CN110255202B - 一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机，包括行走上横梁、支撑立柱、载物升降台、传动装置、行走底架和电气控制箱，行走上横梁与行走底架上下平行设置，支撑立柱垂直连接在行走上横梁与行走底架之间，载物升降台通过传动装置连接在支撑立柱上；载物升降台包括固定设置在支撑立柱上的升降座，升降座的下连接有伸缩载物台，伸缩载物台上设置有取送机构，升降座内设置有断线应急装置，传动装置与载物升降台的连接处设置有过载保护装置，本发明利用载物升降台上设置的取送机构直接取送安放货物的置物板，堆垛过程也是将置物板连同货物一起堆垛，堆垛过程堆垛机和货物的非接触取送，具有高稳定性，激光导引堆垛具有高准确性。

Description

一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机

技术领域

本发明涉及堆垛机技术领域，具体为一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机及使用方法。

背景技术

堆垛起重机是指采用货叉或串杆作为取物装置，在仓库、车间等处攫取、搬运和堆垛或从高层货架上取放单元货物的专用起重机。它是一种仓储设备。堆垛起重机也称堆垛机，是立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库特征的标志。堆垛起重机的主要作用是在立体仓库的通道内来回运行，将位于巷道口的货物存入货架的货格，或者取出货格内的货物运送到巷道口。堆垛起重机具有以下特点：1.作业效率高，堆垛起重机是立体库的专用设备，具有较高的搬运速度和货物存取速度，可在短时间内完成出入库作业，堆垛起重机的最高运行速度可以达到500m/min。2.提高仓库利用率，堆垛起重机自身尺寸小，可在宽度较小的巷道内运行，同时适合高层货架作业，可提高仓库的利用率。3.自动化程度高，堆垛起重机可实现远程控制，作业过程无须人工干预，自动化程度高，便于管理。4.稳定性好，堆垛起重机具有很高的可靠性，工作时具有良好的稳定性。

人类获取外部环境信息很大一部分是通过视觉系统，机器人视觉系统的研究是基于图像处理和模式识别技术而发展起来的，它是利用计算机与视觉传感器来对人类视觉功能进行模拟的一口前沿技术。其中移动机器人视觉定位的目的是通过视觉信息来识别移动机器人周围环境的障碍物并且获得它的定位信息，从而进行移动机器人的避障策略选择。移动机器人的视觉系统根据使用的视觉传感器类型可分为：单目视觉系统、双目视觉系统、全景视觉系统。激光具有良好的穿透性，利用激光直线传播的特性，结合视觉定位能够精准选取带操作位置。

例如，申请号为201610381787.X的，名称为全自动装卸堆垛设备的发明专利。

该发明既能由水平方向装料往倾斜/垂直方向卸料，也能由垂直方向装料往水平方向卸料；二是既能每层堆放一片大板，也能每层堆放多片工程板；三是既能一次装卸一片大板，也能一次装卸多片微小型工程板；四是既配置三个不同控制方式的真空系统及多种真空吸盘，又配置“或”逻辑控制的夹持部件，以满足不同类型、不同规格、不同表面状况的物料装卸堆垛需求。

但是，现有的堆垛机仍然存在以下缺陷：

现有的堆垛机在搬运货物时不可避免与货物接触，夹取，叉取等方式可能导致一些易碎货物的损坏，而且现有堆垛机大都需要人工介入，自动化程度不高，难以满足现代产业对高精度，高安全性以及高稳定性堆垛机的需求。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机及使用方法，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：

一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机，包括行走上横梁、支撑立柱、载物升降台、传动装置、行走底架和电气控制箱，所述行走上横梁与行走底架上下平行设置，所述支撑立柱垂直连接在行走上横梁与行走底架之间，传动装置设置在支撑立柱的右侧，所述载物升降台通过传动装置连接在支撑立柱上，所述电气控制箱设置在行走底架的上方；

所述载物升降台包括固定设置在所述支撑立柱上的升降座，所述升降座的下端连接有水平方向的伸缩载物台，所述伸缩载物台的上表面设置有取送机构，所述升降座内设置有断线应急装置，所述传动装置与所述载物升降台的连接处设置有过载保护装置。

进一步地，所述传动装置包括卷轮，所述卷轮上连接有卷轮驱动电机，所述行走上横梁上设置有辅助定滑轮，所述辅助定滑轮与卷轮之间通过承力钢绳连接，所述承力钢绳的另一端与所述载物升降台连接。

进一步地，所述取送机构包括设置在伸缩载物台上表面的且左右互相对称的两组取送履带，两组取送履带之间设置有取送槽，所述取送槽内设置有可自由取送的置物板。

进一步地，所述取送履带包括履带面，所述履带面的外表面上设置有齿带扣板，所述齿带扣板上均匀设置有若干扣槽。

进一步地，所述置物板包括板面，所述板面的左右两边均设置有板面包边，所述板面包边的外表面设置有运送齿带。

进一步地，所述伸缩载物台内设置有第一推送板，所述第一推送板的下端设置有主传动齿条，所述第一推送板的头部连接有第二推送板，所述第二推送板的头部连接有第三推送板，所述第一推送板左右两侧对称设置有水平行走轮，第一推送板与第二推送板之间设置有副齿条，所述第三推送板的头部设置有接收激光信号的激光接收器。

进一步地，所述过载保护装置包括水平横杆，所述水平横杆的杆身内设置有旋转上轮，所述旋转上轮的下端连接有定滑轮，水平横杆的右端连接有置物端，水平横杆的左端连接有开合控制器，所述开合控制器左上端设置有导体开关。

进一步地，所述开合控制器包括连接在水平横杆的左下端的钢柱，所述钢柱的柱身周围设置有伸缩弹簧，所述钢柱的正下端设置有永磁体。

进一步地，所述断线应急装置的左右两端连接有升降座侧壁，所述升降座侧壁的壁身上均匀设置有若干防脱孔。

进一步地，所述断线应急装置包括断绳保护室，所述断绳保护室的中间位置处设置有两个引导轮，所述引导轮的上方设置有重力承载轴，所述重力承载轴与引导轮之间通过承力钢绳连接，所述承力钢绳的左右两端均连接有质量滑块，所述质量滑块与其相邻的引导轮之间设置有压紧弹簧，所述质量滑块远离压紧弹簧的一端设置有销接头。

本发明还提出一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机的使用方法，包括以下步骤：

步骤100、根据激光源强度大小，设定激光接收器的激光分辨力参数，满足当激光源正对激光接收器时视为检测到激光源，其他条件视为未检测到激光源；

步骤200、通过改变电机控制编码，设定各个电机转速参数；

步骤300、检测各个部件螺丝扭矩，拉线张力；

步骤400、装置运行前，通电试行，测试多种条件下引堆垛机处理状况；

步骤500、准备就绪后开始通电工作。

进一步地，在步骤100中，具体步骤为：

步骤101、调节激光接收器的俯仰角度，保证激光接收器能够在定位位置处接收最强的激光，增加定位的准确性；

步骤102、调节激光光源的光照强度，在满足激光接收器能够辨别激光光源位置的情况下，设置合适的激光光源，减少不必要的损耗。

进一步地，在步骤400中的多种条件测试包括底架上梁行走平稳度测试，取送机构精确度测试，过载测试以及断电安全性测试。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用载物升降台上设置的取送机构直接取送安放货物的置物板，堆垛过程也是将置物板连同货物一起堆垛，实现了堆垛过程堆垛机和货物的非接触取送功能，利用激光导引的高精确性，实现精准堆垛；同时，断线应急装置和过载保护装置有效避免了堆垛过程出现的危险，有效地解决背景技术提出的问题。

附图说明

图1为本发明整体立体结构示意图；

图2为本发明的主视结构示意图；

图3为本发明的载物升降台的左视结构示意图；

图4为本发明的伸缩载物台内部结构示意图；

图5为本发明的取送机构俯视结构示意图；

图6为本发明置物板的俯视结构示意图；

图7为本发明取送履带放大结构示意图；

图8为本发明行走底架立体结构示意图；

图9为本发明断线应急装置结构示意图；

图10为本发明过载保护装置结构示意图；

图11为本发明的使用方法流程图。

图中标号：

1-行走上横梁；2-载物升降台；3-支撑立柱；4-传动装置；5-行走底架； 6-电气控制箱；

101-横梁本体；102-运行上轨；103-行走上轮；

201-升降座；202-伸缩载物台；203-取送机构；204-置物板；205-履带驱动电机；206-过载保护装置；207-断线应急装置；

301-立柱本体；302-升降扣紧竖轨；

401-承力钢绳；402-辅助定滑轮；403-卷轮；404-卷轮驱动电机；

501-底架本体；502-行走下轮；503-隔板；504-走轮驱动电机；505-走轮固定板；506-立柱安装板；507-安装孔；

2011-升降座侧壁；2012-防脱孔；

2021-第一推送板；2022-水平行走轮；2023-第二推送板；2024-副齿条； 2025-第三推送板；2026-主传动齿条；2027-动力输入轴；2028-轴驱动电机； 2029-激光接收器；

2031-取送履带；2032-驱动滑轮；2033-辅助轮；2034-取送槽；

2041-板面；2042-板面包边；2043-运送齿带；

2061-水平横杆；2062-置物端；2063-旋转上轮；2064-开合控制器；2065- 伸缩弹簧；2066-永磁体；2067-钢柱；2068-导体开关；2069-定滑轮；

2071-断绳保护室；2072-引导轮；2073-重力承载轴；2074-质量滑块； 2075-压紧弹簧；2076-销接头；

20311-履带面；20312-齿带扣板；20313-扣槽。

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。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机包括行走上横梁1、支撑立柱3、载物升降台2、传动装置4、行走底架5和电气控制箱6，行走上横梁1与行走底架5上下平行设置，支撑立柱3垂直连接在行走上横梁1与行走底架5之间，传动装置4设置在支撑立柱3的右侧，载物升降台2通过传动装置4连接在支撑立柱3上，电气控制箱6设置在行走底架5的上方。

本发明在使用时首先待取放的货架发出激光信号，引导载物升降台2利用行走上横梁1和行走底架5在运行上轨102和下轨道上移动，整个运行过程分别通过行走上轮103和行走下轮502在受到电机驱动时转动，进而控制整个堆垛机在水平方向移动的位置。其次载物升降台2在受到传动装置4驱动时，在支撑立柱3上做升降运动，达到货物位置时，载物升降台2自行取货，取货过程改变传统叉机式取货方式，利用取送机构203自行取货；同样地受到激光导引的作用下，电气控制箱6会再次控制传动装置4，使得引导载物升降台2将取得的货物自动放在固定的位置。本发明在基于视觉定位的激光引导下将货物自动堆垛，整个过程无需人工介入，而且载物升降台2改变传统的取货送货结构，实现无损精确的取送货功能。

如图1和图2所示，载物升降台2包括固定设置在支撑立柱3上的升降座201，升降座201的下端连接有水平方向的伸缩载物台202，伸缩载物台202 的上表面设置有取送机构203，升降座201内设置有断线应急装置207，传动装置4与载物升降台2的连接处设置有过载保护装置206。

载物升降台2为了便于在取放货物时保证取放稳定，其次做到取放货物时不直接接触货物避免货物在取放时受到损坏，设置的取送机构203能够在取货时直接抓取货物下面的置物板204，做到不与货物直接接触，而且抓取稳定。升降座201内设置的断线应急装置207避免堆垛机在工作过程出现钢丝断裂导致载物升降台2掉落的情况出现。过载保护装置206避免了载物升降台2在抓取超载的货物时自动断电，避免出现过载危险。

如图2所示，本发明中传动装置4包括卷轮403，卷轮403上连接有卷轮驱动电机404，行走上横梁1上设置有辅助定滑轮402，辅助定滑轮402与卷轮403之间通过承力钢绳401连接，承力钢绳401的另一端与载物升降台2 连接。

传动装置4工作过程为，卷轮403受电机控制，卷轮403在正向转动时承力钢绳401会绕制在卷轮403上，此时承力钢绳401通过辅助定滑轮402 拉动载物升降台2，此时载物升降台2在支撑立柱3上做上升运动；当卷轮 403负向转动时载物升降台2会沿着支撑立柱3做下降运动。

如图3所示，伸缩载物台202的上端设置有取送机构203，取送机构203 的下端连接在履带驱动电机205。

履带驱动电机205驱动取送机构203上的取送履带2031，达到抓取送出货物的能力。

如图4所示，本发明中伸缩载物台202内设置有第一推送板2021，第一推送板2021的下端设置有主传动齿条2026，第一推送板2021的头部连接有第二推送板2023，第二推送板2023的头部连接有第三推送板2025，第一推送板2021左右两侧对称设置有水平行走轮2022，第一推送板2021与第二推送板2023之间设置有副齿条2024，第三推送板2025的头部设置有接收激光信号的激光接收器2029。

伸缩载物台202在抓取或者送出货物时需要做伸缩操作，整个绳索操作的过程为，轴驱动电机2028驱动动力输入轴2027，此时动力输入轴2027会带着主传动齿条2026在水平方向前后移动，此时第一推送板2021会沿着主传动齿条2026前后运动，为了便于第一推送板2021在运动时左右平衡，设置的水平行走轮2022保证第一推送板2021平衡的同时，利用滚动减小接触摩擦。第一推送板2021会带着第二推送板2023移动，当第二推送板2023的长度仍不能满足取放过程的伸出长度时，此时第二推送板2023会继续带着第三推送板2025向外延伸。推送回收过程为推出过程的反过程不过多阐述。

如图5所示，本发明中取送机构203包括设置在伸缩载物台202上表面的且左右互相对称的两组取送履带2031，两组取送履带2031之间设置有取送槽2034，取送槽2034内设置有可自由取送的置物板204。

取送机构203上的伸缩载物台202是为了便于安放置物板204，左右互相对称的两组取送履带2031在受到履带驱动电机205的驱动下同时向内或者向外转动，使得两取送履带2031吞入或者吐出置物板204，置物板上放置有货物，达到货物的取送，实现堆垛机堆垛功能。

如图6所示，本发明中置物板204包括板面2041，板面2041的左右两边均设置有板面包边2042，板面包边2042的外表面设置有运送齿带2043。

如图7所示，本发明中取送履带2031包括履带面20311，履带面20311 的外表面上设置有齿带扣板20312，齿带扣板20312上均匀设置有若干扣槽 20313。

本发明中取送履带2031取送置物板204的原理是，置物板204的两侧面设置的运送齿带2043会在运动的取送履带2031下吞入或者送出，而且齿带和扣槽20313互相咬合，保证置物板204在堆垛时的稳定性。

如图8所示，本发明中行走底架5包括底架本体501，且底架本体501的左右两侧设置有走轮驱动电机504，走轮驱动电机504用以驱动行走下轮502，的上表面设置的立柱安装板506，用以固定连接支撑立柱3。

如图9所示，本发明中断线应急装置207的左右两端连接有升降座侧壁 2011，升降座侧壁2011的壁身上均匀设置有若干防脱孔2012。

如图9所示，本发明中断线应急装置207包括断绳保护室2071，断绳保护室2071的中间位置处设置有两个引导轮2072，引导轮2072的上方设置有重力承载轴2073，重力承载轴2073与引导轮2072之间通过承力钢绳401连接，承力钢绳401的左右两端均连接有质量滑块2074，质量滑块2074与其相邻的引导轮2072之间设置有压紧弹簧2075，质量滑块2074远离压紧弹簧2075 的一端设置有销接头2076。

断线应急装置207的工作过程是，断绳保护室2071内设置的两个引导轮 2072，引导轮2072的上端设置的重力承载轴2073连同承力钢绳401共同组成拉紧系统，当承力钢绳401在某一时刻断裂时，由承力钢绳401牵引的质量滑块2074的力瞬间消失，此时压缩的压紧弹簧2075瞬间弹出带着质量滑块2074向外移动，而且质量滑块2074外的销接头2076会销接在升降座侧壁 2011的防脱孔2012内，达到固定载物升降台2的目的，避免载物升降台2直接掉落，造成危险。

如图10所示，本发明中过载保护装置206包括水平横杆2061，水平横杆 2061的杆身内设置有旋转上轮2063，旋转上轮2063的下端连接有定滑轮 2069，水平横杆2061的右端连接有置物端2062，水平横杆2061的左端连接有开合控制器2064，开合控制器2064左上端设置有导体开关2068。

如图10所示，本发明中开合控制器2064包括连接在水平横杆2061的左下端的钢柱2067，钢柱2067的柱身周围设置有伸缩弹簧2065，钢柱2067的正下端设置有永磁体2066。

过载保护装置206的具体工作过程为，水平横杆2061形成一个杠杆此时置物端2062和开合控制器2064为杠杆两端，设置好合适的力臂比之后即可根据杠杆原理设置置物端2062的大致最大承受压力的情况。当货物过载时，置物端2062会将水平横杆2061压动且水平横杆2061顺着旋转上轮2063向右倾斜，开合控制器2064内的钢柱2067与永磁体2066的引力难以维系整个杠杆的平衡，故永磁体2066与钢柱2067分离，因为导体开关在开合控制器 2064的上端，一旦开合控制器2064分开后导体开关立即断开，此时整个堆垛机停止工作，避免货物超载带来的一系列危险发生。

如图11所示，一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机的使用方法，包括以下步骤：

步骤100、根据激光源强度大小，设定激光接收器的激光分辨力参数，满足当激光源正对激光接收器时视为检测到激光源，其他条件视为未检测到激光源；

步骤200、通过改变电机控制编码，设定各个电机转速参数；

步骤300、检测各个部件螺丝扭矩，拉线张力；

步骤400、装置运行前，通电试行，测试多种条件下引堆垛机处理状况；

步骤500、准备就绪后开始通电工作。

在步骤100中，具体步骤为：

步骤101、调节激光接收器的俯仰角度，保证激光接收器能够在定位位置处接收最强的激光，增加定位的准确性；

步骤102、调节激光光源的光照强度，在满足激光接收器能够辨别激光光源位置的情况下，设置合适的激光光源，减少不必要的损耗。

在步骤400中的多种条件测试包括底架上梁行走平稳度测试，取送机构精确度测试，过载测试以及断电安全性测试。

本发明的优点在于本发明利用载物升降台上设置的取送机构直接取送安放货物的置物板，堆垛过程也是将置物板连同货物一起堆垛，实现了堆垛过程堆垛机和货物的非接触取送功能，利用激光导引的高精确性，实现精准堆垛；同时，断线应急装置和过载保护装置有效避免了堆垛过程出现的危险，有效地解决背景技术提出的问题。

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 (7)

1.一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机，包括行走上横梁（1）、支撑立柱（3）、载物升降台（2）、传动装置（4）、行走底架（5）和电气控制箱（6），其特征在于：所述行走上横梁（1）与行走底架（5）上下平行设置，所述支撑立柱（3）垂直连接在行走上横梁（1）与行走底架（5）之间，传动装置（4）设置在支撑立柱（3）的右侧，所述载物升降台（2）通过传动装置（4）连接在支撑立柱（3）上，所述电气控制箱（6）设置在行走底架（5）的上方；

所述载物升降台（2）包括固定设置在所述支撑立柱（3）上的升降座（201），所述升降座（201）的下端连接有水平方向的伸缩载物台（202），所述伸缩载物台（202）的上表面设置有取送机构（203），所述升降座（201）内设置有断线应急装置（207），所述传动装置（4）与所述载物升降台（2）的连接处设置有过载保护装置（206）；

所述取送机构（203）包括设置在伸缩载物台（202）上表面的且左右互相对称的两组取送履带（2031），两组取送履带（2031）之间设置有取送槽（2034），所述取送槽（2034）内设置有可自由取送的置物板（204）；

所述取送履带（2031）包括履带面（20311），所述履带面（20311）的外表面上设置有齿带扣板（20312），所述齿带扣板（20312）上均匀设置有若干扣槽（20313）；

所述置物板（204）包括板面（2041），所述板面（2041）的左右两边均设置有板面包边（2042），所述板面包边（2042）的外表面设置有运送齿带（2043）。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机，其特征在于：所述传动装置（4）包括卷轮（403），所述卷轮（403）上连接有卷轮驱动电机（404），所述行走上横梁（1）上设置有辅助定滑轮（402），所述辅助定滑轮（402）与卷轮（403）之间通过承力钢绳（401）连接，所述承力钢绳（401）的另一端与所述载物升降台（2）连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机，其特征在于：所述伸缩载物台（202）内设置有第一推送板（2021），所述第一推送板（2021）的下端设置有主传动齿条（2026），所述第一推送板（2021）的头部连接有第二推送板（2023），所述第二推送板（2023）的头部连接有第三推送板（2025），所述第一推送板（2021）左右两侧对称设置有水平行走轮（2022），第一推送板（2021）与第二推送板（2023）之间设置有副齿条（2024），所述第三推送板（2025）的头部设置有接收激光信号的激光接收器（2029）。

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机，其特征在于：所述过载保护装置（206）包括水平横杆（2061），所述水平横杆（2061）的杆身内设置有旋转上轮（2063），所述旋转上轮（2063）的下端连接有定滑轮（2069），水平横杆（2061）的右端连接有置物端（2062），水平横杆（2061）的左端连接有开合控制器（2064），所述开合控制器（2064）左上端设置有导体开关（2068）。

5.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机，其特征在于，该基于视觉定位的智能激光导引堆垛机的使用方法，包括以下步骤：

步骤100、根据激光源强度大小，设定激光接收器的激光分辨力参数，满足当激光源正对激光接收器时视为检测到激光源，其他条件视为未检测到激光源；

步骤200、通过改变电机控制编码，设定各个电机转速参数；

步骤300、检测各个部件螺丝扭矩，拉线张力；

步骤400、装置运行前，通电试行，测试多种条件下引堆垛机处理状况；

步骤500、准备就绪后开始通电工作。

6.根据权利要求5所述的一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机，其特征在于：在步骤100中，具体步骤为：

步骤101、调节激光接收器的俯仰角度，保证激光接收器能够在定位位置处接收最强的激光，增加定位的准确性；

步骤102、调节激光光源的光照强度，在满足激光接收器能够辨别激光光源位置的情况下，设置合适的激光光源，减少不必要的损耗。

7.根据权利要求5所述的一种基于视觉定位的智能激光导引堆垛机，其特征在于：在步骤400中的多种条件测试包括底架上梁行走平稳度测试，取送机构精确度测试，过载测试以及断电安全性测试。

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