CN111717843A - 一种物流搬运机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种物流搬运机器人。所述物流搬运机器人具有U型框架结构，所述U型框架中置有可升降叉板，所述U型框架的两侧布置有视觉传感器，所述U型框架的前侧和后侧布置有激光雷达。与现有技术相比，本发明的U型框架物流搬运机器人通过内嵌式可升降叉板，使得物流搬运机器人无论在搬运多重的货物时，其重心始终能维持在物流搬运机器人的内部中心处，为最佳搬运设计。同时，可升降叉板最低可降至地面高度，这可以应对几乎所有的搬运任务，通过与标准化化器具对接，适用范围极广，且不需要定制专属器具来承托或装载货物。

Description

一种物流搬运机器人
技术领域
本发明涉及AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)以及AMR(AutonomousMobile Robot)技术领域，尤其涉及一种物流搬运机器人。
背景技术
随着对物流搬运机器人的需求越来越强烈，过去几年，物流机器人在快递仓储行业迎来了爆发式的增长。近些年，在制造业场景，越来越多的自动化物流需求被提出，传统的磁条 AGV产品以及近几年发展起来的二维码导航机器人产品，由于其本身技术的原因，对搬运器具的定制化要求，在制造业场景暴露出越来越多的问题。
传统的物流场景中，存在有大量的塑料托盘/木质托盘盛放货物的库房或车间，这类货物的运输通常由人工拉地牛车或者开叉车完成搬运。
在叉车基础上改造而成的无人叉车，由于本身体积大，再加上位于叉车前方的叉板叉起货物后，其体积将更大，因此转弯半径也较大。并且，大多数感知原件(雷达)都安装在叉车的最高处，以避免货物遮挡视野，这种设计对于位于雷达以下的区域也存在较大的盲区。这类无人叉车都在封闭的场景使用，且只能在宽阔的区域使用，这极大限定了使用场景。
发明内容
本发明的目的是提供一种物流搬运机器人。
根据本发明的一个方面，提供了一种物流搬运机器人，其中，所述物流搬运机器人具有U型框架结构，所述U型框架中置有可升降叉板，所述U型框架的两侧布置有视觉传感器，所述U型框架的前侧和后侧布置有激光雷达。
根据本发明的一个示例，所述可升降叉板的最低升降高度为地面高度。
根据本发明的一个示例，货物通过所述可升降叉板被装载于所述U型框架内。
根据本发明的一个示例，所述可升降叉板对接标准化承载器具。
根据本发明的一个示例，所述U型框架的两侧开口处各布置有一个视觉传感器。
其中，所述视觉传感器为摄像头。
两个所述视觉传感器分别捕获环境图像，以通过双目视觉 SLAM算法来跟踪所述物流搬运机器人周围未知的空间位置。
根据本发明的一个示例，所述激光雷达在所述U型框架的前侧和后侧呈对角线位置分布。
其中，所述激光雷达采集点云信息，以通过激光SLAM算法来对所述物流搬运机器人进行定位。
与现有技术相比，本发明的U型框架物流搬运机器人通过内嵌式可升降叉板，使得物流搬运机器人无论在搬运多重的货物时，其重心始终能维持在物流搬运机器人的内部中心处，为最佳搬运设计。同时，可升降叉板最低可降至地面高度，这可以应对几乎所有的搬运任务，通过与标准化化器具对接，适用范围极广，且不需要定制专属器具来承托或装载货物。
并且，由于搬运货物时，货物处于物流搬运机器人的U型框架内，使得布置于外侧的视觉传感器和布置于前后侧的激光雷达不被遮挡，在垂直方向和水平方向的视野均无盲区，安全性得到保障。
物流搬运机器人搬运货物前的外廓尺寸与其搬运货物时的外廓尺寸一致，这使得物流搬运机器人的灵活性得到提升，无需较大的转弯半径，从而能够从容应对狭小空间的货物搬运。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出根据本发明的一个示例的物流搬运机器人的系统示意图；
图2示出图1所示的物流搬运机器人的侧视图；
图3示出图1所示的物流搬运机器人的俯视图；
图4示出图1所示的物流搬运机器人的前视图；
图5示出根据本发明的一个示例的物流搬运机器人在搬运货物前的状态示意图；
图6示出根据本发明的一个示例的物流搬运机器人在搬运货物后的前视状态图；
图7根据本发明的一个示例的物流搬运机器人在搬运货物前的状态图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
以下将结合附图来进一步描述本发明的具体实施例。
配合参阅图1和图2，物流搬运机器人3具有U型框架结构，U型框架中有一个可升降叉板305，U型框架的前侧和后侧布置有激光雷达303，U型框架的两侧布置有视觉传感器304。
配合参阅图1和图2，U型框架的底部具有驱动轮301和从动轮302。需要说明的是，尽管附图中未示出诸如处理器、通信模块、驱动装置等部件，但本领域技术人员应能理解，这些部件必然包含于物流搬运机器人中以辅助实现其搬运功能，由于这些部件并非本发明的发明点，本发明在此不做赘述。例如，处理器向驱动装置发送控制信号，以驱动驱动轮301并带动从动轮302来使得物流搬运机器人3在行驶路径上行驶。
配合参阅图1和图3，物流搬运机器人3的U型框架内有一个可升降叉板305。内置叉板具有升降功能，可最低降至地面的高度，从而可对接标准化承载器具，如标准托盘、木箱等非定制化器具，以满足大多数常见托盘(塑料托盘、木质托盘等)的叉取和搬运。在此，标准化承载器具应被理解为一个广义概念，任何非定制的专属承载器具均可以被认为是标准化承载器具。
物流搬运机器人3的U型框架内嵌有一个可升降叉板305，可升降叉板305可以在物流搬运机器人3的垂直方向上升降，例如最多可降至地面的高度，并可以在物流搬运机器人3的水平方向上伸缩。这意味着物流搬运机器人3能应对几乎所有的搬运任务，可以和标准的塑料托盘、木质托盘、木箱等非定制化器具对接，适用范围极广，且不需要定制专属器具来承托或装载货物。
内嵌式的叉板设计，使得物流搬运机器人3无论在搬运多重的货物时，其重心始终能维持在物流搬运机器人3的内部中心处，为最佳搬运设计。
配合参阅图2和图4，U型框架的前侧布置有激光雷达303。同样地，尽管图中未示出，U型框架的后侧也布置有激光雷达。通过置于物流搬运机器人3前后侧并呈对角线位置分布的激光雷达，例如激光雷达可以被布置于U型框架的右前侧和左后侧或者被布置于U型框架的左前侧和右后侧，其可以形成 360°的水平感知视野，采集水平维度的点云信息并上传至物流搬运机器人3的上位机，上位机通过激光SLAM (Simultaneous Localization AndMapping，同步定位与地图构建)算法对物流搬运机器人3进行定位。其中，激光雷达采集到的物体信息呈现出一系列分散的、具有准确角度和距离信息的点，被称为点云信息。通常，激光SLAM算法通过对不同时刻两片点云的匹配与比对，计算激光雷达相对运动的距离和姿态的改变，从而完成了对物流搬运机器人3自身的定位。
配合参阅图1和图4，U型框架的两侧分别布置有至少一个视觉传感器304，以保证对物流搬运机器人3前方的垂直立体感知能力。在此，视觉传感器304可以是任何图像捕获装置，典型地如摄像头，尤其是广角摄像头。
根据本发明的一个示例，当U型框架的两侧开口处各布置一个视觉传感器304，这两个视觉传感器将捕获的环境图像上传至物流搬运机器人3的上位机，上位机通过双目视觉 SLAM算法来采集环境信息以跟踪视觉传感器周围未知的空间位置。双目视觉SLAM算法既可以在运动时估计深度，亦可在静止时估计深度，双目视觉SLAM算法融合两个摄像头获得的图像并观察两者之间的差别，获得明显的深度感，从而建立特征间的对应关系，以将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来。并且，双目视觉SLAM算法可以精准感知周围的物体和自身移动的轨迹，以对周围环境形成三维立体的认识，可以很好的适应动态复杂的未知场景。
本发明融合了激光SLAM与视觉SLAM，保证物流搬运机器人3在使用环境的自主定位与自主导航，而无需在使用环境内增加任何标志物，例如磁条、二维码、反光板等。激光雷达测距比较准确，误差模型简单，在强光直射以外的环境中运行稳定，点云的处理也比较容易。同时，点云信息本身包含直接的几何关系，使得物流搬运机器人3的路径规划和导航变得直观。视觉SLAM可以从环境中获取海量的、富于冗余的纹理信息，拥有超强的场景辨识能力，从而可以较为容易的被用来跟踪和预测场景中的动态目标，对于在复杂动态场景中的应用至关重要的。当激光SLAM和视觉SLAM融合使用，例如，视觉SLAM在纹理丰富的动态环境中稳定工作，并能为激光 SLAM提供非常准确的点云匹配，而激光雷达提供的精确方向和距离信息在正确匹配的点云上会发挥更大的威力，而在光照严重不足或纹理缺失的环境中，激光SLAM的定位工作使得视觉SLAM可以借助不多的信息进行场景记录。
以下将继续描述物流搬运机器人3的工作状态。
参阅图5，货物2置于托盘1上，托盘1例如塑料托盘、木质托盘、标准托盘等。承载货物2的托盘1将被搬运到物流搬运机器人3中，并由物流搬运机器人3继续搬运至目标位置。
继续配合参阅图6和7，物流搬运机器人3内嵌的可升降叉板305降至地面高度并伸出U型框架来叉取托盘1，进而缩回该U型框架来将承载货物2的托盘1搬运到物流搬运机器人3中。
物流搬运机器人3可以继续按照规划的导航路径将货物搬运到目标位置。在行驶过程中，激光雷达303和视觉传感器 304持续工作并将采集的点云信息和图像信息上传至上位机。该上位机，如工控机，可以被视为一个中央控制器，其获取所有工作中的物流搬运机器人3上传的信息并向这些物流搬运机器人3分别下发处理后的信息，例如导航路径。其中，上位机通过定位算法完成物流搬运机器人3在场景中的位置确定，通过导航算法规划物流搬运机器人3的运行路径，通过避障算法完成物流搬运机器人3在运行过程中障碍物的躲避。
上位机将处理后的信息结果通过以太网传输给物流搬运机器人3中的下位机(如嵌入式处理器)，下位机通过电机驱动器完成对电机的指令控制，从而实现对物流搬运机器人3 的行为控制。
此外，物流搬运机器人3还可以布置有超声波雷达和碰撞开关。激光雷达、超声波雷达和碰撞开关的安全急停信号可以直接传输到下位机，当障碍物紧急的出现在激光雷达、超声波雷达或碰撞开关的安全要求范围内时，下位机将直接通过电机驱动器完成对电机的制动控制，从而保证整个物流搬运机器人 3的系统安全。
本发明中，物流搬运机器人3搬运货物前的外廓尺寸与其搬运货物时的外廓尺寸一致，这使得物流搬运机器人3的灵活性得到提升，能够从容应对狭小空间的货物搬运。
由于搬运货物前后，物流搬运机器人3的本体外廓尺寸不变，位于本体上的传感器，包括激光雷达和视觉传感器，不会被货物遮挡，这意味着物流搬运机器人3可以始终保持360 度的水平视野以及在各个方向上的垂直视野，安全性得到保障。
需要注意的是，本发明的至少一部分可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(ASIC) 或任何其他类似硬件设备来实现。在一个实施例中，本发明的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地，本发明的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本发明的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
另外，本发明的至少一部分可被应用为计算机程序产品，例如计算机程序指令，当其被计算设备执行时，通过该计算设备的操作，可以调用或提供根据本发明的物流搬运机器人和/或技术方案。而调用/提供本发明的物流搬运机器人的程序指令，可能被存储在固定的或可移动的记录介质中，和/或通过广播或其他信号承载媒体中的数据流而被传输，和/或被存储在根据所述程序指令运行的计算设备的工作存储器中。
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涵括在本发明内。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。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (9)

1.一种物流搬运机器人，其中，所述物流搬运机器人具有U型框架结构，所述U型框架中置有可升降叉板，所述U型框架的两侧布置有视觉传感器，所述U型框架的前侧和后侧布置有激光雷达。
2.根据权利要求1的物流搬运机器人，其中，所述可升降叉板的最低升降高度为地面高度。
3.根据权利要求1所述的物流搬运机器人，其中，货物通过所述可升降叉板被装载于所述U型框架内。
4.根据权利要求1所述的物流搬运机器人，其中，所述可升降叉板对接标准化承载器具。
5.根据权利要求1所述的物流搬运机器人，其中，所述U型框架的两侧开口处各布置有一个视觉传感器。
6.根据权利要求5所述的物流搬运机器人，其中，所述视觉传感器为摄像头。
7.根据权利要求5或6所述的物流搬运机器人，其中，两个所述视觉传感器分别捕获环境图像，以通过双目视觉SLAM算法来跟踪所述物流搬运机器人周围未知的空间位置。
8.根据权利要求1所述的物流搬运机器人，其中，所述激光雷达在所述U型框架的前侧和后侧呈对角线位置分布。
9.根据权利要求1或8所述的物流搬运机器人，其中，所述激光雷达采集点云信息，以通过激光SLAM算法来对所述物流搬运机器人进行定位。
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