CN108381572A - 带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件及相应的防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件及相应的防护方法。该机器人叉齿组件包括叉齿组件和防碰撞顶翻装置，其中，叉齿组件包括升降模块、旋转模块、伸缩模块，具有升降、旋转、伸缩功能，防碰撞顶翻装置包括安装在叉齿组件上的测距传感器和编码器，测距传感器用于检测叉齿前方有无物体，测量物体相对传感器的距离或者物体的外形尺寸，编码器用于反馈叉齿组件的行程和角度，以确保叉齿组件在X、Y、Z维度上到达合适的行程和角度。通过测距传感器与编码器相互配合，能够精确检测物体尺寸，精确控制叉齿动作，不会造成因为叉齿组件的伸缩、旋转，而碰撞到货架甚至推动货架或把车体自身反向推倾斜、推倒、推翻的情况发生。

Description

带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件及相应的防护方法

技术领域

本发明涉及物流仓储领域，尤其涉及一种带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件及相应的防护方法。

背景技术

传统物流仓储行业，在存取货物任务中，多以人工或人工通过推车、叉车等方式进行；在存放和取出的过程中，通过人的视觉和感觉判断，来规避与货架及其他物体刮擦、碰撞。

随着物流技术的革新，越来越多的智能化设备被用于存取货物，如多自由度机械手臂类搬运机器人、无人搬运AGV、仓储搬运机器人。通过机械手臂的多关节分步动作，来实现从货架上存取货物，同时利用工业相机的机器视觉判断货物及货架位置，避免机械手臂与货架及其它物体发生碰撞，进而损坏货架、手臂自身及货物。同样对于移动无人搬运AGV、仓储搬运机器人存取货物时，对货物和货架的位置及外形尺寸有一定的精度要求，在货架变形、设备与货架相对位置有偏差的情况下，移动无人搬运AGV或机器人多用工业相机的机器视觉、安全激光扫描仪、接近开关等来避免因固化的机械动作，造成与货架碰撞、刮擦，进而把自己推翻或把货架推移、变形、货物掉落等事故发生。

传统物流仓储行业在以人工或人工通过推车、叉车等工具存取货物时，通过人的视觉和感觉判断，造成动作的精准度较低，刮擦、推动、推翻货架、损坏货物的概率较高。

一般智能化设备，如无人搬运AGV、机械手臂在存取货物的时候，通过工业相机的机器视觉和相映算法，安全激光扫描仪的方法，增加了实现难度及复杂度，实现成本也大幅度增加，简捷程度不足。采用接近开关的方法，精度不够高。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件及相应的防护方法，以克服现有技术存在的缺陷，精确检测物体尺寸，精确控制叉齿动作，不会造成因为叉齿组件的伸缩、旋转，而碰撞到货架甚至推动货架或把车体自身反向推倾斜、推倒、推翻的情况发生。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件及相应的防护方法，使得仓储搬运机器人每次取放货物时，通过测距传感器及编码器的配合，能够精确检测物体尺寸，精确控制叉齿动作，不会造成因为叉齿组件的伸缩、旋转，而碰撞到货架甚至推动货架或把车体自身反向推倾斜、推倒、推翻的情况发生。

为实现上述目的，本发明提供了一种带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件及相应的防护方法，具体地，本发明提供的技术方案如下：

一种带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件，包括叉齿组件和防碰撞顶翻装置，其中，叉齿组件包括升降模块、旋转模块、伸缩模块，具有升降、旋转、伸缩功能，防碰撞顶翻装置包括安装在叉齿组件上的测距传感器和编码器，测距传感器用于检测叉齿前方有无物体，测量物体相对传感器的距离或者者物体的外形尺寸，编码器用于反馈叉齿组件的行程和角度，以确保叉齿组件在X、Y、Z维度上到达合适的行程和角度。

进一步地，测距传感器的类型可以是超声波、可见光、红外光或者激光。

进一步地，测距传感器的测距精度为毫米级，测量范围为0-3000mm。

进一步地，测距传感器的激光检测维度可以是一维、二维或者三维。

进一步地，编码器的读出方式可以是接触式或者非接触式。

进一步地，编码器的类型可以是增量式或者绝对式。

进一步地，测距传感器安装在叉齿组件的前端、左侧或者右侧，编码器安装在叉齿组件的升降模块、旋转模块、伸缩模块上。

一种仓储搬运机器人，仓储搬运机器人的叉齿组件采用上述带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件。

一种上述仓储搬运机器人碰撞顶翻的防护方法，包括如下步骤：

a)测距传感器检测叉齿前方有无物体，测量物体相对传感器的距离或者物体的外形尺寸；

b)编码器反馈叉齿组件的行程和角度；

c)在控制系统中将测距传感器的数据与编码器反馈的数据进行对比分析；

d)机器人根据对比分析结果执行存取任务。

进一步地，步骤d具体为：

d1)当测距传感器检测结果与机器人控制系统结果匹配时，执行相应的存取指令；

d2)当测距传感器检测结果与机器人控制系统结果不匹配时，机器人控制系统通过纠正程序，纠正姿态；

d3)当叉齿组件与货架反生擦碰时，机器人发出报警信号，并停止执行任务。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案通过测距传感器及编码器的配合，能够精确检测物体尺寸，精确控制叉齿动作，不会造成因为叉齿组件的伸缩、旋转，而碰撞到货架甚至推动货架或把车体自身反向推倾斜、推倒、推翻的情况发生。此外，本发明提供的技术方案中测距检测方法简单、可靠性高，且可采用多种不同类别测距传感器和编码器，可实现较高的性价比。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的较佳实施例的机器人及货架整体结构图；

图2是本发明的较佳实施例的机器人叉齿组件三维结构图。

其中，1-货架，2-货架上的储物装置，3-机器人自身货架，4-机器人自身货架上的储物装置，5-机器人底盘，6-机器人叉齿组件，7-升降模块，8-旋转模块，9-伸缩模块，10-叉齿组件前端测距传感器安装位置，11-叉齿组件左侧测距传感器安装位置，12-叉齿组件右侧测距传感器安装位置。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1、2所示，本发明提供的一种带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件，包括叉齿组件6和防碰撞顶翻装置。其中，叉齿组件6包括升降模块7、旋转模块8和伸缩模块9，具有升降、旋转和伸缩功能；防碰撞顶翻装置包括安装在叉齿组件6上的测距传感器和编码器。

实施例1

在本发明的一个较佳实施例中，测距传感器选用一维激光测距传感器，测距精度在毫米级，测量范围为0-3000mm；编码器选用绝对式编码器。在其他实施例中，也可以选用超声波、可见光、红外光测距传感器以及增量式编码器。

使用上述机器人叉齿组件的仓储搬运机器人碰撞顶翻的防护方法具体为：

a)将1个测距传感器安装在叉齿组件6的前端位置10(前方为伸缩模块9的伸出方向)、左侧位置11、右侧位置12中的其中一个位置上，不断检测前方有无物体，测量物体相对传感器的距离。

b)将编码器安装在升降模块7、旋转模块8和伸缩模块9上，主要用来反馈升降模块7在Z轴方向的行程，叉齿组件6在X轴方向上的行程及XY面旋转角度。

c)将编码器反馈的数据在控制系统中与测距传感器的数据进行对比分析，确保叉齿组件6在X、Y、Z维度上到达合适的行程和角度。

d)在机器人存取动作的过程中，当测距传感器检测结果与机器人控制系统结果匹配时，执行相应的存取指令；当检测结果与机器人控制系统结果不匹配时，机器人控制系统通过纠正程序，纠正姿态；当叉齿组件6与货架1或机器人自身货架3发生擦碰时，机器人发出报警信号，并停止执行任务。

当需要从货架1(包括机器人自身货架3)上取出存放货物的储物装置2(包括机器人自身货架上的储物装置4)时，升降模块7将叉齿提升到所需高度，叉齿旋转朝向货物方向，并向前伸出，测距传感器检测前方有无物体，测量物体相对传感器的距离，并将检测结果反馈给机器人控制系统，通过控制系统的分析计算叉齿前方X、Z维度上的空间尺寸，确保叉齿伸到储物装置2或机器人自身货架上的储物装置4下方，而不会擦碰到货架1或3以及储物装置2或4，避免因为擦碰造成的不良后果。同理，过程反过来，控制系统根据测距传感器反馈的信息，控制叉齿把存有货物的储物装置2或4，安全存放到货架1或3上。

实施例2

在本发明的另一个较佳实施例中，测距传感器选用二维激光测距传感器，测距精度在毫米级，测量范围为0-3000mm；编码器选用绝对式编码器。在其他实施例中，也可以选用超声波、可见光、红外光测距传感器以及增量式编码器。

使用上述机器人叉齿组件的仓储搬运机器人碰撞顶翻的防护方法具体为：

a)将1个测距传感器安装在叉齿组件6的前端位置10(前方为伸缩模块9的伸出方向)，用来检测前方X轴向面的物体尺寸及距离；在左侧位置11或者右侧位置12安装一个测距传感器，检测前方Z轴向面的物体尺寸及距离。

b)将编码器安装在升降模块7、旋转模块8和伸缩模块9上，它们主要用来反馈升降模块7在Z轴方向的行程，叉齿组件6在X和Z轴方向上的行程及XY面旋转角度。

c)将编码器反馈的数据在控制系统中与测距传感器的数据进行对比分析，确保叉齿组件6在X、Y、Z维度上到达合适的行程和角度。

d)在机器人存取动作的过程中，当测距传感器检测结果与机器人控制系统结果匹配时，执行相应的存取指令；当检测结果与机器人控制系统结果不匹配时，机器人控制系统通过纠正程序，纠正姿态；当叉齿组件6与货架1或机器人自身货架3发生擦碰时，机器人发出报警信号，并停止执行任务。

当需要从货架1(包括机器人自身货架3)上取出存放货物的储物装置2(包括机器人自身货架上的储物装置4)时，升降模块7将叉齿提升到所需高度，叉齿旋转朝向货物方向，并向前伸出，测距传感器检测前方有无物体，测量物体的尺寸，并将检测结果反馈给机器人控制系统，通过控制系统的分析计算叉齿前方X、Z维度上的空间尺寸，确保叉齿伸到储物装置2或机器人自身货架上的储物装置4下方，而不会擦碰到货架1或3以及储物装置2或4，避免因为擦碰造成的不良后果。同理，过程反过来，控制系统根据测距传感器反馈的信息，控制叉齿把存有货物的储物装置2或4，安全存放到货架1或3上。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件，其特征在于，包括叉齿组件和防碰撞顶翻装置，其中，所述叉齿组件包括升降模块、旋转模块、伸缩模块，具有升降、旋转、伸缩功能，所述防碰撞顶翻装置包括安装在所述叉齿组件上的测距传感器和编码器，所述测距传感器用于检测叉齿前方有无物体，测量物体相对传感器的距离或者物体的外形尺寸，所述编码器用于反馈所述叉齿组件的行程和角度，以确保所述叉齿组件在X、Y、Z维度上到达合适的行程和角度。

2.如权利要求1所述的机器人叉齿组件，其特征在于，所述测距传感器的类型可以是超声波、可见光、红外光或者激光。

3.如权利要求1所述的机器人叉齿组件，其特征在于，所述测距传感器的测距精度为毫米级，测量范围为0-3000mm。

4.如权利要求1所述的机器人叉齿组件，其特征在于，所述测距传感器的激光检测维度可以是一维、二维或者三维。

5.如权利要求1所述的机器人叉齿组件，其特征在于，所述编码器的读出方式可以是接触式或者非接触式。

6.如权利要求1所述的机器人叉齿组件，其特征在于，所述编码器的类型可以是增量式或者绝对式。

7.如权利要求1所述的机器人叉齿组件，其特征在于，所述测距传感器安装在所述叉齿组件的前端、左侧或者右侧，所述编码器安装在所述叉齿组件的升降模块、旋转模块、伸缩模块上。

8.一种仓储搬运机器人，其特征在于，所述仓储搬运机器人的叉齿组件采用如权利要求1-7任一项所述的带防碰撞顶翻装置的机器人叉齿组件。

9.一种如权利要求8所述的仓储搬运机器人碰撞顶翻的防护方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)所述测距传感器检测叉齿前方有无物体，测量物体相对传感器的距离或者物体的外形尺寸；

b)所述编码器反馈所述叉齿组件的行程和角度；

c)在控制系统中将所述测距传感器的数据与所述编码器反馈的数据进行对比分析；

d)机器人根据对比分析结果执行存取任务。

10.如权利要求9所述的仓储搬运机器人碰撞顶翻的防护方法，其特征在于，所述步骤d具体为：

d1)当所述测距传感器检测结果与机器人控制系统结果匹配时，执行相应的存取指令；

d2)当所述测距传感器检测结果与机器人控制系统结果不匹配时，机器人控制系统通过纠正程序，纠正姿态；

d3)当所述叉齿组件与货架反生擦碰时，机器人发出报警信号，并停止执行任务。