CN112520281B - 一种智能仓储机器人取放货系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化物流设备，特别涉及一种智能仓储机器人取放货系统及其方法。包括机器人、取货隔窗、滑台轨道、滑台、货架及送货隔窗，其中取货隔窗和送货隔窗分别设置于滑台轨道的两端，滑台轨道的两侧均设有货架，机器人通过滑台与滑台轨道滑动连接，滑台可升降，机器人用于将取货隔窗内的货箱放置到货架上及将货架上的货箱取出且输送至送货隔窗内。本发明提高了生产效率及安全性，节能减排，达到环保要求。

Description

一种智能仓储机器人取放货系统及其方法

技术领域

本发明涉及自动化物流设备，特别涉及一种智能仓储机器人取放货系统及其方法。

背景技术

随着机器人技术、工厂集成系统自动化技术的不断发展与进步，以及柔性自动化制造系统、全自动化立体仓库得到了越来越广泛的应用，智能仓储环节作为工厂自动化中的一个重要环节，在物料供给、库存管理以及物料数日输出的控制等方面，起到了至关重要的作用。近年来，技术仓储机器人取放货物的系统日益成熟，现有技术中，大多是使用移动堆垛机的搬运形式，通过堆垛机的货叉来实现物料取放，货叉上的一系列传感器检测、计算来实现物料位置的确定。货叉上的一系列传感器检测、计算来实现货架上被放置定位块位置的确定。

这种方式主要存在以下缺陷：

现有的堆垛机智能仓储系统中通过货叉上以及货架上的一系列传感器检测货物的有无以及货物的位置，涉及到一系列复杂的计算分析过程，影响响应整体节拍从而导致影响生产效率

传感器的数量较多会导致本身的电线较多，电线随着堆垛机反复的拖拽，长期来讲，不利于安全性，可靠性较低，误报警较多。过多的传感器以及控制器会导致耗电量的增加，不利于节能减排的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种智能仓储机器人取放货系统及其方法，以规避现有设备传感器过多、计算繁琐导致生产效率下降，改善所需电线过多导致存在的安全隐患，以缓解耗电量过多不利于节能减排的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种智能仓储机器人取放货系统，包括机器人、取货隔窗、滑台轨道、滑台、货架及送货隔窗，其中取货隔窗和送货隔窗分别设置于滑台轨道的两端，所述滑台轨道的两侧设有货架，所述机器人通过滑台与所述滑台轨道滑动连接，所述滑台可升降，所述机器人用于将取货隔窗内的货箱放置到货架上及将货架上的货箱取出且输送至送货隔窗内。

所述货架上设有多个库位，每个库位的两侧均设有货箱卡合结构，所述货箱卡合结构与货箱两侧设有的货箱限位结构配合，所述库位的后侧设有弹性阻尼件，所述弹性阻尼件用于将货箱紧固在所述货箱卡合结构内。

所述货箱的后侧设有用于定位所述弹性阻尼件的定位孔。

所述货箱卡合结构包括水平设置的卡合面及分别设置于所述卡合面两端的外卡合件和内卡合件；

所述货箱限位结构包括水平设置的接合面及设置于所述接合面两端的外限位块和内限位块；

所述外限位块与所述外卡合件配合，所述内限位块与所述内卡合件配合，使所述接合面与相对应的卡合面接触，从而实现所述货箱的固定。

所述外卡合件和所述内卡合件均可弹性变形，且相对应面均设有凹陷的卡合区域，所述外限位块容置于所述外卡合件的卡合区域内，所述内限位块容置于所述内卡合件的卡合区域内。

所述机器人为六轴机器人，包括依次转动连接的机器人底座、一级臂、二级臂、三级臂、四级臂、五级臂及执行末端，所述机器人底座与所述滑台连接，所述执行末端与夹手固定连接。

一种利用所述智能仓储机器人取放货系统的取放货方法，所述方法包括放置货物过程和取出货物过程；

放置货物过程是：机器人跟随滑台运动到取货隔窗处，机器人的夹手取到货箱，滑台带着机器人及货箱运动到指定位置，机器人根据货箱需要存放的库位调整姿态，机器人通过夹手将货箱插入库位，货箱两侧的货箱限位结构与货架上的货箱卡合结构配合，并且货箱通过设置于库位后侧的弹性阻尼件固定在所述货箱卡合结构内，完成货物的库位放置；

取出货物过程是：机器人跟随滑台运动到需要取出货物所在库位附近，机器人的夹手插入库位取得货箱，使货箱两侧的货箱限位结构与货架上的货箱卡合结构分离，货箱在弹性阻尼件的弹力作用下弹出，机器人撤出库位，滑台带着机器人运动到送货隔窗附近，将货箱送出。

在所述放置货物过程中，机器人通过夹手将货箱插入库位时，弹性阻尼件进入货箱后侧的定位孔中，此时库位中弹性阻尼件被压缩；机器人调整货箱角度，使货箱上的外限位件落入外卡合件的卡合区域内，机器人调整姿态，货箱在弹性阻尼件的弹力作用下内限位件弹射进入内卡合件的卡合区域内，使接合面与卡合面贴合。

在所述取出货物过程中，机器人的夹手插入库位取得货箱时，接触到货箱之后继续向库位内插入，使内限位件与内卡合件接触并挤压，弹性阻尼件被压缩同时内卡合件发生弹性变形；然后机器人调整姿态使外限位件向上升起离开外卡合件的卡合区域。

在所述放置货物过程和取出货物过程中，机器人通过夹手将货箱塞入货架的内部空间后，夹手和货箱不动，机器人通过八自由度耦合运动使机器人底座从货箱的一侧移动至另一侧，完成机器人在狭窄空间内的转身。

本发明的优点及有益效果是：本发明用货架上的弹性阻尼件和八轴工业机器人共同控制对货物取放，在取货过程中，货架弹性阻尼件弹射出货物；放置过程中用货架上卡合件弹性变形，同时冗余的自由度能完成机器人货架空间的狭窄空间的转身。本发明提高了生产效率及安全性，节能减排，达到环保要求。

附图说明

图1为本发明中智能仓储机器人取放货系统的轴测图；

图2为本发明中智能仓储机器人取放货系统的主视图；

图3为图2的右视图；

图4为图3中Ⅰ处放大图；

图5为图3中Ⅱ处放大图；

图6为本发明中机器人的结构示意图；

图7为图6的A-A剖视图；

图8为图6的B-B剖视图；

图9为本发明一实施例中机器人到达取货隔窗取货的示意图；

图10为本发明一实施例中机器人取到货物后到达指定位置的示意图；

图11为本发明一实施例中机器人调整姿态的示意图；

图12为本发明一实施例中机器人将货物插入货架内的示意图；

图13为本发明一实施例中机器人调整货物角度的示意图；

图14为本发明一实施例中机器人借助弹簧弹力调整货物位置的示意图；

图15为本发明一实施例中机器人撤出库位的示意图。

图中：1为机器人，101为机器人底座，102为一级臂，103为二级臂，104为三级臂，105为四级臂，106为五级臂，107为执行末端，8为夹手，9为取货隔窗，10为滑台轨道，11为地基，12为滑台，13为货架，1301为外卡合件，1302为内卡合件，1303为卡合面，14为货箱，1401为外限位块，1402为内限位块，1403为接合面，1404为定位孔，15为机器人控制柜，16为弹性阻尼件，17为送货隔窗，18为机器人底座外壳，19为一轴电机，20为一轴减速机，21为一轴外壳，22为二轴减速机，23为二轴电机，24为二轴外壳，25为三轴电机，26为三轴输入端带轮，27为三轴同步带，28为三轴输出端带轮，29为三轴减速机，30为三轴外壳，31为四轴电机，32为四轴减速机，33为四轴外壳，34为五轴电机，35为五轴输入端带轮，36为五轴同步带，37为五轴输出端带轮，38为五轴减速机，39为六轴电机，40为六轴输入端带轮，41为六轴同步带，42为六轴输出端带轮，43为轴承，44为传动轴，45传动轴输出端锥齿轮，46为减速机输入端锥齿轮，47为减速机输入轴，48为六轴减速机，49为六轴外壳。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-2所示，本发明提供的一种智能仓储机器人取放货系统，包括机器人1、取货隔窗9、滑台轨道10、滑台12、货架13及送货隔窗17，其中取货隔窗9和送货隔窗17分别设置于滑台轨道10的两端，滑台轨道10的两侧均设有货架13，在图1-2中只显示了部分货架，在地基其余部位的货架没有显示；机器人1通过滑台12与滑台轨道10滑动连接，滑台12可升降，机器人1用于将取货隔窗9内的货箱14放置到货架13上及将货架13上的货箱14取出且输送至送货隔窗17内。滑台轨道10的端部设有用于控制机器人1的机器人控制柜15。

如图3所示，货架13上设有多个库位，每个库位的两侧均设有用于固定各货箱14的货箱卡合结构，货箱14的两侧均设有用于与货箱卡合结构配合的货箱限位结构，库位的后侧设有弹性阻尼件16，弹性阻尼件16用于将货箱14固定在货箱卡合结构内。

进一步地，货箱14的后侧设有用于定位弹性阻尼件16的定位孔1404，如图5所示。本发明的实施例中，弹性阻尼件16为弹簧。

如图3-4所示，货箱卡合结构包括水平设置的卡合面1303及分别设置于卡合面1303两端的外卡合件1301和内卡合件1302；货箱限位结构包括水平设置的接合面1403及设置于接合面1403两端的外限位块1401和内限位块1402；外限位块1401与外卡合件1301配合，内限位块1402与内卡合件1302配合，使接合面1403与相对应的卡合面1303接触，从而实现货箱14的固定。

进一步地，外卡合件1301和内卡合件1302均可弹性变形，且相对应面均设有凹陷的卡合区域，外限位块1401容置于外卡合件1301的卡合区域内，内限位块1402容置于内卡合件1302的卡合区域内。

本发明的实施例中，外卡合件1301、内卡合件1302、外限位块1401及内限位块1402均采用塑料材质。

如图6所示，机器人1为六轴机器人，包括依次转动连接的机器人底座101、一级臂102、二级臂103、三级臂104、四级臂105、五级臂106及执行末端107，机器人底座101与滑台12连接，执行末端107与夹手8固定连接。

如图7-8所示，机器人底座101包括机器人底座外壳18及设置于机器人底座外壳18内的一轴电机19和一轴减速机20，一级臂102包括一轴外壳21及设置一轴外壳21内的二轴减速机22和二轴电机23，其中一轴外壳21的下端与一轴减速机20连接；二级臂103包括二轴外壳24及设置于二轴外壳24内的三轴电机25、三轴输入端带轮26、三轴同步带27、三轴输出端带轮28及三轴减速机29，其中二轴外壳24与二轴减速机22连接，三轴输入端带轮26通过三轴同步带27与三轴输出端带轮28传动连接，三轴输出端带轮28与三轴减速机29的输入端连接；三级臂104包括三轴外壳30及设置于三轴外壳30内的四轴电机31和四轴减速机32，其中三轴外壳30与三轴减速机29的输出端连接；四级臂105包括四轴外壳33及设置四轴外壳33内的五轴电机34、五轴输入端带轮35、五轴同步带36、五轴输出端带轮37、五轴减速机38、六轴电机39、六轴输入端带轮40、六轴同步带41及六轴输出端带轮42，其中四轴外壳33与四轴减速机32的输出端连接，五轴电机34的输出端与五轴输入端带轮35连接，五轴输入端带轮35通过五轴同步带36与五轴输出端带轮37连接，五轴输出端带轮37设置于五轴减速机38的输入轴上，五轴减速机38的输出轴与五轴外壳连接；六轴电机39的输出轴与六轴输入端带轮40连接，六轴输入端带轮40通过六轴同步带41与六轴输出端带轮42连接；五级臂106包括五轴外壳及设置五轴外壳内的轴承43、传动轴44、传动轴输出端锥齿轮45、减速机输入端锥齿轮46、减速机输入轴47及六轴减速机48，传动轴44通过通过轴承43设置于五轴外壳内，且两端分别设有六轴输出端带轮42和传动轴输出端锥齿轮45，六轴减速机48的减速机输入轴47上设有与传动轴输出端锥齿轮45啮合的减速机输入端锥齿轮46，六轴减速机48的输出轴与执行末端107连接，执行末端107的外侧设有六轴外壳49。

一种智能仓储机器人取放货系统的取放货方法，包括放置货物过程和取出货物过程；放置货物过程是：机器人1跟随滑台12运动到取货隔窗9处，机器人1的夹手8取到货箱14，滑台12带着机器人1及货箱14运动到指定位置，机器人1根据货箱14需要存放的库位调整姿态，机器人1带着货箱14插入库位，货箱14两侧的货箱限位结构与货架13上的货箱卡合结构配合，并且货箱14通过设置于库位后侧的弹性阻尼件16固定在货箱卡合结构内，完成货物位置放置，如图9-15所示。

进一步地，在放置货物过程中，机器人1带着货箱14插入库位时，弹性阻尼件16进入货箱14后侧的定位孔1404中，此时库位中弹性阻尼件16被压缩；机器人1调整货箱14角度，使货箱14上的外限位件1401落入外卡合件1301的卡合区域内，机器人1调整姿态，货箱14在弹性阻尼件16的弹力作用下内限位件1402弹射进入内卡合件1302的卡合区域内，使接合面1403与卡合面1303贴合，完成货物位置放置。

取出货物过程是：机器人1跟随滑台12运动到需要取出货物所在库位附近，机器人1运动使夹手8插入库位取得货箱14，使货箱14两侧的货箱限位结构与货架13上的货箱卡合结构分离，机器人1调整夹手8的位置使货箱14在弹性阻尼件16的弹力作用下，将货箱14弹出。机器人1调整姿态使货箱14水平；机器人1通过定点变姿态动作实现自身转向，撤出库位；机器人1调整姿态，滑台12带着机器人1运动到送货隔窗17附近，机器,1将货箱14送出。

进一步地，在取出货物过程中，机器人1运动使夹手8插入库位取得货箱14时，接触到货箱14之后继续向库位内插入，使内限位件1402与内卡合件1302接触并挤压，弹性阻尼件16被压缩同时内卡合件1302发生具有大变形特性的弹性变形；然后机器人1调整姿态使外限位件1401向上升起离开外卡合件1301的卡合区域。由于内卡合件1302的具有大变形特性的弹性变形，外限位件1401向上升起的过程中不会接触到外卡合件1301。

在放置货物过程和取出货物过程中，机器人1通过夹手8将货箱14塞入货架13的内部空间后，夹手8和货箱14不动，机器人1通过八自由度耦合运动使机器人底座101从货箱14的一侧移动至另一侧，完成机器人1在狭窄空间内的转身。

为了规避现有设备中传感器过多、计算繁琐导致生产效率下降，改善所需电线过多导致存在的安全隐患以缓解耗电量过多，不利于节能减排的问题。本发明用货架13上的弹性阻尼件16的弹性力和阻尼与八轴工业机器人输出控制力共同对货箱14取放，在取得过程中，八轴工业机器人空间八轴耦合运动提供货箱14的空间位姿变换，消减了货箱14的部分固定约束，导致货架13上的弹性阻尼件16的弹性力和阻尼弹射出货物；放置过程中，八轴工业机器人空间八轴耦合运动提供货箱14的空间位姿变换，增加了货箱14的部分固定约束同时用货架13上的外卡合件1301与内卡合件1302的具有大变形特性的弹性变形。八轴工业机器人从滑台12一端的取货隔窗9取货箱14运送到送货隔窗17的过程中，有第一边界条件限制，滑台12的两侧含有货架13(一侧只示意一个，另外一侧没有示意)。实际应用滑台12的两侧含有货架13，空间限制为狭长空间，本实施例中，狭长空间的宽度为800mm，就是机器人带货箱14只能在滑台12中心线两侧400mm内一个矩形空间内运动，滑台12前后为取货隔窗9和送货隔窗17，左右为货架13，下面是地面，上面为天花板。有第一边界条件限制，货箱14倾斜角度不能大于6°，因生物工程要求货箱14内部为实验老鼠。因此，机器人1从滑台12一端的取货隔窗9取货箱14运送到送货隔窗17的过程中，第一步骤，取货隔窗9、货箱14和八轴工业机器人平面布局运动，从控制角度，若要转化为取货隔窗9、八轴工业机器人和货箱14的平面布局，就需要用八轴工业机器人冗余的自由度，将货箱14塞入货架13的内部空间后，货箱14不动，八轴工业机器人冗余的八自由度耦合运动，使机器人底座外壳18从取货隔窗9和货箱14外侧甩入取货隔窗9和货箱14之间，能完成机器人货架空间的狭窄空间的转身。八轴工业机器人将货箱14从货架13上的库位内抽出，完成八轴工业机器人、货箱14和送货隔窗17的运动布局。最后八轴工业机器人运动将货箱14从送货隔窗17下料运动布局。

本发明用货架上的弹性阻尼件和八轴工业机器人共同控制对货物取放，在取得过程中，货架弹性阻尼件弹射出货物；放置过程中用货架上卡合弹性变形，同时冗余的自由度能完成机器人货架空间的狭窄空间的转身。

本发明利用八轴工业机器人本身特性、弹簧的弹性阻尼以及货架定位卡扣的弹性变形，来实现货物整个取放的过程，提高了生产效率及安全性，节能减排，达到环保要求。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种智能仓储机器人取放货系统，其特征在于，包括机器人(1)、取货隔窗(9)、滑台轨道(10)、滑台(12)、货架(13)及送货隔窗(17)，其中取货隔窗(9)和送货隔窗(17)分别设置于滑台轨道(10)的两端，所述滑台轨道(10)的两侧设有货架(13)，所述机器人(1)通过滑台(12)与所述滑台轨道(10)滑动连接，所述滑台(12)可升降，所述机器人(1)用于将取货隔窗(9)内的货箱(14)放置到货架(13)上及将货架(13)上的货箱(14)取出且输送至送货隔窗(17)内；

所述货架(13)上设有多个库位，每个库位的两侧均设有货箱卡合结构，所述货箱卡合结构与货箱(14)两侧设有的货箱限位结构配合，所述库位的后侧设有弹性阻尼件(16)，所述弹性阻尼件(16)用于将货箱(14)紧固在所述货箱卡合结构内；

所述货箱卡合结构包括水平设置的卡合面(1303)及分别设置于所述卡合面(1303)两端的外卡合件(1301)和内卡合件(1302)；

所述货箱限位结构包括水平设置的接合面(1403)及设置于所述接合面(1403)两端的外限位块(1401)和内限位块(1402)；

所述外限位块(1401)与所述外卡合件(1301)配合，所述内限位块(1402)与所述内卡合件(1302)配合，使所述接合面(1403)与相对应的卡合面(1303)接触，从而实现所述货箱(14)的固定；

所述外卡合件(1301)和所述内卡合件(1302)均可弹性变形，且相对应面均设有凹陷的卡合区域，所述外限位块(1401)容置于所述外卡合件(1301)的卡合区域内，所述内限位块(1402)容置于所述内卡合件(1302)的卡合区域内。

2.根据权利要求1所述的智能仓储机器人取放货系统，其特征在于，所述货箱(14)的后侧设有用于定位所述弹性阻尼件(16)的定位孔(1404)。

3.根据权利要求1所述的智能仓储机器人取放货系统，其特征在于，所述机器人(1)为六轴机器人，包括依次转动连接的机器人底座(101)、一级臂(102)、二级臂(103)、三级臂(104)、四级臂(105)、五级臂(106)及执行末端(107)，所述机器人底座(101)与所述滑台(12)连接，所述执行末端(107)与夹手(8)固定连接。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述智能仓储机器人取放货系统的取放货方法，其特征在于，所述方法包括放置货物过程和取出货物过程；

放置货物过程是：机器人(1)跟随滑台(12)运动到取货隔窗(9)处，机器人(1)的夹手(8)取到货箱(14)，滑台(12)带着机器人(1)及货箱(14)运动到指定位置，机器人(1)根据货箱(14)需要存放的库位调整姿态，机器人(1)通过夹手(8)将货箱(14)插入库位，货箱(14)两侧的货箱限位结构与货架(13)上的货箱卡合结构配合，并且货箱(14)通过设置于库位后侧的弹性阻尼件(16)固定在所述货箱卡合结构内，完成货物的库位放置；

取出货物过程是：机器人(1)跟随滑台(12)运动到需要取出货物所在库位附近，机器人(1)的夹手(8)插入库位取得货箱(14)，使货箱(14)两侧的货箱限位结构与货架(13)上的货箱卡合结构分离，货箱(14)在弹性阻尼件(16)的弹力作用下弹出，机器人(1)撤出库位，滑台(12)带着机器人(1)运动到送货隔窗(17)附近，将货箱(14)送出。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述放置货物过程中，机器人(1)通过夹手(8)将货箱(14)插入库位时，弹性阻尼件(16)进入货箱(14)后侧的定位孔(1404)中，此时库位中弹性阻尼件(16)被压缩；机器人(1)调整货箱(14)角度，使货箱(14)上的外限位件(1401)落入外卡合件(1301)的卡合区域内，机器人(1)调整姿态，货箱(14)在弹性阻尼件(16)的弹力作用下内限位件(1402)弹射进入内卡合件(1302)的卡合区域内，使接合面(1403)与卡合面(1303)贴合。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述取出货物过程中，机器人(1)的夹手(8)插入库位取得货箱(14)时，接触到货箱(14)之后继续向库位内插入，使内限位件(1402)与内卡合件(1302)接触并挤压，弹性阻尼件(16)被压缩同时内卡合件(1302)发生弹性变形；然后机器人(1)调整姿态使外限位件(1401)向上升起离开外卡合件(1301)的卡合区域。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述放置货物过程和取出货物过程中，机器人(1)通过夹手(8)将货箱(14)塞入货架(13)的内部空间后，夹手(8)和货箱(14)不动，机器人(1)通过八自由度耦合运动使机器人底座(101)从货箱(14)的一侧移动至另一侧，完成机器人(1)在狭窄空间内的转身。

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