CN112061654B - 一种分拣机器人、分拣装置、系统及分拣方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分拣机器人、分拣装置、系统及分拣方法，所述分拣机器人包括平衡臂、抓手模块和运动驱动部，平衡臂用以保持移动过程的平稳；抓手模块连接在所述平衡臂末端，用于抓取货物；所述运动驱动部与所述平衡臂连接，用于驱动平衡臂的伸缩与移动及抓手模块的抓放货物；所述分拣装置包括支撑部、移动部和分拣机器人，所述撑部至少与一个分拣单元相连接，所述移动部可沿所述支撑部在一个以上分拣单元之间移动；所述分拣机器人用于分拣目标子周转箱。本发明提供的分拣装置占地空间小，分拣机器人动作灵活、可靠，通过移物装置的配合，可以实现立体仓库内货物的高效分拣。

Description

一种分拣机器人、分拣装置、系统及分拣方法

技术领域

本发明涉及物流技术领域，特别地涉及一种应用于立体仓库的分拣机器人、 分拣装置、系统及分拣方法。

背景技术

在科技和经济的双重推动下，物流业正在从传统物流向现代物流快速转型。 在将商品从产地到消费地，或将货物从一个用户到另一个用户的移动过程中，涉 及到的关于运输、保管、配送等多个环节的物流链向着自动化、信息化、智能化、 无人化的方向演进。其中，分拣是物流链中的一个重要环节。为了提高运输、配 送效率，物流系统通常会设置多级分拣中心。例如，在从用户处收集上来的一件 货物会经过分拣中心分拣、运输、下一级分拣中心分拣、再运输……直至到达配 送站，从配送站配送到目的地。分拣中心至少包括临时储存货物的仓库，仓库内 由人工或设备对入库货物进行相应级别的分拣，然后收集、运送到指定区域存储， 在运输车辆到达时装箱，从分拣中心运送到下一个分拣中心或配送站。

随着科技的发展，分拣技术也在一步步提高。由原始的人工分拣发展到使用 各种自动化设备自动分拣。例如，在公开号为CN102218404B、名称为“基于射 频、视频和红外识别跟踪的物流分拣系统和方法”的专利申请中揭示了一种分拣 设备，包括货物投放传送机、货物传送辊道、多个分拣口传送机及货物识别设备。 货物投放传送机将货物投入到货物传送辊道，由货物识别设备识别后送入相应 的分拣口传送机。又例如公开号为CN103949408B名称为“高速货物分拣车及 分拣系统”提供了一种分拣方案，在分拣中心的仓库设置流水线式分拣系统，在 流水线式的输送通道中设置多个分拣口，采用分拣车装载待分拣货物。分拣车在 输送通道移动过程中识别货物，将识别出的货物在经过对应分拣口时推入分拣 口。另外还有各种其他类型的分拣设备或分拣机器人。

在前述的各种分拣技术中，需要在仓库中开辟足够大的区域来放置分拣设 备或分拣机器人、待分拣货物和分拣完的货物，并且，在分拣完后，还需要足够 的区域供叉车等运输设备来收集分拣后的货物，然后通过运输通道运送到货物 存储区域存储，等待出库运输，因而仓库需要为分拣、运输留有足够空间。另外， 在分拣中心的仓库中，货物从入库到出库，需要在分拣中心停留一段时间用于分 拣、等待出库，停留的时间根据仓库管理技术、分拣技术、出库运输频率等息息 相关。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种应用于立体仓库的分 拣机器人、分拣装置、系统及分拣方法，用于实现立体仓库内货物的高效分拣。

为了解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种应用于 立体仓库的分拣机器人，包括平衡臂、抓手模块和运动驱动部，其中，所述平衡 臂用以保持移动过程的平稳；所述抓手模块连接在所述平衡臂末端，用于抓取货 物；所述运动驱动部与所述平衡臂连接，用于驱动平衡臂的伸缩与移动及抓手模 块的抓放货物。

根据本发明的一个方面，本发明还提供了一种应用于立体仓库的分拣装置， 包括支撑部、移动部和分拣机器人，其中，所述支撑部至少与一个分拣单元相连 接，所述分拣单元用于放置第一母周转箱，所述第一母周转箱中放置待分拣货物； 所述移动部活动连接在所述支撑部上，可沿所述支撑部在一个以上分拣单元之 间移动；所述分拣机器人固定在所述移动部上，用于根据分拣任务抓取货物，随 着所述移动部的移动，将货物从第一母周转箱分拣到第二母周转箱。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种立体仓库分拣系统，包括： 一个或多个分拣装置、移物装置及控制系统，所述分拣装置分散在立体仓库中与 库位单元相连通，根据分拣任务分拣目标母周转箱中的目标子周转箱；所述移物 装置，分布在库内库位单元的移物空间中，根据搬运任务搬运母周转箱；所述控 制系统经配置其与所述分拣装置和移物装置通信，用于分派分拣任务和搬运任 务并维护分拣信息。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种立体仓库分拣方法，包括以 下步骤：

通过移物装置将第一母周转箱和第二母周转箱搬运到分拣单元；

分拣单元的分拣机器人将货物从第一母周转箱抓取到第二母周转箱中；以 及

通过移物装置将所述第一母周转箱和第二母周转箱搬离分拣单元。

本发明提供的分拣系统不需要过大的空间位置，通过移物装置的配合，利用 分拣机器人可以快速、准确地分拣货物，不受时间、空间的限制，分拣效率高。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的库位单元的立体结构图；

图2是根据本发明的一个实施例的储物装置放置在库位单元中的状态示意 图；

图3A是根据本发明的一个实施例的一种储物装置的示意图；

图3B是根据本发明的另一个实施例另一种储物装置的示意图；

图3C是根据本发明的一个实施例的一种储物装置的底部示意图；

图4A是根据本发明的一个实施例的一种储物台的正面立体示意图；

图4B是根据本发明的一个实施例的一种储物台的背面立体示意图；

图5A-5B是根据本发明的一个实施例的AGV停止在库位单元中的状态示 意图；

图6A-6B是根据本发明的一个实施例中的一个库位单元中装载有储物装置、 并停置一个AGV的状态示意图；

图7是根据本发明另一个实施例的库位单元示意图；

图8是根据本发明另一个实施例的库位单元示意图；

图9是根据本发明一个实施例的库位单元连接示意图；

图10是根据本发明另一个实施例的库位单元连接示意图；

图11A是根据本发明另一个实施例的库位单元局部连接结构示意图；

图11B是与图11A所示结构对应的库位单元局部连接结构示意图；

图11C是基于图11B所示结构另一种库位单元连接结构示意图的放大图；

图12是根据本发明一个实施例的立体仓库示意图；

图13A是根据本发明另一个实施例的立体仓库示意图；

图13B-13F是根据本发明另一个实施例的立体仓库中货物移动示意图；

图14A是根据本发明一个实施例的具有水平一层的立体仓库示意图；

图14B是根据本发明另一个实施例的具有水平两层的立体仓库示意图；

图15是根据本发明另一个实施例的立体仓库示意图；

图16是根据本发明另一个实施例的立体仓库管理系统的原理框图；

图17是根据本发明另一个实施例的立体仓库货物存储方法流程示意图；

图18A-18C是根据本发明一个实施例的一种分拣机器人平衡臂的结构示意 图；

图19A-19C是根据本发明一个实施例的分拣机器人运动驱动部示意图；

图20A-20C是根据本发明一个实施例的分拣机器人抓手模块示意图；

图21A-21C是根据本发明另一个实施例的分拣机器人抓手模块示意图；

图22A-22B是根据本发明一个实施例的应用于立体仓库中的分拣装置示意 图；

图22C-22D是根据本发明一个实施例的分拣装置示意图中分拣机器人示意 图；

图23A-23H是根据本发明一个实施例的分拣机器人抓取货物过程示意图；

图24A-24B是根据本发明一个实施例的分拣机器人抓取、分拣货物流程示 意图；

图25是根据本发明另一个实施例的应用于立体仓库中的分拣装置示意图； 以及

图26是与图25中分拣装置相配合的母周转箱结构示意图；

图27是根据本发明一个实施例的立体仓库中包括分拣装置时的示意图；

图28是根据本发明一个实施例的立体仓库分拣系统中控制系统的原理框图，

图29是根据本发明另一个实施例的分拣系统中控制系统原理框图；

图30是根据本发明另一个实施例的分拣系统中控制系统原理框图；以及

图31A-31D是根据本发明一个实施例的立体仓库货物分拣方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定 实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上 类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备 本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解， 还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

本发明提供的分拣机器人、分拣装置及分拣系统应用于一种高空间利用率 的立体仓库，所述立体仓库内的大部分空间作为储物空间用于容纳储物装置。所 述储物装置例如为储物箱或储物台。在一个实施例中，储物装置包括子、母周转 箱，子周转箱为封闭结构，用于放置货物，子周转箱放置在母周转箱内或储物台 上。在储物空间上方或者储物空间下方设置容纳移物装置的移物空间，所述移物 装置例如为超薄的AGV小车。通过移物装置来移动储物空间的储物装置完成货 物的进、出库、库内移动等操作。根据储物空间与移物空间的具体结构设计，可 以使所述储物空间与所述移物空间的体积比大于或等于4:1，或者5:1，或者6:1， 或者7:1，或者8:1，或者9:1，或者10:1。因而本发明提供的立体仓库对空间的 利用远远超过现有技术中的任何一种传统仓库或现代智能仓库。

库位单元实施例一

在一个实施例中，本发明提供了一种标准化、模块化的库位单元，多个库位 单元堆叠在一起可以形成一个高空间利用率的立体仓库。

图1为根据本发明一个实施例的标准化、模块化的库位单元的立体结构图。 所述库位单元1至少包括一个立方框架，其包括四个立柱111、顶部的四个边框 112和底板113。该立方框架的四个立柱111连接有支撑结构，通过该支撑结构 来支撑储物装置。在本实施例中，所述支撑结构为支撑块，每个立柱上连接有一 个或多个朝向内部的支撑块12。在另一些实施例中，所述支撑结构也可以是连 接在所述立柱上朝向所述储物空间的一个扇形结构，其中所述扇形结构的弧度 小于或等于90度。

库位单元的立体框架底面为一整块底板113。在其他一些实施例中，根据需 要也可将底板113设置成镂空或者编网等形式，从而节约成本。为了能够确定货 物在立体空间的分布，每一个库位单元设有身份标签14。如图1所示，身份标 签14可以为位于底板113适当位置的电子标签，其中记录有该库位单元的身份 信息，如在库内的编号。

库位单元1立方框架内部的空间，从所述支撑块12到立方框架的顶部包括 储物空间101，用于容纳储物装置，例如本实施例中的母周转箱2。参见图2， 示出了母周转箱2放置在库位单元1中的状态示意图。设置母周转箱2的目的 是能够尽可能地利用库位单元的储物空间。由于存储的货物在规格、体积形状等 存在各种可能，通过母周转箱2可以有序地集合不同规格、不同体积的货物或 者子周转箱。立方框架的四个支撑块12支撑着母周转箱2的底部，可以稳稳地 将母周转箱2存放在储物空间101。

在一个实施例中，货物放置子周转箱内(图中未示出)。子周转箱放在母周 转箱2中。在一些实施例中，母周转箱2包括第一本体，其尺寸与本实施例中 的库位单元1的储物空间101的规格相匹配。如图3A所示，母周转箱2的第一 本体20的高度与储物空间101相匹配，第一本体20的顶部开放，用于从顶面 取、放子周转箱或货物。在其他一些实施例中，如图3B所示，母周转箱2第一 本体20的高度低于储物空间101的高度。在其他一些实施例中，如图4A-4B所 示，储物装置为储物台，其第一本体20a的四周设有边沿22a。第一本体20a上有序设置的多种规格的定位槽23a，用于容纳不同规格、不同体积的货物或子周 转箱。

在前述三个实施例中，母周转箱2的第一本体20的底部具有搬运结构。如 图所示，搬运结构可以为与移物装置的顶起机构相配合的定位结构21，可使移 物装置从母周转箱2的第一本体20的底部顶起母周转箱2。在一些实施例中， 各个母周转箱2设有身份标签24，如图3C所示。在一个实施例中，身份标签为 电子标签，其中记录有该母周转箱2的身份信息，如母周转箱2的编号。

在一些实施例中，从所述支撑块12到立方框架的底部为移物空间102，作 为移物装置的行走空间。在一个实施例中，所述移物装置采用AGV3。AGV3在 移物空间102内移动。库位单元1的底板113作为移物支撑结构，即为AGV3 的行驶面，在如图5A-5B所示，为AGV3停止在所述库位单元1中的状态示意 图。在一些实施例中，结合图1，底板113上正交设置有导向槽1131，其为移物 引导装置。由于底板113为矩形，为了使AGV3可以无阻碍地在底板11a上移 动，正交设置的导向槽1131分别与对应的底边平行。对应导向槽1131，在AGV3 底部设有两个与其配合的导向轮31，如图5B所示，用于防止AGV3在行驶过 程偏离行驶路线。在本实施例中，底板113上设有一组正交关系的导向槽1131， 也可以设置两组或三组，在AGV3底部的对应位置，也设置有对应的导向轮31。

导向槽与导向轮用于强制AGV在行驶过程中始终在该路线而不偏离。根据 类似的思路，可在框架底面113上设置凸条，在AGV底面上设置相配合的凹槽， 同样可以起到导向的作用。机械的方式成本低，稳定性高，控制系统也更容易实 现。

除了以上两种机械式结构外，也可以采用其他的结构来为AGV3导向，例 如电磁式、激光式、红外式、超声波式、UWB式、或者光学式结构。本领域普 通技术人员可以根据实际需要选用任何一种导向结构，在此则不再赘述。

在一些实施例中，为了移动母周转箱2，在AGV3的顶面设有顶起机构32， 在没有移动货物时，所述顶起机构32收缩收纳在AGV3的顶面内。在需要移动 货物时，顶起机构32从AGV3的顶面伸出，与母周转箱2底部的定位结构21 配合，随着顶起机构32的升高，可以将母周转箱2从支撑块上顶起。

在一些实施例中，AGV3的座体下表面外部设有电子标签读写器(图中未示 出)，用以读取库位单元1的身份标签；座体上表面外部设有电子标签读写器(图 中未示出)，用以读取母周转箱2的身份标签。

图6A-图6B示出了一个库位单元1中装载有母周转箱2并停置一个AGV3 的状态。为了移动母周转箱2，AGV3行驶到移动母周转箱2的下方停下，首先 通过顶起机构32将所述母周转箱2顶起，使母周转箱2脱离支撑块12，而后 AGV3带动母周转箱2移动。库位单元1中为所述母周转箱2留有一个抬升空 间103，可使AGV3从支撑块12顶起母周转箱2，从而脱离支撑块12，便于移 动。所述抬升空间103的高度与AGV3的顶起机构抬升的距离相配合，在AGV3的顶起机构32将所述母周转箱2顶起后可以无阻碍地移动即可，因而，因而所 述抬升空间103不需要太大，例如，抬升空间103的高度可以小于5cm，或者小 于3cm，或者小于1cm。

在本实施例中，用于移动货物的AGV3的厚度决定了移物空间102的大小， 而AGV3厚度仅占库位单元1高度的很小的一部分，因而，库位单元1中的大 部分空间为储物空间。根据母周转箱2的大小及载重量和AGV3的内部元器件 所占空间及其载重量，通过计算可得知，AGV的厚度与库位单元1高度的比可 在1/11-1/5，也就是说，一个库位单元1的空间利用率可以达到80％-90％。当移 物装置采用其他方式，如磁悬浮等方式时，空间利用率可以达到95％。

库位单元实施例二

如图7所示，为根据本发明另一个实施例的库位单元示意图。在本实施例 中，库位单元1b至少包括一个立方框架，立方框架包括四个立柱111b、顶板 112b和底板113b。其中，顶板112b上设有导轨1121b，移物装置为可伸缩的机 械手3b，其通过悬挂机构31b连接在导轨1121b上，悬挂机构31b既可以360 度旋转，转动机械手3b的方向，也可以上下伸缩，用以升降机械手3b。

对应所述库位单元1b，母周转箱2b与前述实施例不同的是，其搬运结构为 设置在第一本体四个顶边上的提手21b，其身份标签可设置于第一本体的四个顶 边中任何一个上，以便于其上方移物装置的读取。

母周转箱2b放置在底板113b上，悬挂机构31b带动机械手3b沿导轨1121b 移动到母周转箱2b的上方，扩张所述机械手3b，使其与提手21b位置相对应， 从而抓取母周转箱2b的提手21b，将母周转箱2b抓离底板113b，通过导轨沿x 向或y向移动，从而实现水平交叉移动货物。在本实施例中，移物装置所在的移 物空间102b在储物空间101b上方，通过设置移物装置的结构，如机械手3b， 可以减少其所占的空间，因而，本实施例中的储物空间101b与移物空间102b的 比例至少可大于2：1。

库位单元实施例三

如图8所示，为根据本发明另一个实施例的库位单元示意图。在本实施例 中，库位单元1c至少包括一个立方框架，立方框架包括四个立柱111c、隔板112c 和底板113c。其中，隔板112c连接在立柱111c上半部，与立柱顶端所在的平面 形成移物空间102c，隔板112c作为移物支撑结构，其上设有导轨或导向槽，用 于为移物装置3c在隔板112c上的运行导向。母周转箱2放置在底板113c上。 母周转箱2与移物装置3c具有无接触的连接结构。例如，移物装置3c在需要移 动母周转箱2时产生吸力，所述吸力可为抽取真空时产生的吸力，或者为电磁 吸力。对应的，母周转箱2的第一本体上设置有吸附装置，可为与移物装置3c 对应的真空吸附装置或电磁吸附装置，其受移物装置3c的吸引而离开底板113c， 跟随移物装置3c移动，从而在水平方向完成交叉移动货物。在本实施例中，隔 板112c和底板113c之间包括抬升空间103c和储物空间101c，隔板112c以上 为移物空间102c。抬升空间103c的高度为母周转箱2被吸附时离开底板113c 的高度，因而该空间的高度可以很小，如可以为厘米级或毫米级。而移物装置3c 的体积不需要很大，所以移物空间102c的高度相对于储物空间101c的高度很 小，因而库位单元1c内的空间绝大部分为储物空间101c，储物空间101c可达到整体空间的75％以上。

本发明提供的库位单元为一个模块化、标准化的存储单元，当多个这样的单 元堆叠连接在一起时可以得到一个立体仓库。在一些实施例中，相邻的库位单元 可以共享立柱。也就是说，立体仓库的立柱可以为左右或者上下相邻的库位单元 所共有。在制造立体仓库时，也是同时形成多个库位单位。

在其他一些实施例中，为了扩大立体仓库的灵活性，立体仓库中全部或部分 相邻的库位单元可以各自拥有自己的立柱。为了能将这些库位单元连接在一起， 本发明提供的库位单元的立体框架在三个维度上分别设置有相应维度的连接结 构，用于将不同的库位单元连接在一起。

库位单元连接结构实施例一

图9为一种库位单元连接示意图。在本实施例中，库位单元的立体框架上 设有连接孔11a，当两个库位单元1连接在一起时，各自的连接孔11a相通，此 时可以利用螺栓配合螺帽(图12中未示出)将两个库位单元1连接在一起。

库位单元连接结构实施例二

如图10所示，为另一种库位单元连接示意图。在本实施例中，在立体框架 上的一个立柱或棱边上设置一个以上的凹槽，两个库位单元并列时，两个凹槽相 对应，卡扣11b扣合所述在凹槽内，从而将两个库位单元连接在一起。通过在一 个库位单元的x、y、z三向设置多个凹槽，可以在三个维度连接其他库位单元， 根据需要可以连接任意多个库位单元。

库位单元连接结构实施例三

如图11A-11C所示，为又一种库位单元连接示意图。如图11A所示，在立 体框架上的每个立柱或棱边上设置一个以上的凹槽11c，如图11B所示，另一个 库位单元设有凸条或凸块11d，当两个相同规格的库位单元并列在一起时，一个 库位单元凸条或凸块11d与另一个库位单元凹槽11c相配合插接在一起。另外， 为了在插接后两个库位单元的连接更为牢固，如图11C所示，可以在凸块11d末 端设置卡勾11e，对应的凹槽11c中设置相应的卡槽(图中未示出)，在凸块凸 块11d插入凹槽11c中时，卡勾11e与卡槽相互咬合在一起，因而连接更为牢 固。

在以上的库位单元连接结构中，所述连接结构分别设置在三个维度上，因而 可以在水平的X两个方向、纵向Y两个方向及Z向两个方向连接其他任意个库 位单元1，从而可以得到库位单元数量不同、体积不同的立体仓库。

立体仓库结构实施例一

参见图12，为根据本发明一个实施例的立体仓库示意图。在本实施例中， 所述立体仓库包括多个水平连接在一起的库位单元1。各个库位单元1可在x方 向和y方向前后延伸连接，从而根据实际需要，组成不同规格的立体仓库。当库 位单元连接在一起时，其各自的移物空间相互连通，形成一个整体、大的移物空 间。由于支撑储物装置的支撑结构伸出长度很小，不会阻碍AGV的移动。从而 使AGV可在整体移物空间内在x向和y向自由交叉移动。例如，AGV在其中 一个库位单元内，将其储物装置顶起，而后移动到另一个库位单元；在定位后， 撤回顶起机构，将储物装置放置在新的库位单元的支撑结构上，从而完成储物装置的移动。

立体仓库结构实施例二

参见图13A，为根据本发明另一个实施例的立体仓库示意图。在本实施例 中，多个库位单元相互堆叠连接形成一个两层的立体仓库。当然，根据实际需要， 也可是三层或以上。为了实现移物装置和储物装置能在不同层之间移动，还包括 升降系统4。升降系统4包括支撑立柱41和升降台42。升降台42与所述支撑 立柱41配合，在驱动机构的驱动下上升或下降，可以与任一高度的库位单元相 对接。其中，升降台42的台面与库位单元底板113的结构相同，当升降台42与 库位单元1对接定位后，升降台42的台面组成为移物空间的一部分。

当AGV3需要换层时，升降台42移动到对应层，AGV3移动到升降台42 的台面，升降台42再移动到目标层，与目标层的库位单元对接定位后停止， AGV3从升降台42的台面移动到所述目标层。当需要将下层的一个母周转箱2， 或者从外部接收的一个母周转箱2送到上层的一个库位单元时。AGV3载着所 述储物装置移到升降台42上，如图13B所示。升降台42在驱动机构的驱动下 上升，如图13C所示。当到达上层时，升降台42停止上升，并与上层的库位单 元对接、定位，如图13D所示。AGV3载着所述母周转箱2向目标库位单元移 动，如图13E所示。当到达目标库位单元停止，撤回顶起机构，将母周转箱2放 置在目标库位单元的支撑结构上，如图13F所示。

立体仓库结构实施例三

参见图14A-14B，为根据本发明另一个实施例的立体仓库示意图。在本实施 例中，所述立体仓库包括整体框架，整体框架由多个横梁111c和多个立柱112c 交叉连接在一起，从而形成多个储物单元1。所述储物单元1在水平和垂直方向 上形成单元阵列。如图14A所示，形成水平一层的立体仓库，如图14B所示， 形成两层的立体仓库。储物单元1用以容纳储物装置(图中未示出)，如母周转 箱或者储物台。在每个立柱112c上设有支撑结构12，储物装置放置在支撑结构 12上。如图中虚线所示，从支撑结构12到储物装置顶部之间的空间构成了储物 空间101，从支撑结构12到底板113c之间的空间构成了移物空间102。在储物 装置(图中未示出)顶部和横梁111c之间，或者说，在储物装置顶部货物和上 层底板113c之间留有一定高度的距离，该空间为抬升空间(图中未示出)。移物 装置为了在该移物空间102内带动储物装置一起移动，移物装置移动到储物装 置下，利用顶起机构将所述储物装置顶起，而后在移物空间102无阻碍地水平 移动。因而，所述抬升空间103的高度根据顶起机构将所述母周转箱2后能否 无阻碍地移动为准。例如，该高度可以小于5cm，或者小于3cm，或者小于1cm。

为了实现移物装置在垂直方向的储物单元之间移动，还可以包括升降系统， 如图13A中所示的升降系统，具体可参见图13A-13F对应的说明，在此不再赘 述。

立体仓库结构实施例四

参见图15，图15为根据本发明又一个实施例的立体仓库示意图。在本实施 例中，所述立体仓库包括多个储物层和多个移物层(本实施例中示出了两层储物 层和两层移物层)，所述储物层和移物层的结构关系可如实施例一至三中的任何 一个。与实施例一至三不同的是，本实施例中的移物层的高度、移物层的高度不 是全部相同，其中，上层库位单元1a1的高度小于下层库位单元1a2的高度， 从而可以使用不同规格的储物装置，从而增加了可以存储货物的规格。在本实施 例中，所述立体仓库采用的整体框架，也可以由多个单独的库位单元组合连接成 成。

为了完成前述对AGV和升降台的控制，本发明中的立体仓库还包括运动控 制系统。如图16所示，为根据本发明一个实施例的立体仓库管理系统的原理框 图。立体仓库管理系统包括运动控制系统162和货物管理系统161，其中，立体 仓库管理系统可以位于本地，也可以位于云端。运动控制系统162包括用于控 制AGV的行走控制模块1621和控制升降系统的升降控制模块1622。其中，行 走控制模块1621为AGV的上位控制模块，主要用于对仓库内的多台AGV单 机进行任务管理、车辆驱动、路线规划管理、交通管理、通讯管理等功能单元。

其中，所述任务管理功能单元提供AGV单机的执行环境。根据任务优先级 和启动时间调度多台AGV的运行；提供对AGV单机的各种操作如启动、停止、 取消等。

车辆驱动功能单元负责AGV状态的采集，并向交通管理功能单元发出行走 段的允许请求，同时把确认段下发给AGV。

路线规划功能单元根据货物搬运任务的需求，分配调度AGV执行任务，根 据AGV行走时间最短原则，计算AGV的最短行走路径，并控制指挥AGV的 行走过程。

交通管理功能单元根据AGV运行状态和库内AGV行走路径状况，提供 AGV互相自动避让的措施。

通讯管理功能单元提供行走控制模块1621与AGV单机系统164及其他上 位机的通信功能。其中，行走控制模块1621与AGV单机系统164之间采用无 线通信方式，行走控制模块1621采用轮询方式和多台AGV单机系统164通信； 行走控制模块1621与其他上位机、云端系统可采用TCP/IP方式通信。

AGV上设有单机控制系统，收到来自上位系统行走控制模块1621的搬运 任务及其指令后，负责AGV单机的导航、导引、路径选择、车辆驱动、转向， 装卸操作等功能从而完成搬运任务。

AGV单机可以通过自身装备的电子标读写器读出库位单元的身份标识，并 根据所在立体仓库的库位单元的空间分布信息可以确定其中立体仓库内的位置 和航向。

AGV单机根据上位系统的指令，通过计算，预先选择即将运行的路径，并 将结果报送上位控制系统。或者由上位系统根据其它AGV所在的位置统一调配。 AGV单机行走的路径由若干直线段组成。每一段都指明了该段的起始点、终止 点(对应为具体的库位单元身份标识)，还可以包括AGV在该段的行驶时间、 距离、速度和转向等信息。

AGV单机根据移动路径信息，通过伺服电机、步进电机等位置精密控制电 机控制车辆运行。并具有紧急刹车功能，在立体仓库不稳定时，或出现意外时可 以及时刹车。

AGV内置重量称量分析系统，AGV根据货物重量决定了实现每段行程的设 定速度、加速度需要输出电压电流的大小

为了能够在立体仓库处于不稳定的移动状态时，仍能使移物装置，如本实施 例中的AGV，精确地释放储物装置到目标库位，控制系统还包括定位模块，例 如，其为设置在每个库位单元底板上传感器，如图1中的四个定位器160。正常 行驶状态下，AGV内部的伺服电机可以对AGV精确定位，但是在立体仓库处 于不稳定的移动状态时，在通过伺服电机定位后，再通过所述四个定位器160校 准AGV的位置，使得AGV即使在晃动的状态下仍然能够精确地定位在预定位 置，将储物装置放在正确的位置上。

升降控制模块1622用于控制升降系统的升降台驱动机构163。其中，升降 台驱动机构163采用伺服系统，升降控制模块1622根据升降行程发送驱动信息 给所述伺服系统，由其带动升降台到达预置位置。其中，在正常状态下，伺服系 统可以准确停止在预定位置，然而，由于立体仓库在移动时的不稳定状态导致升 降台到达的位置偏离原预定位置。如果升降台偏离了原预定位置，会导致升降台 与库位单元的对接状态不好，导致AGV行走困难，甚至损坏AGV。因而，在一 个实施例中，在支撑立柱上、每一层与库位单元对接的位置设置一个以上的位置 传感器，从而可以使升降台准确停止在预定位置。

另外，升降台内置有重量称量分析系统，根据升降台上装载的货物重量决定 了实现每次升降行程设定的速度、加速度所需要的输出电压电流的大小。

货物存储实施例

图17是根据本发明一个实施例的立体仓库货物存储方法的流程示意图，在 本实施例中，货物放置在储物装置内。为了以下叙述方便，将储物装置分为母周 转箱2和子周转箱7。其中，货物包装在闭合的子周转箱7中。多个子周转箱7 有序地放置在母周转箱2内。母周转箱2至少在顶部开放，如图17中所示的结 构，或者如图3A、3B或4A中的结构。移物装置，如AGV3搬运母周转箱2到 立体仓库内的目标库位单元，搬运过程如图13B-13F所示。在搬运过程中，如果 立体仓库处于不稳定的移动状态，则通过底板上的定位160对AGV3精确定位后再释放母周转箱2到目标库位的支撑块上。

当AGV3将母周转箱2搬运到一个库位单元存储时，建立母周转箱2与其 库位单元的身份绑定关系，并将该绑定关系发给货物管理系统161。当AGV3将 母周转箱2搬离其当前存储的库位单元存储时，解除母周转箱2与其库位单元 的身份绑定关系，同将将解绑关系发送给货物管理系统161。因而在本发明的货 物管理系统161中记录着每一个母周转箱2与库位单元的对应关系及其变动情 况。

在本发明中，用子周转箱包装货物，再将子周转箱放置在母周转箱中，每个 母周转箱中可以放置多个不同规格或相同规格的子周转箱，而且本发明中的子 母周转箱可以多次重复利用。即充分利用了储物空间，还方便对货物的分拣操作， 本发明提供的立体仓库的绝大部分空间为储物空间，相比于现有仓库，极大地提 高了空间利用率。通过图17中的货物存储方法可知，每一个母周转箱2中包括 多个子周转箱7，这些子周转箱7中的货物的目的地可能相同，可能不相同。本 发明为了提高运输效率，在物流过程中会设置多次货物交接过程，从而将一件货 物从发货地送达到目的地。因而，在货物流通过程中，需要为每一次对接分拣出 需要传递的目标货物。为此，本发明提供了一种分拣机器人，用于对立体仓库内 的货物进行分拣，根据下一次出库时的货物流向，立体仓库内的AGV配合分拣 机器人分拣出下一次出库的货物。

分拣机器人实施例

如图18A-22D所示，为本发明一个实施例提供的一种分拣机器人的示意图， 本发明提供的分拣机器人5包括平衡臂50、抓手模块51和运动驱动部52，其 中，平衡臂50用以保持移动过程的平稳。抓手模块51连接在所述平衡臂50末 端，用于抓取货物。运动驱动部52与所述平衡臂50连接，用于驱动平衡臂50 的伸缩与移动。

参见图18A，平衡臂50包括两个以上由第一关节500连接的支臂501。所 述一个支臂501至少包括由第二关节502连接在一起的上臂503与下臂504，为 了方便说明，将上臂503和下臂504的通过第二关节502连接的那一端称为连 接端，将另一端称为自由端，因而每个支臂各有两个自由端，第一支臂的第二自 由端通过第一关节500与第二支臂的第一自由端连接。

以上臂503为例，其包括四个两两平行并列的连杆5031，在自由端有一连 接块5032，其上设有两个轴5033，每个轴的两端各连接一个连杆5031。为了在 收缩时减少平行并列的两个连杆之间的距离从而减少平衡臂所占用的空间，平 行并列的两个连杆的一端设计为弧形，两个连杆的弧形端分别位于自由端和连 接端，从而在收缩平衡臂50时可以使两个连杆5031并列在一起，从而使上臂 503与下臂504在收缩状态时互嵌在一起，达到减少平衡臂占用空间的目的。如 图18B所示，由第一关节500连接的两个支臂501并列相邻，在收缩状态时， 第二关节502活动连接在一起的上臂503与下臂504在收缩状态时互嵌在一起。

如图18C所示，第二关节502包括两个连接板5021和一组拉杆5022。上 臂构成上平面的两个连杆通过连接板相连接，在连接板上设有轴座5023，同理， 下臂也具有相同的轴座。在连接板5021上设有滑轨5024。拉杆5022的一端固 定在轴座5023上，另一端与滑轨5024配合。当下臂504在运动控制部的控制 下向下张开时，上臂503和下臂504带动拉杆5022在滑轨5024内的移动，可 以收缩或伸张上臂503和下臂504。

如图19A-19C，运动驱动部52包括驱动箱520，其内部设置有用于控制支 臂的驱动电机和钢丝卷绕机构。在本实施例中，共有两个支臂，因而有两套电机 及其钢丝卷绕机构，即分别通过钢丝绳521、522控制两个支臂。其中，参考图 19B，从驱动箱520引出的钢丝绳521、522通过导向轮安装在第一支臂的第一 自由端连接块5032a，钢丝绳521的末端连接到第一支臂第二自由端的连接块 5032b上。为了将钢丝绳522引到第二支臂，从驱动箱520引出的钢丝绳522通 过固定在第一支臂第二自由端的连接块5032b上导向轮、第二支臂第一自由端 的连接块5032c连接到第二支臂第二自由端的连接块5032d上。

参考图18B、19C和19A，在平衡臂50如图18B所示的收缩状态时，驱动 箱520的内部电机驱动第二支臂的钢丝卷绕机构释放钢丝绳，得到如图19C所 示的状态；在此时停止第二支臂的钢丝卷绕机构对钢丝绳的释放，驱动第一支臂 的钢丝卷绕机构释放钢丝绳，得到如图19A所示的状态。由于本实施例中的平 衡臂50可单独控制单个支臂动作，因而在伸长和收缩时运行平稳。通过单臂上 臂与下臂的设计，可使自身高度和垂直行程比达到了1:7以上。

参见图20A-20C，是根据本发明一个实施例的分拣机器人抓手模块示意图。 在本实施例中，抓手模块51包括抓手本体510、抓手和识别部512。其中，所述 抓手本体510固定在平衡臂下臂自由端连接块5032上。抓手本体510上设有导 轨，抓手具有多个抓取部511，如图中所示，共有两个抓取部511，抓取部511 的固定端通过滑块设置在导轨上。通过调整滑块在导轨内的位置，可以调整抓取 部511的开合尺寸。另外，每个抓取部511的滑动可以单独控制，用以适应不同 货物抓取部位的形状、大小或位置。其中，抓取部511可以采用吸附模式和/或 机械模式来抓取货物。在机械模式来抓取货物时，抓取部511的末端结构与货物 的提手结构相对接应。例如，在本实施例中，抓取部511的末端设置成内凹结 构。子周转箱7上的提手为外沿突出、中间内凹的结构，在此处称之为抓扣71， 当抓手进入到子周转箱7的抓取部位的凹陷处，抓取部511末端与抓扣71对准 后，控制抓取部511在导轨上相对向内移动，从而与抓扣71扣合在一起，在平 衡臂50收缩时，将子周转箱7抓起。

另外，抓取部也可以采用吸附模式，例如采用真空吸附式或电磁吸附式等。 关于吸附式抓取部的具体结构，本领域普通技术人员可参考相关技术文献获得。

识别部512设置在抓手本体510上，用以识别分拣货物。根据识别原理， 及子周转箱7的身份标签类型，识别部512可以采用射频识别、图像识别、二 维码识别等技术。例中，在本实施例中，识别部512为RFID读写器，其与子周 转箱7的RFID身份标签相对应。如果子周转箱7的身份标签为二维码或条形码 时，识别部512对应为二维码/条形码读写器。另外，所述识别部512也可以为 图像识别单元，包括摄像头和图像识别子单元，摄像头采集货物或货物身份标签 图像，所述图像识别子单元根据采集的图像识别货物，或者判断当前位置距离货 物的距离。

如图21A-21C所示，是根据本发明另一个实施例的分拣机器人抓手模块示 意图。在本实施例中，所述抓手模块51还包括减震压板513，通过轴活动连接 在所述抓手本体510上，用以在抓手抓取分拣货物时，契合在抓手与分拣货物 之间的空间防止货物晃动。为了能够很好地契合在抓手与分拣货物之间的空间， 在本实施例中包括有多个，如4个，震压板513，其一端与抓手本体510轴连 接，可以绕轴转动，从而可以展开或收起所述减震压板513，以适应不同规格， 不同尺寸大小的子周转箱7。如图21A所示，在收减震压板513全部收起时，完 全收缩在抓手本体510下部。或者如图21C所示，展开减震压板513，以适应较 大面积的子周转箱7。为了能够达到足够的刚性和带阻尼弹性，减震压板513包 上下两层，上层为刚性板，下层为带阻尼弹性板，从而兼顾到刚性和带阻尼弹性 减震的要求。

另外，所述分拣机器人还包括控制单元，分别与运动驱动部和抓手模块信号 连接，根据接收到的分拣任务协同抓手模块和所述运动驱动部完成目标子周转 箱的分拣。例如，控制驱动箱520的内部电机的运行，通过钢丝绳的收放控制平 衡臂的伸缩。又例如，控制抓取部511的驱动器，如电机或钢丝绳的收放，控制 抓取部511在导轨上的滑动，从而可以改变抓取部511的开合尺寸。又例如，对 减震压板的控制等等。

所述的分拣机器人还包括各种传感器(图中未示出)，如一个或多个定位传 感器、防撞传感器、激光SLAM(Simultaneous localization and mapping，同步定 位与建图)系统或视觉VSLAM系统，用于辅助分拣机器人在分拣货物时的行 程规划、自主探索、导航等任务。

进一步地，为了与上位机，如云端WMS通信，所述的分拣机器人还包括通 信单元，例如设置在抓手本体内部的无线通信装置，其分别与运动驱动部52， 和识别部512信号连接，将识别部512信息发送到云端WMS，并将云端WMS 的移动指令发送给所述运动驱动部52。

分拣装置实施例一

图22A-22B是根据本发明一个实施例的应用于立体仓库中的分拣装置示意 图。在本实施例中，所述分拣装置6包括支撑部61、移动部62和分拣机器人5。 其中，所述支撑部61至少与一个分拣单元60相连接，所述分拣单元60相当于 一个库位单元，其底面设有供移物装置如AGV移动的导向槽631，立柱上设有 支撑块612，用于放置待分拣的储物装置，如母周转箱2。

移动部62包括滑轨621及其驱动器622和横梁623及其滑轨驱动器624。 其中，在支撑部61的顶端左右两侧各固定一个滑轨621，在本实施例中，滑轨 621为一个嵌套式的多级滑轨，每一级滑轨设有一个驱动器622，可以驱动滑轨 向前延伸以扩大分拣机器人5的移动范围。横梁623的两端分别固定在滑轨621 上，在横梁623上设有滑轨及其驱动器624。分拣机器人5固定在滑轨上，驱动 器624驱动滑轨移动，可带动分拣机器人5在x向的两个方向移动。驱动器622 带动横梁623在y向的两个方向移动，从而使分拣机器人5沿y向的两个方向移动。在分拣机器人5的顶部设置有连接旋转机构，如图22C-22D，包括转轴 632及驱动电机633，转轴632通过支架与横梁623连接，驱动电机633通过同 步带与转轴632连接，可以带动整个分拣机器人5旋转。

在本实施例中，滑轨621的轨道面朝向侧面，左右两个滑轨621的轨道面 相向而设。然而，本领域的普通技术人员可知，两个滑轨621的轨道面也可以同 时朝上。同时，本实施例中横梁623的滑轨的轨道面朝下，当然也可以立起朝向 侧面。

另外，本实施例中的移动部62设置在支撑部61的顶部，支撑部61固定在 一个分拣单元60(相当于一个库位单元)的顶部。支撑部61加上移动部62滑 轨621的总高度应小于或等于一个库位单元。分拣机器人5将货物，如子周转 箱7，从一个分拣单元内的母周转箱2中抓取出来，滑轨621随着所述移动部62 的移动，将其放入另一个分拣单元60的母周转箱2中。

如图23A-23H所示，是根据本发明一个实施例的分拣机器人抓取货物示意 图。分拣机器人5的分拣操作流程如图24A-24B所示。分拣机器人5在待机状 态时，其处于第一分拣单元60上方，其中，第一分拣单元60中放置有母周转 箱2，母周转箱2中放置子周转箱7(图23A-23C中未示出，参见图23E)。如 图23A所示，分拣机器人5处于收缩、待机状态。货物的一次分拣过程如图24A- 24B所示，包括以下步骤：

步骤S101，展开平衡臂，下降抓手模块51并监测下降高度。运动驱动部52 内部的电机驱动钢丝卷绕机构释放第二支臂的钢丝绳，从而使第二支臂的下臂 向下伸出，分拣机器人5的状态如图23B(图中未示出钢丝绳，可参见图19C或 22C)所示。运动驱动部52内部的电机驱动钢丝卷绕机构释放第一支臂的钢丝 绳，从而使第一支臂的下臂向下伸出，分拣机器人5的状态如图23C(图中未示 出钢丝绳，可参见图19A)所示。在展开平衡臂的过程中，还可以通过旋转分拣 机器人5以调整与子周转箱7的对应关系，如图23D所示。

在平衡臂50下降过程中，由分拣机器人5内置的识别单元，如摄像头，激 光SLAM系统或视觉VSLAM系统监测距离子周转箱7的距离。

步骤S102，确认抓手模块51是否已到达适当高度，例如大约距离子周转箱 7顶部20～50mm。如果达到，则执行步骤S103，如果没有，则返回步骤S101。

步骤S103，分拣机器人5内置RFID读写器读取目标子周转箱7的RFID信 息。

步骤S104，判断该目标子周转箱7是否是指定目标，如果是，则在步骤S105， 上传WMS系统，而后执行步骤S107。如果不是，则执行步骤S106。

步骤S106，调整分拣机器人5的高度及位置，将另一个子周转箱作为目标， 返回步骤S103。

步骤S107，根据目标子周转箱7的尺寸，打开减震压板513到适当角度， 通常不超过子周转箱的尺寸。

步骤S108，平衡臂继续下降并微调水平坐标，直到传感器感应到抓取部511 和目标子周转箱7的爪扣71同心、并且到达抓取高度。

步骤S109，抓取部511抓紧抓扣71。其中，在抓取部511和目标子周转箱 7的爪扣71同心、并且到达抓取高度时，收缩抓取部511从而抓紧抓扣71。如 图23E所示。

步骤S110，分拣机器人5内置RFID读写器更新母周转箱2的RFID信息， 即解除目标子周转箱7与母周转箱2的身份绑定关系，并上传WMS系统。

步骤S111，分拣机器人5的平衡臂提升目标子周转箱7到适当高度，如高 出母周转箱2顶部2-5cm。如图23F所示状态。

步骤S112，分拣机器人5水平移动到第二分拣单元。其中，第二分拣单元 在y向与当前第一分拣单元相邻。驱动器622同步驱动支撑部上两侧滑轨621 向前伸出，与滑轨固定的横梁623带动分拣机器人5向前伸出，如图23G的状 态，直到水平移动到第二分拣单元，如图23H的状态。

步骤S113，分拣机器人5通过传感器确认当前位置为第二母周转箱的上方。

步骤S114，分拣机器人5的平衡臂51下降进入第二母周转箱，并微调水平 坐标，同时监测目标子周转箱7的在当前的位置。在一个实施例中，所述分拣机 器人5可在其分拣区域建立3D坐标系，通过监测目标子周转箱7的3D坐标来 确定目标子周转箱7是达到其应放入的指定位置。

步骤S115，判断目标子周转箱7是否达到了指定位置，如果已经到达了指 定位置，则在步骤S116，抓取部511松开抓扣，将目标子周转箱7放置到第二 母周转箱中的指定位置，并绑定目标子周转箱7与第二母周转箱的身份关系， 上传给WMS。如果目标子周转箱7还没有达到指定位置，则返回步骤S114。

步骤S117，平衡臂收回，回到待机状态。

分拣装置实施例二

在本实施例中，当移物装置，如AGV，在储物装置的上方时，即库位单元 如实施例二或三中的结构时，分拣装置的支撑部可设置在分拣单元的侧面。移动 部带动分拣机器人从分拣单元的侧面抓取子周转箱。如图25所示，分拣单元60a 的下方为储物空间，用于放置储物装置，如母周转箱。隔板63a作为移物空间的 移物装置的行驶面，其上设有导向槽631a，以供AGV在上面自由行驶。支撑部 61a从侧面连接到分拣单元60a的储物空间中，两个滑轨621a分别设置在侧面 的上、下两边，分拣机器人(图中未示出)通过横梁623a连接到滑轨621a。分 拣机器人的结构如分拣装置实施例一中的结构，其平衡臂可在x向伸长，伸入到分拣单元60a中，并可以沿滑轨621a在y向滑动，移到第二分拣单元(图中 未示出)的侧方。第二分拣单元与分拣单元60a在y向相邻。

分拣单元60a和第二分拣单元中的母周转箱2a可在侧向开放。如图26所 示，母周转箱2a侧面为一个可以向上、下两个方向滑动的门20a，其侧面可以 为整块板，或者是如图3A中所示为栅格状。当图26中的母周转箱2a位于图25 中的分拣单元60a中时，在分拣开始时，门20a向上、下两个方面打开，从而可 以使分拣机器人的平衡臂进入母周转箱2a，抓手模块51的抓手本体510旋转到 与子周转箱7的顶部平行，使抓手与子周转箱7中的抓扣平行，从而抓住抓扣。 平衡臂收缩，带动子周转箱7移出母周转箱2a。驱动滑轨621a向y向伸出，带 动分拣机器人移向第二分拣单元。分拣过程与实施例一相同，在此不再赘述。

本发明提供的分拣机器人适应用于立体仓库，占用仓库空间小，货物的分拣 不限时间、地点。分拣机器人的平行臂结构在抓取搬运时可保持子周转箱姿势稳 定，并进一步设置有与各种型号尺寸的子周转箱相对应的可变形的弹性减震压 板，可以有效有抑制子周转箱搬运时的晃动。分拣机器人的抓手模块可设计成吸 附式或机械式，配合智能识别部，如摄像头，RFID和二维码读卡器及其他各类 传感器，能够准确地识别、抓取子周转箱。机器人中的运动驱动部可以快速、平 稳地控制机器人的伸长、收缩及移动的运动，控制时采用的同步齿带能够实现传 动装置低扭矩、小型化和精确定位的功能。

立体仓库分拣系统实施例

在本实施例中，提供了一种立体仓库分拣系统，其位于立体仓库内，为立体 仓库中货物实施分拣。其中包括多个前述实施例中的分拣装置，其分散在立体仓 库中与库位单元相连通，根据分拣任务分拣目标母周转箱中的目标子周转箱；立 体仓库内的多个移物装置分布在库内的库位单元移物空间中，根据分拣任务向 分拣装置搬运目标母周转箱。控制系统与所述分拣装置和移物装置通信，用于分 派分拣任务并维护分拣信息。

图27是根据本发明一个实施例的立体仓库中包括分拣装置时的示意图。在 本实施例中，所述的立体仓库的结构如立体仓库实施例二的结构，在此不再赘述。 分拣装置6包括两个分拣单元60，其与立体仓库中的其他库位单元1连接在一 起。控制系统64根据分拣需要，控制通过仓库内的移物装置，如AGV3搬运母 周转箱2，配合分拣装置6完成分拣。

分拣控制系统实施例一

图28是根据本发明一个实施例的立体仓库分拣系统中控制系统的原理框图。 分拣控制系统64可以是整个物流系统中的一个子系统，其可以位于云端，也可 以位于仓库本地。在本实施例中，所述分拣控制系统64位于立体仓库本地，其 包括通信模块640、任务确定模块641、货物统计模块642和任务规划模块643。 所述控制系统64通过通信模块640与云端管理系统、本地AGV3、分拣装置6 通信。所述任务确定模块641用以根据物流运输信息确定当前分拣物流地；例 如，根据立体仓库所在地理位置，与其对接的其他货运装置的物流方向确定与货 运装置对接时要发出去的货物的分拣物流地信息。例如，下一次与立体仓库对接 的货运装置要将货物流向为北京北，而当前立体仓库位于北京南三环，根据地理 信息，将货物的目的地在北京以北的所有货物都可以提交给所述货运装置。因而， 将本次分拣物流地从地理位置上来确定为北京南三环以北，或者进一步确定出 北京南三环以北的所有行政区。

所述货物统计模块642根据分拣物流地、货物调度信息(如下一次对接时 接收货物的货运装置)分析立体仓库内每一个母周转箱及其内部子周转箱的地 址信息，以确定目标母周转箱及目标子周转箱。其中，本地存储模块中记录并维 护立体仓库内库位单元、母周转箱、子周转箱、货物分拣装置、AGV的数量及 身份标识等详细信息。因而，所述货物统计模块642通过读取这些信息，根据分 拣物流地可以确定目标母周转箱及目标子周转箱。例如，分解货物的地址信息， 将地址上的行政区与地理位置相关联，以确定满足参考分拣物流地的目标储物 装置及目标子周转箱。参考前述的例子，将货物地址中的行政区在北京南三环以 南，或者货物的地址中的行政区符合已确定出的物流地对应的行政区的货物作 为目标货物。例如，将目的地的地址为北京朝阳区、海淀区、黑龙江省等北京以 前的省份的货物作为目标货物。在确定了目标货物后，根据身份绑定信息，可以 确定目标子周转箱和目标母周转箱及对应的库位单元。

任务规划模块643至少根据库内目标储物装置分布信息、分拣装置分布信 息和移物装置数量及位置信息，为每一个分拣装置和每一个移物装置确定对应 的任务。在一实施例中，所述任务规划模块643包括分拣任务单元6431和搬运 任务单元6432。

所述分拣任务单元6431根据所述货物统计模块642确定的目标子周转箱， 根据货物信息得到目标子周转箱的规格信息，并确定用于放置分拣后目标子周 转箱的配对目标母周转箱，从而得到目标子周转箱清单。所述目标子周转箱清单 至少包括目标子周转箱身份信息、原绑定的目标母周转箱身份信息及分拣后应 放置目标子周转箱的配对目标母周转箱身份信息及对应的库位单元身份信息。 如下表所示：

表1

目标子周转箱	第一目标母周转箱	第一库位单元	第二目标母周转箱	第二库位单元
					A300x180x180	M500B700C100	A-100-201-3001	N385B769F269	A-100-202-4002
……	……	……	……	……

为了方便描述，将目标子周转箱所在的目标母周转箱称为第一目标母周转 箱，将与目标子周转箱规格相应，可以放置分拣后的目标子周转箱的目标母周转 箱称为第二目标母周转箱。

所述分拣任务单元6431根据第一目标母周转箱、第二目标母周转箱及分拣 装置在立体仓库内的分布情况，以就近原则为每一个分拣装置6分配数量均等 的分拣任务。或者根据搬运过程所需时间最少原则确定分拣任务。其中，分拣一 个目标子周转箱称为一个分拣任务。

所述搬运任务单元6432根据AGV、分拣装置6及目标母周转箱的分布情 况实时为每一个移物装置分派搬运任务。所述搬运任务是指搬运一个目标母周 转箱到分拣装置的分拣单元，或者将分拣单元中已分拣完成的第一目标母周转 箱搬运到其他库位单元，或者将分拣完的第二目标母周转箱搬运到出库区的空 闲库位单元。因而发送给AGV3的搬运任务包括母周转箱身份信息、母周转箱 所在的库位单元身份信息及放置母周转箱的库位单元身份信息，其中，放置母周 转箱的库位单元可以是分拣单元，也可以是普通库位单元，还可以是出库区的库 位单元。

分拣时所需的第一目标母周转箱和第二目标母周转箱，可以由一个移物装 置搬运，也可以由两个不同的移物装置搬运。AGV3搬运完，可以停下等待分拣 完后再搬运，也可以搬运完再执行其他的搬运作务。

所述控制系统64还包括货物信息维护模块644，用以维护库内子周转箱、 母周转箱的绑定关系及母周转箱与库位单元的绑定关系。例如，当第一目标母周 转箱被搬离第一库位单元时，解除第一目标母周转箱与第一库位单元的绑定关 系。当第一目标母周转箱被放置到分拣单元时，建立第一目标母周转箱与分拣单 元的绑定关系。当第一目标母周转箱已被分拣完，被搬离分拣单元时，解除所述 第一目标母周转箱与分拣单元的绑定关系。同理，对第二目标母周转箱做同样的 身份绑定关系的建立与解除。

分拣控制系统实施例二

图29是根据本发明另一个实施例的分拣系统中控制系统原理框图。在本实 施例中，所述分拣控制系统64位于云端时，所述立体仓库还包括本地模块65， 本地模块65包括数据通信和简单的控制功能。控制系统64通过本地模块65与 分拣装置6和AGV 3通信，进行分任的分派，信息的传递。

分拣控制系统实施例三

图30是根据本发明另一个实施例的分拣系统中分拣控制系统原理框图。在 本实施例中，每个分拣装置6还可以包括分拣子系统66，用于执行分拣任务。 其中，所述分拣子系统66包括通信模块661、识别模块662和信息修改模块663 和运动控制模块664。其中，所述通信模块661用于接收分拣任务，所述分拣任 务至少包括目标子周转箱清单，所述目标子周转箱清单至少包括目标子周转箱 身份信息、原绑定的第一目标母周转箱身份信息及用于放置目标子周转箱的第 二目标母周转箱身份信息；识别模块662与母周转箱、子周转箱的身份标签相 对应，当身份标签为RFID标签时，识别模块为RFID读写器。其可以与分拣机 器人5的识别部为同一部件，用以识别分拣单元中的母周转箱及其中的子周转 箱是否为第一目标母周转箱和目标子周转箱；在将目标子周转箱抓离第一目标 母周转箱时，所述信息修改模块663解除目标子周转箱与第一目标母周转箱的 身份绑定关系；在将目标子周转箱放置到第二目标母周转箱时，建立目标子周转 箱与第二目标母周转箱的身份绑定关系。运动控制模块664用以控制分拣机器 人5及移动部62完成一次分拣任务所需的动作流程。其中一个分拣过程如图 23A-23H所示。在此不再赘述。

分拣方法实施例

基于上述分拣系统，本发明提供了一种立体仓库货物分拣方法，如图31A- 31D所示，包括：

步骤S20，根据物流运输信息确定当前分拣物流地。例如，根据立体仓库的 当前位置、与立体仓库对接的货运装置的物流方向确定下次对接时需要分拣出 去货物的物流地，所述物流地可以是地理位置信息，也可以是根据地理位置信息 确定的行政区。

步骤S21，根据分拣物流地分析立体仓库内每一个子周转箱的地址信息及其 所在的母周转箱，以确定目标母周转箱及目标子周转箱。在本步骤中，通过分析 子周转箱的地址信息，并与前述确定的物流地对比，可以确定需要分拣的目标子 周转箱，根据子周转箱与母周转箱的绑定关系，可以确定出目标子周转箱所在的 目标母周转箱(以下称为第一目标母周转箱)，及其所在的第一库位单元，从而 确定了第一目标母周转箱的在仓库中的分布情况。根据子周转箱的规格信息，通 过查询母周转箱内置子周转箱的情况，确定用于存放分拣后的目标子周转箱的 第二目标母周转箱。在一个实施例中，仓库中也可以放置一些空的母周转箱用于 在分拣时作为第二目标母周转箱，从而可以提升分拣效率。根据母周转箱与库位 单元的绑定关系，在确定了第二目标母周转箱之后可以得知第二库位单元的位置，从而确定了第二目标母周转箱的在仓库中的分布情况。为了监管分拣过程， 将上述信息形成一个目标子周转箱，用于记录与其相关的信息，如表1所示。

步骤S22，根据库内目标母周转箱分布信息、分拣机装置分布信息和移物装 置数量及位置信息，为每一个分拣装置确定对应的分拣任务，为每一个移物装置 确定对应的搬运任务。为了提高分拣效率，通常采用就近原则，即以分拣机装置 为中心，将其附近的目标母周转箱分配给分拣机装置。或者，考虑到对应一个目 标子周转箱的分拣需要搬运两个目标母周转箱，根据两个目标母周转箱的位置 及分拣装置的位置，计算搬运两个目标母周转箱到每一个分拣装置所需时间，所 分拣所述目标子周转箱的任务分配给所需时间最少的分拣装置。根据上述方法， 为每一个分拣装置分配了相应的分拣任务。在一个实施例中，每一个分拣装置生 成一个分拣清单，其中包括了目标子周转箱，对应的第一目标母周转箱和第二目 标母周转箱。

当确定了第一目标母周转箱、第二目标母周转箱和对应的分拣装置后，根据 移物装置的分布情况，为移物装置分配对应的搬运任务。在移物装置数量较少时， 可以由一个移物装置分两次搬运第一、第二目标母周转箱。在移物装置数量较多 时，也可以由两个移物装置分别搬运第一、第二目标母周转箱。将第一、第二目 标母周转箱搬运至分拣装置的分拣单元后，AGV可以停留下，等待分拣完成后， 将第一、第二目标母周转箱搬离分拣单元，也可以搬运至分拣装置的分拣单元后， 接受新的搬运任务。移物装置在搬运第一、二目标母周转箱时，还执行母周转箱 与库位单元之间身份绑定关系的建立与解除。

步骤S23，AGV将第一、二目标母周转箱搬运到分拣装置的第一、二分拣 单元。

步骤S24，分拣装置将目标子周转箱从第一目标母周转箱分拣到第二目标 母周转箱。其动作过程如图27、23E-23H所示。

在分拣完一次之后，根据第一目标母周转箱和第二目标母周转箱的情况做 相应的处理，例如，在第一目标母周转箱仍有目标子周转箱，同时第二目标母周 转箱有对应位置，则继续分拣。具体如图31B所示。

步骤S25，判断第一目标母周转箱中是否还有未分拣完的新目标子周转箱， 如果有，则执行步骤S251，如果没有，则在图31C中执行步骤S26。

在步骤S251，判断第二目标母周转箱中是否有对应新目标子周转箱的位置， 如果有，则返回步骤S24，继续在原来的两个原第一、二目标母周转箱中进行分 拣。如果没有，执行步骤S252。

在步骤S252，判断原第二目标母周转箱是否已经都是目标子周转箱，如果 都是，则在步骤S253，将原第二目标母周转箱搬运至出库区，再执行步骤S254。 如果原第二目标母周转箱没有都是目标子周转箱，即还有其他的非目标子周转 箱，则在步骤S254更新第二目标母周转箱，即将原第二目标母周转箱搬走，搬 运新的其中有新目标子周转箱位置的母周转箱作为第二目标母周转箱，然后执 行步骤S24。在原第一目标母周转箱和新第二目标母周转箱之间进行分拣。

如果第一目标母周转箱中是没有未分拣完的新目标子周转箱，即已分拣完 第一目标母周转箱，为了减少搬运次数，提高分拣效率，还包括图31C所示的 流程。

步骤S26，判断原第一目标母周转箱中是否有新目标子周转箱的位置，如果 没有，则在图31D中执行步骤S27，如果有，则执行步骤S261。

步骤S261，判断原第二目标母周转箱中是否有对应的新目标子周转箱，如 果有，则执行步骤S265，如果没有，则执行步骤S262。

步骤S262，判断原第二目标母周转箱中是否都是目标子周转箱，如果都是， 则在步骤S263，将原第二目标母周转箱搬运至出库区，再执行步骤S264，如果 原第二目标母周转箱中还有非目标子周转箱，执行步骤S264。

步骤S264，更新第二目标母周转箱，即将原第二目标母周转箱搬走，搬运 新的其中有新目标子周转箱的母周转箱，然后执行步骤S265。

步骤S265，更换当前第一目标母周转箱和新第二目标母周转箱的身份，即 原来的向外分拣的第一目标母周转箱转换成接收目标子周转箱的第二目标母周 转箱，当前的具有目标子周转箱的母周转箱作为外向分拣目标子周转箱的第一 目标母周转箱，然后执行步骤S24，进行分拣。

在图31D中，此时的原第一目标母周转箱即没有目标子周转箱，也没有放 置目标子周转箱的位置，因而，在步骤S27，判断是否还有目标子周转箱要分拣， 如果，没有，则本次分拣完成，结束分拣流程。如果还有，则需要查看当前原第 二目标母周转箱的情况，即执行步骤S28。

步骤S28，判断原第二目标母周转箱中是否有新目标子周转箱的位置，如果 有，则在步骤S281，更新第一目标母周转箱，即，将原分拣完的第一目标母周 转箱搬走，再搬运来与当前第二目标母周转箱中新目标子周转箱的位置相匹配 的母周转箱，然后执行步骤S24，进行分拣。如果原第二目标母周转箱中没有新 目标子周转箱的位置，则执行步骤S29。

步骤S29判断原第二目标母周转箱中是否有新目标子周转箱，如果没有， 则在步骤S291，更新当前两个第一、二目标母周转箱，然后执行步骤S24，进行 分拣。如果原第二目标母周转箱中有新目标子周转箱，则执行步骤S30。

步骤S30，更换原第二目标母周转箱的身份为第一目标母周转箱。

步骤S31，搬运走原第一目标母周转箱，并搬运新的母周转箱作为第二目标 母周转箱，然后执行步骤S24，进行分拣。

分拣装置在分拣过程中要识别当前第一分拣单元的母周转箱是否是要分拣 的第一目标母周转箱，在将目标子周转箱放入当前第二分拣单元的母周转箱中 时，要识别并判断是否是指定的第二目标母周转箱，从而可以防止分拣错误。

分拣装置在分拣过程中还要修改子周转箱与母周转箱绑定关系，例如，当将 目标子周转箱从第一目标母周转箱取出时，解除目标子周转箱与第一目标母周 转箱的身份绑定关系，在将目标子周转箱放入第二目标母周转箱中时，建立目标 子周转箱与第二目标母周转箱的身份绑定关系。并将上述的更新信息上传到控 制系统64中的货物信息维护模块644。

其中，在将已装满目标子周转箱的第二目标母周转箱搬运至出库区之前，根 据库内空闲库位单元的分布，确定出用于存储完成分拣的第二目标母周转箱的 存储库位单元清单。并优先将出库区域的空闲库位单元确定用于存储完成分拣 的第二目标母周转箱的存储库位单元。AGV在搬运已装满目标子周转箱的第二 目标母周转箱的搬运任务时，将第二目标母周转箱搬运到指定的存储库位单元。 由于优先将其放置在出库区，在与其他立体仓库、运货装置对接时，可以快速完 成货物出库。

本发明提供的分拣系统和分拣方法不需要过大的占地位置，通过移物装置 的配合，可以快速、准确地分拣货物，不受时间、空间的限制，分拣效率高。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域 的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型， 因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (38)

1.一种应用于立体仓库的分拣机器人，包括：

平衡臂，用以保持移动过程的平稳；

抓手模块，其连接在所述平衡臂末端，用于抓取货物；以及

运动驱动部，与所述平衡臂连接，用于驱动平衡臂的伸缩与移动及抓手模块的抓放货物;

其中所述平衡臂包括至少两个由第一关节连接的支臂；所述支臂至少包括由第二关节连接在一起的上臂与下臂，其中一个支臂的上臂与另一个支臂的下臂通过第一关节连接；

其中第一关节连接的两个支臂在收缩状态时并列相邻；其中第二关节活动连接在一起的上臂与下臂在收缩状态时相互嵌合在一起。

2.根据权利要求1所述的分拣机器人，其中所述抓手模块包括：

抓手本体，其固定在平衡臂下臂末端；以及

抓手，活动连接在所述抓手本体上。

3.根据权利要求2所述的分拣机器人，其中所述抓手模块还包括识别部，其与所述抓手本体连接在一起，用以识别待分拣的货物。

4.根据权利要求2所述的分拣机器人，其中所述抓手包括多个抓取部，每个抓取部与抓手本体单独活动连接，用以改变与货物接触部的整体形状、大小、位置中一者或多者。

5.根据权利要求4所述的分拣机器人，其中抓取部采用吸附式和/或机械式。

6.根据权利要求5所述的分拣机器人，其中所述机械式抓取部具有与货物提手配置的抓扣。

7.根据权利要求4所述的分拣机器人，其中抓手本体对应每个抓取部设有导轨，抓取部固定连接在导轨滑块上。

8.根据权利要求2所述的分拣机器人，其中所述抓手模块还包括减震压板，其活动连接在所述抓手本体上，用以在抓手抓取货物时，契合在抓手与货物之间的空间，用以抑制货物晃动。

9.根据权利要求3所述的分拣机器人，其中所述识别部为货物身份标签读写器。

10.根据权利要求9所述的分拣机器人，其中所述身份标签读写器为RFID读写器或二维码读写器。

11.根据权利要求3所述的分拣机器人，其中所述识别部为图像识别单元，通过采集货物图像识别货物。

12.根据权利要求11所述的分拣机器人，其中所述图像识别单元包括摄像头和图像识别子单元，所述摄像头采集货物或货物身份标签图像，所述图像识别子单元根据采集的图像识别货物。

13.根据权利要求1所述的分拣机器人，其中所述运动驱动部包括关节驱动器，用以控制平衡臂的展开与收回。

14.根据权利要求13所述的分拣机器人，其中所述关节驱动器包括：

驱动电机，用以提供驱动动力；以及

钢丝绳卷绕器及钢丝绳，所述钢丝绳从卷绕器伸出，经过导向轮固定在平衡臂末端，驱动电机的输出轴连接所述钢丝卷绕器，通过驱动电机控制钢丝卷绕器对钢丝绳的收放，从而控制平衡臂的展开与收回。

15.根据权利要求13所述的分拣机器人，其中所述运动驱动部还包括抓手驱动器，用于控制抓取部的抓放动作。

16.根据权利要求1所述的分拣机器人，其中还包括控制单元，分别与运动驱动部和抓手模块信号连接，根据接收到的分拣任务协同抓手模块和所述运动驱动部完成货物的分拣。

17.根据权利要求1所述的分拣机器人，其中货物容纳于子周转箱中。

18.根据权利要求16所述的分拣机器人，其中还包括通信单元，用于与上位机通信。

19.根据权利要求1所述的分拣机器人，其中还包括传感器单元，包括一个或多个定位传感器、防撞传感器、激光SLAM和视觉VSLAM中的一者或多者。

20.一种应用于立体仓库的分拣装置，包括：

支撑部，至少与一个分拣单元相连接，所述分拣单元用于放置第一母周转箱，所述第一母周转箱中放置待分拣货物；

移动部，活动连接在所述支撑部上，可沿所述支撑部在一个以上分拣单元之间移动；以及

分拣机器人，固定在所述移动部上，用于根据分拣任务抓取货物，随着所述移动部的移动，将货物从第一母周转箱分拣到第二母周转箱；

其中，所述分拣机器人为权利要求1-19任一所述的分拣机器人。

21.根据权利要求20所述的分拣装置，其中所述支撑部连接在一个分拣单元上方或侧面。

22.根据权利要求20所述的分拣装置，其中所述移动部包括导轨和横梁，所述导轨固定在支撑部上，所述横梁通过导轨滑件连接在所述导轨上，所述分拣机器人连接在所述横梁上。

23.根据权利要求20所述的分拣装置，其中所述分拣单元与库位单元在规格上相同或相适应。

24.根据权利要求20所述的分拣装置，其中货物容纳于子周转箱中，分拣装置还包括分拣子系统，其包括：

通信模块，用以接收分拣任务，所述分拣任务至少包括目标子周转箱清单，所述目标子周转箱清单至少包括目标子周转箱身份信息、原绑定的第一母周转箱身份信息及用于放置目标子周转箱的第二母周转箱身份信息；

识别模块，经配置以识别分拣单元中的母周转箱及其中的子周转箱是否为目标母周转箱和目标子周转箱；以及

信息修改模块，经配置以在将目标子周转箱抓离第一母周转箱时解除目标子周转箱与第一母周转箱的身份绑定关系；在将目标子周转箱放置到第二母周转箱时，建立目标子周转箱与第二母周转箱的身份绑定关系。

25.根据权利要求24所述的分拣装置，所述分拣子系统包括运动控制模块，经配置以控制分拣机器人的伸缩、移动、对目标子周转箱的抓放。

26.一种立体仓库分拣系统，包括：

一个或多个如权利要求20-25任一所述的分拣装置，所述分拣装置分散在立体仓库中与库位单元相连通，根据分拣任务分拣目标母周转箱中的目标子周转箱；

移物装置，分布在库内库位单元的移物空间中，根据搬运任务搬运母周转箱；以及

控制系统，经配置其与所述分拣装置和移物装置通信，用于分派分拣任务和搬运任务并维护分拣信息。

27.根据权利要求26所述的系统，其中所述控制系统包括：

任务确定模块，经配置以根据物流信息确定当前分拣物流地；

货物统计模块，经配置以根据分拣物流地、货物调度信息分析库内每一个母周转箱及其内部子周转箱内货物的地址信息，以确定目标母周转箱及目标子周转箱；以及

任务规划模块，经配置以至少根据库内目标母周转箱分布信息、分拣装置分布信息和移物装置数量及位置信息，为每一个分拣装置和每一个移物装置确定对应的任务。

28.根据权利要求27所述的系统，其中任务规划模块包括：

分拣任务单元，经配置以确定并维护每一个分拣装置分拣的目标子周转箱清单；所述目标子周转箱清单至少包括目标子周转箱身份信息、原绑定的第一母周转箱身份信息及放入分拣后目标子周转箱的第二母周转箱身份信息；以及

搬运任务单元，经配置以根据移物装置、第一母周转箱、第二母周转箱及分拣装置的分布位置信息，实时为每一个移物装置分派搬运任务。

29.根据权利要求26所述的系统，其中所述分布位置信息为库位单元身份信息。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述控制系统还包括：货物信息维护模块，经配置以维护库内子周转箱、母周转箱的绑定关系及母周转箱与库位单元的绑定关系。

31.根据权利要求29所述的系统，其中所述控制系统位于云端，所述立体仓库包括本地模块，控制系统通过本地模块与分拣装置和移物装置通信。

32.一种立体仓库货物分拣方法，包括：

通过移物装置将第一母周转箱和第二母周转箱搬运到分拣单元；

分拣单元的分拣机器人将货物从第一母周转箱抓取到第二母周转箱中；以及

通过移物装置将所述第一母周转箱和第二母周转箱搬离分拣单元。

33.根据权利要求32所述的方法，其中进一步包括：根据物流运输信息确定分拣物流地。

34.根据权利要求32所述的方法，其中进一步包括：基于立体仓库内货物的调度信息及其所在的第一母周转箱，以确定第二母周转箱。

35.根据权利要求32所述的方法，其中进一步包括：根据库内第一和第二母周转箱分布信息、分拣装置分布信息和移物装置数量及位置信息，为分拣装置确定对应的分拣任务和为移物装置确定对应的搬运任务。

36.根据权利要求35所述的方法，其中进一步包括：响应于所述第二母周转箱中没有目标子周转箱位置、且没有非目标子周转箱，将所述第二母周转箱搬运至存储库位单元。

37.根据权利要求36所述的方法，其中进一步包括：根据库内空闲库位单元的分布，确定用于存储完成分拣的第二母周转箱的存储库位单元。

38.根据权利要求37所述的方法，其中进一步包括：优先将出库区域的空闲库位单元确定用于存储完成分拣的第二母周转箱的存储库位单元。

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