CN113200270A - 一种自动装卸机器人、转运系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动装卸机器人、转运系统及其控制方法，自动装卸机器人包括：车体底盘、自动装卸机构、通信模块、识别模块和控制装置。车体底盘具有货物存放空间，所述车体底盘上设置行走机构，所述自动装卸机构连接在所述车体底盘上，所述自动装卸机构用于取放货物。所述通信模块设置在所述车体底盘上，所述通信模块用于接收调度指令。所述识别模块设置在所述车体底盘和/或自动装卸机构上，所述识别模块用于识别货物和存货空间。所述控制装置分别与所述行走机构、自动装卸机构、通信模块和识别模块电连接。本申请的自动装卸机器人能自动执行货物装卸作业，配合运输小车执行高效率的转运工作，显著地提高物流运输效率。

Description

一种自动装卸机器人、转运系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及物流移动机器人领域或工业移动机器人领域，具体的说，涉及一种自动装卸机器人、转运系统及其控制方法。

背景技术

物流运输已成为当今生产和生活消费领域的一个重要环节，厂房内每天都发生着成千上万的订单发往工厂和仓储中心，将货物从一个地方搬运到另一个地方，期间涉及到分拣，搬运，再分拣，再搬运等工序。物流效率不仅决定运输的能力，而且可以为社会节约巨大的成本。为提高物流效率，人们不断探索新型物流技术，越来越多的工厂、仓储中心采用移动机器人或自动化设备完成货物的物流运输，很多人力工作逐渐被机器人所取代。

然而目前仍存在诸多低效的工作场景。目前搬运机器人主要包括两种形式：

第一种形式是：大型传送带系统物流自动化设备，该设备为较多类型设备系统，主要包括：传送带系统、机械臂分拣系统、其它专用设备。这类系统传输效率高，但通常固定位置，不能灵活移动，柔性化行对较差。

第二种形式是：移动机器人物流系统可以由多台可以移动的小车型机器人和中央调度系统组成。移动小车穿梭于货架和拣货台之间，将货物由货舱转移到分拣台，或将货物从一处移动至另一处。这类系统灵活性高，但仅能起到搬运作用，对于一批货物的分拣能力有限。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明提供一种自动装卸机器人、转运系统及其控制方法，能自动执行货物装卸作业，配合运输小车执行高效率的转运工作，显著地提高物流运输效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种自动装卸机器人，包括：

车体底盘，所述车体底盘具有货物存放空间，所述车体底盘上设置行走机构；

自动装卸机构，所述自动装卸机构连接在所述车体底盘上，所述自动装卸机构用于取放货物；

通信模块，所述通信模块设置在所述车体底盘上，所述通信模块用于接收调度指令；

识别模块，所述识别模块设置在所述车体底盘和/或自动装卸机构上，所述识别模块用于识别货物和存货空间；

控制装置，所述控制装置分别与所述行走机构、自动装卸机构、通信模块和识别模块电连接。

可选的，所述车体底盘沿周向设置传送装置，所述传送装置上盛放货物；

所述自动装卸机构设置在所述车体底盘的一侧，所述传送装置能带动货物移动至所述自动装卸机构的活动范围内。

可选的，所述自动装卸机构包括多个活动臂，相邻两个活动臂可活动地连接，位于头端的活动臂和所述车体底盘连接，位于末端的活动臂上连接有夹爪，一所述活动臂上设置所述识别模块。

可选的，自动装卸机器人还包括导轨机构，所述导轨机构连接在所述车体底盘上，所述导轨机构和所述车体底盘之间形成货物存放空间；

所述自动装卸机构包括吊车和连接在所述吊车上的吊爪，所述吊车可活动地连接在所述导轨机构上，调节所述吊爪的位置。

可选的，所述导轨机构包括多个沿第一方向延伸的第一导轨和多个沿第二方向延伸的第二导轨；各所述第一导轨和各所述第二导轨纵横交错设置，所述导轨机构上形成多个空缺部；

所述底盘上对应每一所述空缺部设有相应的货物盛放位；

所述吊车包括设置在其第一方向两侧的第一滚轮和设置在其第二方向两侧的第二滚轮；

所述吊车两侧的第一滚轮分别支撑在相邻的两个第二轨道上，所述吊车两侧的第二滚轮分别支撑在相邻的两个第一轨道上。

可选的，所述车体底盘上设置多个平台，相邻两个平台之间形成插槽；

所述自动装载机构包括叉盘、设备本体和活动连接在所述设备本体上的滑动轴，所述叉盘连接在所述滑动轴上，所述设备本体能驱动所述活动轴升降或平移以调节所述叉盘位置，实现装卸货物。

可选的，所述车体底盘上绕各所述平台一周设置环形导轨部，所述设备本体可滑动地连接在所述环形导轨部上，所述设备本体能驱动所述滑动轴沿垂直其移动方向平移，以带动所述叉盘滑入或滑出所述插槽，所述设备本体能驱动所述滑动轴升降，以卸载或装载货物。

本申请同时还提供一种转运系统，其特征在于，包括控制装置、转运小车和上述的自动装卸机器人，所述控制装置分别与所述转运小车和所述自动装卸机器人通信连接，以发送调度指令。

本申请还提供一种转运系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：所述控制装置接收到任务指令；

步骤2：所述控制装置分析出最优转运策略信息；并将所述转运策略信息发送至相应的转运小车和自动装卸机器人；

步骤3：所述转运小车和所述自动装卸机器人根据所述最优转运策略信息执行相应的动作。

可选的，步骤S2包括：

S21、所述控制装置获取货物的尺寸信息、类型信息和装载要求信息，以得出装货要求信息；

S22、所述控制装置分别获取各转运小车和自动装卸机器人的行驶路径信息和存货空间信息；

S23、所述控制装置综合分析各数据，得到所述最优转运策略信息并发送至相应的转运小车和所述自动装卸机器人。

通过采用上述技术方案，使得本发明具有以下有益效果：

本申请的自动装卸机器人能自动执行货物装卸作业，配合运输小车执行高效率的转运工作，显著地提高物流运输效率。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本申请实施例提供的第一种自动装卸机器人的结构示意图；

图2是图1的另一视角图；

图3是本申请实施例提供的第二种自动装卸机器人的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的第三种自动装卸机器人的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的转运系统的示意图；

图6是本申请实施例提供的转运系统的控制流程图。

图中，1、车体底盘；2、活动臂；3、识别模块；4、传送装置；5、货物；6、夹爪；7、导轨机构；8、吊车；81、吊爪；82、吊装码头；83、滚轮；9、环形导轨部；10、平台；11、插槽；12、叉盘；13、设备本体；14、滑动轴；15、传动链。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

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，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1至图6所示，本申请实施例一提供一种自动装卸机器人，包括车体底盘1、自动装卸机构、通信模块、识别模块3和控制装置。车体底盘1具有货物存放空间，所述车体底盘1上设置行走机构，行走机构可以为滚轮和驱动滚轮的驱动部件。所述自动装卸机构连接在所述车体底盘1上，所述自动装卸机构用于取放货物5。所述通信模块设置在所述车体底盘1上，所述通信模块用于接收调度指令。所述识别模块3设置在所述车体底盘1和/或自动装卸机构上，所述识别模块3用于识别货物5和存货空间。所述控制装置分别与所述行走机构、自动装卸机构、通信模块和识别模块3电连接。

本申请的自动装卸机器人能自动执行货物5装卸作业，配合运输小车执行高效率的转运工作，显著地提高物流运输效率。其中，运输小车主要负责运输货物5，运输小车上也安装有识别模块，识别模块可以为传感装置，能识别、计算小车实际余留的存储空间。

当运输小车就位后，装卸机器人将货物5装载在运输小车上，由运输小车完成后续运输任务。通常在这一过程中，装卸机器人会通过装载在其上的识别模块3识别运输小车的空间位置，确认运输小车上剩余空间位置足够货物5正确以及安全放置。其中，识别装置可以是激光雷达或3D相机等。

类似的，当运输小车行进至仓库，需要搬运到货位时，装卸机器人可由运输小车上卸下货物5并转存入对应库位。装卸机器人承担中间货物5取放和转运工作，这种工作方式有如下优点：

第一、提高运输效率：装卸机器人可以同时执行多个存货、取货的任务，暂存在车体上，负责不同路线的运输小车分别来自各个站点又分别可以将货物5转运到各个目标地点；

第二、灵活性高：装卸机器人本质仍然是移动机器人，可以根据任务要求的变化快速调整位置，以及存取货物5逻辑，较固定传输带方便灵活。

第三、成本低：运输小车，装卸机器人分工明确，运输小车功能相对单一，可以最简化机器人配置，从而使运输小车的成本最低，而仓储系统运输过程最为耗时，1台装卸机器人可以支持多台运输小车，这样可以大大减少系统总成本；

第四、避免多车存取货锁死，目前机器人工作方式，均为从一个站点取货送至另一个站点，站点通常固定不变，而当站点为仓储货架时，若多个运输小车同时来取货，因空间问题，可能导致多车堵在一起，即发生“先进后出”的问题，这样物流效率势必很低。而本申请通过自动装卸机器人和运输小车的这种运输配合方式，可由一台装卸机器人在同一货架站点，完成多个货物5取货，再转运至开阔场地分别对接不动任务运输小车完成转运，极大避免了锁死情况的发生。

参见图1和图2所示，车体底盘1可以为常规移动机器人底盘，车体底盘1内设置多个功能模块，例如，车体底盘1内设置导航模块、定位模块和识别模块3等等，使得其具有自主导航、定位、移动、避障以及同调度系统通信的功能。该车体底盘1的运动方式可以是双轮差速、麦克纳姆轮或双舵轮等多种形式。自动装卸机构主要功能为拾取货物5完成装卸，其上装有识别模块3和夹爪6。识别模块3主要为视觉传感器和激光扫描传感器，可实时观测货物5存放情况，如存货空间，货物标牌识别等。

参见图1和图2所示，在一种可能的实施方案中，所述车体底盘1沿周向设置传送装置4，传送装置4上可以沿延伸方向存放多个货物5，所述自动装卸机构设置在所述车体底盘1的一侧，所述传送装置4能带动货物5移动至所述自动装卸机构的活动范围内。其中，所述自动装卸机构包括多个活动臂2，相邻两个活动臂2可活动地连接，且能相对转动定位，位于头端的活动臂2和所述车体底盘1连接，位于末端的活动臂2上连接有夹爪6，一所述活动臂2上设置所述识别模块3。

夹爪6用于抓取货物5，自动装卸机构的活动臂2可以实现一定范围的运动，包括从货架上取下货物5并放在传送装置4上，以及将传送装置4上货物5卸载到另一台小车上。其中，自动装卸机构可以为常用的5轴、6轴、直角坐标型等常见机械臂。传送装置4安装在车体底盘1上，可以为多种样式，如图1和图2形式的传送装置4，传送装置4具有独立的电机驱动和控制系统，由车体底盘1提供电力和控制信号，一方面作为货物5存放平台，另一方面其具有传动能力，可将货物5传动至活动臂2的活动范围内。

参加图3所示的第二种自动装卸机器人，该自动装卸机器人还包括导轨机构7，所述导轨机构7连接在所述车体底盘1上，所述导轨机构7和所述车体底盘1之间形成货物存放空间。所述自动装卸机构包括吊车8和连接在所述吊车8上的吊爪81，所述吊车8可活动地连接在所述导轨机构7上，调节所述吊爪81的位置。其中，所述导轨机构7包括多个沿第一方向延伸的第一导轨和多个沿第二方向延伸的第二导轨；各所述第一导轨和各所述第二导轨纵横交错设置，所述导轨机构7上形成多个空缺部。所述底盘上对应每一所述空缺部设有相应的货物盛放位。所述吊车8上设置滚轮83，滚轮83具体包括设置在吊车第一方向两侧的第一滚轮和设置在其第二方向两侧的第二滚轮。所述吊车8两侧的第一滚轮分别支撑在相邻的两个第二轨道上，所述吊车8两侧的第二滚轮分别支撑在相邻的两个第一轨道上。其中，所述导轨机构7还包括延伸出所述车体底盘1的吊装码头82，所述吊车8能移动至所述吊装码头82上。方便向运输小车装卸货物5。其中，吊爪81升降运动，可以将货物5提起或卸下，吊爪81上安装有识别模块3，识别模块3可以为传感器，在取货时，吊爪81和工作原理和现有吊车8的方式一样，识别模块3用于识别货物5标识，以确保货物5为待取货物5。

受导轨机构7高度限制，本实施方案中的卸载机器人仅能在低于其导轨高度的取货点或货架取货。而另一方面，导轨机构7和吊车8可堆叠设计，使得车体底盘1形成多层复合型可取放的货架结构，这样可以极大提高货物5存放效率。

参见图4所述的第三种自动装卸机器人，该机器人的车体底盘1上设置平台系统，平台系统包括多个平台10，相邻两个平台10之间形成插槽11。货物5可以放置在相邻的两个平台10之间，两个平台10之间的插槽11正对货物5的重心位置。所述自动装载机构包括叉盘12、设备本体13和活动连接在所述设备本体13上的滑动轴14，所述叉盘12连接在所述滑动轴14上，所述设备本体13能驱动所述活动轴升降和/或平移以带动所述叉盘12伸出或缩入所述插槽11实现装卸货物5。

其中，所述车体底盘1上绕各所述平台10一周设置环形导轨部9，所述设备本体13可滑动地连接在所述环形导轨部9上，所述设备本体13能沿所述环形导轨部9移动至不同位置，实现在不同位置装卸货物5。所述设备本体13能驱动所述滑动轴14沿垂直其移动方向平移，以带动所述叉盘12滑入或滑出所述插槽11，所述设备本体13能驱动所述滑动轴14升降，以通过叉盘12托起或放下货物5，实现装载或卸载货物5。

其中，平台系统下方设置传动链15和驱动所述传动链15的传动电机，自动装载机构连接在所述传动链上，有传功链带动滑动。设备本体13上装有导轨轮，可以在环形导轨部上滑动，设备本体13与传动链连接，由传动链带动滑动。滑动轴14可在设备本体13移动的垂直方向滑动，带动叉盘12滑入和滑出叉槽，且滑动轴14可以小幅度上升和下降，用于托起货物5，叉盘12上装有识别模块3，用于识别货物5标识，以确保货物5为待取货物5。

实施例二

参见图5和图6所示，本申请同时还提供一种转运系统及其控制方法，该转运系统包括控制装置、转运小车和上述实施例一中的自动装卸机器人，所述控制装置分别与所述转运小车和所述自动装卸机器人通信连接，以发送调度指令。

运输小车是搬运车，主要负责运输货物5，运输小车上安装有识别模块3可识别、计算小车实际余留的存储空间。转运系统的信息网络接收任务以及相关信息。这些信息包括如货物5标牌、货物5ID、搬运车型号、货物5需求时间、甚至货物5位置信息（如货物5携带GPS或UWB设备）等等。其中，控制装置可以设置在装卸机器人上，也可以设置在服务器上，服务器接收到网络任务，并将任务分发给各机器人及仓库管理系统，货物5存储在仓库管理系统。

服务器可以同信息网络以及小车进行交互。例如，如果运输小车和装卸机器人没有目标位置信息，服务器可以告知运输小车和装卸机器人停站点或取货点地址，或当在要求取货时间节点，装卸机器人或运输小车无法完成任务时，服务器会计算并重新分配合理取货时间或重新推荐运行路线给装卸机器人和运输小车。

当服务器接收到任务后，自动分发给仓库系统调取需求的货物5。仓库系统将待传输货物5放置于装载机器人上，装载方式可以有多种方式，可由人来完成，也可以通过机械臂自动完成。与此同时，控制装置计算所需的匹配型号装载机器人以及运输小车。 而该计算是一套复杂的算法，计算因子包括货物5尺寸信息、内容信息、装载要求信息、装载机器人类型信息、当前状态信息等多个维度。该算法执行最终结果是一套转运策略，可以最大化利用资源。例如，可以根据货物5尺寸和装载方式，计算所需最小的装载空间，调用最接近需求的装载机器人执行任务，从而达到最大化空间利用率。

本实施例同时还提供转运系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：所述控制装置接收到任务指令；

步骤2：所述控制装置分析出最优转运策略信息；并将所述转运策略信息发送至相应的转运小车和自动装卸机器人；

步骤3：所述转运小车和所述自动装卸机器人根据所述最优转运策略信息执行相应的动作。

可选的，步骤S2包括：

S21、所述控制装置获取货物5的尺寸信息、类型信息和装载要求信息，以得出装货要求信息；

S22、所述控制装置分别获取各转运小车和自动装卸机器人的行驶路径信息和存货空间信息；

S23、所述控制装置综合分析各数据，得到所述最优转运策略信息并发送至相应的转运小车和所述自动装卸机器人。

其中，所限定的最优策略信息为最大化利用资源的方式，例如实现最小的装载空间，运输小车和装卸机器人最小的路程等等。

进一步的，在步骤3中还具体包括以下步骤：

S31、装载机器人前往取货仓库或货架取货；

S32、装载机器人至取货点后，扫描货物5标识，确认货物5信息，正确则执行装载动作，将货物5装至货物5存放空间；

S33、完成取货的装载机器人前往与运输小车的汇合点，此时运输小车一并前往汇合点；

S34、装载机器人与运输小车汇合后，装载机器人首先通过识别模块3扫描运输小车预分配的存货位置，确认位置空间满足存放需求；

S35、装载机器人确认空间满足存放需求时，装载机器人扫描货物5标识，找到待转运货物5，并装载到运输小车上；

S36、已装载货物5的运输小车继续完成货物5的运输至最终目的地，装载机器人则继续执行下一项任务或等待新任务。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种自动装卸机器人，其特征在于，包括：

车体底盘，所述车体底盘具有货物存放空间，所述车体底盘上设置行走机构；

自动装卸机构，所述自动装卸机构连接在所述车体底盘上，所述自动装卸机构用于取放货物；

通信模块，所述通信模块设置在所述车体底盘上，所述通信模块用于接收调度指令；

识别模块，所述识别模块设置在所述车体底盘和/或自动装卸机构上，所述识别模块用于识别货物和存货空间；

控制装置，所述控制装置分别与所述行走机构、自动装卸机构、通信模块和识别模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动装卸机器人，其特征在于，所述车体底盘沿周向设置传送装置，所述传送装置上盛放货物；

所述自动装卸机构设置在所述车体底盘的一侧，所述传送装置能带动货物移动至所述自动装卸机构的活动范围内。

3.根据权利要求1所述的一种自动装卸机器人，其特征在于，所述自动装卸机构包括多个活动臂，相邻两个活动臂可活动地连接，位于头端的活动臂和所述车体底盘连接，位于末端的活动臂上连接有夹爪，一所述活动臂上设置所述识别模块。

4.根据权利要求1所述的一种自动装卸机器人，其特征在于，还包括导轨机构，所述导轨机构连接在所述车体底盘上，所述导轨机构和所述车体底盘之间形成货物存放空间；

所述自动装卸机构包括吊车和连接在所述吊车上的吊爪，所述吊车可活动地连接在所述导轨机构上，调节所述吊爪的位置。

5.根据权利要求4所述的一种自动装卸机器人，其特征在于，所述导轨机构包括多个沿第一方向延伸的第一导轨和多个沿第二方向延伸的第二导轨；各所述第一导轨和各所述第二导轨纵横交错设置，所述导轨机构上形成多个空缺部；

所述底盘上对应每一所述空缺部设有相应的货物盛放位；

所述吊车包括设置在其第一方向两侧的第一滚轮和设置在其第二方向两侧的第二滚轮；

所述吊车两侧的第一滚轮分别支撑在相邻的两个第二轨道上，所述吊车两侧的第二滚轮分别支撑在相邻的两个第一轨道上。

6.根据权利要求1所述的一种自动装卸机器人，其特征在于，所述车体底盘上设置多个平台，相邻两个平台之间形成插槽；

所述自动装载机构包括叉盘、设备本体和活动连接在所述设备本体上的滑动轴，所述叉盘连接在所述滑动轴上，所述设备本体能驱动所述活动轴升降和/或平移以带动所述叉盘伸出或缩入所述插槽实现装卸货物。

7.根据权利要求6所述的一种自动装卸机器人，其特征在于，所述车体底盘上绕各所述平台一周设置环形导轨部，所述设备本体可滑动地连接在所述环形导轨部上，所述设备本体能驱动所述滑动轴沿垂直其移动方向平移，以带动所述叉盘滑入或滑出所述插槽，所述设备本体能驱动所述滑动轴升降，以托起或放下货物。

8.一种转运系统，其特征在于，包括控制装置、转运小车和如权利要求1-7任一所述的自动装卸机器人，所述控制装置分别与所述转运小车和所述自动装卸机器人通信连接，以发送调度指令。

9.一种如权利要求8所述转运系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：所述控制装置接收到任务指令；

步骤2：所述控制装置分析出最优转运策略信息；并将所述转运策略信息发送至相应的转运小车和自动装卸机器人；

步骤3：所述转运小车和所述自动装卸机器人根据所述最优转运策略信息执行相应的动作。

10.根据权利要求9所述的转运系统的控制方法，其特征在于，步骤S2包括：

S21、所述控制装置获取货物的尺寸信息、类型信息和装载要求信息，以得出装货要求信息；

S22、所述控制装置分别获取各转运小车和自动装卸机器人的行驶路径信息和存货空间信息；

S23、所述控制装置综合分析各数据，得到所述最优转运策略信息并发送至相应的转运小车和所述自动装卸机器人。

Images