CN111730575A - 一种用于物品配送的自动乘梯机器人及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于物品配送的自动乘梯机器人及其工作方法，包括机器人主体，在机器人主体顶部设置有机械臂，底部设置有行走装置，在机器人主体顶部还设置有操作屏幕，在机器人主体底部还设置有防跌落传感器，在机器人主体上设置有能够驱动机械臂上下移动的动力装置，机器人主体通过上壳体和下壳体分隔为上下间隔的两部分，在上壳体内从上到下依次设置有储物箱、工控机和电路板，储物箱的一侧设置有能上下滑动的箱门，上壳体上设置有与箱门对应的开口，在下壳体内设置有电池，在下壳体的前后两侧分别设置有若干超声波传感器，在上壳体和下壳体之间设置有激光雷达。本发明功能完善；各机构布置合理；解决了传统的乘梯机器人需要改造电梯的弊病，同时避免了无法按到电梯按钮的情况出现。

Description

一种用于物品配送的自动乘梯机器人及其工作方法

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种用于物品配送的自动乘梯机器人及其工作方法。

背景技术

机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器,具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量,服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。

企业办公区、酒店等通常设置在高层楼栋内，不同楼层、房间之间经常会进行物品传递，例如送餐、送药和文件资料的配送等，现有的乘梯机器人采用与电梯进行无线通信的方式搭乘电梯，这种方式需要对电梯本体进行改造，改造包括：1、对电梯内外面板的每个按钮加装控制线；2、对内外每个面板加装控制器板卡；3、在每层楼加装楼层检测器和开门检测器；4、在带IC卡系统的电梯轿厢内加装IC读卡器；5、将以上所有模块接到主驱动器和主控制器，最后连接管理电脑。这些必要的步骤导致改造电梯成本高，工程量大，改装过程复杂，需要停机进行改装，并且对电梯本身有一定的破坏性和电气安全隐患。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种提出了一种通过机械臂按电梯从而实现在全楼栋执行任务(如配送、巡检、清洁任务)的自动乘梯机器人，解决了传统乘梯机器人需要改造电梯的各种缺点。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种用于物品配送的自动乘梯机器人，包括机器人主体，在所述机器人主体顶部设置有能够识别并按动电梯按钮的机械臂，底部设置有行走装置，在所述机器人主体顶部还设置有操作屏幕，在所述机器人主体底部还设置有防跌落传感器，在所述机器人主体上设置有能够驱动机械臂上下移动的动力装置，所述机器人主体通过上壳体和下壳体分隔为上下间隔的两部分，在所述上壳体内从上到下依次设置有储物箱、工控机和电路板，所述储物箱的一侧设置有能上下滑动的箱门，所述上壳体上设置有与箱门对应的开口，在所述下壳体内设置有电池，在所述下壳体的前后两侧分别设置有若干超声波传感器，在所述上壳体和下壳体之间设置有用于扫描周围环境的激光雷达；

工控机包括无线收发模块和控制器，无线收发模块的数据收发端与控制器的无线数据收发端相连，机械臂的数据控制端与控制器的机械臂数据控制端相连，行走装置的行走数据端与控制器的行走数据端相连，操作屏幕的屏幕数据端与控制器的屏幕数据端相连，防跌落传感器的数据端与控制器的防跌落数据端相连，动力装置的升降数据端与控制器的升降数据端相连，超声波传感器的数据端与控制器的超声数据端相连，激光雷达的数据端与控制器的激光雷达数据端相连。

作为优选，所述行走装置包括两个左右对称设置的主动轮和两个前后对称设置的万向轮，两个所述主动轮和两个万向轮呈菱形布置，两个所述主动轮均能在各自驱动电机的驱动下转动，分别为主动轮一驱动电机和主动轮二驱动电机，主动轮一驱动电机的驱动数据端与控制器的驱动第一数据端相连，主动轮二驱动电机的驱动数据端与控制器的驱动第二数据端相连。采用以上结构，行走装置在提供行走动力的同时具有稳定的支撑作用，有效防止机器人主体倾倒。

作为优选，所述动力装置为自机器人主体底部延伸至顶部的电缸，电缸的数据控制端与控制器的电缸数据控制端相连，在电缸的活塞杆顶端设置有机械臂安装座，所述机械臂安装在机械臂安装座上。采用以上结构，机械臂上下移动范围大，避免由于楼层太高导致机械臂无法按到电梯按钮。

作为优选，所述机器人主体为多层框架结构，所述储物箱、工控机、电路板、电池和激光雷达分别安装在机器人主体的不同层，所述激光雷达位于上壳体和下壳体之间的间隔层。采用以上结构，机器人主体结构稳定可靠，各机构布置合理，一目了然，便于安装和维修。

作为优选，所述箱门通过第一滑轨滑块组件安装在机器人主体上，并通过电动丝杆驱动，电动丝杆的数据控制端与控制器的丝杆数据控制端相连。采用以上结构，箱门安装结构稳定可靠，滑动平稳。

作为优选，在所述机器人主体上还设置有第二滑轨滑块组件，所述电动丝杆的螺母与第二滑轨滑块组件的滑块固定连接，并通过连接支架与箱门相连，当所述电动丝杆驱动螺母沿第二滑轨滑块组件的滑轨上下滑动时，所述螺母同时带动箱门沿第一滑轨滑块组件的滑轨上下滑动。采用以上结构，第二滑轨滑块组件对螺母起到导向的作用，同时使螺母的安装结构更为稳定可靠，上下滑动时更为平稳。

作为优选，操作屏幕包括触摸显示屏模块或/和音频模块，音频模块包括音频输出模块或/和音频输入模块；

触摸显示屏模块的触摸显示数据端与控制器的触摸显示输出端相连，音频输出模块的音频数据端与控制器的音频输出数据端相连；音频输入模块的音频数据端与控制器的音频输入数据端相连；其音频输出模块可以播放语音提示，便于操作者按照提示操作。其音频输入模块可以采集操作者的发出语音，实现远程通话或者语音搜索功能。

或/和还包括与电池相连的充电模块，充电模块包括有线充电模块或/和无线充电模块；

有线充电模块的电源输出端与电池充电端相连，无线充电模块的电源输出端与电池充电端相连；利用无线充电模块可以实现无人监守，降低成本。

或/和还包括惯性测量单元，惯性测量单元的测量数据端与控制器的惯性数据端相连；惯性测量单元测量机器人在电梯内升高或者下降的高度，预测机器人当前所处的楼层，防止由机械臂上安装的摄像头采集的电梯内门面板反光造成的图像不清问题。

或/和还包括任务调度控制中心，控制器通过无线收发模块接收任务调度控制中心向机器人发送的任务调度指令。

本发明还公开了一种用于物品配送的自动乘梯机器人的工作方法，包括以下步骤：

S1，任务调度控制中心向待命机器人发送任务调度指令；

S2，机器人执行任务调度控制中心发送的任务调度指令。

作为优选，在步骤S2中包括以下步骤：

S21，根据任务调度指令，机器人判断是否需要进行跨楼层运行：

如果需要跨楼层运行，则机器人自动导航至当前楼层电梯区域；

如果不需要跨楼层运行，则直接在当前楼层执行任务；

S22，机器人自动导航至当前楼层电梯区域后，通过图像目标识别算法识别电梯外面板，电梯外面板识别成功后，机器人调整位姿；

然后再通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的按键，识别成功后，如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以上的楼层，则控制机械臂按压电梯外面板上的电梯上行按键；如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以下的楼层，则控制机械臂按压电梯外面板上的电梯下行按键；

S23，按键成功后，机器人通过激光雷达检测电梯门开关状态，激光雷达检测到有电梯开门后，机器人通过图像目标识别算法判断开门电梯外面板上的电梯运行方向：

如果电梯外面板显示方向不是需要前往的楼层方向，则机器人继续等待，并检测电梯门状态；

如果检测到开门电梯外面板显示方向为所需前往的楼层方向，则机器人判断是否可以进入电梯，机器人判断可以进入电梯的条件为：(1)机器人通过图像目标识别算法识别到电梯内人数低于设定人数阈值，(2)机器人通过激光雷达扫描到电梯内面板前有空余空间；

如果满足条件(1)或/和(2)，机器人驶入电梯；则执行步骤S24；

如果不满足条件(1)或/和(2)，则机器人等待电梯离开后，返回步骤S22；

S24，机器人进入电梯后，通过动态路径规划算法调整至合适位姿，位姿调整完成后，启动机械臂，由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别所需前往楼层的按键的位置，识别成功后，调整机械臂姿态，按压所需前往的楼层按键；

S25，到达目标楼层后等待电梯开门，开门后机器人驶出电梯；

S26，机器人驶出电梯后执行任务；

S27，机器人完成任务后，进入待命模式。

作为优选，步骤S22为：机器人自动导航至当前楼层电梯区域后，通过图像目标识别算法识别电梯外面板，电梯外面板识别成功后，如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以上的楼层，且电梯外面板上的电梯上行按键未点亮或/和电梯外面板上的显示屏未提示上行，则机器人调整位姿；

然后再通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的上行按键，识别成功后，控制机械臂按压电梯外面板上的电梯上行按键；

如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以下的楼层，且电梯外面板上的电梯下行按键未点亮或/和电梯外面板上的显示屏未提示下行，则机器人调整位姿；

然后再通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的下行按键，识别成功后，控制机械臂按压电梯外面板上的电梯下行按键；

否则，机器人等待电梯门打开；

或/和在步骤S25中判断到达目标楼层的方法为：由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别当前所在楼层：

若当前楼层等于目标楼层，则到达目标楼层，电梯开门后，机器人驶出电梯；

若当前楼层不等于目标楼层，则等待电梯继续运行；

或者机器人通过IMU检测电梯运行高度从而定位电梯所处楼层：

若IMU定位电梯所处楼层等于目标楼层，则到达目标楼层，电梯开门后，机器人驶出电梯；

若IMU定位电梯所处楼层不等于目标楼层，则等待电梯继续运行。

作为优选，在步骤S1中，当机器人在充电区充电时，机器人进入充电模式；充电模式期间任务调度控制中心不对充电模式的机器人发出任务调度指令；

或/和在步骤S2中包括：当机器人的电量低于设置的电量阈值时，机器人进入低电量模式，进入低电量模式后，机器人自动导航至充电区域充电；

如果机器人的电量低于设置的电量阈值时，且机器人正在执行任务指令，则机器人继续保持任务执行模式，并继续执行本次任务，本次任务完成后机器人进入低电量模式；

低电量模式期间，任务调度控制中心不对低电量模式的机器人发出任务调度指令。

作为优选，在步骤S22中还包括：由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的电梯上行按键和电梯下行按键的高度：

若电梯上行按键和电梯下行按键的高度高于机械臂默认高度，则控制器向电缸发送控制信号，使其机械臂升高；

在步骤S24中还包括：由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别电梯内面板上的电梯目标楼层按键的高度：

若电梯目标楼层按键的高度高于机械臂默认高度，则控制器向电缸发送控制信号，使其机械臂升高。

作为优选，还包括：机器人抵到目的地后，机器人呼叫对象，该对象为物品接受者或者物品寄送者；控制器接收到打开箱门控制命令时，控制器向电动丝杆发送工作命令，使其箱门打开。

综上所述，本发明的有益效果是：1、功能完善，机器人不仅能够自动乘梯，即通过机械臂按电梯从而实现全楼栋执行任务；解决了传统乘梯机器人需要改造电梯的各种弊病，而且本机器人具有防跌落、自动扫描周围环境、判断前后障碍物距离的功能，同时，储物箱具有保密功能，能够避免资料泄露或物品拿错等情况出现；2、各机构布置合理，利于各机构功能的实现，便于操作，同时不易倾倒；3、机械臂能够上下移动，避免了无法按到电梯按钮的情况出现。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的正视图。

图3是本发明的俯视图。

图4是本发明的结构示意图(上壳体、下壳体、储物箱及箱门除外)。

图5是本发明的结构示意图(上壳体和下壳体除外)。

图6是本发明机械臂在动力装置的驱动下升高后的结构示意图。

图7是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图6所示，一种用于物品配送的自动乘梯机器人，主要由机器人主体1、机械臂2、行走装置3、动力装置4、上壳体5、下壳体6、储物箱7、工控机8、电路板9、箱门10、电池11、超声波传感器12、防跌落传感器13、激光雷达14、操作屏幕15、第一滑轨滑块组件16、电动丝杆17、第二滑轨滑块组件18、连接支架19和机械臂安装座20组成。其工控机8包括无线收发模块和控制器，无线收发模块的数据收发端与控制器的无线数据收发端相连，机械臂2的数据控制端与控制器的机械臂数据控制端相连，行走装置3的行走数据端与控制器的行走数据端相连，操作屏幕15的屏幕数据端与控制器的屏幕数据端相连，防跌落传感器13的数据端与控制器的防跌落数据端相连，动力装置4的升降数据端与控制器的升降数据端相连，超声波传感器12的数据端与控制器的超声数据端相连，激光雷达14的数据端与控制器的激光雷达数据端相连。

如图1至图6所示，机器人主体1为矩形框架结构，结构稳定可靠，便于各机构的安装布置。机器人主体1上设置有上下间隔的上壳体5和下壳体6，即上壳体5和下壳体6之间有间隙，从而将机器人主体1分隔为上中下三个安装区间，分区明确。上壳体5上设置有与箱门10对应的开口，便于存放和拿取物品，上壳体5顶部一前一后设置有用于安装机械臂安装座20的凹槽以及用于安装操作屏幕15的凹槽，上壳体5和下壳体6起到遮挡内部结构、防尘的作用，使机器人造型美观。

如图1至图6所示，在机器人主体1顶部设置有机械臂2，机械臂2能够识别并按动电梯按钮，机械臂2为现有技术，中国发明专利CN2019101382415描述了相应的结构。在机器人主体1上设置有能够驱动机械臂2上下移动的动力装置4，本实施例中，动力装置4为固定安装在机器人主体1底部的电缸，电缸的数据控制端与控制器的电缸数据控制端相连，电缸配备有导向杆21，电缸自机器人主体1的底部延伸至机器人主体1的顶部，且位于上壳体5和下壳体6内，电缸的活塞杆及导向杆21的顶端穿过上壳体5顶部凹槽的槽底后安装有机械臂安装座20，机械臂2安装在机械臂安装座20上，电缸的行程大，有效避免因电梯按钮过高，导致机械臂2无法操作按钮。

如图1至图6所示，在机器人主体1的底部设置有行走装置3，行走装置3包括两个左右对称设置的主动轮301和两个前后对称设置的万向轮302，两个主动轮301和两个万向轮302呈菱形布置，结构稳定可靠，对机器人主体1行程稳定的支撑，有效避免机器人主体1倾倒，两个主动轮301均能在各自驱动电机303的驱动下转动，分别为主动轮一驱动电机和主动轮二驱动电机，主动轮一驱动电机的驱动数据端与控制器的驱动第一数据端相连，主动轮二驱动电机的驱动数据端与控制器的驱动第二数据端相连；两个主动轮301利用转速差实现转向。

如图1至图6所示，操作屏幕15安装在机器人主体1顶部对应的凹槽内，在机器人主体1上部安装区间从上到下依次设置有储物箱7、工控机8和电路板9，储物箱7通过储物箱支架安装在第一层，工控机8通过工控机支架安装在第二层，电路板9安装在第三层的隔板上，布置方式合理清晰，利于线路的连接，便于使用储物箱7及操作屏幕15，便于检查维修。储物箱7的一侧设置有能上下滑动的箱门10，箱门10通过第一滑轨滑块组件16安装在机器人主体1上，并通过电动丝杆17驱动，电动丝杆17的数据控制端与控制器的丝杆数据控制端相连，箱门10上下滑动，从而打开或关闭储物箱7，使储物箱7具有保密功能，有效避免物品拿错或泄密等情况出现。在机器人主体1上还设置有第二滑轨滑块组件18，第一滑轨滑块组件16安装在机器人主体1的前侧立柱上，第二滑轨滑块组件18同样安装在机器人主体1的前侧立柱上，且位于第一滑轨滑块组件16背后，电动丝杆17的螺母17a与第二滑轨滑块组件18的滑块固定连接，并通过连接支架19与箱门10相连，当电动丝杆17驱动螺母17a沿第二滑轨滑块组件18的滑轨上下滑动时，螺母17a同时带动箱门10沿第一滑轨滑块组件16的滑轨上下滑动。

进一步地，机器人主体1的中部安装区间为上壳体5和下壳体6之间的间隔层，在该间隔层安装有激光雷达14，激光雷达用于14能够扫描周围环境，激光雷达14设置在上壳体5和下壳体6之间，避免了对激光雷达14形成遮挡。

进一步地，在机器人主体1的下部安装区间安装有电池11和两个左右对称布置的防跌落传感器13，电池11安装在下部，使机器人主体1重心低，更为稳定，两个防跌落传感器13通过传感器支架安装在电池11下方，并分别位于前侧万向轮302的左右两侧，防跌落传感器13用于检测悬空。在下壳体6的前后两侧分别设置有若干超声波传感器12，本实施例中，在下壳体6的前后两侧分别设置有三个左右均匀间隔布置的超声波传感器12，超声波传感器12用于检测障碍物距离。其在下壳体的前侧设置的三个超声波传感器分别为第一超声波传感器、第二超声波传感器和第三超声波传感器，第一超声波传感器的数据端与控制器的超声第一数据端相连，第二超声波传感器的数据端与控制器的超声第二数据端相连，第三超声波传感器的数据端与控制器的超声第三数据端相连；在下壳体的后侧设置的三个超声波传感器分别为第四超声波传感器、第五超声波传感器和第六超声波传感器，第四超声波传感器的数据端与控制器的超声第四数据端相连，第五超声波传感器的数据端与控制器的超声第五数据端相连，第六超声波传感器的数据端与控制器的超声第六数据端相连。

进一步，操作屏幕15包括触摸显示屏模块或/和音频模块，音频模块包括音频输出模块或/和音频输入模块；触摸显示屏模块的触摸显示数据端与控制器的触摸显示输出端相连，音频输出模块的音频数据端与控制器的音频输出数据端相连；音频输入模块的音频数据端与控制器的音频输入数据端相连；

还包括与电池11相连的充电模块，充电模块包括有线充电模块或/和无线充电模块；有线充电模块的电源输出端与电池充电端相连，无线充电模块的电源输出端与电池充电端相连；其无线充电模块与电池处于同一层，机器人处于充电区域时，充电区域处于机器人下方，减少充电距离，提高充电效率。

或/和还包括惯性测量单元，惯性测量单元的测量数据端与控制器的惯性数据端相连。在本实施方式中，其惯性测量单元(IMU)可以设置在电路板上，在电路板上还设置有将电池电压转换为与防跌落传感器、超声波传感器、激光雷达等适配的电压模块。

或/和还包括任务调度控制中心，控制器通过无线收发模块接收任务调度控制中心向机器人发送的任务调度指令。

本发明还公开了一种用于物品配送的自动乘梯机器人的工作方法，包括以下步骤：

S1，任务调度控制中心向待命机器人发送任务调度指令；

S2，机器人执行任务调度控制中心发送的任务调度指令。

作为优选，如图7所示，在步骤S2中包括以下步骤：

S21，根据任务调度指令，机器人判断是否需要进行跨楼层运行：

如果需要跨楼层运行，则机器人自动导航至当前楼层电梯区域；

如果不需要跨楼层运行，则直接在当前楼层执行任务；

S22，机器人自动导航至当前楼层电梯区域后，通过图像目标识别算法识别电梯外面板，电梯外面板识别成功后，机器人调整位姿；

然后再通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的按键，识别成功后，如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以上的楼层，则控制机械臂按压电梯外面板上的电梯上行按键；如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以下的楼层，则控制机械臂按压电梯外面板上的电梯下行按键；

S23，按键成功后，机器人通过激光雷达检测电梯门开关状态，激光雷达检测到有电梯开门后，机器人通过图像目标识别算法判断开门电梯外面板上的电梯运行方向：

如果电梯外面板显示方向不是需要前往的楼层方向，则机器人继续等待，并检测电梯门状态；

如果检测到开门电梯外面板显示方向为所需前往的楼层方向，则机器人判断是否可以进入电梯，机器人判断可以进入电梯的条件为：(1)机器人通过图像目标识别算法识别到电梯内人数低于设定人数阈值，(2)机器人通过激光雷达扫描到电梯内面板前有空余空间；

如果满足条件(1)或/和(2)，机器人驶入电梯；则执行步骤S24；

如果不满足条件(1)或/和(2)，则机器人等待电梯离开后，返回步骤S22；

S24，机器人进入电梯后，通过动态路径规划算法调整至合适位姿，位姿调整完成后，启动机械臂，由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别所需前往楼层的按键的位置，识别成功后，调整机械臂姿态，按压所需前往的楼层按键；

S25，到达目标楼层后等待电梯开门，开门后机器人驶出电梯；

S26，机器人驶出电梯后执行任务；

S27，机器人完成任务后，进入待命模式。在本实施方式中，图像目标识别算法识别电梯外面板和电梯内面板及其按键，不限于采用中国发明专利CN2019101382415描述了相应识别方法。

作为优选，步骤S22为：机器人自动导航至当前楼层电梯区域后，通过图像目标识别算法识别电梯外面板，电梯外面板识别成功后，如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以上的楼层，且电梯外面板上的电梯上行按键未点亮或/和电梯外面板上的显示屏未提示上行，则机器人调整位姿；

然后再通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的上行按键，识别成功后，控制机械臂按压电梯外面板上的电梯上行按键；

如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以下的楼层，且电梯外面板上的电梯下行按键未点亮或/和电梯外面板上的显示屏未提示下行，则机器人调整位姿；

然后再通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的下行按键，识别成功后，控制机械臂按压电梯外面板上的电梯下行按键；

否则，机器人等待电梯门打开；

或/和在步骤S25中判断到达目标楼层的方法为：由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别当前所在楼层：

若当前楼层等于目标楼层，则到达目标楼层，电梯开门后，机器人驶出电梯；

若当前楼层不等于目标楼层，则等待电梯继续运行；

或者机器人通过IMU(惯性测量单元)检测电梯运行高度从而定位电梯所处楼层：

若IMU定位电梯所处楼层等于目标楼层，则到达目标楼层，电梯开门后，机器人驶出电梯；

若IMU定位电梯所处楼层不等于目标楼层，则等待电梯继续运行。

作为优选，在步骤S1中，当机器人在充电区充电时，机器人进入充电模式；充电模式期间任务调度控制中心不对充电模式的机器人发出任务调度指令；

或/和在步骤S2中包括：当机器人的电量低于设置的电量阈值时，机器人进入低电量模式，进入低电量模式后，机器人自动导航至充电区域充电；

如果机器人的电量低于设置的电量阈值时，且机器人正在执行任务指令，则机器人继续保持任务执行模式，并继续执行本次任务，本次任务完成后机器人进入低电量模式；

低电量模式期间，任务调度控制中心不对低电量模式的机器人发出任务调度指令。

作为优选，在步骤S22中还包括：由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的电梯上行按键和电梯下行按键的高度：

若电梯上行按键和电梯下行按键的高度高于机械臂默认高度，则控制器向电缸发送控制信号，使其机械臂升高；

在步骤S24中还包括：由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别电梯内面板上的电梯目标楼层按键的高度：

若电梯目标楼层按键的高度高于机械臂默认高度，则控制器向电缸发送控制信号，使其机械臂升高。

作为优选，还包括：机器人抵到目的地后，机器人呼叫对象，该对象为物品接受者或者物品寄送者；控制器接收到打开箱门控制命令时，控制器向电动丝杆发送工作命令，使其箱门打开。在本实施方式中，呼叫对象的方式包括利用机械臂敲击对象的入户门，或者以扬声器语音播报的形式呼叫对象，或者向其绑定的对象拨打电话，提示其配送机器人已抵达目的地。

其中：

一、任务调度控制中心

任务调度控制中心负责调度多台机器人运行任务，管理和监测所有机器人的运行状态以及机器人目前的电量值。任务调度控制中心对机器人发出任务调度指令。

二、机器人运行状态(机器人有四种运行状态)

(1)充电模式。当机器人在充电区充电时，进入充电模式。充电模式期间任务调度控制中心不对机器人发出任务调度指令。

(2)低电量模式。当机器人的电量低于设置的电量阈值时，机器人进入低电量模式。进入低电量模式后，机器人自动导航至充电区域充电。低电量模式期间，任务调度控制中心不对机器人发出任务调度指令。如果电量低于设置的电量阈值时机器人正在执行任务，则机器人继续保持任务执行模式，并继续执行本次任务。本次任务完成后机器人进入低电量模式。

(3)任务执行模式。当机器人接收到任务调度控制中心发送的任务指令后，机器人进入任务执行模式。机器人在任务执行模式期间，任务调度控制中心不对机器人发出任务调度指令。任务执行模式期间，机器人利用机器视觉、激光雷达以及超声波传感器进行避障。

(4)待命模式。除以上三种状态，机器人处于待命状态。待命状态时，机器人自动行驶至待命区域。机器人驶向待命区域过程中，机器人利用机器视觉、激光雷达以及超声波传感器进行避障。在待命模式期间，任务调度控制中心对机器人发出任务调度指令。

三、机器人功能

(1)交互界面：机器人顶部面板上安装有触摸式显示屏。显示屏上的人机交互界面可以控制机器人进行相应操作(例如操作者输入对应的物品验证码，机器人核对成功后，箱门打开)，也可以显示机器人的运行状态。

(2)语音提示：机器人上配置有扬声器，可以播放语音提示。

(3)存放物件：机器人配置了储物箱，用户可以用过交互界面进行物件存取操作。

(4)激光雷达自动避障：机器人在低电量模式，任务执行模式以及待命模式期间行驶时获取激光雷达扫描的数据，通过SLAM动态路线规划算法进行自动避障。

(5)超声波检测：机器人下壳体前侧安装有三个超声波传感器，用于检测机器人前方障碍物距离。机器人下壳体后侧安装有三个超声波传感器，用于检测机器人后方障碍物距离。机器人的机械臂上安装有一个超声波传感器，用于检测机械臂终端与电梯面板(电梯外面板和电梯内面板)的距离；通过该距离可以算出机械臂向前运动多远才能按到电梯按钮。机器人如果在前进过程中收到前方超声波传感器检测到障碍物的信号则停止运动。机器人如果在后退过程中收到后方超声波传感器检测到障碍物的信号则停止运动。

(6)机器视觉识别电梯面板与按键：通过图像目标识别算法对电梯面板以及电梯按键进行识别。

(7)电缸控制机械臂升降：机器人系统中设置了电梯内面板中所有按键的高度。机器人按压电梯外面板按键后，根据系统中的电梯内面板按键高度值控制电缸对机械臂进行高度调整。机器人进入电梯后，机械臂按压电梯按钮后控制电缸将机械臂调整到默认高度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于物品配送的自动乘梯机器人，包括机器人主体(1)，在所述机器人主体(1)顶部设置有能够识别并按动电梯按钮的机械臂(2)，底部设置有行走装置(3)，其特征在于，在所述机器人主体(1)顶部还设置有操作屏幕(15)，在所述机器人主体(1)底部还设置有防跌落传感器(13)，在所述机器人主体(1)上设置有能够驱动机械臂(2)上下移动的动力装置(4)，所述机器人主体(1)通过上壳体(5)和下壳体(6)分隔为上下间隔的两部分，在所述上壳体(5)内从上到下依次设置有储物箱(7)、工控机(8)和电路板(9)，所述储物箱(7)的一侧设置有能上下滑动的箱门(10)，所述上壳体(5)上设置有与箱门(10)对应的开口，在所述下壳体(6)内设置有电池(11)，在所述下壳体(6)的前后两侧分别设置有若干超声波传感器(12)，在所述上壳体(5)和下壳体(6)之间设置有用于扫描周围环境的激光雷达(14)；

工控机(8)包括无线收发模块和控制器，无线收发模块的数据收发端与控制器的无线数据收发端相连，机械臂(2)的数据控制端与控制器的机械臂数据控制端相连，行走装置(3)的行走数据端与控制器的行走数据端相连，操作屏幕(15)的屏幕数据端与控制器的屏幕数据端相连，防跌落传感器(13)的数据端与控制器的防跌落数据端相连，动力装置(4)的升降数据端与控制器的升降数据端相连，超声波传感器(12)的数据端与控制器的超声数据端相连，激光雷达(14)的数据端与控制器的激光雷达数据端相连。

2.根据权利要求1所述的用于物品配送的自动乘梯机器人，其特征在于，所述行走装置(3)包括两个左右对称设置的主动轮(301)和两个前后对称设置的万向轮(302)，两个所述主动轮(301)和两个万向轮(302)呈菱形布置，两个所述主动轮(301)均能在各自驱动电机(303)的驱动下转动，分别为主动轮一驱动电机和主动轮二驱动电机，主动轮一驱动电机的驱动数据端与控制器的驱动第一数据端相连，主动轮二驱动电机的驱动数据端与控制器的驱动第二数据端相连；

或/和所述动力装置(4)为自机器人主体(1)底部延伸至顶部的电缸，电缸的数据控制端与控制器的电缸数据控制端相连，在电缸的活塞杆顶端设置有机械臂安装座(20)，所述机械臂(2)安装在机械臂安装座(20)上；

或/和所述机器人主体(1)为多层框架结构，所述储物箱(7)、工控机(8)、电路板(9)、电池(11)和激光雷达(14)分别安装在机器人主体(1)的不同层，所述激光雷达(14)位于上壳体(5)和下壳体(6)之间的间隔层；

或/和所述箱门(10)通过第一滑轨滑块组件(16)安装在机器人主体(1)上，并通过电动丝杆(17)驱动，电动丝杆(17)的数据控制端与控制器的丝杆数据控制端相连。

3.根据权利要求2所述的用于物品配送的自动乘梯机器人，其特征在于，在所述机器人主体(1)上还设置有第二滑轨滑块组件(18)，所述电动丝杆(17)的螺母(17a)与第二滑轨滑块组件(18)的滑块固定连接，并通过连接支架(19)与箱门(10)相连，当所述电动丝杆(17)驱动螺母(17a)沿第二滑轨滑块组件(18)的滑轨上下滑动时，所述螺母(17a)同时带动箱门(10)沿第一滑轨滑块组件(16)的滑轨上下滑动。

4.根据权利要求1所述的用于物品配送的自动乘梯机器人，其特征在于，操作屏幕(15)包括触摸显示屏模块或/和音频模块，音频模块包括音频输出模块或/和音频输入模块；

触摸显示屏模块的触摸显示数据端与控制器的触摸显示输出端相连，音频输出模块的音频数据端与控制器的音频输出数据端相连；音频输入模块的音频数据端与控制器的音频输入数据端相连；

或/和还包括与电池(11)相连的充电模块，充电模块包括有线充电模块或/和无线充电模块；

有线充电模块的电源输出端与电池充电端相连，无线充电模块的电源输出端与电池充电端相连；

或/和还包括惯性测量单元，惯性测量单元的测量数据端与控制器的惯性数据端相连；

或/和还包括任务调度控制中心，控制器通过无线收发模块接收任务调度控制中心向机器人发送的任务调度指令。

5.根据权利要求1～4之一所述的用于物品配送的自动乘梯机器人的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，任务调度控制中心向待命机器人发送任务调度指令；

S2，机器人执行任务调度控制中心发送的任务调度指令。

6.根据权利要求5所述的用于物品配送的自动乘梯机器人的工作方法，其特征在于，在步骤S2中包括以下步骤：

S21，根据任务调度指令，机器人判断是否需要进行跨楼层运行：

如果需要跨楼层运行，则机器人自动导航至当前楼层电梯区域；

如果不需要跨楼层运行，则直接在当前楼层执行任务；

S22，机器人自动导航至当前楼层电梯区域后，通过图像目标识别算法识别电梯外面板，电梯外面板识别成功后，机器人调整位姿；

然后再通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的按键，识别成功后，如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以上的楼层，则控制机械臂按压电梯外面板上的电梯上行按键；如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以下的楼层，则控制机械臂按压电梯外面板上的电梯下行按键；

S23，按键成功后，机器人通过激光雷达检测电梯门开关状态，激光雷达检测到有电梯开门后，机器人通过图像目标识别算法判断开门电梯外面板上的电梯运行方向：

如果电梯外面板显示方向不是需要前往的楼层方向，则机器人继续等待，并检测电梯门状态；

如果检测到开门电梯外面板显示方向为所需前往的楼层方向，则机器人判断是否可以进入电梯，机器人判断可以进入电梯的条件为：(1)机器人通过图像目标识别算法识别到电梯内人数低于设定人数阈值，(2)机器人通过激光雷达扫描到电梯内面板前有空余空间；

如果满足条件(1)或/和(2)，机器人驶入电梯；则执行步骤S24；

如果不满足条件(1)或/和(2)，则机器人等待电梯离开后，返回步骤S22；

S24，机器人进入电梯后，通过动态路径规划算法调整至合适位姿，位姿调整完成后，启动机械臂，由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别所需前往楼层的按键的位置，识别成功后，调整机械臂姿态，按压所需前往的楼层按键；

S25，到达目标楼层后等待电梯开门，开门后机器人驶出电梯；

S26，机器人驶出电梯后执行任务；

S27，机器人完成任务后，进入待命模式。

7.根据权利要求6所述的用于物品配送的自动乘梯机器人的工作方法，其特征在于，步骤S22为：机器人自动导航至当前楼层电梯区域后，通过图像目标识别算法识别电梯外面板，电梯外面板识别成功后，如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以上的楼层，且电梯外面板上的电梯上行按键未点亮或/和电梯外面板上的显示屏未提示上行，则机器人调整位姿；

然后再通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的上行按键，识别成功后，控制机械臂按压电梯外面板上的电梯上行按键；

如果机器人需要前往的目标楼层为当前楼层以下的楼层，且电梯外面板上的电梯下行按键未点亮或/和电梯外面板上的显示屏未提示下行，则机器人调整位姿；

然后再通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的下行按键，识别成功后，控制机械臂按压电梯外面板上的电梯下行按键；

否则，机器人等待电梯门打开；

或/和在步骤S25中判断到达目标楼层的方法为：由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别当前所在楼层：

若当前楼层等于目标楼层，则到达目标楼层，电梯开门后，机器人驶出电梯；

若当前楼层不等于目标楼层，则等待电梯继续运行；

或者机器人通过IMU检测电梯运行高度从而定位电梯所处楼层：

若IMU定位电梯所处楼层等于目标楼层，则到达目标楼层，电梯开门后，机器人驶出电梯；

若IMU定位电梯所处楼层不等于目标楼层，则等待电梯继续运行。

8.根据权利要求5所述的用于物品配送的自动乘梯机器人的工作方法，其特征在于，在步骤S1中，当机器人在充电区充电时，机器人进入充电模式；充电模式期间任务调度控制中心不对充电模式的机器人发出任务调度指令；

或/和在步骤S2中包括：当机器人的电量低于设置的电量阈值时，机器人进入低电量模式，进入低电量模式后，机器人自动导航至充电区域充电；

如果机器人的电量低于设置的电量阈值时，且机器人正在执行任务指令，则机器人继续保持任务执行模式，并继续执行本次任务，本次任务完成后机器人进入低电量模式；

低电量模式期间，任务调度控制中心不对低电量模式的机器人发出任务调度指令。

9.根据权利要求6所述的用于物品配送的自动乘梯机器人的工作方法，其特征在于，在步骤S22中还包括：由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别电梯外面板上的电梯上行按键和电梯下行按键的高度：

若电梯上行按键和电梯下行按键的高度高于机械臂默认高度，则控制器向电缸发送控制信号，使其机械臂升高；

在步骤S24中还包括：由机械臂上安装的摄像头通过图像目标识别算法识别电梯内面板上的电梯目标楼层按键的高度：

若电梯目标楼层按键的高度高于机械臂默认高度，则控制器向电缸发送控制信号，使其机械臂升高。

10.根据权利要求6所述的用于物品配送的自动乘梯机器人的工作方法，其特征在于，还包括：机器人抵到目的地后，机器人呼叫对象，该对象为物品接受者或者物品寄送者；控制器接收到打开箱门控制命令时，控制器向电动丝杆发送工作命令，使其箱门打开。

Images