CN111646071A - 一种智能货柜及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能货柜及其使用方法，包括：柜体；双工位货口，包括上货口及取货口，每个货口上均设有电动货门；货架框架；三坐标机械抓取组件；视觉传感器、红外测距仪；货架板组件；控制平板电脑，设置在柜体的外体侧壁上，通过控制电路分别与可移动式的货架板组件、三坐标机械抓取组件、视觉传感器连接。与现有技术相比，本发明通过采用分层叠加方式的货架板，且每层中相邻的货架板之间没有阻隔，大大提高了货柜的空间利用率；通过设置的三坐标机械抓取组件、可移动货架板组件，提高了本发明的工作效率；通过货架框架的一体式结构的设置，使得本发明的承重能力远远高于现有技术中的立式货柜的承重能力。

Description

一种智能货柜及其使用方法

技术领域

本发明涉及货柜技术领域，具体为一种智能货柜及其使用方法。

背景技术

现有的智能货柜(含智能快递柜)一般具备以下缺陷：

1、大多做不到全立体，即使做到全立体也不能通过车辆载体变成可移动方式工作；2、都是以立起货架格的方式进行存放货物，导致物品必须要严格依赖货架格的尺寸，货物尺寸不能超过货架格，造就了货架格的大小会有许多不同；3、货架单元大多数是不能独立移动的，即使有简单的移动，载重量以及外形尺寸也会大大受到限制；4、在存取货物方式上，立起货架格跟取货结构是不能同时运动的，取货结构必须依赖立起货架格固定位置，同时也增加了取货的工作时效；5、在设计容量上(以丰巢八面柜为例)虽然做到了立体空间最大化，但是大部空间还是给了立起货架格本体跟取货结构本体，造成了空间上的巨大浪费。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种智能货柜及其使用方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种智能货柜，包括：

柜体，包括移动载体使用和固定使用两种使用方式；

双工位货口，位于柜体内部，包括上货口及取货口，每个货口上均设有电动货门；

货架框架，位于柜体内且为一体式结构；

三坐标机械抓取组件，用于抓取货物，设置在货架框架的上顶部，三坐标机械抓取组件中的Z轴以伸缩的方式进行上下运动；

视觉传感器、红外测距仪，设置在三坐标机械抓取组件上用于计算货物的尺寸以便于三坐标机械抓取组件精确抓取；

货架板组件，用于承放货物，设置在货架框架上且位于三坐标机械抓取组件的下方，货架板组件上下设有若干组，每组货架板组件均包括若干个水平依次分布的货架板，位于最下方的货架板组件为固定式结构，其余各组货架板组件均为可移动式结构；

控制平板电脑，设置在柜体的外体侧壁上，通过控制电路分别与可移动式的货架板组件、三坐标机械抓取组件、视觉传感器连接，通过控制三坐标机械抓取组件在视觉传感器的视觉辅助下，并同时控制可移动式的货架板组件中的货架板移动，以实现对任意一组货架板组件上的任意一个货架板上的货物进行精确抓取。

进一步地，所述电动货门与控制平板电脑通过控制电路连接以受控制平板电脑控制开合。

进一步地，所述三坐标机械抓取组件包括对称分布在货架框架上顶部的X轴皮带导轨、与X轴皮带导轨连接的X轴伺服电机、设置在X轴皮带导轨之间的Y轴导轨、与Y轴导轨连接的Y轴伺服电机、设置在Y轴导轨上的分段气缸，所述分段气缸上设有用于抓取货物的真空吸盘，对称分布的X轴皮带导轨之间通过X轴传动轴连接。

进一步地，所述视觉传感器、红外测距仪对应设置在分段气缸的底部。

进一步地，可移动式的货架板组件包括对称分布在货架框架两侧的可移动离合导轨、设置在可移动离合导轨端部的可移动离合导轨伺服电机，可移动式的货架板组件中的货架板依次安装在可移动离合导轨上。

进一步地，所述柜体的外体侧壁上设有用于投放传媒广告的选装LED屏幕。

一种智能货柜的使用方法，包括上货步骤和取货步骤，其中上货步骤如下：

(一)将货物放入上货口内；

(二)三坐标机械抓取组件移动至上货口上方，视觉传感器以及红外测距仪计算货物的尺寸；

(三)控制平板电脑根据由视觉传感器以及红外测距仪得到的货物尺寸数据进行数据处理，计算出一个与该货物尺寸数据相应的货架板的位置数据，并将该位置数据传输至三坐标机械抓取组件上；

(四)控制平板电脑控制三坐标机械抓取组件根据该位置数据进行运动，将货物抓取并放入相应的货架板上。

进一步地，所述取货步骤如下：

(S1)在控制平板电脑内找到待取货物的尺寸数据；

(S2)控制平板电脑将该尺寸数据对应的货架板位置数据传输至三坐标机械抓取组件上；

(S3)控制平板电脑控制三坐标机械抓取组件根据该位置数据运动至对应的货架板上方；

(S4)控制平板电脑控制三坐标机械抓取组件将货架板上的货物抓取并放入取货口内。

进一步地，若上货步骤、取货步骤中出现货架板干涉货物放置、拿取时，通过控制平板电脑控制存在干涉的货架板水平移动避让，待货物放置、拿取完成后，再次控制存在干涉的货架板复位。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明通过采用分层叠加方式的货架板，且每层中相邻的货架板之间没有阻隔，大大提高了货柜的空间利用率；通过设置的三坐标机械抓取组件、可移动货架板组件，提高了本发明的工作效率；通过货架框架的一体式结构的设置，使得本发明的承重能力远远高于现有技术中的立式货柜的承重能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明的整体外部结构示意图；

图2为本发明的整体内部结构示意图；

图3为本发明中三坐标机械抓取组件的结构示意图；

图4为本发明中货架板组件的结构示意图。

图中：1-柜体；2-上货口；3-取货口；4-电动货门；5-控制平板电脑；6-货架框架；7-视觉传感器；8-红外测距仪；9-X轴皮带导轨；91-X轴传动轴；10-X轴伺服电机；11-Y轴导轨；12-Y轴伺服电机；13-分段气缸；14-真空吸盘；15-可移动离合导轨；16-可移动离合导轨伺服电机；17-货架板；18-选装LED屏幕。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。

如图1和图2所示，一种智能货柜，包括：

柜体1，包括移动载体使用和固定使用两种使用方式；

双工位货口，位于柜体1内部，包括上货口2及取货口3，每个货口上均设有电动货门4；

货架框架6，位于柜体1内且为一体式结构；

三坐标机械抓取组件，用于抓取货物，设置在货架框架6的上顶部，三坐标机械抓取组件中的Z轴以伸缩的方式进行上下运动；

视觉传感器7、红外测距仪8，设置在三坐标机械抓取组件上用于计算货物的尺寸以便于三坐标机械抓取组件精确抓取；

货架板组件，用于承放货物，设置在货架框架6上且位于三坐标机械抓取组件的下方，货架板组件上下设有若干组，每组货架板组件均包括若干个水平依次分布的货架板17，位于最下方的货架板组件为固定式结构，其余各组货架板组件均为可移动式结构；

控制平板电脑5，设置在柜体1的外体侧壁上，通过控制电路分别与可移动式的货架板组件、三坐标机械抓取组件、视觉传感器连接，通过控制三坐标机械抓取组件在视觉传感器的视觉辅助下，并同时控制可移动式的货架板组件中的货架板17移动，以实现对任意一组货架板组件上的任意一个货架板17上的货物进行精确抓取。

作为本发明的进一步改进，柜体1呈长方体状结构，所述柜体1除了可以进行移动载体使用和固定使用外，还可以在外部增加制冷装置，进行冷链使用。

所述上货口2及取货口3左右分布在柜体1的前方，所述电动货门4与控制平板电脑5通过控制电路连接以受控制平板电脑5控制开合。

所述控制平板电脑5设置在柜体1外体右侧壁上且位于前方处位置，与控制平板电脑5同一侧的柜体1外体侧壁上还设有用于投放传媒广告的选装LED屏幕18。

所述货架框架6为独立加工的整体部件，因此在承重方面远远强于与现有的立式货柜。

本发明中货架板组件设有三组，上下对应分布在货架框架6上，货架板组件的数量可以根据实际需求以及条件空间继续增加，每组货架板组件中的货架板17均设有六个，所述货架板17数量也是可以根据实际需求以及条件空间继续增加的。

三组货架板组件中位于最下方的一组货架板组件为固定式结构，其余两组货架板组件为可移动式结构，其目的在于，便于三坐标机械抓取组件对最下方货架板组件上的货物进行放置和拿取，以及不干涉三坐标机械抓取组件对最下方货架板组件上的货物进行放置和拿取。

如图3所示，作为本发明的进一步改进，所述三坐标机械抓取组件包括对称分布在货架框架6上顶部的X轴皮带导轨9、与X轴皮带导轨9连接的X轴伺服电机10、设置在X轴皮带导轨9之间的Y轴导轨11、与Y轴导轨11连接的Y轴伺服电机12、设置在Y轴导轨11上的分段气缸13，所述分段气缸13上设有用于抓取货物的真空吸盘14，对称分布的X轴皮带导轨9之间通过X轴传动轴91连接。

其中，所述X轴皮带导轨9沿柜体1的前后方向分布，Y轴导轨11沿柜体1的左右方向分布，分段气缸13沿柜体1的竖直高度方向分布。

通过X轴皮带导轨9、X轴伺服电机10、X轴传动轴91，使得三坐标机械抓取组件在前后方向上到达所需要的位置。

通过Y轴导轨11、Y轴伺服电机12，使得三坐标机械抓取组件在左右方向上到达所需要的位置。

所述分段气缸13属于一个组合体，由气缸编码器以及比例阀组合使用，本发明通过使用分段气缸13，在抓取货物有接触缓冲，避免抓取时对货物造成损坏。

三坐标机械抓取组件中的Z轴方向采用伸缩的方式进行上下运动的目的是为了不妨碍到货架板17上的货物。

作为本发明的进一步改进，所述视觉传感器7、红外测距仪8对应设置在分段气缸13的底部。

如图4所示，作为本发明的进一步改进，可移动式的货架板组件包括对称分布在货架框架6两侧的可移动离合导轨15、设置在可移动离合导轨15端部的可移动离合导轨伺服电机16，可移动式的货架板组件中的货架板17依次安装在可移动离合导轨15上。

所述可移动式的货架板组件中可移动离合导轨15的作用在于，在三坐标机械抓取组件拿放货物有阻碍的时候，使可移动式的货架板组件中的货架板17前后移动，腾出空间来给三坐标机械抓取组件机械拿放货物。所述可移动离合导轨15驱使货架板17移动的行程为一个货架板17的宽度。

所述可移动式的货架板组件中的货架板17固定在可移动离合导轨15上，如果需要哪些部分要移动的时候，可移动离合导轨15上的离合器就会离合或者结合，使得货架板17根据需要发生运动。

本发明中的智能货柜的货架本采用长条槽结构，可以高效的存储货物，不必严格受限货架格尺寸的大小，再配合视觉传感器7以及红外测距仪8，使得工作更加高效；其次，本发明中的货架板17为分层结构，单层的每一个货架板17是可以移动的，再加上本发明中的货架板17为长条槽结构，因此在存储货物上可以挨着，大大提高的了货架的利用率，并且也不会受货物重量的一定影响；另外，本发明中可移动式的货架板组件中的货架板17是可以同时和三坐标机械抓取组件一起运动工作的，有更加高效的工作效率；最后，本发明中的智能货柜采用了货架板凳叠层方式，并且可以移动，大大增加了货柜空间的利用效率。并且三坐标机械抓取组件使用了分段气缸13，使得柜体1内部整体利用率的最大优化。

一种智能货柜的使用方法，包括上货步骤和取货步骤，其中上货步骤如下：

(一)将货物放入上货口2内。

根据控制平板电脑5上的程序操作，将货物放入上货口2内，然后关上电动货门4。

(二)三坐标机械抓取组件移动至上货口2上方，视觉传感器7以及红外测距仪8计算货物的尺寸。

其中，视觉传感器7能够计算出货物的长、宽尺寸，红外测距仪8能够计算出货物的高度(即原始尺寸数据-测量尺寸数据＝货物高度)，通过视觉传感器7、红外测距仪8得到货物的尺寸数据后，视觉传感器7及红外测距仪8将得到货物的尺寸数据传输至控制平板电脑5上。

(三)控制平板电脑5根据由视觉传感器以及红外测距仪得到的货物尺寸数据进行数据处理，计算出一个与该货物尺寸数据相应的货架板17的位置数据，并将该位置数据传输至三坐标机械抓取组件上。

(四)控制平板电脑5控制三坐标机械抓取组件根据该位置数据进行运动，将货物抓取并放入相应的货架板17上。

其中，若三坐标机械抓取组件上货遇到干涉时，即将货物放置在最下方的货架板17上，控制平板电脑5控制上方存在干涉的货架板17水平移动避让，待三坐标机械抓取组件将货物放置完成后，控制平板电脑5再次控制存在干涉的货架板17复位。

作为本发明的进一步改进，所述取货步骤如下：

(S1)在控制平板电脑5内找到待取货物的尺寸数据。

当需要使用智能货柜取货时，可以根据货物上的信息(包括二维码或者其他数据信息必须在上货是朝上)，或者根据上货时记录的货物尺寸数据，根据控制平板电脑5的程序操作，在控制平板电脑5寻找待取货物的尺寸数据。

(S2)控制平板电脑5将该尺寸数据对应的货架板17位置数据传输至三坐标机械抓取组件上。

(S3)控制平板电脑5控制三坐标机械抓取组件根据该位置数据运动至对应的货架板17上方。

(S4)控制平板电脑5控制三坐标机械抓取组件将货架板17上的货物抓取并放入取货口3内。待取走货物后，取货口3上的电动货门4关闭。

其中，当取货遇到干涉时，即从最下方的货架板17上拿取货物时，与上货时一样，控制平板电脑5控制上方存在干涉的货架板17水平移动避让，待三坐标机械抓取组件将货物从最下方的货架板17上拿出放入到取货口3内后，控制平板电脑5再次控制存在干涉的货架板17复位。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种智能货柜，其特征在于：包括：

柜体(1)，包括移动载体使用和固定使用两种使用方式；

双工位货口，位于柜体(1)内部，包括上货口(2)及取货口(3)，每个货口上均设有电动货门(4)；

货架框架(6)，位于柜体(1)内且为一体式结构；

三坐标机械抓取组件，用于抓取货物，设置在货架框架(6)的上顶部，三坐标机械抓取组件中的Z轴以伸缩的方式进行上下运动；

视觉传感器(7)、红外测距仪(8)，设置在三坐标机械抓取组件上用于计算货物的尺寸以便于三坐标机械抓取组件精确抓取；

货架板组件，用于承放货物，设置在货架框架(6)上且位于三坐标机械抓取组件的下方，货架板组件上下设有若干组，每组货架板组件均包括若干个水平依次分布的货架板(17)，位于最下方的货架板组件为固定式结构，其余各组货架板组件均为可移动式结构；

控制平板电脑(5)，设置在柜体(1)的外体侧壁上，通过控制电路分别与可移动式的货架板组件、三坐标机械抓取组件、视觉传感器连接，通过控制三坐标机械抓取组件在视觉传感器的视觉辅助下，并同时控制可移动式的货架板组件中的货架板(17)移动，以实现对任意一组货架板组件上的任意一个货架板(17)上的货物进行精确抓取。

2.根据权利要求1所述的一种智能货柜，其特征在于：所述电动货门(4)与控制平板电脑(5)通过控制电路连接以受控制平板电脑(5)控制开合。

3.根据权利要求1所述的一种智能货柜，其特征在于：所述三坐标机械抓取组件包括对称分布在货架框架(6)上顶部的X轴皮带导轨(9)、与X轴皮带导轨(9)连接的X轴伺服电机(10)、设置在X轴皮带导轨(9)之间的Y轴导轨(11)、与Y轴导轨(11)连接的Y轴伺服电机(12)、设置在Y轴导轨(11)上的分段气缸(13)，所述分段气缸(13)上设有用于抓取货物的真空吸盘(14)，对称分布的X轴皮带导轨(9)之间通过X轴传动轴(91)连接。

4.根据权利要求3所述的一种智能货柜，其特征在于：所述视觉传感器(7)、红外测距仪(8)对应设置在分段气缸(13)的底部。

5.根据权利要求1所述的一种智能货柜，其特征在于：可移动式的货架板组件包括对称分布在货架框架(6)两侧的可移动离合导轨(15)、设置在可移动离合导轨(15)端部的可移动离合导轨伺服电机(16)，可移动式的货架板组件中的货架板(17)依次安装在可移动离合导轨(15)上。

6.根据权利要求1所述的一种智能货柜，其特征在于：所述柜体(1)的外体侧壁上设有用于投放传媒广告的选装LED屏幕(18)。

7.一种应用于权利要求1至6中任一项所述智能货柜的使用方法，其特征在于：包括上货步骤和取货步骤，其中上货步骤如下：

(一)将货物放入上货口(2)内；

(二)三坐标机械抓取组件移动至上货口(2)上方，视觉传感器(7)以及红外测距仪(8)计算货物的尺寸；

(三)控制平板电脑(5)根据由视觉传感器(7)以及红外测距仪(8)得到的货物尺寸数据进行数据处理，计算出一个与该货物尺寸数据相应的货架板(17)的位置数据，并将该位置数据传输至三坐标机械抓取组件上；

(四)控制平板电脑(5)控制三坐标机械抓取组件根据该位置数据进行运动，将货物抓取并放入相应的货架板(17)上。

8.根据权利要求7所述的一种智能货柜的使用方法，其特征在于：所述取货步骤如下：

(S1)在控制平板电脑(5)内找到待取货物的尺寸数据；

(S2)控制平板电脑(5)将该尺寸数据对应的货架板(17)位置数据传输至三坐标机械抓取组件上；

(S3)控制平板电脑(5)控制三坐标机械抓取组件根据该位置数据运动至对应的货架板(17)上方；

(S4)控制平板电脑(5)控制三坐标机械抓取组件将货架板(17)上的货物抓取并放入取货口(3)内。

9.根据权利要求8所述的一种智能货柜的使用方法，其特征在于：若上货步骤、取货步骤中出现货架板(17)干涉货物放置、拿取时，通过控制平板电脑(5)控制存在干涉的货架板(17)水平移动避让，待货物放置、拿取完成后，再次控制存在干涉的货架板(17)复位。

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