CN108942872A - 一种用于物流中转站的二次分拣机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于物流中转站的二次分拣机器人，包括三轮移动组件、用于驱动三轮移动组件运动或转向的差速电机驱动系统、用于实现分拣功能的智能分拣装置、用于控制差速电机驱动系统和智能分拣装置的主控系统以及用于提供电能的电源模块，三轮移动组件包括机器人底座、设置在机器人底座下方的辅助前轮和两个驱动后轮，机器人底座上还设置有避障模块，以ST89C52单片机为核心控制系统，采用L298N电机驱动芯片及PWM技术实现机器人启停转向速度控制，另外通过外围避障模块的设置，增加了该二次分拣机器人的循迹和避障功能，使其整个工作过程更加可靠，保证了分拣操作的可持续性，大大提高了分拣速度，提升了物流运输的工作效率。

Description

一种用于物流中转站的二次分拣机器人

技术领域

本发明涉及物流运输技术领域，具体为一种用于物流中转站的二次分拣机器人。

背景技术

近几年随着电子商务和网购的爆发式增长，物流行业面临着巨大的挑战，亟需提高物流配送的时效性和精确性，物流是电子商务的重要环节之一，而分拣是物流的一项基本工作内容，分拣作业是消耗人力、时间、成本最高的环节，使用人力占整个物流中心的50％左右，作用时间占60％以上，而且作业成本达到物流中心总成本的40％左右，这使得分拣作业所面临的压力大大增大，而问题和困难也随之增多，例如人工成本不断上升、分拣效率低、快件分拣差错率高、暴力分拣、个人信息被贩卖等等，行业乱象越来越普及。

随着科技的发展，机器人在物流行业中发挥着越来越重要的作用，不同于传统的人工物流行业，机器人物流不仅提升了仓储物流的搬运效率，减轻了人类繁重的体力劳动，还有助于保护个人信息，提高了物流运输的安全可靠性，所以，机器人在物流行业得到普遍推广和使用。

现有机器人结构较为简单，功能也比较单一，在分拣物品的过程中，只能实现对简单路线上的物品进行分拣操作，且机器人上没有配备相应的避障循迹设备，常使得机器人在分拣过程中，发生路线偏移，导致机器人受到撞击，有时还会造成物品的损坏，智能控制的准确可靠性能较差，使得分拣操作过程受到阻碍，影响分拣过程的连续运行，从而大大降低了物流运输的效率。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种用于物流中转站的二次分拣机器人，结构简单、操作简便，能够在物流运输的二次分拣过程中，实现高效、快速物品分拣的功能，保证了分拣操作的准确可靠性和连续性，提高了物流运输的效率，且能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于物流中转站的二次分拣机器人，包括三轮移动组件、用于驱动三轮移动组件运动或转向的差速电机驱动系统、用于实现分拣功能的智能分拣装置、用于控制差速电机驱动系统和智能分拣装置的主控系统以及用于提供电能的电源模块，所述三轮移动组件包括机器人底座、设置在机器人底座下方的辅助前轮和两个独立的驱动后轮，所述机器人底座上还设置有避障模块，所述避障模块也与主控系统连接。

进一步地，所述差速电机驱动系统包括两个独立的分别用于驱动两个驱动后轮的电机驱动模块，所述电机驱动模块包括电机驱动芯片和直流伺服电机，所述直流伺服电机的输出端通过变速齿轮与驱动后轮的轮轴连接，输入端与电机驱动芯片的输出端连接，所述电机驱动芯片的输入端与主控系统连接。

进一步地，所述避障模块包括一个安装在机器人底座正前方、两个分别安装在机器人底座前方左右两侧的三组红外对管，所述红外对管包括红外线发射管和红外线接收管，所述红外线接收管一端与红外线发射管连接，另一端与主控系统连接。

进一步地，所述智能分拣装置包括设置在机器人底座上方的承载托盘和用于分拣物品的三自由度机械臂，所述三自由度机械臂与机器人底座之间还设置有旋转驱动组件，且三自由度机械臂远离旋转驱动组件的一端设置有用于距离检测的光电传感器，所述光电传感器与主控系统的输入端连接，所述主控系统的输出端连接有报警模块。

进一步地，所述主控系统采用的是STC89C52单片机，且主控系统通过产生PWM信号控制直流伺服电机转速。

进一步地，所述电源模块采用分开供电方式，用两个电池包分别为主控系统和差速电机驱动系统供电。

进一步地，所述电机驱动芯片采用的是L298N芯片。

进一步地，所述旋转驱动组件包括旋转基座和驱动转轴，所述驱动转轴设置在旋转基座下端与机器人底座上端之间，所述三自由度机械臂一端与旋转基座上端铰接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明以ST89C52单片机为核心控制系统，采用L298N电机驱动芯片及PWM技术实现机器人启停转向速度控制，另外通过外围避障模块的设置，增加了该二次分拣机器人的循迹和避障功能，使其整个工作过程更加可靠，保证了分拣操作的可持续性，大大提高了分拣速度，提升了物流运输的工作效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的主控系统控制信号流程图。

图中标号：

1-三轮移动组件；2-差速电机驱动系统；3-智能分拣装置；4-主控系统；5-电源模块；6-避障模块；7-电机驱动模块；8-红外对管；9-旋转驱动组件；10-光电传感器；11-报警模块；

101-机器人底座；102-辅助前轮；103-驱动后轮；

301-承载托盘；302-三自由度机械臂；

701-电机驱动芯片；702-直流伺服电机；

801-红外线发射管；802-红外线接收管；

901-旋转基座；902-驱动转轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供了一种用于物流中转站的二次分拣机器人，包括三轮移动组件1、用于驱动三轮移动组件1运动或转向的差速电机驱动系统2、用于实现分拣功能的智能分拣装置3、用于控制差速电机驱动系统2和智能分拣装置3的主控系统4以及用于提供电能的电源模块5，所述三轮移动组件1包括机器人底座101、设置在机器人底座101下方的辅助前轮102和两个独立的驱动后轮103，所述机器人底座101上还设置有避障模块6，所述避障模块6也与主控系统4连接，该二次分拣机器人接收来至一次分拣机器人传送来的信息指令和物品，然后在智能分拣装置3的作用下，实现对物品的进一步分拣操作，将不同种类的物品分发至指定的货物收集箱内。

差速电机驱动系统2包括两个独立的分别用于驱动两个驱动后轮103的电机驱动模块7，所述电机驱动模块7包括电机驱动芯片701和直流伺服电机702(直流伺服电机控制简单，性能好，而且直流电源在移动物体上容易体现)，所述直流伺服电机702的输出端通过变速齿轮(变速齿轮的设置，可实现轻松完成该机器人的启动，使其平稳运行)与驱动后轮103的轮轴连接，输入端与电机驱动芯片701的输出端连接，所述电机驱动芯片701的输入端与主控系统4连接。通过两个独立的电机驱动模块7，分别对两个驱动后轮103进行独立驱动，利用两个驱动后轮103的差速控制该机器人的转向。

避障模块6包括一个安装在机器人底座101正前方、两个分别安装在机器人底座101前方左右两侧的三组红外对管8，所述红外对管8包括红外线发射管801和红外线接收管802，所述红外线接收管802一端与红外线发射管801连接，另一端与主控系统4连接，红外线发射管801发射红外光信号当遇到障碍物时，其发射的红外光会反射给红外线接收管802，红外线接收管802接收光信号，并将其转化成电信号送给主控系统4，做出相应动作。

机器人避障通常有三种基本情况，第一种正前方障碍避障；第二种左侧障碍避障；第三种右侧障碍避障，所以要实现以上三种避障功能，就需要在机器人上至少安装三组红外对管，一个安装在正前方，另外两个安装在机器人前方左右两侧。

一、机器人启动后正常运行轨迹应该是直线运行，当前方遇到障碍物时，可设定其规律性左转避障，左转一定的角度，前进一定的距离，如此重复运动，当前方不在有障碍物时，再按照之前转动的角度和次数右转，成功避开障碍物时再按照原始方向前进；

二、正常运行时，前方左侧红外对管8检测到障碍物时，可设定其规律性右转一定角度，再前进一定距离，若不再检测到障碍物时，再让机器人按照原来转动的角度和次数左转，以便回到以前的方向运行；

三、当右侧红外对管8检测到障碍物时，设定其规律性左转，左转前进交替进行，直到不再检测到障碍信号为止，再按照左转的角度和次数右转，回到原来的方向上运动。

实际上除了上述三种情况，还有可能两个或者三个红外对管8都检测到障碍信号，若左侧和正前方红外对管8同时检测到信号，则规定其按照第二种情况做出相应动作；若右侧和正前方同时检测到信号，则按照第三种情况处理；若三个红外对管8都检测到信号，则机器人停止前进，并后退一段距离至信号消失，再按照第三种情况处理。

智能分拣装置3包括设置在机器人底座101上方的承载托盘301和用于分拣物品的三自由度机械臂302，三自由度机械臂302能够实现任意角度平面间移动，使得该机器人能够完成高难度越障动作，实现高效物品分拣功能，所述三自由度机械臂302与机器人底座101之间还设置有旋转驱动组件9，旋转驱动组件9的设置，可实现三自由度机械臂302进行360°的旋转，增强了该三自由度机械臂302的灵活性，使其实用性大大提高。

三自由度机械臂302远离旋转驱动组件9的一端设置有用于距离检测的光电传感器10，所述光电传感器10与主控系统4的输入端连接，所述主控系统4的输出端连接有报警模块11，光电传感器10的设置，能够实时检测三自由度机械臂302在分拣物品时，距离物品的距离，当三自由度机械臂302靠近物品时，报警模块11会发出报警指示，同时，主控系统4可控制三自由度机械臂302减慢速度，避免速度过快对待分拣物品造成损伤。

主控系统4采用的是STC89C52单片机(STC89C52具有一个8K的只读存储器，且可编程可擦除，性能很高，通常简称为单片机)，且主控系统4通过产生PWM信号控制直流伺服电机702转速，以STC89C52单片机作为主控系统4的核心，实现对该分拣机器人实时数据采集处理，达到需要的性能指标，STC89C52单片机具有很强的位操作功能，输入输出口也可四线位寻址，且拥有8K可用资源，足以满足系统要求；通过主控系统4产生的脉冲调制信号控制电机驱动芯片701，进而实现对直流伺服电机702的启停调速控制，精确控制直流伺服电机702的运行参数，保证该机器人在进行分拣操作时动作的可靠运行。

进一步解释的是，PWM控制技术是一种脉冲宽度调制技术，采用该技术可等效获得想要的波形，通过控制电路通断来获得所需脉冲，用此方式输出的波形平滑谐波少，再按特定规则进行脉宽调制，获得所需电压大小和输出频率，要控制电机转速，基本方法是在特定频率下向电机提供脉冲方波，利用不同占空比的方波信号对电机进行调速，其原因是电机线圈会产生很大的感抗，阻碍了输入电流和电压的突变能力，这样的话脉冲输入信号就被分配到作用时间上，通过改变使能端输入方波的占空比来改变电机两端的电压大小，从而达到精调电机转速的目的。

电源模块5采用分开供电方式，用两个电池包分别为主控系统4和差速电机驱动系统2供电，电池包的性能对机器人的工作可持续性以及稳定性具有很重要的作用，采用6V的电池包为直流伺服电机702供电，12V的电池包为主控系统4供电，既保证了该机器人分拣操作的可持续性，又可保证主控系统4不会受到直流伺服电机702波动对电流的影响。

补充说明的是，电池包可安装在机器人底座101的前方，保证该机器人整体重心较低，提高了其稳定性，同时也增加了辅助前轮102的抓地能力，不糊因打滑而使该机器人失控。

电机驱动芯片701采用的是L298N芯片，L298N芯片内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流伺服电机702，具有信号指示，转速可调，抗干扰能力强，电压和电流保护的特点。

旋转驱动组件9包括旋转基座901和驱动转轴902，所述驱动转轴902设置在旋转基座901下端与机器人底座101上端之间，所述三自由度机械臂302一端与旋转基座901上端铰接，在驱动转轴902的作用下，带动旋转基座901旋转转动，进而使得其上的三自由度机械臂302可发生0～360°的旋转转动。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种用于物流中转站的二次分拣机器人，其特征在于：包括三轮移动组件(1)、用于驱动三轮移动组件(1)运动或转向的差速电机驱动系统(2)、用于实现分拣功能的智能分拣装置(3)、用于控制差速电机驱动系统(2)和智能分拣装置(3)的主控系统(4)以及用于提供电能的电源模块(5)，所述三轮移动组件(1)包括机器人底座(101)、设置在机器人底座(101)下方的辅助前轮(102)和两个独立的驱动后轮(103)，所述机器人底座(101)上还设置有避障模块(6)，所述避障模块(6)也与主控系统(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于物流中转站的二次分拣机器人，其特征在于：所述差速电机驱动系统(2)包括两个独立的分别用于驱动两个驱动后轮(103)的电机驱动模块(7)，所述电机驱动模块(7)包括电机驱动芯片(701)和直流伺服电机(702)，所述直流伺服电机(702)的输出端通过变速齿轮与驱动后轮(103)的轮轴连接，输入端与电机驱动芯片(701)的输出端连接，所述电机驱动芯片(701)的输入端与主控系统(4)连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于物流中转站的二次分拣机器人，其特征在于：所述避障模块(6)包括一个安装在机器人底座(101)正前方、两个分别安装在机器人底座(101)前方左右两侧的三组红外对管(8)，所述红外对管(8)包括红外线发射管(801)和红外线接收管(802)，所述红外线接收管(802)一端与红外线发射管(801)连接，另一端与主控系统(4)连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于物流中转站的二次分拣机器人，其特征在于：所述智能分拣装置(3)包括设置在机器人底座(101)上方的承载托盘(301)和用于分拣物品的三自由度机械臂(302)，所述三自由度机械臂(302)与机器人底座(101)之间还设置有旋转驱动组件(9)，且三自由度机械臂(302)远离旋转驱动组件(9)的一端设置有用于距离检测的光电传感器(10)，所述光电传感器(10)与主控系统(4)的输入端连接，所述主控系统(4)的输出端连接有报警模块(11)。

5.根据权利要求2所述的一种用于物流中转站的二次分拣机器人，其特征在于：所述主控系统(4)采用的是STC89C52单片机，且主控系统(4)通过产生PWM信号控制直流伺服电机(702)转速。

6.根据权利要求1所述的一种用于物流中转站的二次分拣机器人，其特征在于：所述电源模块(5)采用分开供电方式，用两个电池包分别为主控系统(4)和差速电机驱动系统(2)供电。

7.根据权利要求2所述的一种用于物流中转站的二次分拣机器人，其特征在于：所述电机驱动芯片(701)采用的是L298N芯片。

8.根据权利要求4所述的一种用于物流中转站的二次分拣机器人，其特征在于：所述旋转驱动组件(9)包括旋转基座(901)和驱动转轴(902)，所述驱动转轴(902)设置在旋转基座(901)下端与机器人底座(101)上端之间，所述三自由度机械臂(302)一端与旋转基座(901)上端铰接。