CN108639640A - 具有自动充电功能的仓储搬运机器人组及其无线自动充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，采用无线充电方式，且实现了充电桩对多台仓储搬运机器人进行自动调配充电；无线自主充电的实现有效帮助具有自动充电功能的仓储搬运机器人组摆脱工作时间的限制，提高物流货运的运输效率；该具有自动充电功能的仓储搬运机器人组的使用有利于降低物流分拣搬运的成本，减少人员的投入，改善物流管理，降低货物搬运损伤的概率，可提高现代物流的分炼效率，促进物流行业的发展。此外，该仓储搬运机器还可用于其他领域，包括物料处理领域、酒店搬货领域、军事及危险场所领域。

Description

具有自动充电功能的仓储搬运机器人组及其无线自动充电 方法

技术领域

本发明涉及仓储搬运自动化技术，尤其涉及一种具有自动充电功能的仓储搬运机器人组及其无线自动充电方法。

背景技术

随着全球工业4.0，以及智能科技时代的来临，工厂智能化已成为不可逆的发展趋势。同时，人力成本的上涨、企业对于各种能源、资源的巨大需求，也掀起了工业自动化设备产业的发展大潮。随着机器人产品的不断研发，自动化制造将会慢慢地替代人工，这不仅是整个行业的发展需求。各行各业朝着自动化、智能化的方向不断发展。近年来，随着互联网和电子商务的蓬勃发展，电子物流行业发展十分迅速。为了使运输、搬运变得更加高效、快速，越来越多的自动化设备应用在物流领域。

在传统物流作业模式中，人力搬运耗时较长，人员工作强度较大，同时人员分栋效率相对较低、错误率相对较高，不能满足电子物流作业多品类、少批量的特征。另外，新兴劳动力对单调、辛苦的筛选工作普遍不感兴趣，加上我国人口老龄化程度的加深，劳动力成本不断提高，使得物流公司迫切需求智能化的物流设备，使用自动化技术，提高电子商务物流分栋、搬运环节的能力。

现有技术中有搬运机器人可实现自动搬运的功能，如多自由度机械手、自动搬运小车、无人驾驶叉车等，而在仓储中选用多自由度机械手和无人驾驶叉车占用体积大，且其移动速度慢、工作效率较低，自动搬运小车在仓储物流中具有小巧、轻便、灵活性强、适应能力强等特点。然而，自动搬运小车由于体积小，且运动灵活方便，往往采用电动小车上安装翻转机构来实现，这就带来了一个问题，小车要小巧、轻便，则蓄电池也必须小巧和轻便，小巧轻便的蓄电池的电池容量会受到限制，蓄电池的续航能力及小车自动充电问题是自动搬运小车亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，采用无线充电方式，且实现了充电桩对多台仓储搬运机器人进行自动调配充电；无线自主充电的实现有效帮助具有自动充电功能的仓储搬运机器人组摆脱工作时间的限制，提高物流货运的运输效率；该具有自动充电功能的仓储搬运机器人组可以通过感知得到周边环境信息作出实时连续的动态决策，能够在行进过程中进行路径选择与控制；该具有自动充电功能的仓储搬运机器人组的使用有利于降低物流分拣搬运的成本，减少人员的投入，改善物流管理，降低货物搬运损伤的概率，可提高现代物流的分炼效率，促进物流行业的发展。此外，该仓储搬运机器还可用于其他领域，包括物料处理领域、酒店搬货领域、军事及危险场所领域。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，包括两台以上的仓储搬运机器人，仓储搬运机器人采取嵌入式设计，包括底盘、壳体、举升机构、携带的传感器、充电接收模块和充电桩，举升机构上设有用于放置被搬运物的托架；搬运机器人底盘包括主骨架和底板，用于支撑机器人整体结构，底板选用钢板制得；主骨架设置在壳体内部，主骨架由上下两层组成，壳体内部还设有避障装置、驱动装置、导航定位模块、控制单元、通信单元、举升机构、充电接收模块；控制单元、避障装置、举升机构放置在主骨架的第二层，驱动装置、导航定位模块和充电接收模块放置在主骨架的第一层；主骨架的第一层内部镶嵌有充电接收模块，充电接收模块包括蓄电池、充电接收模块壳体、感应接收线圈、磁铁和印刷电路板组件(PCBA) ，其中蓄电池、感应接收线圈、磁铁和印刷电路板组件(PCBA)从下往上水平放置；充电桩连接到插座上，当充电接收模块与充电桩靠近时，充电桩为充电接收模块进行充电。

优选的，充电桩包括充电桩壳体、充电桩底座、充电桩盖板、充电组件、充电线和充电插头，充电桩底座位于充电桩壳体的底部，充电桩盖板安装在充电桩壳体的顶部，充电桩盖板、充电桩壳体和充电桩底座密封内腔，充电组件水平安装在充电桩壳体内，充电组件由内下往上依次为印刷电路板组件(PCBA)、磁铁和感应线圈，且印刷电路板组件(PCBA)、磁铁和感应线圈均套装在亚铁磁套筒内，亚铁磁套筒用于帮助将电磁通量线从感应线圈引导到充电移动设备中的感应接收线圈，充电插头通过充电线与充电桩底座相连。

优选的，充电桩的一侧还设有弧形滑道，用于仓储搬运机器人从充电桩上滑上或滑下。

优选的，充电桩顶部开设两个以上平行排布的充电槽，仓储搬运机器人进入到充电槽内进行充电。

优选的，驱动装置采用两轮驱动方式的六轮结构，包括四个从动轮、两个驱动轮、驱动器和两个驱动电机，从动轮选用万向轮，四个从动轮和两个驱动轮均安装在底盘上；两个驱动轮对称置于底盘中心的两侧，两个驱动轮分别与两个驱动电机相连接，用于提供动力；驱动电机采用带减速箱的无刷直流电机；从动轮可以被驱动电机带动做全方向运动。

优选的，还包括编码器，编码器通过支架固定在两个直流电机下，随搬运机器人车轮的转动而转动，用于记录下搬运机器人车轮转动的圈数，并反馈给微控制器。

优选的，还设有减震弹簧，减震弹簧置于车体底盘结构底盘中间，两端与直流电机相接触，当遇到路面不平时，搬运机器人一个主动轮被迫抬起或凹陷的时候，由于中间弹簧的张力，使车体底盘保持平稳，从而起到减震作用。

优选的，主骨架的第二层安装有导航定位模块与安全避障模块，导航定位模块包括灰度循迹传感器，二维码读码器和红外传感器；灰度循迹传感器用于地面寻线，作为具有自动充电功能的仓储搬运机器人组控制系统冗余系统，可提高机器人行进路线的精度；二维码读码器被安装在底盘中心靠前的位置，用来读取含有二维码信息的二维码地标，方便机器人定位；其中置于底盘第二层前后左右四面的红外传感器作为防止机器人发生碰撞的保护装置。

本发明的另一目的在于提供一种具有自动充电功能的仓储搬运机器人组无线自动充电方法，解决仓储搬运机器人自动充电的问题。

具有自动充电功能的仓储搬运机器人组无线自动充电方法，具体包括以下步骤：

S01：打开仓储机器人总开关，并将充电桩的充电插头连接到插座；

S02：具有自动充电功能的仓储搬运机器人组自动监控充电接收模块电量余量，监测到具有自动充电功能的仓储搬运机器人组充电接收模块的电量低于20%时，控制单元发出指令，仓储搬运机器人运动到充电桩处，并滑动到充电桩上，充电桩为充电接收模块进行充电；仓储搬运机器人组的中控系统控制每个充电桩相接触的仓储机器人的数量不得多于4台；

S03：当具有自动充电功能的仓储搬运机器人组监测到充电接收模块电量达到100%时，控制单元发出指令，停止充电，仓储搬运机器人离开充电桩，运动到指定的工位上工作；

S04：具有自动充电功能的仓储搬运机器人组继续监控充电接收模块电量余量，直至监测到具有自动充电功能的仓储搬运机器人组电量低于20%时，重复S02和S03步，如此循环；

S05：停止使用时，关闭仓储机器人总开关，仓储机器人停止工作、充电接收模块也停止工作；或遇到紧急情况时及时按下仓储机器人总开关，仓储机器人停止工作、充电接收模块也停止工作。

本发明的有益效果：

1）本发明的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，采用无线充电方式，且实现了充电桩对多台仓储搬运机器人进行自动调配充电；无线自主充电技术的实现有效帮助具有自动充电功能的仓储搬运机器人组摆脱工作时间的限制，提高物流货运的运输效率。

2）本发明的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组通过感知得到周边环境信息作出实时连续的动态决策，能够在行进过程中进行路径选择与控制。

3）本发明具有自动充电功能的仓储搬运机器人组的使用有利于降低物流分拣搬运的成本，减少人员的投入，改善物流管理，降低货物搬运损伤的概率，可提高现代物流的分炼效率，促进物流行业的发展。此外，该仓储搬运机器还可用于其他领域，包括物料处理领域、酒店搬货领域、军事及危险场所领域。

4）由于仓储物流搬运机器人主要用在物流配送中心的搬运作业中，使用钢板作为底板，有效加强底盘结构的强度并提高机器人的刚度；壳体类似于皮肤，用于保护机器人内部部件，机器人举升机构用于机器人执行搬运举升动作，机器人所携带的传感器确保机器人可靠地行驶。

5)本发明的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组无线自动充电方法，实现了具有自动充电功能的仓储搬运机器人组自动监控电余量、自动充电以及无线充电接收模块的自主充电，且在工作过程中自动监控具有自动充电功能的仓储搬运机器人组的用电量自动开启和停止充电。

附图说明

图1为本发明的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组外部结构示意图。

图2为具有自动充电功能的仓储搬运机器人组内部结构示意图。

图3为具有自动充电功能的仓储搬运机器人组的传感器布局示意图。

图4为充电桩的剖面图。

图5为实施例二的充电桩的结构示意图。

图6为实施例三的充电桩的结构示意图。

图中， 1、总开关，2、急停开关，3、托架，4、举升机构，5、壳体，6、红外传感器，7、充电接收模块，8、驱动轮，9、万向轮，10、底盘，11、减震弹簧，12、驱动器，13、安全避障模块，14、导航定位模块，15、控制单元，16、通信单元，17、驱动电机，18、灰度循迹传感器，19、二维码读码器，20、主骨架的第一层，21、主骨架的第二层， 22、充电组件，23、充电桩壳体，24、充电桩底座，25、亚铁磁套筒，26、感应线圈，27、磁铁，28、印刷电路板组件(PCBA)，29、充电线，30、充电插头，31、充电桩盖板，32、充电接收模块壳体，33、滑道，34、充电桩，35、充电槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

请参照图1、图2和图3，本具体实施例的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，包括两台以上的仓储搬运机器人，仓储搬运机器人采取嵌入式设计，包括底盘、壳体、举升机构、携带的传感器、充电接收模块和充电桩，举升机构上设有用于放置被搬运物的托架；搬运机器人底盘包括主骨架和底板，用于支撑机器人整体结构，底板选用钢板制得；主骨架设置在壳体内部，主骨架由上下两层组成，壳体内部还设有避障装置、驱动装置、导航定位模块、控制单元、通信单元、举升机构、充电接收模块；控制单元、避障装置、举升机构放置在主骨架的第二层，驱动装置、导航定位模块和充电接收模块放置在主骨架的第一层；主骨架的第一层内部镶嵌有充电接收模块，充电接收模块包括蓄电池、充电接收模块壳体、感应接收线圈、磁铁和印刷电路板组件(PCBA) ，其中蓄电池、感应接收线圈、磁铁和印刷电路板组件(PCBA)从下往上水平放置；充电桩连接到插座上，当充电接收模块与充电桩靠近时，充电桩为充电接收模块进行充电。

在一更佳的实施例中，请参照图3，驱动装置采用两轮驱动方式的六轮结构，包括四个从动轮、两个驱动轮、驱动器和两个驱动电机，从动轮选用万向轮，四个从动轮和两个驱动轮均安装在底盘上；两个驱动轮对称置于底盘中心的两侧，两个驱动轮分别与两个驱动电机相连接，用于提供动力；驱动电机采用带减速箱的无刷直流电机；从动轮可以被驱动电机带动做全方向运动。

在一更佳的实施例中，请参照图4，充电桩包括充电桩壳体、充电桩底座、充电桩盖板、充电组件、充电线和充电插头，充电桩底座位于充电桩壳体的底部，充电桩盖板安装在充电桩壳体的顶部，充电桩盖板、充电桩壳体和充电桩底座密封内腔，充电组件水平安装在充电桩壳体内，充电组件由内下往上依次为印刷电路板组件(PCBA)、磁铁和感应线圈，且印刷电路板组件(PCBA)、磁铁和感应线圈均套装在亚铁磁套筒内，亚铁磁套筒用于帮助将电磁通量线从感应线圈引导到充电移动设备中的感应接收线圈，充电插头通过充电线与充电桩底座相连。

实施例二

请参照图5，充电桩的一侧还设有弧形滑道，用于仓储搬运机器人从充电桩上滑上或滑下。

实施例三

请参照图6，充电桩顶部开设两个以上平行排布的充电槽，仓储搬运机器人通过滑道滑动到充电槽内进行充电。

在一更佳的实施例中，还包括编码器，编码器通过支架固定在两个直流电机下，随搬运机器人车轮的转动而转动，用于记录下搬运机器人车轮转动的圈数，并反馈给微控制器。

在一更佳的实施例中，还设有减震弹簧，减震弹簧置于车体底盘结构底盘中间，两端与直流电机相接触，当遇到路面不平时，搬运机器人一个主动轮被迫抬起或凹陷的时候，由于中间弹簧的张力，使车体底盘保持平稳，从而起到减震作用。

在一更佳的实施例中，主骨架的第二层安装有导航定位模块与安全避障模块，导航定位模块包括灰度循迹传感器，二维码读码器和红外传感器；灰度循迹传感器用于地面寻线，作为具有自动充电功能的仓储搬运机器人组控制系统冗余系统，可提高机器人行进路线的精度；二维码读码器被安装在底盘中心靠前的位置，用来读取含有二维码信息的二维码地标，方便机器人定位；其中置于底盘第二层前后左右四面的红外传感器作为防止机器人发生碰撞的保护装置。

实施例四

对实施例一的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组进行无线自动充电方法，具体包括以下步骤：

S01：打开仓储机器人总开关，并将充电桩的充电插头连接到插座；

S02：具有自动充电功能的仓储搬运机器人组自动监控充电接收模块电量余量，监测到具有自动充电功能的仓储搬运机器人组充电接收模块的电量低于20%时，控制单元发出指令，仓储搬运机器人运动到充电桩处，并滑动到充电桩上，充电桩为充电接收模块进行充电；仓储搬运机器人组的中控系统控制每个充电桩相接触的仓储机器人的数量不得多于4台；

S03：当具有自动充电功能的仓储搬运机器人组监测到充电接收模块电量达到100%时，控制单元发出指令，停止充电，仓储搬运机器人离开充电桩，运动到指定的工位上工作；

S04：具有自动充电功能的仓储搬运机器人组继续监控充电接收模块电量余量，直至监测到具有自动充电功能的仓储搬运机器人组电量低于20%时，重复S02和S03步，如此循环；

S05：停止使用时，关闭仓储机器人总开关，仓储机器人停止工作、充电接收模块也停止工作；或遇到紧急情况时及时按下仓储机器人总开关，仓储机器人停止工作、充电接收模块也停止工作。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进讲本发明的构思和技术方案应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，其特征在于，包括两台以上的仓储搬运机器人，仓储搬运机器人采取嵌入式设计，包括底盘、壳体、举升机构、携带的传感器、充电接收模块和充电桩，举升机构上设有用于放置被搬运物的托架；搬运机器人底盘包括主骨架和底板，用于支撑机器人整体结构，底板选用钢板制得；主骨架设置在壳体内部，主骨架由上下两层组成，壳体内部还设有避障装置、驱动装置、导航定位模块、控制单元、通信单元、举升机构、充电接收模块；控制单元、避障装置、举升机构放置在主骨架的第二层，驱动装置、导航定位模块和充电接收模块放置在主骨架的第一层；主骨架的第一层内部镶嵌有充电接收模块，充电接收模块包括蓄电池、充电接收模块壳体、感应接收线圈、磁铁和印刷电路板组件(PCBA) ，其中蓄电池、感应接收线圈、磁铁和印刷电路板组件(PCBA)从下往上水平放置；充电桩连接到插座上，当充电接收模块与充电桩靠近时，充电桩为充电接收模块进行充电。

2.根据权利要求1所述的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，其特征在于，充电桩包括充电桩壳体、充电桩底座、充电桩盖板、充电组件、充电线和充电插头，充电桩底座位于充电桩壳体的底部，充电桩盖板安装在充电桩壳体的顶部，充电桩盖板、充电桩壳体和充电桩底座密封内腔，充电组件水平安装在充电桩壳体内，充电组件由内下往上依次为印刷电路板组件(PCBA)、磁铁和感应线圈，且印刷电路板组件(PCBA)、磁铁和感应线圈均套装在亚铁磁套筒内，亚铁磁套筒用于帮助将电磁通量线从感应线圈引导到充电移动设备中的感应接收线圈，充电插头通过充电线与充电桩底座相连。

3.根据权利要求2所述的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，其特征在于，充电桩的一侧还设有弧形滑道，用于仓储搬运机器人从充电桩上滑上或滑下。

4.根据权利要求3所述的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，其特征在于，充电桩顶部开设两个以上平行排布的充电槽，仓储搬运机器人进入到充电槽内进行充电。

5.根据权利要求1所述的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，其特征在于，驱动装置采用两轮驱动方式的六轮结构，包括四个从动轮、两个驱动轮、驱动器和两个驱动电机，从动轮选用万向轮，四个从动轮和两个驱动轮均安装在底盘上；两个驱动轮对称置于底盘中心的两侧，两个驱动轮分别与两个驱动电机相连接，用于提供动力；驱动电机采用带减速箱的无刷直流电机；从动轮可以被驱动电机带动做全方向运动。

6.根据权利要求1所述的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，其特征在于，还包括编码器，编码器通过支架固定在两个直流电机下，随搬运机器人车轮的转动而转动，用于记录下搬运机器人车轮转动的圈数，并反馈给微控制器。

7.根据权利要求1所述的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，其特征在于，还设有减震弹簧，减震弹簧置于车体底盘结构底盘中间，两端与直流电机相接触。

8.根据权利要求1所述的一种具有自动充电功能的仓储搬运机器人组，其特征在于，主骨架的第二层安装有导航定位模块与安全避障模块，导航定位模块包括灰度循迹传感器，二维码读码器和红外传感器；灰度循迹传感器用于地面寻线；二维码读码器被安装在底盘中心靠前的位置，用来读取含有二维码信息的二维码地标；其中置于底盘第二层前后左右四面的红外传感器作为防止机器人发生碰撞的保护装置。

9.对权利要求1所述的具有自动充电功能的仓储搬运机器人组进行无线自动充电方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S01：打开仓储机器人总开关，并将充电桩的充电插头连接到插座；

S02：具有自动充电功能的仓储搬运机器人组自动监控充电接收模块电量余量，监测到具有自动充电功能的仓储搬运机器人组充电接收模块的电量低于20%时，控制单元发出指令，仓储搬运机器人运动到充电桩处，并滑动到充电桩上，充电桩为充电接收模块进行充电；仓储搬运机器人组的中控系统控制每个充电桩相接触的仓储机器人的数量不得多于4台；

S03：当具有自动充电功能的仓储搬运机器人组监测到充电接收模块电量达到100%时，控制单元发出指令，停止充电，仓储搬运机器人离开充电桩，运动到指定的工位上工作；

S04：具有自动充电功能的仓储搬运机器人组继续监控充电接收模块电量余量，直至监测到具有自动充电功能的仓储搬运机器人组电量低于20%时，重复S02和S03步，如此循环；

S05：停止使用时，关闭仓储机器人总开关，仓储机器人停止工作、充电接收模块也停止工作；或遇到紧急情况时及时按下仓储机器人总开关，仓储机器人停止工作、充电接收模块也停止工作。