CN109562513A - 机器人纸箱卸载器的自主控制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人纸箱卸载器(100)，该机器人纸箱卸载器具有机器人臂组件(102)的右下臂和左下臂(120)，该右下臂和左下臂分别在下端枢转地附接至在其间穿过的传送机系统(110)的相对侧向侧上的移动主体(114)。上臂组件(128)具有后端，该后端分别枢转地附接在右下臂和左下臂的上端，以围绕上臂轴线枢转地旋转，所述上臂轴线垂直于传送机系统的纵向轴线并且平行于下臂轴线。附接在上臂组件前端的操纵器头部(136)与搁置在地板上的纸箱堆中的纸箱接合，以便运动到传送机系统。上臂轴线保持在一定高度，使得纸箱能够由传送机系统(110)传送，而不会在操纵器头部畅通时受到机器人臂组件(102)的阻碍。在从纸箱堆运动到传送机系统期间，附接在移动主体(114)与传送机系统(110)的前部(142)之间的升降器(140)减小了纸箱下方的间距。

Description

机器人纸箱卸载器的自主控制

优先权声明与相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月15日提交的名称为“机器人纸箱卸载器的自主控制(Autonomous Controls for a Robotic Carton Unloader)”的美国非临时专利申请序列号15/351,960的权益，该申请继而要求2016年7月14日提交的标题为“机器人纸箱卸载器的自主控制(Autonomous Controls for a Robotic Carton Unloader)”的美国临时专利申请序列号62/362,100，2016年8月1日提交的名称为“机器人纸箱卸载器的自主控制(Autonomous Controls for a Robotic Carton Unloader)”的美国临时专利申请序列号62/369,435，以及2016年11月4日提交的标题为“机器人物品卸载期间的传送机筛选(Conveyor Screening During Robotic Article Unloading)”的美国临时专利申请序列号62/417,368的权益，所述专利申请转让给受让人，其公开内容通过引用方式整体并入本文。

背景技术

1.技术领域

本公开整体涉及物品卸载系统，并且更具体地涉及能够进入受限空间诸如集装箱或卡车拖车内并且从纸箱堆卸载无托盘的纸箱的自动卸载系统。

2.相关技术的描述

装载货物和产品的卡车和拖车穿越全国，以将产品运送到商店、仓库和分销中心的商业装卸月台。卡车可以具有安装在卡车上的拖车，或者可以是半牵引车拖车构造。为了降低零售店的间接成本，店内产品数量已经减少，而正在运输的产品现在被计为可用商店库存的一部分。作为一种补充耗尽库存的方法，在仓库和区域配送中心的卸载月台快速卸载卡车已经获得了新的突出地位。

如果装载物有托盘，卡车通常用叉车卸载，如果产品堆放在卡车内，则用人工卸载。用人力手动卸载大型卡车货件可能很困难，而且由于时间和劳力造成的成本很高。因此，需要一种改进的卸载系统，其能够比人力更快、更节省成本地从卡车拖车上卸下大量堆叠的箱子和货物。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种用于卸载搁置在地板上的纸箱堆的机器人纸箱卸载器。机器人纸箱卸载器具有能够在地板上移动的移动主体。在移动主体上安装有传送机系统，以传送由机器人臂组件放置在其上的卸载纸箱。机器人臂组件的右下臂和左下臂分别在下端枢转地附接到在其间穿过的传送机系统的相对侧向侧上的移动主体。右下臂和左下臂围绕垂直于传送机系统的纵向轴线的下臂轴线旋转。上臂组件具有后端，该后端分别枢转地附接在右下臂和左下臂的上端，以围绕上臂轴线枢转地旋转，所述上臂轴线垂直于传送机系统的纵向轴线且平行于下臂轴线。操纵器头部附接到上臂组件的前端，并且从搁置在地板上的纸箱堆一次接合至少一个纸箱，以便移动到传送机系统。右下臂和左下臂的枢转运动将上臂轴线保持在某个高度，使得所述至少一个纸箱能够由传送机系统传送，而不会在操纵器头部畅通时受到机器人臂组件的阻碍。在一个或多个实施方案中，机器人纸箱卸载器包括升降器，该升降器附接在移动主体和传送机系统前部之间。升降器使传送机系统的前部相对于地板移动，以在从纸箱堆移动到传送机系统期间减小至少一个纸箱下方的间距。

以上概述包含细节的简化、概括和省略，并且不旨在作为所要求保护的主题的全面描述，而是旨在提供与其相关联的一些功能的简要概述。本领域技术人员在审查下列附图和详细的书面描述后，所要求保护的主题的其他系统、方法、功能、特征和优点将是显而易见的或将变得显而易见。

附图说明

可结合附图阅读说明性实施方案的描述。应当理解，为了说明的简单和清晰，图中所示的元素不一定按比例绘制。例如，一些元素的尺寸相对于其他元素被夸大。结合本公开的教导的实施方案相对于这里给出的附图示出和描述，其中：

图1示出了根据一个或多个实施方案的机器人纸箱卸载器和可延伸传送机从纸箱堆容器内卸载纸箱的功能框图的侧视图；

图2示出了根据一个或多个实施方案的图1所示机器人纸箱卸载器的顶部等轴视图；

图3示出了根据一个或多个实施方案的图1所示机器人纸箱卸载器的底部等轴视图；

图4示出了根据一个或多个实施方案的图1所示机器人纸箱卸载器的前部的侧视图；

图5示出了根据一个或多个实施方案的用第一组几何尺寸注释的图1所示机器人纸箱卸载器的传送机系统和升降器的前部的侧视图；

图6示出了根据一个或多个实施方案的用第二组几何尺寸注释的图1所示机器人纸箱卸载器的传送机系统和升降器的前部的侧视图；

图7示出了根据一个或多个实施方案的用第三组几何尺寸注释的图1所示机器人纸箱卸载器的传送机系统和升降器的前部的侧视图；

图8A示出了根据一个或多个实施方案的用第四组几何尺寸注释的图1所示机器人纸箱卸载器的传送机系统和升降器的前部的侧视图；

图8B示出了根据一个或多个实施方案的用第五组几何尺寸注释的图1所示机器人纸箱卸载器的前部的顶视图；

图9A示出了下降的月台平整板上正在接近倾斜拖车地板的机器人纸箱卸载器的几何图形；

图9B示出了图9B的几何图形的详细视图；

图9C示出了表示正弦定律的几何图形；

图9D示出了将正弦定律应用于图9B的几何图的几何图形；

图9E示出了横跨下降的月台平整板和倾斜拖车地板的机器人纸箱卸载器的几何图形；

图9F示出了图9E的几何图形的详细视图；

图9G示出了横跨倾斜的月台平整板和倾斜的拖车地板的机器人纸箱卸载器的几何图形，其中所述倾斜的拖车地板具有比月台平整板低的节距；

图9H示出了图9G的几何图形的详细视图；

图10示出了根据一个或多个实施方案的图1所示机器人纸箱卸载器的顶视图，其中传送机系统的前部居中；

图11示出了根据一个或多个实施方案的图1所示机器人纸箱卸载器的顶视图，其中传送机系统的侧向偏移；

图12示出了根据一个或多个实施方案的图1所示机器人纸箱卸载器的侧视图，其中升降器升高并且过渡带连接传送机系统的前部和后部；

图13示出了根据一个或多个实施方案的图12所示机器人纸箱卸载器的侧视图，其中升降器部分升高并且过渡带连接传送机系统的前部和后部；

图14示出了根据一个或多个实施方案的图12所示机器人纸箱卸载器的侧视图，其中升降器下降并水平，并且过渡带连接传送机系统的前部和后部；

图15示出了根据一个或多个实施方案的图12所示机器人纸箱卸载器的侧视图，其中升降器下降并倾斜，并且过渡带连接传送机系统的前部和后部；

图16示出了根据一个或多个实施方案的图1所示机器人纸箱卸载器的侧视图，其中升降器下降并向下倾斜，从而跟随到达底排纸箱的机器人臂组件的操纵器头部；

图17示出了根据一个或多个实施方案的图1所示机器人纸箱卸载器的侧视图，其中升降器下降并部分向下倾斜，从而跟随到达略微较高一排纸箱的机器人臂组件的操纵器头部；

图18示出了根据一个或多个实施方案的图1所示机器人纸箱卸载器的侧视图，其中升降器下降并水平，从而跟随到达更高一排纸箱的机器人臂组件的操纵器头部；

图19示出了根据一个或多个实施方案的图1所示机器人纸箱卸载器的侧视图，其中升降器下降并部分向上倾斜，从而跟随到达更高一排纸箱的机器人臂组件的操纵器头部；

图20示出了根据一个或多个实施方案的延伸状态下的伸缩梁的前等轴视图，其中该伸缩梁具有图1所示机器人纸箱卸载器的悬臂锁定机构；

图21示出了根据一个或多个实施方案的处于延伸状态并且具有悬臂锁定机构的图20所示伸缩梁的后等轴视图；

图22示出了根据一个或多个实施方案的处于完全回缩状态的图20所示伸缩梁的纵向剖视图；

图23示出了根据一个或多个实施方案的处于完全延伸状态的图20所示伸缩梁的纵向剖视图；

图24示出了根据一个或多个实施方案的图20所示伸缩梁的后剖视图；

图25示出了根据一个或多个实施方案的由内置千斤顶装置升高的机器人纸箱卸载器的简化侧视图；

图26示出了根据一个或多个实施方案的由内置千斤顶装置升高的图25所示机器人纸箱卸载器的简化顶视图；

图27示出了根据一个或多个实施方案的处于标称状态的图25所示机器人纸箱卸载器的简化顶视图；

图28示出了根据一个或多个实施方案的图27所示具有通过地板的轮的机器人纸箱卸载器的简化顶视图；

图29示出了根据一个或多个实施方案的图28所示机器人纸箱卸载器的简化顶视图，其中内置千斤顶装置延伸以将轮从地板上抬起；

图30示出了根据一个或多个实施方案的图29所示机器人纸箱卸载器的简化顶视图，其中内置千斤顶装置延伸并部分倾斜以纵向移动轮离开地板的损坏部分；

图31示出了根据一个或多个实施方案的图30所示机器人纸箱卸载器的简化顶视图，其中内置千斤顶装置延伸并完全倾斜以进一步纵向移动轮并将轮下降到地板的未损坏部分；

图32示出了根据一个或多个实施方案的针对图1所示机器人纸箱卸载器的机载卸载控制器的示例性计算环境；

图33示出了误差与从标签到相机的距离之间的关系的曲线图。

具体实施方式

机器人纸箱卸载器具有机器人臂组件的右下臂和左下臂，该右下臂和左下臂分别在下端枢转地附接至在其间穿过的传送机系统的相对侧向侧上的移动主体。上臂组件具有后端，该后端分别枢转地附接在右下臂和左下臂的上端，以围绕上臂轴线枢转地旋转，所述上臂轴线垂直于传送机系统的纵向轴线且平行于下臂轴线。附接在上臂组件前端的操纵器头部与搁置在地板上的纸箱堆中的纸箱接合，以便移动到传送机系统。上臂轴线保持在某个高度，使得纸箱能够由传送机系统传送，而不会在操纵器头部畅通时受到机器人臂组件的阻碍。在从纸箱堆移动到传送机系统期间，附接在移动主体与传送机系统前部之间的升降器减小了纸箱下方的间距。

在以下对本公开的示例性实施方案的详细描述中，以足够的细节描述可以实践本公开的具体示例性实施方案，使得本领域技术人员能够实践公开的实施方案。例如，本文已经呈现了具体细节诸如具体方法顺序、结构、元素和连接。然而，应当理解，不需要利用提出的具体细节实施本公开的实施方案。还应理解，可以利用其他实施方案，并且可以在不脱离本公开的一般范围的情况下进行逻辑、架构、程序、机械、电气和其他改变。因此，以下详细描述不是限制性的，并且本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。

在本说明书中对“一个实施方案”、“实施方案”、“多个实施方案”或“一个或多个实施方案”的引用意在指示结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施方案中。这些短语在说明书中的各个地方的出现不一定都指代相同的实施方案，也不是与其他实施方案互斥的单独或另选实施方案。此外，描述了可以由一些实施方案而不是由其他实施方案呈现的各种特征。类似地，描述了各种要求，这些要求可能是一些实施方案的要求而不是其他实施方案的要求。

应当理解，使用特定部件、设备和/或参数名称和/或其对应的首字母缩略词诸如本文所述的执行的实用程序、逻辑和/或固件的那些仅是示例性的，并不意味着暗示任何对所述实施方案的限制。因此，可以用不同的命名和/或术语来描述实施方案，这些命名和/或术语用于描述本文中的部件、设备、参数、方法和/或功能，但不限于此。在描述实施方案的一个或多个元素、特征或概念时对任何特定协议或专有名称的引用仅作为一个具体实施的示例提供，并且这种引用并不限制所要求保护的实施方案扩展到使用不同元素、特征、协议或概念名称的实施方案。因此，本文中使用的每个术语将在使用该术语的背景下得到其最广泛的解释。

图1示出了具有机器人臂组件102的机器人纸箱卸载器100，该机器人臂组件从纸箱堆容器108诸如拖车、集装箱、存储单元等内的纸箱堆106卸下纸箱104。机器人臂组件102将纸箱104放置在机器人纸箱卸载器100的传送机系统110上，该传送机系统将纸箱104传送回可延伸传送机112，该传送机跟随机器人纸箱卸载器100的移动主体114进入纸箱堆容器108。可延伸传送机112又将纸箱104传送到物料处理系统116诸如仓库、商店、配送中心等。

在一个或多个实施方案中，机器人纸箱卸载器100自动地卸载搁置在纸箱堆容器108的地板118上的纸箱堆106。移动主体114是自动推进的，并且能够在地板118从外部移动到纸箱堆容器108的最内部。机器人臂组件102的右下臂和左下臂120分别在下端122枢转地附接到在其间穿过的传送机系统110的相对侧向侧上的移动主体114。右下臂和左下臂120围绕与传送机系统110的纵向轴线126垂直的下臂轴线124旋转。机器人臂组件102的上臂组件128具有后端130，该后端分别枢转地附接在右下臂和左下臂120的上端132，以围绕垂直于传送机系统110的纵向轴线126且平行于下臂轴线124的上臂轴线134枢转地旋转。操纵器头部136附接到上臂组件128的前端138，并且一次从搁置在地板118上的纸箱堆106接合至少一个纸箱104，以便移动到传送机系统110。右下臂和左下臂120的枢转和同时的镜像运动将上臂轴线134保持在传送机系统110上方的相对高度，使得该至少一个纸箱104能够被传送机系统110传送，而不会在操纵器头部136畅通时受到机器人臂组件102的阻碍。

在一个或多个实施方案中，机器人纸箱卸载器100包括升降器140，该升降器附接在移动主体114和传送机系统110的前部142之间。升降器140使传送机系统110的前部142相对于地板118移动，以在从纸箱堆106移动到传送机系统110期间减小至少一个纸箱104下方的间距。升降器140具有伸缩梁144，该伸缩梁具有驱动构件146，该驱动构件致动以延伸和回缩伸缩梁144。驱动构件146可具有允许伸缩梁144回缩的失效模式。锁定悬臂机构148对驱动构件146的失效模式作出响应，以至少减慢伸缩梁144的回缩速率。

在一个或多个实施方案中，伸缩梁144可以枢转地附接到传送机系统110的前部142以便围绕前轴150旋转，所述前轴横向于传送机系统的纵轴并且平行于下臂轴线和上臂轴线。在伸缩梁144和传送机系统110的前部142之间附接有枢轴致动器152。机载卸载器控制器154与枢轴致动器152、驱动构件146和机器人臂组件102通信。控制器154执行阴影模式模块156的指令，以在移动纸箱104时定位传送机系统110的前部142的垂直高度和节距以平行于操纵器头部136。

在一个或多个实施方案中，控制器156回缩传送机系统110的前部142，以将接收的纸箱104传送到传送机系统110的后部158。在一个或多个实施方案中，过渡纸箱引导结构诸如过渡带160附接在传送机系统110的前部142和后部158之间。过渡带160响应于升降器140的移动而调节长度和节距，并且将纸箱104从前部142传送到后部158，同时必须回缩升降器140以增加机器人纸箱卸载器100的吞吐量。

在一个或多个实施方案中，机器人纸箱卸载器100的移动主体114被支撑在转向轮162上。在动力不足以控制或驱动转向轮162的情况下，前千斤顶致动器164可以延伸内置千斤顶装置166，该内置千斤顶装置将移动主体114升高到足以将至少一个转向轮162升高足够的距离以不与地面118接触。前千斤顶致动器164从旁路控制装置168接收控制和动力，其独立于提供给移动主体114和机器人臂组件102的控制和动力。旁路控制装置168可以是机械、电气、气动、液压等的。内置千斤顶装置166可以具有带滑动表面或滚动表面的下端170。内置千斤顶装置166还可用于在轮162卡在地板118的损坏部分中时升高移动主体114。

在一个或多个实施方案中，机器人纸箱卸载器100可包括至少一个前视觉传感器172，其可执行以下中的至少一项：检测纸箱堆106中的纸箱104，检测掉落的纸箱104'，以及检测机器人臂组件102和传送机系统110的前部142的特征。控制器154可执行自校准模块174，该自校准模块确定机器人臂组件102和传送机系统110的前部142的特征的三维位置。例如，前视觉传感器172可以是固有的三维的诸如包括距离测量信号。另选地，前视觉传感器172可包括多个二维视觉传感器，双目效果可以从这些二维视觉传感器导出三维信息。另选地，可以使用针对特征的已知物理尺寸的图像处理来计算三维信息。自校准模块174可以包括通过以下方式校准机器人臂组件102的指令：(a)命令机器人臂组件102到限定位置；(b)在从前视觉传感器172接收的图像中检测机器人臂组件102的三维位置，并且(c)基于限定位置和检测到的位置之间的误差检计算校准调整。

在一个或多个实施方案中，控制器154可以执行障碍检测模块180，其确定物体诸如掉落的纸箱104'是否接近移动主体114。类似地，障碍检测模块180可确定纸箱堆容器108的一部分接近移动主体114。障碍检测模块180可以确定可通过机器人臂组件102、升降器140和移动主体114中所选择的一者的移动而损坏物体。响应于确定物体靠近移动主体114并且可能被损坏，物体检测模块180可以防止或约束机器人臂组件102、升降器140和移动主体114中所选择的一者的移动。

因此，障碍检测模块180可以约束机器人纸箱卸载器100的自动、手动或遥控操作。例如，仓库执行系统(WES)182可以具有仓库管理系统(WMS)184，其控制设施186诸如配送中心的订单履行、劳动管理和库存跟踪。WES182可包括仓库控制系统(WCS)188，其控制执行WMS184所请求的订单履行和库存移动的自动化。遥控工作站190可以提供遥控图形用户界面(GUI)192，其允许远程操作员194诸如使用仪表手套196接管机器人纸箱卸载器100的某些控制功能。例如，控制器154可能无法接合纸箱堆106中纸箱104或掉落的纸箱104’。由控制器154执行的遥控器模块198可以经由WCS188对遥控GUI 192作出响应，但是受到障碍检测模块180的限制，以防止对机器人纸箱卸载器100或纸箱堆容器108的损坏。类似地，在一个或多个实施方案中，机器人纸箱卸载器100还包括后视觉传感器200，该后视觉传感器可以检测物体诸如对机器人纸箱卸载器100进行维护或检查的本地操作员202。控制器154的安全锁定模块204可以响应于一个或多个输入以防止自动或手动的运动机器人纸箱卸载器100，诸如打开检修门或在机器人纸箱卸载器100的后侧中断光幕，或者插入锁定销(未示出)。如果出于某种原因此类安全锁定装置被解除或失效，则具有由前后视觉传感器172、200之一或两者提供的图像的障碍检测模块180可以完全防止机器人纸箱卸载器100的运动，或至少部分地防止可导致损坏或伤害的运动。

在一个或多个实施方案中，操纵器头部136包括至少一个真空操纵器206。机器人纸箱卸载器100具有气动系统208，以选择性地执行以下操作中的一系列操作：(i)利用来自真空源209的抽吸部接合该至少一个纸箱104；(ii)通过移除抽吸部脱离该至少一个纸箱104；并且(iii)通过从压缩空气源210引导压缩空气通过该至少一个真空操纵器206清除该至少一个真空操纵器206上的碎屑。这种清除可以是开环控制的，通常发生循环的一部分，其中预期没有纸箱104阻挡该至少一个真空操纵器206。例如，气动系统208可以联接压缩空气源210以加速真空操纵器206从纸箱104的脱离，并且同时清除真空操纵器206上的碎屑。

在一个或多个实施方案中，控制器154的抽吸监测模块212可以执行碎屑清除或至少碎屑报告的闭环控制。例如，碎屑过滤器214可以利用气动系统208捕获或阻止碎屑到达灵敏气动阀。检测到碎屑过滤器214被碎屑覆盖或充满可用于触发手动清洁或更换过滤器任务。在示例性实施方案中，压力传感器216与气动系统208气动连通，以检测与该至少一个真空操纵器206相关联的压力指示。控制器154与视觉系统诸如前视觉传感器172、气动系统208和压力传感器216通信。控制器154执行抽吸监测模块218的指令，以通过以下方式选择性地清除该至少一个真空操纵器上的碎屑：(A)接收纸箱堆106的图像；(b)从图像中检测纸箱堆106中的至少一个纸箱104；(c)定位操纵器头部136以使该至少一个纸箱104与该至少一个真空操纵器206接合；(d)使气动系统208将真空源209联接到该至少一个真空操纵器206；(e)移动机器人臂组件102和升降器140，以将该至少一个纸箱104定位在传送机系统110上；(f)通过使气动系统208将真空源209与至少一个真空操纵器206分离，从而脱离该至少一个纸箱104；(g)使机器人臂组件102远离该至少一个纸箱104移动，以便能够通过传送机系统110传送该至少一个纸箱104；(h)确定该至少一个真空操纵器206被碎屑堵塞；并且(i)通过引导气动系统208将压缩空气源210联接通过至少一个真空操纵器206来清除该至少一个真空操纵器206上的碎屑。

可伸展传送机112和机器人纸箱卸载器100的伸缩端211的独立但协调的运动可以通过3轴串列编码器(未示出)实现。另选地，机器人纸箱卸载器100可包括增强现实(AR)目标213，该增强现实(AR)目标由可延伸传送机112上的相机215成像。基于视觉的主-从系统217协调可延伸传送机112和机器人纸箱卸载器100的运动，从而保持对准和间距以用于适当传送物品104。

图2示出了上臂组件128包括可旋转机架220，该可旋转机架具有后端130，该后端在上臂轴线134处枢转地附接到左下臂和右下臂120。可旋转机架220在延伸端224处具有侧向引导件222。上臂组件128包括端臂226，该端臂在近侧附接以侧向运动到可旋转机架220的侧向引导件222并且在远侧附接到操纵器头部136。端臂226侧向平移以达到增大的侧向区域。由此可以采用更轻的重量和更易操作的操纵器头部136。图2至图3示出了升降器140和内置千斤顶装置166的伸缩梁144。鼻部倾斜液压致动器225安装在伸缩梁144和传送机系统110的前部142的前端之间。传动带马达227安装在伸缩梁144上，以延伸和回缩伸缩梁144。

图4示出了机器人臂组件102和由机器人纸箱卸载器100的升降器140定位的传送系统110的前部142的协调位置。为了便于控制各种致动器，图4示出了操纵器关节位置是将笛卡尔坐标(x,y,z,A)变换为SCARA坐标(J,J2,J3,A)的结果。进行逆变换以从SCARA坐标计算笛卡尔坐标。使用Logix Designer软件中提供的MCTP函数块在(x,z)和(J1,J3)坐标上完成变换计算。Y＝J3，并且A定义为工具相对于X轴的角度，并且其在两个坐标系中相同。使用MCT函数块完成关节J1、J2的协调运动，以将关节轴链接到虚拟笛卡尔轴X和Z。然后使用虚拟轴X、Y、Z和MCLM函数块命令运动。J3＝Y并且在两个坐标系中都相同。

操纵器：

A_j1＝轴J1的实际角度(Deg)。

A_j2＝轴J2的实际角度(Deg)。

J₃＝轴J3的实际位置(mm)。

A_j4＝工具轴J4的实际角度(Deg)。

A＝工具在通用坐标中的角度(Deg)

X＝操纵器笛卡尔坐标系虚拟轴x(mm)。

Y＝操纵器笛卡尔坐标系虚拟轴y(mm)。

Z＝操纵器笛卡尔坐标系虚拟轴z(mm)。

A_j4＝A_j2–A_j1+A

图5至图8示出了对于机器人纸箱卸载器100(图1)的升降器140和前部142，如下计算传送机笛卡尔坐标和关节位置。A定义为传送机相对于X轴的角度，并且其在两个坐标系中相同。

传送机关节轴的协调运动分三步完成。首先，使用MCLM函数块和虚拟笛卡尔轴命令协调运动。然后使用下面列出的公式命令虚轴A1、L和A4。A1的公式的结果用作控制虚拟轴A1的MAM函数块中的命令位置。函数块定期触发。这导致A1的位置“追逐”A1的公式的结果。相同的技术用于L和A4。最后，关节轴L1、L2和L4分别用凸轮轮廓函数块MACP控制。A1是L1的主站，L是L2的主站，并且A4是L4的主站。凸轮轮廓是从下面的公式导出的。L3＝Y并且在两个坐标系中都相同。

传送机：

L₁＝轴L1线性致动器的总长度(mm)。

L₂＝轴L2线性致动器的总长度(mm)。

L₃＝轴L3的实际位置(mm)。

L₄＝轴L4线性致动器的总长度(mm)。

r₁＝L1和A1之间连接的长度(mm)。

x₁＝从L1后安装件到A1的长度(mm)。

r₄＝L4和A4之间连接的长度(mm)。

x₄＝从L4后安装件到A4的长度(mm)。

b＝从A1到运动直线L2的垂直距离(mm)。

A＝传送机在通用坐标中的角度(Deg)。

L＝连接虚拟轴A1和A4的虚拟轴(mm)。

A₁＝虚拟轴A1的角度(Deg)。

A₄＝虚拟轴A4的角度(Deg)。

x＝传送机笛卡尔坐标系虚拟轴x(mm)。

y＝传送机笛卡尔坐标系虚拟轴y(mm)。

z＝传送机笛卡尔坐标系虚拟轴z(mm)。

关节到笛卡尔变换：

y＝L₃

A＝180.7°-A₁-A₄

笛卡尔到关节变换：

L₃＝y

工具/传送机的命令角度：

x_c＝当前x坐标(mm)。

y_c＝当前y坐标(mm)。

z_c＝当前z坐标(mm)。

x_s＝起始x坐标(mm)。

y_s＝起始y坐标(mm)。

z_s＝起始z坐标(mm)。

A_s＝起始角度(Deg)。

x_e＝结束x坐标(mm)。

y_e＝结束y坐标(mm)。

z_e＝结束z坐标(mm)。

A_e＝结束角度(Deg)。

A_t＝总运动角度(Deg)。

D_t＝总点到点移动距离(mm)。

D_r＝当前剩余点到点移动距离(mm)。

A_c＝工具/传送机的命令角度(Deg)。

C＝命令公差(mm)。

A_t＝A_e-A_s

命令角度精点移动：

命令角度单端混合移动：

D_r≤C；A_c＝A_e

命令角度双端混合移动：

D_r≤2C：A_c＝A_e

基于关节运动限制的线性运动限制：

(x_s,y_s,z_s,A_s)＝工具/传送机的笛卡尔起始位置(mm)。

(x_e,y_e,z_e,A_e)＝工具/传送机的笛卡尔结束位置(mm)。

(J1_s,J2_s,J3_s,A_s)＝工具/传送机的关节起始位置(Deg)或(mm)。

(J1_e,J2_e,J3_e,A_e)＝工具/传送机的关节结束位置(Deg)或(mm)。

J_s＝关节轴的起始位置(Deg)或(mm)。

J_e＝关节轴的结束位置(Deg)或(mm)。

d_j＝关节轴的移动距离(Deg)或(mm)。

d_l＝工具/传送机的线性移动距离(mm)。

t_sp＝α_sp处的最小线性移动时间(S)。

t_l＝α_l处的最小线性移动时间(S)。

操纵器关节的起始位置和结束位置是将计算的起始和结束位置从笛卡尔坐标(x,y,z,A)变换为SCARA坐标(J1,J2,J3,A)的结果。使用Logix Designer软件中提供的MCTP函数块对(x,z)和(J1,J2)坐标完成变换计算。Y＝J3，并且A是两个系统共同的坐标，其被定义为工具/传送器相对于图4和图8A所示X轴的角度。

传送机接头的起始位置和结束位置如下：

Y：J_s＝y_s；J_e＝y_e

A4：J_s＝180.7°-J_1s-A_s；J_e＝180.7°-J_1e-A_e

d_j＝J_e-J_s

基于关节加速度限制计算实际线性加速度：

如果：

如果：a_j≤a_lim；a_l＝a_sp

基于关节速度限制计算实际线速度：

v_max＝a_lt_l

如果：

如果：v_j≤v_lim；v_l＝v_sp

通过监测位于传送机表面上方的虚拟线段来实现防碰撞。如果操纵器工具从上面违反此线段，则停止所有运动。以下公式中的常数由操纵器头部和传送机系统的物理尺寸导出。

防碰撞：

A_ct＝当前工具角度(Deg)。

x_ct＝笛卡尔坐标系中的当前工具x位置(mm)。

z_ct＝笛卡尔坐标系中的当前工具z位置(mm)。

xt_f＝笛卡尔坐标系中的当前工具前部x位置(mm)。

z_tf＝笛卡尔坐标系中的当前工具前部z位置(mm)。

x_tr＝笛卡尔坐标系中的当前工具后部x位置(mm)。

z_tr＝笛卡尔坐标系中的当前工具后部z位置(mm)。

A_cc＝当前传送机角度(Deg)。

x_cc＝笛卡尔坐标系中的当前传送机x位置(mm)。

z_cc＝笛卡尔坐标系中的当前传送机z位置(mm)。

x_cf＝笛卡尔坐标系中的当前传送机前部x位置(mm)。

z_cf＝笛卡尔坐标系中的当前传送机前部z位置(mm)。

x_cr＝笛卡尔坐标系中的当前传送机后部x位置(mm)。

z_cr＝笛卡尔坐标系中的当前传送机后部z位置(mm)。

z_fl＝工具前部的笛卡尔坐标系中的当前z下限(mm)。

z_rl＝工具后部的笛卡尔坐标系中的当前z下限(mm)。

x_tf＝x_tc+318Cos(A_ct+19.5°)

z_tf＝z_tc+318Sin(A_ct+19.5°)

x_tr＝x_tc-613Cos(-A_ct+14.2°)

z_tr＝z_tc-613Sin(-A_ct+14.2°)

x_cf＝x_cc+1077Cos(-A_cc+21.8°)

z_cf＝z_cc+1077Sin(-A_cc+21.8°)

x_cr＝x_cc-894Cos(A_cc+26.5°)

z_cr＝z_cc+894Sin(A_cc+26.5°)

如果x_ct＜500：z_fl＝z_fr＝480(机械手工具位于固定高度解读输送机上方。)

如果x_ct≥500：

如果满足以下条件则所有运动停止：

z_tf-z_fl＜50；或者z_tr-z_fr＜50

车辆将沿着拖车的长度向下移动，保持居中并垂直于拖车。该车辆具有四个独立控制的轮。每个轮有一个转向伺服马达和牵引伺服马达。车辆将以这样的方式移动，使得在每个运动命令期间校正拖车内的任何车辆偏航(偏航)或左右间隙的误差。

图8B示出了旋转中心是车辆框架中的任意点，车辆(机器人纸箱卸载器100)在偏航校正期间将围绕该点旋转。该点是可变的并且可以移动，使得可以在避免与车辆附近的障碍物碰撞的同时完成偏航校正。

R_cp＝从车辆旋转的中心点到轮旋转的中心点的距离(mm)。

θ_cp＝从车辆旋转中心点平行于车辆框架X轴的直线与从车辆中心旋转点到轮旋转中心点的直线之间的角度(Deg)。

D_t＝命令车辆运动的总行驶距离(mm)。

α＝命令车辆运动的偏航校正(Deg)。

V＝命令车辆运动的速度(mm/S)

A＝命令车辆运动的角度(Deg)。

θ_n＝在行驶距离(D_tn)/1000处的车辆框架中的命令轮转向角(Deg)。

X_n＝在距离(D_tn)/1000处的通用坐标中的轮位置的x坐标(mm)。

Y_n＝在距离(D_tn)/1000处的通用坐标中的轮位置的y坐标(mm)。

D_n＝在距离(D_tn)/1000处的轮的总行驶距离(mm)。

D＝从D_(n-1)到D_n的距离(mm)。

车辆运动的凸轮轮廓设置为1001个元素(0-1000)。在下面的公式中，n为凸轮轮廓中的元件号。对于n＝0至1000，对于任何给定的轮，在车辆从距离0到D_t的运动期间转向马达的角度如下：

V_x＝VSin(A)+((αVR_cp)/D_t)Sin(π/2+θ_cp+αn/1000)

V_y＝VCos(A)+((αVR_cp)/D_t)Cos(π/2+θ_cp+αn/1000)

θ_n＝〖Tan〗∧(-1)(V_x/V_y)-αn/1000

在车辆从0到D_t的运动过程中，任何给定轮所行驶的距离如下：

X_n＝R_cp Cos(θ_cp+αn/1000)+((nD_t)/1000)Cos(A)

Y_n＝R_cp Sin(θ_cp+αn/1000)+((nD_t)/1000)Sin(A)

Ifn＝0：

D_n＝0

Ifn＞0：

D是轮从D_(n-1)到D_n行进的弧的线性近似。随着步骤数量的增加，近似更精确。为了控制车辆的运动，1000个步骤是足够精确的。

图9A至图9H示出了图901至图908，当出现在底层月台平整板和拖车/运输集装箱地板中遇到的节距的相对差异时，其分别用于精确调节机器人纸箱卸载器100(图1)的升降器140和前部142的“鼻部传送机”的相对角度。参考图9A，角度Δ表示鼻部传送机将向下倾斜以便接触地板的相对于车辆的角度。点I表示鼻部传送机的末端接触地板的点。目的是推导用于确定角度Δ的公式。图901中的已知值包括：

h＝传送机枢转点的高度；

Lc＝鼻部传送机的长度；

λV＝车辆角度：通过安装在车辆上的测斜计测量。该值将参考水平；

λT＝拖车地板的角度；并且

D＝从传送机枢转点到平整板末端的平整板上剩余的距离。当卸载器移动离开平整板进入拖车时，传送机枢转点将位于平整板末端之前，从而导致D值为负值。

值D的推倒大于或等于零：

坐标值X₁和Y₁

X₁＝A cosλ_T (1)

Y₁＝A sinλ_T (2)

从已知值H和D找到直角三角形形成的斜边L’。

查找角度θ

查找角度α_D

α_D＝90-θ (5)

将(4)代入(5)

查找角度α’

α′＝180-90-λ_V (7)

α′＝90-λ_V (8)

查找角度θ_LC

θ_LC＝180-λ_r-λ_V-θ (9)

使用正弦定律来查找A，如图9C中的图903所示。给定三角形，ABC：

图9D示出了用于使用来自模型的三角形L’LcA和正弦定律求解A的图904。

将公式(3)代入公式(12)：

求解角度β：

求解角度α_A：

α_A＝180-θ_LC-β (16)

将公式(16)代入公式(12)并求解A。

其中θ_LC＝180-λ_T-λ_V-θ

以及

求解角度Δ

Δ＝180-α′-α_D-α_A (20)

代入公式(8)、(6)和(16)得到

代入θ_LC(10)并简化公式：

Δ＝-λ_T+β (25)

代入β(15)和θ_LC(16)

因此，点1(X₁，Y₁)：从(1)、(2)、(18)和(19)

其中θ_LC＝180-λ_T-λ_V-θ

以及

角度Δ：从(26)

图9E至图9F示出了值D小于零，车辆角度为负的图905至图906：导出-来自图9F：

Δ＝90-α_A (31)

α_A＝180-θ-β (32)

θ＝90-λ_T-|λ_V| (33)

使用正弦定律查找β：

求解β

h sinθ＝L_c sinβ (35)

因此

Δ＝90-α_A (38)

其中

α_A＝180-θ-β (39)

θ＝90-λ_T-λ_V (40)

图9G至图9H示出了值D小于零，车辆角度为正的图907至图908：导出-来自图9H：

γ＝λ_V-λ_T (42)

θ＝90+γ (43)

θ＝90+λ_V-λ_T (44)

使用正弦定律查找β：

发现α_A

α_A＝180-β-θ (48)

最后找到Δ

Δ＝90-α_A (49)

因此

Δ＝90-α_A (50)

其中

α_A＝180-β-θ (51)

而且

θ＝90+λ_V-λ_T (53)

在一个或多个实施方案中，图10至图11示出了传送机系统100的前部142可侧向定位以镜像适应操纵器头部136(图2)的侧向定位。图10示出了前部142被定中心。图11示出了侧向平移到一侧的前部142。

图12至图15示出了机器人纸箱卸载器100，其包括可膨胀过渡带160，该可膨胀过渡带保持传送系统110的前部142和后部158之间的传送路径。当升降器140升高到完全向上位置(图12)、中间位置(图13)时，当升降器140回缩并水平时(图14)，以及当前部142向下旋转时(图15)，保持传送纸箱的能力。过渡带160可被构造成调节其长度，使得即使在升降器140的最高点，纸箱也能够被传送而不会翻倒。

图16至图19示出了升降器140可升高和倾斜机器人纸箱卸载器100的传送机机系统110的前部，以跟随机器人臂组件102对操纵器头部136的定位。因此，纸箱104(图1)可以从纸箱堆106(图1)轻轻地拖动到传送机系统110，而不会下降任何显著的距离。操纵器头部136不需要接合超出纸箱的后面。另外，可以减小机器人臂组件102应该在远侧支撑的设计重量。图16示出了前部142完全回缩并倾斜到地平面以接纳从纸箱堆的底排(未示出)向上拉出的纸箱。图17示出了前部142完全回缩但仅部分倾斜以从纸箱堆的低排而非底排接纳纸箱。图18示出了前部142完全回缩但水平以接纳较高一排。图19示出了前部142完全回缩但向上倾斜以接纳更高一排。应当理解，通过延伸升降器140可以达到更高的位置。

图20至图24示出了具有锁定悬臂机构148的伸缩梁144，所述锁定悬臂机构包括两个线性夹持设备228a、228b(图22至图23)，它们分别施加法向力以形成对未永久固定的物体或表面的摩擦保持力。在示例性实施方案中，伸缩梁144具有第一台架230、第二台架232和第三台架234。第一台架230附接到移动主体114(图1)以用于枢转运动并且具有安装固定装置236，该安装固定装置用于安装鼻部倾斜液压致动器227(图2)的一个端部。第二台架232包括传动带马达225的安装件。第三台架234包括枢轴轭238，传送机系统110的前部142枢转地安装在该枢轴轭上。外部线性夹持设备228a具有向上延伸的锁定杆240a，该锁定杆被附接用于与第二台架232一起移动并被接纳用于在附接到第一台架230的杆锁242a内滑动。内部线性夹持装置228b(图22至图23)具有向下延伸的锁定杆240b，该锁定杆同样附接用于与第二台架232一起移动并且被接纳用于在附接到第三台架230的杆锁242b内滑动。每个杆锁242a至242b内的夹持力通常由机械弹簧(未示出)施加，并且仅在需要运动时才释放。力可以通过流体压力、机械装置或电动设备释放。为了产生较高的流体压力，独立成套和闭合的增压缸244a至244b(图24)用于第一台架和第三台架230、234。增压缸将管路压力压缩空气能量转换为不可压缩的液压流体能量，从而通过使用更硬的弹簧在紧凑的夹持设备中实现更高的夹持力。在这个应用中使用增压器是理想的，因为流体在系统中往复运动并且不流动。有限体积的液压流体往复运动，并且增压器的尺寸被设计成具有额外的容量。在第二台架232中接纳在上滑轮和下滑轮248a至248b上的传动带246由传动带马达225驱动。安装块250(图22至图23)分别附接到第一台架230和第三台架234，并且安装到传动带246的相对侧，以根据旋转方向产生朝向彼此或远离彼此的相对运动。

图25至图26示出了一种移动纸箱卸载器2500，该移动纸箱卸载器具有内置千斤顶装置2502，该内置千斤顶装置能够将轮2504从地板2508的损坏部分2506抬起，以便能够提取移动纸箱卸载器2500。内置千斤顶装置2502的伸缩式千斤顶2510枢转地附接到移动纸箱卸载器2500的移动主体2512。第二致动器2514枢转地附接到移动主体2512并附接到伸缩式千斤顶2510，以便在伸缩式千斤顶2510将轮2504从受损部分2506抬起时向移动主体2512施加纵向运动。图26示出了伸缩式千斤顶装置2502可具有安装在移动主体2512的相对侧上的伸缩式千斤顶2510，并且脚2515可以是侧向连接在两个伸缩式千斤顶2510的下端的方形管材。在延伸内置千斤顶装置2502之前，可以在受损部分2506上方放置纵向放置的支撑件2516，以使内置千斤顶装置2502能够穿过受损部分2506。另选地，可以拉动移动主体2512。

图27至图31示出了用于重新定位移动纸箱卸载器2500的内置千斤顶装置2502。图27示出了处于标称状态的移动纸箱卸载器2500，其中内置千斤顶装置2502回缩并且移动主体2512通过轮2504支撑在地板2508上。图28示出轮2504掉入地板2508，阻止移动纸箱卸载器2500的正常运动。图29示出延伸伸缩式千斤顶2510以将轮2504从地板2508的受损部分2506中抬起。图30示出了移动主体2512被纵向移动离开受损部分2506，仍然由倾斜伸缩千斤顶2510支撑。图31示出了移动主体2512的附加纵向运动，该附加纵向运动导致伸缩千斤顶2510进一步倾斜，并且使移动主体2512相应下降，直到被轮2504支撑。

图32示出了适于在各种实施方案中使用的机器人纸箱卸载器3201的示例性部件。机器人纸箱卸载器3201可包括外部监视器3202、网络接口模块3204、HMI模块3206、输入/输出模块(I/O模块3208)、致动器/距离传感器模块3210、包括驱动器/安全模块3212和运动模块3214的机器人臂和传送机系统3215、可编程逻辑控制器(或PLC 3218)、包括车辆控制器模块3222和手动控制模块3224的基础运动模块3220，以及可包括一个或多个计算设备3228(或“PC”)和传感器设备3230的视觉系统3226(或可视化系统)。在一些实施方案中，机器人纸箱卸载器3201的视觉系统3226可包括连接到每个传感器设备3230的PC 3228。在其中机器人纸箱卸载器3201上存在多于一个传感器设备3230的实施方案中，每个传感器设备3230的PC 3228可以联网在一起，并且PC 3228中的一个可以作为主PC3228操作，其从其他连接的PC 3228接收数据，可以对接收到的数据及其自身数据(例如，坐标变换、重复消除、误差检查等)执行数据处理，并且可以将来自所有PC 3228的组合和处理数据输出到PLC 3218。在一些实施方案中，网络接口模块3204在它和PC 3228之间可能不具有PLC内联，并且PLC3218可以作为车辆控制器和/或驱动器/安全系统。

机器人纸箱卸载器3201可以经由网络3203诸如局域Wi-Fi^TM网络与具有网络接口模块3204(例如，Wi-Fi^TM无线电部件等)的远程位置或系统连接。具体地讲，网络接口模块3204可以使得机器人纸箱卸载器3201能够连接到外部监视器3202。外部监视器3202可以是远程仓库或配送中心控制室、手持式控制器或计算机中的任何一者，并且可以通过机器人纸箱卸载器3201的视觉系统3226提供被动远程观察。另选地，外部监视器3202可以超持视觉系统3226中固有的编程并且承担机器人纸箱卸载器3201的主动命令和控制。机器人纸箱卸载器3201的编程也可以通过外部系统诸如外部监视器3202进行通信、操作和调试。承担命令和控制的外部监视器3202的示例可包括远程定位的操作员或远程系统，诸如仓库或配送服务器系统(即如上所述的远程设备)。使用外部监视器3202承担机器人纸箱卸载器3201的命令和控制的示例性实施方案可包括人工或计算机干预机器人纸箱卸载器3201的移动诸如从一个卸载隔区移动到另一个，或者使外部监视器3202承担机器人臂的控制以移除难以用自动例程卸载的物品(例如，盒子、纸箱等)。外部监视器3202可以包括以下中的任何一项：可视监视器、键盘、操纵杆、I/O端口、CD读取器、计算机、服务器、手持式编程设备或可用于执行上述实施方案的任何部分的任何其他设备。

机器人纸箱卸载器3201可包括人机接口模块3206(或HMI模块3206)，其可用于控制和/或接收用于机器人臂和传送机系统3215和/或基础运动模块3220的输出信息。HMI模块3206可用于控制(或可以自身包括)操纵杆、显示器和小键盘，其可用于重新编程、超持机器的自动控制，以及从点到点驱动机器人纸箱卸载器3201。可以由视觉系统3226单独地或以任何组合致动的致动器3210和距离传感器可用于帮助将机器人纸箱卸载器3201引导到卸载区域(例如，拖车)中。I/O模块3208可以将致动器和距离传感器3210连接到PLC 3218。机器人臂和传送机系统3215可包括移动臂和/或传送机所需的所有部件，诸如驱动器/引擎和运动协议或控制。基础运动模块3220可以是用于移动整个机器人纸箱卸载器3201的部件。换句话说，基础运动模块3220可以是引导车辆进出卸载区域所需的部件。

PLC 3218可以控制机器人纸箱卸载器3201的整体机电运动或控制示例性功能，诸如控制机器人臂或传送机系统3215。例如，PLC 3218可将机器人臂的操纵器头部移动到用于从物品壁获取物品(例如，盒子、纸箱等)的位置。作为另一示例，PLC 3218可以控制踢辊旋转的激活、速度和方向，并且/或者控制配置用于移动前端架式传送机(例如，前端架式传送机6412)的支撑机构的各种调整。PLC 3218和视觉系统3226的其他电子元件可以安装在位于传送机下方、靠近传送机或在机器人纸箱卸载器3201上的其他地方的电气盒(未示出)中。PLC 3218可以自动操作机器人纸箱卸载器3201的全部或部分，并且可以从距离传感器3210接收位置信息。I/O模块3208可以将致动器和距离传感器3210连接到PLC 3218。

机器人纸箱卸载器3201可包括视觉系统3226，该视觉系统包括传感器设备3230(例如，相机、麦克风、3D传感器等)和一个或多个计算设备3228(称为个人计算机或“PC”3228)。机器人纸箱卸载器3201可以使用传感器设备3230和视觉系统3226的一个或多个PC3228实时或接近实时地在机器人纸箱卸载器3201前部进行扫描。可由PLC 3218响应于确定机器人纸箱卸载器3201触发前向扫描，诸如响应于机器人纸箱卸载器3201处于开始检测卸载区域中的纸箱的位置而发送的触发。前向扫描能力可用于防碰撞，发送到人体形状识别(安全)，确定卸载区域的尺寸(例如，卡车或拖车)，以及用于扫描卸载区域的地板以寻找松散物品(例如，纸箱、盒子等)。视觉系统3226的3D能力还可以提供深度感知、边缘识别，并且可以创建物品壁(或纸箱堆)的3D图像。视觉系统3226可以单独操作或与PLC 3218协同操作以识别在机器人纸箱卸载器3201前面的物品的边缘、形状和近/远距离。例如，可以相对于机器人纸箱卸载器3201测量和计算物品壁中每个单独的纸箱的边缘和距离，并且视觉系统3226可以单独操作或者与PLC 3218协同操作以选择特定的纸箱进行移除。

在一些实施方案中，视觉系统3226可向PLC提供诸如以下的信息：特定XYZ、旨在从卸载区域移除的纸箱的坐标位置以及机器人臂或机器人纸箱卸载器3201的移动主体行进的一个或多个运动路径。PLC 3218和视觉系统3226可以独立工作或者一起工作，诸如用于纸箱可视化、初始归位和运动精度检查的迭代移动和视觉检查过程。在车辆运动期间或在纸箱移除期间可以使用相同的过程作为精确度检查。另选地，PLC 3218可以使用移动和可视化过程作为检查，以查看自上次视觉检查以来一个或多个纸箱是否已经从纸箱堆掉落或重新定位。尽管图32中的各种计算设备和/或处理器诸如PLC 3218、车辆控制器3222和PC3228已经被单独描述，但在关于图32所讨论的各种实施方案和本文描述的所有其他实施方案中，可以组合所描述的计算设备和/或处理器，并且本文中描述的由单独计算设备和/或处理器执行的操作可以由较少的计算设备和/或处理器诸如具有执行本文描述的操作的不同模块的单个计算设备或处理器执行。例如，组合在单个电路板上的不同处理器可以执行归因于不同计算设备和/或处理器的本文描述的操作，运行多个线程/模块的单个处理器可以执行归因于不同计算设备和/或处理器的本文描述的操作等。

可延伸传送机系统3232可以将物品从机器人纸箱卸载器3201传送到物料处理系统3200的其他部分。当机器人纸箱卸载器3201前进或后退时，可延伸传送机3232和机器人纸箱卸载器3201中的一者上的视觉设备3234可以在另一个上成像目标3236。视觉系统3226可以执行图像处理以检测目标3236在视觉设备3236的视野内的大小、方向和位置的变化。可伸展传送机系统3232和机器人纸箱卸载器3201各自的设备接口3238、3240可以传送视觉信息或运动命令。例如，PLC 3218可以命令可延伸传送机3232上的延伸运动执行器3242与机器人纸箱卸载器3201的运动相对应，以保持可延伸传送机系统3232和机器人纸箱卸载器3201对准并保持适当的间距。在一个实施方案中，设备接口3238、3240利用短程无线通信协议诸如个人接入网络(PAN)协议。可以在各种实施方案中使用的PAN协议的示例包括IEEE 802.15.4和无线通信协议和标准。

在概念验证测试中，使用POINTGREY相机跟踪类似于快速响应(QR)码的黑白增强现实(AR)标签目标。所用目标的尺寸为75mm×75mm，并且从相机到标签的工作距离为0.4m至1m。使用2.3MP GigE POE Blackfly(Sony IMX136)(部件号：BFLY-PGE-23S2C-CS)RGB(红-绿-蓝)相机进行研究。相机支持机器人操作系统(ROS)。使用的光学器件是Edmund 5mmFL广角低失真透镜(部件号：68-670)。从相机到可延伸件上目标的距离从500mm至750mm不等。为了确保目标的最大可见度，在设置电流的情况下，需要52o的水平FOV。结果，选择FOV为57°(水平)*37°(垂直)的透镜。来自ROS.org的软件rqt_plot用于rqt_plot提供图形用户界面(GUI)插件，以用于使用不同的绘图后端可视化2D绘图中的数值。ROS控制台显示了AR跟踪以及绘图中x、y、z值的相应变化。提供RGB图像主题作为AR标签跟踪系统的输入，ROS主题的“/pose_x”“/pose_y”“/pose_z”提供AR标签发布频率为5Hz的x、y、z位置。

为了在机器人纸箱卸载器中实施，所得x、y、z值可以发送到PLC。在这个过程中，这些主题被发送到相应的rosnode(“PLC_COMMAND”)，其将通过消息路由到PLC。与PLC的交互要求/文档包括：(i)数据格式化(XYZ)，(ii)误差处理/心跳消息传递，以及(iii)握手。考虑用于硬件的选项包括PC的不同选项：(a)使用没有图形卡的附加个人电脑(PC)；(b)嵌入式PC；或者(c)智能相机。对于POINTGREY相机，具有三个端口的1GB开关可以分别用于相机、PC和PLC。

标签识别分析表明，该设置提供了足够的有效距离和取向信息，以便PLC保持可延伸传送机和机器人纸箱卸载器之间的对准。使用RVIS*执行动态跟踪测试以模拟从其获得坐标值的AR标签。对于(1)，在RVIS中看到帧名“ar_marker_9”。视觉相机图像与绘制的坐标同时移动。对于(2)，对照物理测量距离绘制x、y、z值，如表1所示：

实际距离(mm)	213	306	405	519	654	792	908	1143	1301	1508
											计算距离(mm)	123.9	307-5	406.7	521	654.1	792.8	909.6	1147	1309.3	1525
误差(mm)	-0.9	-1.5	-1.7	-2	-0.1	-0.8	-1.6	-4	-8.3	-17

表1

图33示出了表示误差与从标签到相机的距离之间的关系的曲线图3300。从表1和图33的回顾可以看出，(1)通常误差随着距离的增大而增大；(2)当距离小于1.1m时，误差稳定且小于5mm。当距离大于1.1m时，误差快速增大。机器人纸箱卸载器的实现预期具有0.5至0.75米的间距，其将受到这种方法的支持。

如本文所用，处理器可以是任何可编程微处理器、微型计算机或一个或多个多处理器芯片，其可由软件指令(应用程序)配置以执行包括上述各种实施方案的功能的各种功能。在各种设备中，可以提供多个处理器，诸如专用于无线通信功能的一个处理器和专用于运行其他应用程序的一个处理器。通常，软件应用程序在被访问和加载到处理器之前可以存储在内部存储器中。处理器可包括足以存储应用程序软件指令的内部存储器。在许多设备中，内部存储器可以是易失性或非易失性存储器诸如闪存存储器或两者的混合。出于本说明的目的，对存储器的一般引用是指处理器可访问的存储器，包括插入到各种设备的内部存储器或可移除存储器和处理器内的存储器。

提供前述方法描述和过程流程图仅作为说明性示例，并且不旨在要求或暗示必须以所呈现的顺序执行各种实施方案的步骤。如本领域技术人员将理解的，上述实施方案中的步骤顺序可以以任何顺序执行。字词诸如“之后”、“然后”、“接下来”并不旨在限制步骤的顺序；这些字词仅用来引导读者通过方法的描述。此外，例如，使用冠词“一个”、“一种”或“该”对单数形式的权利要求元素的任何引用都不应被解释为将元素限制为单数。

结合本文中所揭示的实施方案描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地示出硬件和软件的这种可互换性，上文已经大体上就其功能描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。将此类功能实施为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实现所描述的功能，但是这种实现决策不应被解释为导致偏离本发明的范围。

用于实施结合本文公开的实施方案描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、离散栅极或晶体管逻辑、离散硬件部件或设计用于执行本文描述的功能的任何组合实施或执行。通用处理器可以是微处理器，然而或者，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP内核的一个或多个微处理器、或者任何其他此类配置。另选地，一些步骤或方法可以通过特定于给定功能的电路来执行。

在一个或多个示例性实施方案中，所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现，这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在非暂态处理器可读、计算机可读或服务器可读介质或非暂态处理器可读存储介质上或通过其传输。本文公开的方法或算法的步骤可以体现在处理器可执行软件模块或处理器可执行软件指令中，所述处理器可执行软件模块或处理器可执行软件指令可以驻留在非暂态计算机可读存储介质、非暂态服务器可读存储介质和/或非暂态处理器可读存储介质上。在各种实施方案中，此类指令可以是存储的处理器可执行指令或存储的处理器可执行软件指令。有形、非暂态计算机可读存储介质可以是计算机可以访问的任何可用介质。作为示例而非限制，此类非暂态计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储设备，或者可用于以指令或数据结构的形式存储所需程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。本文所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软盘和Blu-ray^TM光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而磁盘用激光光学地再现数据。上述的组合也包括在非暂态计算机可读存储介质的范围内。另外，方法或算法的操作可以作为代码和/或指令的一个或任意组合或集合驻留在有形、非暂态处理器可读存储介质和/或计算机可读介质上，其可以并入计算机程序产品中。

虽然已经参考示例性实施方案描述了本公开，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定系统、设备或其部件适应本公开的教导内容。因此，本公开旨在不限于为实现本公开内容而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施方案。此外，术语第一、第二等的使用不表示任何顺序或重要性，而是术语第一、第二等用于将一个元件与另一个元件区分开。

为清楚起见，机器人纸箱卸载器100(图1)在本文中被描述为卸载纸箱，所述纸箱可以是瓦楞纸箱、木箱、聚合物或树脂箱、存储容器等。操纵器头部可以进一步接合用收缩膜包装在一起的产品的物品或单一产品。在一个或多个实施方案中，本发明的方面可以扩展到特别适合于某些类型的容器或产品的其他类型的操纵器头部。操纵器头部可以采用机械夹持设备、静电粘合表面、电磁吸引等。本发明的各方面也可以用在单个传统的铰接臂上。

本文所用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并且并非旨在对本公开进行限制。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在还包括复数形式，除非语境中另外明确地指出其他情况。还应当理解，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，规定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。

本公开的说明用于举例说明和描述，但并非意图详尽列举本公开或将本公开限定为公开的形式。在不脱离本公开的范围的情况下，多种修改和变化对本领域的普通技术人员而言将显而易见。选择和描述实施方案的目的是最佳地阐释本公开的原理和实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解本公开，因为具有各种修改的各种实施方案适合于设想的特定使用。

Claims (16)

1.一种机器人纸箱卸载器，所述机器人纸箱卸载器用于卸载搁置在地板上的纸箱堆，包括：

移动主体，所述移动主体能够在所述地板上移动；

传送机系统，所述传送机系统安装在所述移动主体上以用于在其上传送卸载的纸箱；和

机器人臂组件，包括：

右下臂和左下臂，所述右下臂和左下臂分别在下端枢转地附接至在其间穿过的所述传送机系统的相对侧向侧上的所述移动主体，以围绕与所述传送机系统的纵向轴线垂直的下臂轴线旋转；

上臂组件，所述上臂组件具有后端，所述后端分别枢转地附接在所述右下臂和左下臂的上端，以围绕上臂轴线枢转地旋转，所述上臂轴线垂直于所述传送机系统的所述纵向轴线且平行于所述下臂轴线；和

操纵器头部，所述操纵器头部附接到所述上臂组件的前端，所述操纵器头部从搁置在地板上的纸箱堆一次接合至少一个纸箱，以便运动到所述传送机系统，

其中所述右下臂和所述左下臂的所述枢转运动将所述上臂轴线保持在某个高度，使得所述至少一个纸箱能够由所述传送机系统传送，而不会受到所述机器人臂组件的阻碍。

2.根据权利要求1所述的机器人纸箱卸载器，还包括升降器，所述升降器附接在所述移动主体与所述传送机系统的前部之间，所述升降器使所述传送机系统的所述前部相对于所述地板运动，以减少在从所述纸箱堆运动到所述传送机系统期间在所述至少一个纸箱下方的间距。

3.根据权利要求2所述的机器人纸箱卸载器，其中所述升降器还包括：

伸缩梁，所述伸缩梁附接在所述移动主体与所述传送机系统的所述前部之间；

所述升降器的驱动构件，所述驱动构件致动以延伸和回缩所述伸缩梁，并且具有允许所述伸缩梁回缩的失效模式；和

锁定悬臂机构，所述锁定悬臂机构对所述驱动构件的所述失效模式作出响应，以至少减慢所述伸缩梁的回缩速率。

4.根据权利要求3所述的机器人纸箱卸载器，其中：

所述驱动构件包括带传动，所述带传动具有断裂带的所述失效模式；

锁定悬臂机构，所述锁定悬臂机构包括存储的能量源，所述存储的能量源由所述断裂带释放，以致动两个所述伸缩梁块之间的锁定。

5.根据权利要求2所述的机器人纸箱卸载器，其中：

所述升降器具有伸缩梁，所述伸缩梁枢转地附接到所述传送机系统的所述前部以便围绕前轴旋转，所述前轴横向于所述传送机系统的所述纵轴并且平行于所述下臂轴线和所述上臂轴线；

所述升降器的驱动构件致动以延伸和回缩所述伸缩梁；

枢轴致动器附接在所述伸缩梁与所述传送系统的所述前部之间；并且

所述机器人纸箱卸载器还包括控制器，所述控制器与所述枢轴致动器、所述驱动构件和所述机器人臂组件通信，所述控制器执行指令以将所述传送机系统的所述前部的垂直高度和节距定位成与所述操纵器头部平行。

6.根据权利要求5所述的机器人纸箱卸载器，其中所述控制器定位所述传送机系统的所述前部，以通过所述操纵器头部来将接收在其上的纸箱回缩到至少一个纸箱的接合与运动之间的所述传送机系统的后部上。

7.根据权利要求5所述的机器人纸箱卸载器，还包括过渡纸箱引导结构，所述过渡纸箱引导结构位于所述传送机系统的所述前部与后部之间，并且响应于所述升降器的运动而调节长度和节距，并且将纸箱从所述前部传送到所述后部。

8.根据权利要求1所述的机器人纸箱卸载器，其中所述上臂组件包括：

可旋转机架，所述可旋转机架在所述上臂轴线处具有可枢转地附接到所述左下臂和所述右下臂的所述后端，并且在延伸端处具有侧向引导件；和

端臂，所述端臂在近侧附接以侧向运动到所述可旋转机架的所述侧向引导件并且在远侧附接到所述操纵器头部。

9.根据权利要求1所述的机器人纸箱卸载器，其中所述操纵器头部包括至少一个真空操纵器，所述机器人纸箱卸载器还包括气动系统，以选择性地执行以下操作的一系列操作：(i)使所述至少一个纸箱与抽吸接合；(ii)通过移除所述抽吸来使所述至少一个纸箱分离；(iii)通过引导压缩空气通过至少一个真空操纵器来清除来自所述至少一个真空操纵器的碎屑。

10.根据权利要求1所述的机器人纸箱卸载器，还包括：

视觉系统，所述视觉系统检测所述纸箱堆中的所述至少一个纸箱；

气动系统，所述气动系统选择性地将真空源和压缩空气源联接到所述操纵器头部的所述至少一个真空操纵器，以接合和释放所述至少一个纸箱；

压力传感器，所述压力传感器与所述气动系统气动连通，以检测与所述至少一个真空操纵器相关联的压力指示；和

控制器，所述控制器与所述视觉系统、所述气动系统和所述压力传感器通信，所述控制器执行指令以通过以下方式选择性地清除来自所述至少一个真空操纵器的碎屑：

接收所述纸箱堆的图像；

从所述图像中检测所述纸箱堆中的所述至少一个纸箱；

定位所述操纵器头部以使所述至少一个纸箱与所述至少一个真空操纵器接合；

使所述气动系统将所述真空源联接到所述至少一个真空操纵器；

移动所述机器人臂组件以将所述至少一个纸箱定位在所述传送系统上；

通过使所述气动系统将所述真空源与所述至少一个真空操纵器分离来脱离至少一个纸箱；

使所述机器人臂组件远离所述至少一个纸箱移动，以便能够通过所述传送机系统传送所述至少一个纸箱；

确定所述至少一个真空操纵器被碎屑堵塞；以及

通过引导所述气动系统将所述压缩空气源联接到所述至少一个真空操纵器来清除来自所述至少一个真空操纵器的碎屑。

11.根据权利要求9所述的机器人纸箱卸载器，其中所述控制器通过以下方式来确定所述至少一个真空操纵器被碎屑堵塞：

重新成像所述纸箱堆；以及

在先前尝试接合并移动到所述传送机系统之后检测到所述至少一个纸箱保留在所述纸箱堆上。

12.根据权利要求9所述的机器人纸箱卸载器，其中所述控制器通过检测所述压力指示与被阻挡的至少一个真空操纵器一致来确定所述至少一个真空操纵器被碎屑堵塞，其中所述操纵器头部定位成远离所述至少一个纸箱。

13.根据权利要求1所述的机器人纸箱卸载器，还包括：

视觉系统，所述视觉系统获得靠近所述移动主体的任何物体的图像；

控制器，所述控制器执行指令以定位所述机器人臂组件和所述移动主体中所选择的一者，所述控制器与所述视觉系统通信以：

通过所述机器人臂组件和所述移动主体中所选定的一者的运动来确定物体是否靠近可能被破坏的所述移动主体；

响应于确定所述物体靠近可能被损坏的所述移动主体，防止所述机器人臂组件和所述移动主体中所选定的一者的所述运动。

14.根据权利要求13所述的机器人纸箱卸载器，还包括遥控界面，以用于接收对所述控制器的远程操作员控制输入，其中所述控制器限制对所述远程操作员控制输入的响应，以防止所述机器人臂组件和所述移动主体中所选定的一者的运动。

15.根据权利要求13所述的机器人纸箱卸载器，其中所述控制器通过执行纸箱和人中的一者的图像识别来确定物体是否靠近所述移动主体。

16.根据权利要求1所述的机器人纸箱卸载器，还包括：

三维视觉系统，所述三维视觉系统获得所述机器人臂组件的至少一部分的图像；和

控制器，所述控制器与所述三维视觉系统通信，所述控制器通过以下方式来执行校准所述机器人臂组件的指令：

命令所述机器人臂组件到限定位置；

检测所述机器人臂组件在从所述三维视觉系统接收的所述图像中的所述位置；以及

基于所述限定位置与所述检测位置之间的误差来计算校准调整。