CN105800216A - 一种提高货物存取速度和精度的仓储系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高货物存取速度和精度的仓储系统和方法，其技术特点是：仓储货架为经过水平位置校正后的仓储货架；仓储货架托盘的下表面制有顶升凹槽；机器人叉车的叉臂上设有与顶升凹槽相配合的顶升凸块，在机器人叉车上安装有标定单元、精度控制单元；规则图形码标签包括进入点规则图形码标签和目标点规则图形码标签；本方法标定车身倾斜度和地面倾斜度，根据车身倾斜度和地面倾斜度计算目标点左右方向的补偿坐标位置，执行从进入点到目标点左右方向补偿坐标位置的导航路径，从而在目标点准确存取货物。本发明解决了机器人叉车由于车体发生倾斜或地面发生倾斜致使存取货物的精度差和存取速度慢的难题，有效提高了仓储机器人叉车存取货物的效率。

Description

一种提高货物存取速度和精度的仓储系统和方法

技术领域

本发明涉及仓储系统领域，具体涉及一种提高货物存取速度和精度的仓储系统和方法。

背景技术

仓储系统的机器人叉车以每层货架货物托盘为存取单位，其车身的高度为货架的高度，这种车体设计虽然解决了货物最小搬运单位、提高货物并发使用效率的问题，但也带来相应的问题：由于车身比较高，其车体两侧支撑立柱的根部与垂线方向如果稍微有一点角度倾斜，则其顶部就会发生几倍于根部的左右方向的位置偏差，在这种情况下，假设是存放货物的任务，其存放位置距离目标点也会发生较大的偏差，而当下次该货物被提取的时候，如果是另外一台车体未发生倾斜的叉车执行取货任务，其按照预定目标点提取货物，由于此时该货物已经被移位而造成机器人叉车的顶升装置不能准确地进入货物托盘下表面的顶升凹槽致使货物不能被准确提取。

现有技术解决顶升对位问题采用的一般技术手段是：在货物托盘侧面中心点敷设1个二维码、在机器人叉车两个叉臂连接杆的中部设置读码器，当机器人叉臂接近货物托盘侧面的二维码时对其拍摄图片后进行左右方向的位置校正。由于机器人叉车一般为两驱动轮结构，不能横向移动动，因此，不能在原地进行左右方向的位置校正，如果需要校正位置则必须退出货架以外，以曲线路径方式再次进入货架，如此反复，直至完成目标点的校正，这个过程可能会长达几秒钟，显然，影响了存取货物的速度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供提供一种提高机器人车叉存取货物速度和精度的系统及其方法，解决了机器人叉车由于车体发生稍微的倾斜或地面发生稍微的倾斜致使存取货物的精度差和存取速度慢的难题，有效提高了仓储机器人叉车存取货物的效率。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种提高货物存取速度和精度的仓储系统和方法，包括仓储货架、仓储货架托盘、机器人叉车和规则图形码标签，所述仓储货架为经过水平位置校正以后的仓储货架；所述仓储货架托盘的下表面制有顶升凹槽；所述机器人叉车的叉臂上设有与顶升凹槽相配合的顶升凸块，在机器人叉车上安装有标定单元、精度控制单元并设置在机器人底层控制系统的微处理内；所述规则图形码标签包括进入点规则图形码标签和目标点规则图形码标签，该目标点规则图形码标签设置在每个货架内侧地面入口处的中心点区域，该进入点规则图形码标签设置在行车通道的中部并与两侧的目标点规则图形码标签相对应。

而且，所述机器人叉车包括机器人标定叉车和机器人一般叉车，所述机器人标定叉车两侧的叉臂支撑立柱与水平地面成垂直夹角。

而且，所述机器人叉车包括两个主动轮、两个随动轮、机器人叉车底盘、叉臂支撑架、叉臂支撑立柱和顶升装置；两个主动轮安装在机器人叉车底盘的中部两侧，两个随动轮分别安装在机器人叉车底盘的前端和后端，所述叉臂支撑架垂直安装在机器人叉车底盘的后端，所述叉臂支撑立柱垂直安装在机器人叉车底盘上并与叉臂支撑架的前端安装在一起，在叉臂支撑立柱的前侧设有叉臂升降滑槽，所述顶升装置包括叉臂、丝杠、叉臂连接横梁和丝杠连接块，在叉臂上表面设有四个与顶升凹槽相配合的顶升凸块，所述叉臂连接横梁两端安装在叉臂升降滑槽内，所述叉臂安装在叉臂连接横梁的前端，所述丝杠连接块安装在叉臂连接横梁侧面中部，所述丝杠通过螺纹方式与丝杠安装在一起，丝杠的下端连接电机并固定在叉臂支撑立柱底部，丝杠的上端连接滚珠轴承并固定于叉臂支撑立柱顶部。

而且，所述标定单元包括车身倾斜度标定单元和地面倾斜度标定单元，车身倾斜度标定单元存储有采用水平地面测量叉车倾斜度与叉车倾斜度的对应关系用于标定车身倾斜度，地面倾斜度标定单元存储有采用标定叉车测量地面倾斜度与地面倾斜度的对应关系用于标定地面倾斜度。

一种提高货物存取速度和精度的仓储系统的方法，包括以下步骤：

步骤1：使用车身倾斜度标定单元标定叉车标定每个货架地面相对于机器人标定叉车的倾斜度；

步骤2：使用地面倾斜度标定单元标定叉车标定每台机器人一般叉车相对于水平地面的倾斜度；

步骤3：获取当前执行存货或取货任务的机器人一般叉车；

步骤4：获取当前执行存货或取货任务的任务目标点；

步骤5：执行该任务的机器人一般叉车的精度控制单元从车身倾斜度标定单元获取标定叉车的倾斜度、从地面倾斜度标定单元获取标定地面的倾斜度；

步骤6：执行该任务的机器人一般叉车行驶至该任务的进入点处；

步骤7：在进入点规则图形码标签处，机器人一般叉车根据车身倾斜度和地面倾斜度计算目标点左右方向的补偿坐标位置；

步骤8：机器人叉车执行从进入点到目标点左右方向补偿坐标位置的导航路径，从而在目标点准确存取货物。

而且，所述步骤7的具体计算方法为：

①当机器人叉车沿着导引路径进入拍摄区域时，对进入点规则图形码标签进行第一次拍摄；

②在完成第一次拍摄后，机器人叉车完成转弯动作，调整车头的方向为进入货架的方向；

③在完成转弯后再对进入点规则图形码标签进行第二次拍摄；

④根据第二次拍摄的图像进行车体中心点和该进入点规则图形码标签中心点的位姿偏差的校正；

⑤根据车身倾斜度和地面倾斜度计算目标点左右方向的补偿坐标位值，该，该补偿坐标位值为标定误差坐标值的反向坐标值，该标定误差包括车身倾斜度的标定误差和地面倾斜度的标定误差之和。。

本发明的优点和积极效果是：

本发明采用标定叉车、标定地面(水平地面)、标定货架(水平位置校正以后的货架)的方法，解决了机器人叉车由于车体发生稍微的倾斜或地面发生稍微的倾斜致使存取货物的精度差和存取速度慢的难题，有效提高了仓储机器人叉车存取货物的效率。

附图说明

图1为经过水平位置校正以后的仓储货架；

图2a为底部带有顶升凹槽的仓储货架托盘的仰视结构图；

图2b为底部带有顶升凹槽的仓储货架托盘的侧视结构图；

图3a为机器人叉车的后视结构图；

图3b为机器人叉车的侧视结构图；

图4为为目标二维码设置位置示意图；

图5为主控接口板、微处理器及外部设备的连接关系示意图；

图6为第一种标定方法示意图(地面倾斜度用标定车测定)；

图7为第二种标定方法示意图(车辆倾斜度用水平面测定)；

图8为标定以后的数据单元关系示意图；

图中，1-0:水平校正装置；1-1：水平位置校正后的货架；1-2：倾斜地面；2-0：托盘腿；2-1：托盘；2-2：顶升凹槽；3-0：主动轮；3-1：随动轮；3-2：机器人叉车底盘；3-3：叉臂支撑架；3-4-1：叉臂支撑立柱；3-4-2：叉臂升降滑槽；3-5-0：丝杠；3-5-0-1：电机；3-5-0-2：滚珠轴承；3-5-1：叉臂；3-5-2-1：叉臂连接横梁；3-5-2-2：丝杠连接块；3-5-3：顶升凸块；4-0：行车通道；4-1：仓储货架；4-2：货物托盘；4-3：进入点规则图形码标签；4-4：目标点规则图形码标签。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种提高货物存取速度和精度的仓储系统，包括仓储货架、仓储货架托盘、机器人叉车以及仓储地面上敷设的规则图形码标签。

如图1所示，所述仓储货架必须是水平位置校正后的仓储货架：水平校正装置1-0可以是仓储货架自身携带的水平校正装置，也可以是仓储货架以外的水平校正装置；当仓储货架位于倾斜地面1-2上时，需要通过水平校正装置使每个仓储货架保持绝对水平的位置。

如图2a及图2b所示，所述仓储货架托盘由托盘2-1及安装在托盘下表面四角处的托盘腿2-0构成，在托盘下表面的托盘腿内侧设有四个顶升凹槽2-2。采用顶升凹槽与机器人叉车上的顶升凸块3-5-3相互配合，使得仓储货架托盘在运输和升降过程中增强稳定性。四个托盘腿的高度应该大于机器人叉车的叉臂3-5-1的高度及叉臂上顶升凸块的高度之和。

如图3a及图3b所示，所述机器人叉车包括两个主动轮3-0、两个随动轮3-1、机器人叉车底盘3-2、叉臂支撑架3-3、叉臂支撑立柱3-4-1和顶升装置。两个主动轮安装在机器人叉车底盘的中部两侧，两个随动轮分别安装在机器人叉车底盘的前端和后端。所述叉臂支撑架垂直安装在机器人叉车底盘的后端，所述叉臂支撑立柱垂直安装在机器人叉车底盘上并与叉臂支撑架的前端安装在一起，在叉臂支撑立柱的前侧设有叉臂升降滑槽3-4-2。所述顶升装置包括叉臂3-5-1、用于带动叉臂升降的丝杠3-5-0、叉臂连接横梁3-5-2-1、丝杠连接块3-5-2-2和叉臂上的顶升凸块3-5-3。所述叉臂连接横梁两端安装在叉臂升降滑槽内，所述叉臂安装在叉臂连接横梁的前端，所述丝杠连接块安装在叉臂连接横梁侧面中部，该丝杠连接块中央设有螺纹孔，所述丝杠通过螺纹方式与丝杠安装在一起，丝杠的下端连接电机3-5-0-1并固定在叉臂支撑立柱底部，丝杠的上端连接滚珠轴承3-5-0-2并固定于叉臂支撑立柱顶部。当顶升装置工作时，丝杠带动丝杠连接块，丝杠连接块带动叉臂连接横梁，叉臂连接横梁带动叉臂做升降运动。设置在叉臂上表面的四个顶升凸块与仓储货架托盘下表面设置的四个顶升凹槽相对应。

所述机器人叉车分为机器人标定叉车和机器人一般叉车。由于机器人叉车的高度为货架的高度，货架高度一般为2米到3米，其细高的车身特点决定了：当叉臂支撑立柱在根部与竖直垂线存在稍微的角度倾斜时，其顶部距离托盘中心点的误差就会增大几倍。而机器人一般叉车在制造过程中难免存在车体垂直方向的误差，为了测量每辆叉车倾斜度，必须制作一台标准车，也称之为机器人标定叉车，该机器人标定叉车的两侧的叉臂支撑立柱与水平地面成垂直夹角。

所述机器人叉车(包括机器人标定叉车和机器人一般叉车)自带标定单元、精度控制单元，该标定单元和精度控制单元被设置在机器人底层控制系统的微处理模块内，并通过主控接口板与外部设备相连接，如图4所示。所述标定单元包括车身倾斜度标定单元和地面倾斜度标定单元。车身倾斜度标定单元的标定方法采用标定叉车测量地面的倾斜度，如图5所示，地面倾斜度标定单元采用水平地面测量车体的倾斜度，如图6所示。当标定单元使用上述方法进行标定后，将采用水平地面测量叉车倾斜度与叉车倾斜度的对应关系存入车身倾斜度标定单元内用于标定车身倾斜度，如图7a所示；将采用标定叉车测量地面倾斜度与地面倾斜度的对应关系存入地面倾斜度标定单元用于标定地面倾斜度，如图7b所示。

所述仓储地面上敷设的规则图形码标签的设置位置如图8所示，图中，4-0为行车通道，4-1为仓储货架，4-2为货物托盘，4-3为每个货架的进入点规则图形码标签，4-4为每个货架的目标点规则图形码标签。进入点规则图形码标签设置在行车通道的中部并与两侧的目标点规则图形码标签相对应，目标点规则图形码标签位于每个货架内侧地面入口处的中心点区域。规则图形码标签可以采用二维码。本发明所述的规则图形码标签由一个或多个位置探测图形构成，该位置探测图形为正方形、圆形、三角形或长方形，规则图形码标签为正方形、圆形、三角形或长方形(规则图形码标签的定义源于专利文献：专利名称为基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统及方法，专利申请号为201310017927.1)。

传统仓储存取货方法是在每次执行存取货任务到达目标点时进行误差测量并且校正误差，如专利号为201310411968.9、专利名称为“基于导引路径的AGV举升校正系统及其方法”的专利文献，该专利文献为了解决移动机器人举升校正问题，采用在托盘下表面中心点敷设二维码、在移动机器人上表面对应二维码之处安装读码器的方法，该方法虽然可行，但该方法如果用于两轮的车体结构，由于不能作车体的横向移动，而必须退出货架以外以重新进入货架的方式进行目标点位置的校正，因此，每一次进行举升校正时的时间长达几秒，致使效率降低。本发明与上述方法不同之处是：(1)初试化标定方法是在每次执行任务以前而不是在执行任务中，并且，这种初始化标定一经标定成功，不再改变；(2)机器人叉车执行对目标点纠偏的地点和时刻发生了变化：不是在目标点执行纠偏而是在进入点执行纠偏。

基于上述仓储系统的特点，本发明的货物存取方法包括以下步骤：

步骤1：使用车身倾斜度标定单元标定叉车标定每个货架地面相对于机器人标定叉车的倾斜度；

步骤2：使用地面倾斜度标定单元标定叉车标定每台机器人一般叉车相对于水平地面的倾斜度；

步骤3：获取当前执行存货或取货任务的机器人一般叉车；

步骤4：获取当前执行存货或取货任务的任务目标点；

步骤5：执行该任务的机器人一般叉车的精度控制单元从车身倾斜度标定单元获取标定叉车的倾斜度、从地面倾斜度标定单元获取标定地面的倾斜度；

步骤6：执行该任务的机器人一般叉车行驶至该任务的进入点处；

步骤7：在进入点规则图形码标签处，机器人一般叉车根据车身倾斜度和地面倾斜度计算目标点左右方向的补偿坐标位置；

具体过程为：

①当机器人叉车沿着导引路径进入拍摄区域时，对进入点规则图形码标签进行第一次拍摄；

②在完成第一次拍摄后，机器人叉车完成转弯动作，调整车头的方向为进入货架的方向；

③在完成转弯后再对进入点规则图形码标签进行第二次拍摄；

④根据第二次拍摄的图像进行车体中心点和该进入点规则图形码标签中心点的位姿偏差的校正；

⑤根据车身倾斜度和地面倾斜度计算目标点左右方向的补偿坐标位值；

所述的目标点左右方向的补偿坐标位值为标定误差坐标值的反向坐标值；该标定误差包括车身倾斜度的标定误差和地面倾斜度的标定误差之和。

例如，当标定单元测得车体在提取某货架某层的货物时发生偏左2厘米的倾斜，那么机器人叉车的精度控制单元计算目标点左右方向的补偿坐标位置就应该是目标点向右偏2厘米，当机器人叉车按照标定误差坐标值的反向坐标值进入目标点左右方向的补偿坐标位值时，就会在目标点准确存取货物。

步骤8：机器人叉车执行从进入点到目标点左右方向补偿坐标位置的导航路径，从而在目标点准确存取货物。

此时，虽然机器人执行路径的目标点发生了向右偏移2厘米，但由于车体本身偏左2厘米，所以，货物能够地在目标点准确存放或提取。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种提高货物存取速度和精度的仓储系统，包括仓储货架、仓储货架托盘、机器人叉车和规则图形码标签，其特征在于：所述仓储货架为经过水平位置校正以后的仓储货架；所述仓储货架托盘的下表面制有顶升凹槽；所述机器人叉车的叉臂上设有与顶升凹槽相配合的顶升凸块，在机器人叉车上安装有标定单元、精度控制单元并设置在机器人底层控制系统的微处理内；所述规则图形码标签包括进入点规则图形码标签和目标点规则图形码标签，该目标点规则图形码标签设置在每个货架内侧地面入口处的中心点区域，该进入点规则图形码标签设置在行车通道的中部并与两侧的目标点规则图形码标签相对应。

2.根据权利要求1所述的一种提高货物存取速度和精度的仓储系统，其特征在于：所述机器人叉车包括机器人标定叉车和机器人一般叉车，所述机器人标定叉车两侧的叉臂支撑立柱与水平地面成垂直夹角。

3.根据权利要求1或2所述的一种提高货物存取速度和精度的仓储系统，其特征在于：所述机器人叉车包括两个主动轮、两个随动轮、机器人叉车底盘、叉臂支撑架、叉臂支撑立柱和顶升装置；两个主动轮安装在机器人叉车底盘的中部两侧，两个随动轮分别安装在机器人叉车底盘的前端和后端，所述叉臂支撑架垂直安装在机器人叉车底盘的后端，所述叉臂支撑立柱垂直安装在机器人叉车底盘上并与叉臂支撑架的前端安装在一起，在叉臂支撑立柱的前侧设有叉臂升降滑槽，所述顶升装置包括叉臂、丝杠、叉臂连接横梁和丝杠连接块，在叉臂上表面设有四个与顶升凹槽相配合的顶升凸块，所述叉臂连接横梁两端安装在叉臂升降滑槽内，所述叉臂安装在叉臂连接横梁的前端，所述丝杠连接块安装在叉臂连接横梁侧面中部，所述丝杠通过螺纹方式与丝杠安装在一起，丝杠的下端连接电机并固定在叉臂支撑立柱底部，丝杠的上端连接滚珠轴承并固定于叉臂支撑立柱顶部。

4.根据权利要求1或2所述的一种提高货物存取速度和精度的仓储系统，其特征在于：所述标定单元包括车身倾斜度标定单元和地面倾斜度标定单元，车身倾斜度标定单元存储有采用水平地面测量叉车倾斜度与叉车倾斜度的对应关系用于标定车身倾斜度，地面倾斜度标定单元存储有采用标定叉车测量地面倾斜度与地面倾斜度的对应关系用于标定地面倾斜度。

5.一种如权利要求1至4任一项所述提高货物存取速度和精度的仓储系统的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：使用车身倾斜度标定单元标定叉车标定每个货架地面相对于机器人标定叉车的倾斜度；

步骤2：使用地面倾斜度标定单元标定叉车标定每台机器人一般叉车相对于水平地面的倾斜度；

步骤3：获取当前执行存货或取货任务的机器人一般叉车；

步骤4：获取当前执行存货或取货任务的任务目标点；

步骤5：执行该任务的机器人一般叉车的精度控制单元从车身倾斜度标定单元获取标定叉车的倾斜度、从地面倾斜度标定单元获取标定地面的倾斜度；

步骤6：执行该任务的机器人一般叉车行驶至该任务的进入点处；

步骤7：在进入点规则图形码标签处，机器人一般叉车根据车身倾斜度和地面倾斜度计算目标点左右方向的补偿坐标位置；

步骤8：机器人叉车执行从进入点到目标点左右方向补偿坐标位置的导航路径，从而在目标点准确存取货物。

6.根据权利要求5所述的一种提高货物存取速度和精度的仓储系统的方法，其特征在于：所述步骤7的具体计算方法为：

①当机器人叉车沿着导引路径进入拍摄区域时，对进入点规则图形码标签进行第一次拍摄；

②在完成第一次拍摄后，机器人叉车完成转弯动作，调整车头的方向为进入货架的方向；

③在完成转弯后再对进入点规则图形码标签进行第二次拍摄；

④根据第二次拍摄的图像进行车体中心点和该进入点规则图形码标签中心点的位姿偏差的校正；

⑤根据车身倾斜度和地面倾斜度计算目标点左右方向的补偿坐标位值，该，该补偿坐标位值为标定误差坐标值的反向坐标值，该标定误差包括车身倾斜度的标定误差和地面倾斜度的标定误差之和。