的功能；当仓储搬运机器人电池需要充电时，主动通知控制系统，随后前往充电装置进行自动充电。

有益效果：

本发明提供的高密度仓储系统能够极大利用空间，提高仓储系统效率；所使用的仓储货架采用模块化仓储货格组装而成，根据仓储空间进行合理搭建，高度以及占地面积都可以自由调整，空间利用率高，环境适应性良好，解决仓储密度问题；仓储搬运机器人在仓储货架顶面沿轨道移动，不需要额外的占地空间供其活动，提升了空间利用率，并且严格按照轨道行驶，提升了搬运过程的准确性；仓储搬运机器人采用钢带吊住抓取平板，通过垂直升降抓取平板来实现货物高低不同位置的搬运，减少了立体库所用的提升堆垛装置，节省了空间及成本；控制器对储物箱数据进行记录，搬运过程对货物进行快速查找，并采用红外传感器和编码器对搬运机器人的精确定位，对其进行任务分配及运动轨迹规划，多台搬运机器人同时工作，相互之间不产生影响，大大提高仓储系统运行效率。

附图说明

图1为本发明的高密度仓储系统示意图；

图2为本发明的搬运机器人俯视剖视图；

图3为本发明的搬运机器人主视剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

请参阅图1，其为本发明的高密度仓储系统的结构简图。如图所示，所述的高密度仓储系统包括：立体仓储货架，所述立体仓储货架为由多个仓储货格模块化搭建而成，每个仓储货格中可放置储物箱1，根据所需占地面积和高度进行搭建，并且将仓储货格的边框设置为活动式，可随时根据需要整体调整大小；立体仓储货架底层设置某一仓储货格为储物箱入口处，将要储存的储物箱被搬运至储物箱入口处，再由搬运机器人4搬运至预先指定位置；立体仓储货架顶面设置有平行的轨道7，分为横向与纵向两方向轨道，可供搬运机器人4移动到各个位置上，立体仓储货架的侧面设有自动充电装置6，立体仓储货架的正面设有控制器2，用于控制立体仓储货架的伸缩以及智能调度仓储搬运机器人以及监控整个仓储系统运行情况；仓储搬运机器人4与控制器2通过无线进行通信，所述仓储搬运机器人4移动轮旁设有红外传感器5，用于精确确定仓储搬运机器人4的位置，仓储搬运机器人4前端设有储物箱抓取机构3用于对储物箱1的抓取或放置，通过电动滚轮上缠绕的钢带来升降抓取平板用于抓取仓储货格中储物箱1，抓取板设有夹爪，用于夹紧储物箱1。

仓储搬运机器人4上设有GPS定位模块，实时反馈仓储搬运机器人4所处的位置，所述控制器2通过GPS定位模块确定每台仓储搬运机器人4的位置，并显示在显示屏上以监控工作状。控制器2通过人为所给的仓储任务以及现有的各个仓储搬运机器人4的位置和工作状态计算出的最优运动方案，并转化为指令通过无线信号发送给最合适的仓储搬运机器人4，仓储搬运机器人4根据在横向与纵向轨道上进行移动，到达目标位置。

当仓储搬运机器人4到达目标位置时，储物箱抓取装置根据当前任务对储物箱1进行抓取或者放置，钢带的升降控制抓取平板在竖直方向的位置，定位装置确保抓取平板和储物箱1的配合准确，夹爪确保夹紧储物箱1。

所述仓储搬运机器人4在向目标位置移动时，有时需要进行移动轨道的变更，仓储搬运机器人4上设有横向和纵向移动轮，在需要变换轨道时，自动停止，进行移动轮切换，再进行移动。仓储搬运机器人4机构如图2所示，仓储搬运机器人4上设置有固定的底座9以及与底座平行的2个固定板11、13；横向移动轮8的轮轴以及横向控制用电机10被共同安装在固定板11上用于控制横向移动轮8沿横向的轨道运动，横向控制用电机10的电机轴与横向移动轮8的轮轴均与横向的轨道垂直，通过一号电动推杆12将固定板11和底座9相连，一号电动推杆12伸长或缩短改变固定板11和底座9之间的距离从而带动横向移动轮8相对轨道实现上升和下降；纵向移动轮16的轮轴以及纵向控制用电机14被共同安装在固定板13上用于控制纵向移动轮16沿纵向的轨道运动，纵向控制用电机14的电机轴与纵向移动轮16的轮轴均与纵向的轨道垂直，通过二号电动推杆15将固定板13和底座9相连，二号电动推杆15伸长或缩短改变固定板13和底座9之间的距离从而带动纵向移动轮16相对轨道实现上升和下降。当仓储搬运机器人4需要从做纵向移动变化为进行横向移动时，仓储搬运机器人4在轨道交汇处停止，一号电动推杆12将固定板11放下，此时，横向移动轮8与纵向移动轮16同时放置在轨道上，然后二号电动推杆15将固定板13升起，设置在固定板13上的纵向移动轮16同时被升起，完成两方向移动轮的切换，并且启动横向控制用电机10，从而进行横向移动，完成搬运机器人在移动方向上的变更。

本发明提出的高密度仓储系统运行过程如下：所需存储的货物放置在储物箱1内，储物箱1放置在储物箱入口处，人工给予控制器2仓储任务，控制器2读取各个仓储搬运机器人4所在位置，根据最优路径算法选择相应的仓储搬运机器人4区执行当下的仓储任务，将计算所得出的路径发送给所选择的仓储搬运机器人4，仓储搬运机器人4开始启动执行任务，而控制器2同时不断接受新的仓储任务，并最优调度其他仓储搬运机器人4执行任务；仓储搬运机器人4运行过程中通过GPS定位将自身的位置数据发送给控制器2，同时通过红外传感器5检测轨道交叉处缺口来精确定位自身位置，在目标位置处精确停止；仓储搬运机器人4本身存在有负载和无负载两个状态，到达目标位置后，根据自身的状态进行抓取储物箱1或者放置储物箱1的任务：仓储搬运机器人4伸出的抓取装置通过电动滚轮缠绕钢带吊住抓取平板，电动滚轮转动放下抓取平板，抓取平板与储物箱1完成配合，抓取平板上夹爪夹紧储物箱1，再由电动滚轮转动取出储物箱1，完成取货动作；仓储搬运机器人4伸出的抓取装置通过电动滚轮缠绕钢带吊住抓取平板，抓取平板已抓储物箱1，电动滚轮转动放下抓取平板及储物箱1，待储物箱1完全落在仓储货格内，夹爪松开，电动滚轮转动将抓取平板从电动滚轮内抬出，完成放货动作。此时，仓储搬运机器人4被认作完成任务，而此刻的位置被控制器2所记录，作为此仓储搬运机器人4新的起始点。搬运过程中，若仓储搬运机器人4较长时间未被进行调度，或者自身检测电压过低并向控制器2发送低电压信号，之后控制器2会给该仓储搬运机器人4规划回充电装置处的路径，并由仓储搬运机器人4执行后进行自动充电，等待之后控制器2进行调度。

通过本发明提供的高密度仓储系统，其仓储货架的模块化搭建可以最大化使用空间以提升空间利用率；其仓储搬运机器人4结构简单、负载能力强，可以完成在十字路径上的灵活移动，更快捷遍历每个货格点，控制器2通过其路径规划算法控制所以仓储搬运机器人4移动最佳路径，极大提升仓储效率；仓储搬运机器人4多个传感器共同作用检测位置闭环调节，使仓储搬运机器人4定位精准，搬运过程出错率降低；控制器2实时监控所有仓储搬运机器人4及货物存储状况，智能调度仓储搬运机器人4以及及时对仓储搬运机器人4诊断，可提高整个仓储系统容错率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种仓储系统，其特征在于：包括立体仓储货架、仓储搬运机器人以及控制系统；所述立体仓储货架由多个仓储货格模块化搭建而成；所述立体仓储货架的顶面设置有水平面内的轨道，所述仓储搬运机器人上设置有与轨道匹配的移动轮；所述仓储搬运机器人上设置有储物箱抓取机构，所述储物箱抓取机构相对仓储搬运机器人具有竖直方向上下运动的功能；所述控制系统根据仓储任务以及仓储搬运机器人的实时位置和工作状态制定实时仓储搬运机器人最优运动方案并作为命令发送给相应的仓储搬运机器人；仓储搬运机器人根据接收到的命令进行移动至指定位置并完成储物箱的抓取或放置。

2.根据权利要求1所述的仓储系统，其特征在于：所述立体仓储货架的顶面的轨道为横向和纵向交错，所述仓储搬运机器人上的移动轮包括横向移动轮和纵向移动轮，仓储搬运机器人上还设置有横向移动轮和纵向移动轮的切换装置。

3.根据权利要求1所述的仓储系统，其特征在于：仓储货格的边框为活动式。

4.根据权利要求1所述的仓储系统，其特征在于：所述仓储搬运机器人上设置有充电电极，所述立体仓储货架上设置有与充电电极匹配的充电装置。

5.根据权利要求1所述的仓储系统，其特征在于：所述仓储搬运机器人上设置有GPS定位装置，GPS定位装置将仓储搬运机器人的位置实时发送给控制系统。

6.根据权利要求1所述的仓储系统，其特征在于：立体仓储货架的四周设置有挡板。

7.根据权利要求2所述的仓储系统，其特征在于：根据最优运动方案的需要，当仓储搬运机器人运动至需要改变移动方向的位置时进行换轮操作；所述横向移动轮和纵向移动轮的切换装置先放下将要移动的方向轮，然后抬起之前移动的方向轮，完成换轮过程，搬运机器人再次启动。

8.根据权利要求1所述的仓储搬运机器人，其特征在于：所述储物箱抓取装置通过悬臂伸出于仓储搬运机器人本体，所述悬臂上设置有电动滚轮，悬臂下方设置有抓取平板，所述电动滚轮带动抓取平板上下运动。

9.根据权利要求8所述的仓储搬运机器人，其特征在于：所述抓取平板上设有定位装置和夹爪，所述储物箱上设置有与定位装置匹配的定位孔。