CN110421542B - 一种箱类包裹装卸智能机器人 - Google Patents

Abstract

一种箱类包裹装卸智能机器人，包括移动行走小车系统、抬升伸缩输送系统、伸缩式机械手臂系统、机械手系统、感知图像识别系统、电脑控制及视屏作业系统、可充电电池系统和转向关节传感器，所述移动行走小车系统的车体与电脑控制及视屏作业系统紧固连接，电脑控制及视屏作业系统与伸缩式机械手臂系统活动连接，伸缩式机械手臂系统通过转向关节传感器与机械手系统连接，所述感知图像识别系统与电脑控制系统活动连接，移动行走小车系统的车体上安装抬升伸缩输送系统，所述移动行走小车系统的车体内安装可充电电池系统。本发明提供了一种有效适用于各种工作环境、适用性较好、精度较高的箱类包裹装卸智能机器人。

Description

一种箱类包裹装卸智能机器人

技术领域

本发明涉及一种装卸机器人，尤其是一种箱类包裹装卸智能机器人。

背景技术

在动态过程中解决箱类包裹物品堆垛码放与拆垛，用机器人替代人工搬运是物流行业需要解决的问题。使用机器人实现对箱式包装货物及袋装包裹货物堆齐码放和拆垛，或在物流车箱体内对箱式包装货物或包裹类货物装卸，可通过智能图像识别技术与精准机械手和行走定位电瓶小车等设备组成智能工业机器人完成。技术涉及图像识别分析技术、力传感器的动态标定技术、感知设备系统技术、高端装备精确测控和定位导航等方面的关键技术。是物流行业对已进行包装后物体搬运前端如何实现智能机器人自动感知装卸的重要研究方向，是机器人制造研发与功能化的具体应用，受到科技界日益重视。现在物流行业已有使用机器设备对包装物体的物品码放装卸，但缺少能自动行走装卸搬运的机器设备，往往是通过人工完成。

现代物流要求对货运物品车车载运输必须有包装，当今车载包装物品装卸堆放模式是以移动人工直接装卸为主，装或卸过程因人工搬运劳动强度大，而时有发生抛丢违规操作现象；也有企业在仓储搬运包装物过程中使用机器设备，但堆放包装物品时，经运输设备将货物输送到指定地方，再由人工按规定码垛叠放。反之亦然，拆卸货由人工将堆放的包装物品搬放于输送设备，输送设备再将包装货物输送出来完成作业。凡是出现移动装卸基本是采用人工搬运装卸(如对车厢体内按排放置的包装物品装卸)。处理人机交互的节点是解决由机器替代人工装卸转换的关键所在，即在移动装卸搬运过程中将物品搬离开的最前端起步点，或物品输送到最末端需整齐堆放前的端位，一直来是人工与机器之对接节点棘手的技术难题，更何况十分突出是需要在移动过程中解决的问题。

发明内容

为了克服已有技术装卸机器人的无法适用于各种工作环境、适用性较差、精度较低的不足，本发明提供了一种有效适用于各种工作环境、适用性较好、精度较高的箱类包裹装卸智能机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种箱类包裹装卸智能机器人，包括移动行走小车系统、抬升伸缩输送系统、伸缩式机械手臂系统、机械手系统、感知图像识别系统、电脑控制及视屏作业系统、可充电电池系统和转向关节传感器，所述移动行走小车系统的车体与电脑控制及视屏作业系统紧固连接，电脑控制及视屏作业系统与伸缩式机械手臂系统活动连接，伸缩式机械手臂系统通过转向关节传感器与机械手系统连接，所述感知图像识别系统与电脑控制系统活动连接，移动行走小车系统的车体上安装抬升伸缩输送系统，所述移动行走小车系统的车体内安装可充电电池系统。

进一步，所述的伸缩式机械手臂系统的手臂上装有测距定位传感器，所述转向关节传感器与机械手系统连接，所述机械手系统为可换动态加载式力传感器机械手或吸盘机械手系统。

再进一步，所述的伸缩式机械手臂系统在夹取箱类物品移动时，抬升伸缩输送系统同步同向延伸到物品底部，输送系统前端抬升机械手顺势接托举抬包装物品，施加与其移动方向有利的平面支撑力，同时抬升伸缩输送系统将物品传输到后端位，包裹类物品同样适应，抬升伸缩输送系统具有感知自动调整功能。

更进一步，所述的将放置输送线后端的物品由抬升伸缩输送系统传输到前端位，同时抬升伸缩输送线升或降至需要码放位置，前端抬升机械手同步提供一个顺势倾斜角度，伸缩式机械手臂系统同步夹取物品叠放至规定货位码放；若为吸盘机械手系统，同样抬升伸缩输送系统在物品输送到的抬升机械手位置端时，吸盘机械手系统同步将吸移包装物品推送到指定货位，放开吸盘；同样可换动态加载式力传感器机械手能将软包装包裹物品码放到指定位置。

所述的机械手系统装有转向关节传感器，通过多种图像感知传感器系统，能识别物品大小、形状、尺寸、色彩、重量，及时控制机械手调整姿势，完成对包装物品拨移、抓夹、翻转、吸放；所述的转向关节传感器协调机械手通过动态加载式力传感器实现对软包装物品抓放，抬升伸缩输送系统协同升降延展配合，实现对软包装物品装卸或按规则叠放作业功能。

在装卸过程中通过感知图像识别系统智能调整移动行走小车系统步进转向身姿，配合机械手系统将抬升伸缩输送系统升降到最佳位置。，移动行走小车系统、抬升伸缩输送系统、伸缩式机械手臂及机械手均能独立摆动与调整角度，在运载车厢内能自动调整装卸位置；

移动行走小车系统两侧装有悬架倾斜装置，让作用在车身两侧的弹簧力和阻尼力均可分解为垂直分力和水平分力，其中水平分力分别指向车身中心，用来纠正车身的姿态和重心位置；使用一种电控阻尼-拉力复合器，车身侧倾振动可得以有效控制，从而可大幅度降低瞬态侧翻阈值，车身姿态由安装车体内电脑智能动态调节。

在装卸过程中转向关节传感器与机械手通过感知图像识别系统，对装卸物品包装体实时感知识别，采集物品包装图像、状态、距离、尺寸、物重等运行数据与电脑控制及视屏作业系统中预留识别比对数据库，重量传感器配合机械手对包装物品抓夹、输送、码放等全程作业，拒绝超宽体积、超重物体、非标物品作业，保证机器人运行安全规范和周边人与物的作业安全。

所述的移动行走小车系统装有轮式或履带式行走装置，能够爬升坡度及通过装卸月台或升降平台驶入运输车体内，电脑控制及视屏作业系统能与作业环境中的其他自控设备设定衔接，抬升伸缩输送系统调度指挥后端系统设备，同步对接箱类或包裹包装物品之间的运行传递，智能调整包装物品在抬升伸缩输送系统上行走姿态，具有报警停机保护功能，做到全场景观监控拍摄并记录运行轨迹及回放。

所述的电脑控制及视屏作业系统对移动行走小车系统装有电池的电量进行监控，当电量不足具备报警功能，能自动寻址充电，带有自动接触式充电功能装载。

所述的电脑控制及视屏作业系统对移动行走小车系统装有运行显示及声控报警功能系统，系统具备声控命令及远程人机对话功能，人工指令优于机器指令。

本发明的技术构思为：设计组装一台具有特定功能的智能机器人。将装卸货物的机械手固定在智能机器人移动小车上，小车行走到指定位置定位，通过感应图像传感器对叠放物品及包装形状识别，机械手臂指向伸缩，机器手力传感器感应抓取(或吸盘机械手)，传输平台自动接取包装物品输送至后端，机器人系统同时调度后端机器传输设备，协同接力输送，完成卸货作业。反之亦然，对后端输送过来的箱包物品，机械手按规则码放。机器人按调度指令，行走到规定区域或指定的车体内，在装卸物品时根据现场包装物品取放进度，自动前后步进及左右移动，在计算机系统任务指令下一气呵成，整个过程智能连贯全自动完成。

机器人附带升降输送系统及机械手臂有升降与伸缩功能，配置有夹包抓取机械手、关节抓取机械手、吸盘机械手、抬升机械手等，通过各类传感器与机械手臂相连接，机械手可根据场景调换，有作业过程有声控灯光提示及报警功能。

本发明的有益效果主要表现在：本发明提出了一种采用定制机器设备，解决物品在搬运过程及在指定车厢体内，能按顺序移动装卸箱类包裹并按规定叠放方案。本发明还兼顾了动态标定技术，克服了现有动态标定技术存在着力传感器被置于振动环境中的缺陷，做到对图像识别及标定精度和运行量程更具精准性。从公开发表的研究成果看，国内外还没有这类专门机器设备，也没有可移动进入运输车辆箱体内完成箱类包裹搬运任务的智能装卸机器人。本发明这款由机器人直接替代人工完成包装箱或包裹装卸作业，能适应各类工作环境、减少劳动强度、降低人工成本。

附图说明

图1是箱类包裹装卸智能机器人右侧装置结构示意图。

图2是箱类包裹装卸智能机器人正面装置结构示意图。

图3是箱类包裹装卸智能机器人左侧装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种箱类包裹装卸智能机器人，包括移动行走小车系统1、抬升伸缩输送系统2、伸缩式机械手臂系统3、可换动态加载式力传感器机械手(或吸盘机械手系统)4、感知图像识别系统5、电脑控制及视屏作业系统6、可充电电池系统7，转向关节传感器8、抬升机械手9、显示及声控报警功能系统10等功能设备，其特征在于：移动行走小车车体1与电脑控制及视屏作业系统6紧固连接，电脑控制及视屏作业系统6与伸缩式机械手臂系统3活动连接，伸缩式机械手臂系统3通过转向关节传感器8与机械手(或吸盘系统)4连接，感知图像识别系统5与电脑控制系统6活动连接，移动行走小车车体1上安装抬升伸缩输送系统2、其内安装可充电电池系统7，共同组装成一台装卸智能机器人。在其六自由度空间中，力传感器机械手臂系统3与抬升伸缩输送系统2、完成对包装物品装卸之受力方向一致的自由度同步协调移动。

进一步，所述的伸缩式机械手臂上装有测距定位传感器，伸缩行程精准快捷；伸缩式机械手臂系统3之转向关节传感器8当与安装力传感器之夹抓机械手4连接，夹抓物品感知可控，机械握力适度；若当夹抓机械手4调换为吸盘机械手，箱类吸提传感器系统通过感知包装物材质，吸移物品；若当机械手4更换为关节抓取机械手时，通过动态加载式力传感器能对软包装包裹物品进行感知抓放，实现对软包装物品装卸作业。

再进一步，所述的伸缩式机械手臂系统3在夹取箱类物品移动时，抬升伸缩输送系统2同步同向延伸到物品底部，输送系统前端抬升机械手9顺势接托举抬包装物品，施加与其移动方向有利的平面支撑力，同时输送系统将物品传输到后端位，包裹类物品同样适应，抬升伸缩输送系统2具有感知自动调整功能。

更进一步，所述的将放置输送线后端的物品由抬升伸缩输送系统2传输到前端位，同时抬升伸缩输送线升或降至需要码放位置，前端抬升机械手9同步提供一个顺势倾斜角度，伸缩式机械手臂系统3同步夹取物品叠放至规定货位码放；若为吸盘机械手，同样抬升伸缩输送系统2在物品输送到的抬升机械手9位置端时，吸盘机械手4同步将吸移包装物品推送到指定货位，放开吸盘；同样关节抓取机械手4能将软包装包裹物品码放到指定位置。

所述的机械手4装有转向关节传感器8，通过多种图像感知传感器系统，能识别物品大小、形状、尺寸、色彩、重量，及时控制机械手调整姿势，完成对包装物品拨移、抓夹、翻转、吸放。

所述的转向关节传感器8协调机械手4通过动态加载式力传感器实现对软包装物品抓放，抬升伸缩输送系统2协同升降延展配合，实现对软包装物品装卸或按规则叠放作业功能。

所述的在装卸过程中通过感知图像识别系统5智能调整移动行走小车系统1步进转向身姿，配合机械手4将抬升伸缩输送系统2升降到最佳位置。移动行走小车系统1、抬升伸缩输送系统2、伸缩式机械手臂3及机械手4均能独立摆动与调整角度，在运载车厢内能自动调整装卸位置。

移动行走小车系统1两侧装有悬架倾斜装置，让作用在车身(悬挂质量)两侧的弹簧力和阻尼力均可分解为垂直分力和水平分力，其中水平分力分别指向车身中心，用来纠正车身的姿态和重心位置。使用一种电控阻尼-拉力复合器，车身侧倾振动可得以有效控制，从而可大幅度降低瞬态侧翻阈值，车身姿态由安装车体内电脑智能动态调节。

所述的在装卸过程中转向关节传感器8与机械手4通过感知图像识别系统5，对装卸物品包装体实时感知识别，采集物品包装图像、状态、距离、尺寸、物重等运行数据与电脑控制及视屏作业系统6中预留识别比对数据库，重量传感器配合机械手4对包装物品抓夹、输送、码放等全程作业，拒绝超宽体积、超重物体、非标(事先未输入数据)物品作业，保证机器人运行安全规范和周边人与物的作业安全。

所述的移动行走小车系统1装有轮式或履带式行走装置，能够爬升坡度及通过装卸月台或升降平台驶入运输车体内，电脑控制及视屏作业系统6能与作业环境中的其他自控设备设定衔接，抬升伸缩输送系统2调度指挥后端系统设备，同步对接箱类或包裹包装物品之间的运行传递，智能调整包装物品在抬升伸缩输送系统2上行走姿态，具有报警停机保护功能。做到全场景观监控拍摄并记录运行轨迹及回放。

所述的电脑控制及视屏作业系统6对移动行走小车系统1装有电池的电量进行监控，当电量不足具备报警功能，能自动寻址充电，带有自动接触式充电功能装载。

所述的电脑控制及视屏作业系统6对移动行走小车系统1装有运行显示及声控报警功能系统10，系统具备声控命令及远程人机对话功能，人工指令优于机器指令。

本实施例的基本工作过程：箱类包装装卸智能机器人能随着码垛装卸进度过程自动定位行走作业。根据物品的外包装物质材料可配置调换夹板、手指、吸盘、关节及其他种类机械手，适应抓取不同需要的箱类和包裹包装物品。机械手臂与传输系统协调配合，实现包装物品快速传递，根据装卸物品输送速度，机器人能按场景距离变化同步自动定位进行拆卸或码垛。

箱类包裹装卸智能机器人作业过程为自动控制，可重复编程，所有的运动均按程序运行，能按作业需要驶入箱式车体内进行装卸作业。

箱包智能装卸机器人能用于恶劣的环境，能长期工作。

Claims (6)

1.一种箱类包裹装卸智能机器人，其特征在于，所述机器人包括移动行走小车系统、抬升伸缩输送系统、伸缩式机械手臂系统、机械手系统、感知图像识别系统、电脑控制及视屏作业系统、可充电电池系统和转向关节传感器，所述移动行走小车系统的车体与电脑控制及视屏作业系统紧固连接，电脑控制及视屏作业系统与伸缩式机械手臂系统活动连接，伸缩式机械手臂系统通过转向关节传感器与机械手系统连接，所述感知图像识别系统与电脑控制及视屏作业系统活动连接，移动行走小车系统的车体上安装抬升伸缩输送系统，所述移动行走小车系统的车体内安装可充电电池系统；

所述的伸缩式机械手臂系统的手臂上装有测距定位传感器，所述转向关节传感器与机械手系统连接，所述机械手系统为可换动态加载式力传感器机械手或吸盘机械手系统；

所述的伸缩式机械手臂系统在夹取箱类物品移动时，抬升伸缩输送系统同步同向延伸到物品底部，抬升伸缩输送系统前端的抬升机械手顺势接托举抬包装物品，施加与其移动方向有利的平面支撑力，同时抬升伸缩输送系统将物品传输到后端位，包裹类物品同样适应，抬升伸缩输送系统具有感知自动调整功能；

将放置在输送线后端的物品由抬升伸缩输送系统传输到前端位，同时抬升伸缩输送线升或降至需要码放位置，前端抬升机械手同步提供一个顺势倾斜角度，伸缩式机械手臂系统同步夹取物品叠放至规定货位码放；若为吸盘机械手系统，抬升伸缩输送系统在物品输送到的抬升机械手位置端时，吸盘机械手系统同步将吸移包装物品推送到指定货位，放开吸盘；若为可换动态加载式力传感器机械手，则将软包装包裹物品码放到指定位置；

在装卸过程中通过感知图像识别系统智能调整移动行走小车系统步进转向身姿，配合机械手系统将抬升伸缩输送系统升降到最佳位置，移动行走小车系统、抬升伸缩输送系统、伸缩式机械手臂系统及机械手系统均能独立摆动与调整角度，在运载车厢内能自动调整装卸位置；

移动行走小车系统两侧装有悬架倾斜装置，让作用在车身两侧的弹簧力和阻尼力均可分解为垂直分力和水平分力，其中水平分力分别指向车身中心，用来纠正车身的姿态和重心位置；使用一种电控阻尼-拉力复合器，车身侧倾振动可得以有效控制，从而可大幅度降低瞬态侧翻阈值，车身姿态由安装车体内电脑智能动态调节。

2.如权利要求1所述的箱类包裹装卸智能机器人，其特征在于：所述的机械手系统装有转向关节传感器，通过多种图像感知传感器系统，能识别物品大小、形状、尺寸、色彩、重量，及时控制机械手调整姿势，完成对包装物品拨移、抓夹、翻转、吸放；所述的转向关节传感器协调机械手通过动态加载式力传感器实现对软包装物品抓放，抬升伸缩输送系统协同升降延展配合，实现对软包装物品装卸或按规则叠放作业功能。

3.如权利要求1所述的箱类包裹装卸智能机器人，其特征在于，在装卸过程中转向关节传感器与机械手系统通过感知图像识别系统，对装卸物品包装体实时感知识别，采集物品包装图像、状态、距离、尺寸、物重运行数据与电脑控制及视屏作业系统中预留识别比对数据库，重量传感器配合机械手对包装物品抓夹、输送、码放全程作业，拒绝超宽体积、超重物体、非标物品作业，保证机器人运行安全规范和周边人与物的作业安全。

4.如权利要求1所述的箱类包裹装卸智能机器人，其特征在于，所述的移动行走小车系统装有轮式或履带式行走装置，能够爬升坡度及通过装卸月台或升降平台驶入运输车体内，电脑控制及视屏作业系统能与作业环境中的其他自控设备设定衔接，抬升伸缩输送系统调度指挥后端系统设备，同步对接箱类或包裹包装物品之间的运行传递，智能调整包装物品在抬升伸缩输送系统上行走姿态，具有报警停机保护功能，做到全场景观监控拍摄并记录运行轨迹及回放。

5.如权利要求1所述的箱类包裹装卸智能机器人，其特征在于，所述的电脑控制及视屏作业系统对移动行走小车系统装有电池的电量进行监控，当电量不足具备报警功能，能自动寻址充电，带有自动接触式充电功能装载。

6.如权利要求1所述的箱类包裹装卸智能机器人，其特征在于，所述的电脑控制及视屏作业系统对移动行走小车系统装有运行显示及声控报警功能系统，系统具备声控命令及远程人机对话功能，人工指令优于机器指令。