CN113210294B - 基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统及其分拣方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统及其分拣方法，分拣系统，包括：活动货架，其设置有多个用于卸载货物的货箱，活动货架固定有识别装置且能够移动至任意空闲的卸货区域；分拣机器人，其设置有多个且能在分拣平台上行驶，分拣机器人能将承接的货物运送到指定的卸货区域卸货；分拣机器人定位装置；导入装置；卸载机器人，其能承接该分拣机器人卸载的货物，且能将该货物卸载在活动货架预定的空闲的货箱内；检测装置，能采集识别装置的信息；服务器，其通过无线连接分拣机器人的控制器，通过有线或无线连接卸载机器人的控制器、检测装置和扫码装置。本发明具有结构紧凑、分拣量大、空间利用充分、分拣效率高的有益效果。

Description

基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统及其分拣方法
技术领域
本发明涉及一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统及其分拣方法。
背景技术
通过分拣机器人即自导航小车分拣货物、卸载货物已获得了广泛的应用，现有技术中，货物通常根据需要卸载在某个预定的出口内，例如将包裹根据地域划分将其卸载在不同的出口内，再将同一个出口内的包裹进行打包运送。有一种需求是把货物卸载在货架上预定的某个货箱内，由于一个货架可以设置很多个货箱，只要将货架运送到打包处，就能将所有的货物方便地运送到其它区域的打包处打包，为了能进一步地提高处理货物的能力，有必要通过多个货架同时进行分拣。
发明内容
本发明根据以上需求，提供了一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统及其分拣方法。
本发明的技术方案是：
一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统，包括：
活动货架，其设置有多个，每个活动货架设置有多个用于卸载货物的货箱，活动货架固定有识别装置且能够移动至任意空闲的卸货区域，活动货架能平行排列；
分拣机器人，其设置有多个且能在分拣平台上行驶，分拣机器人能将承接的货物运送到指定的卸货区域卸货；
分拣机器人定位装置，其能对分拣机器人进行定位；
导入装置，其设置在分拣平台的货物入口处，能对货物进行识别导入；
卸载机器人，其能承接该分拣机器人卸载的货物，且能将该货物卸载在活动货架预定的空闲的货箱内；
检测装置，其固定在卸货区域的地面上或者卸载机器人中不活动的固定件上，检测装置能采集识别装置的信息和空间方位；
服务器，其通过无线连接分拣机器人的控制器，通过有线或无线连接卸载机器人的控制器、检测装置和导入装置。
进一步地，所述的卸载机器人包括竖向移动装置、两套平行设置的横向移动装置和翻转装置，其中，
横向移动装置包括：
中空杆，其经支架与地面固定，中空杆水平安装，且设置有开口端，中空杆的两个外侧面开设有凹槽；
第一同步带轮和第二同步带轮，其分别可转动地固定在中空杆内的两端；
同步带，其联接第一同步带轮和第二同步带轮；
伺服电机，其壳体与中空杆固定、转轴与第一同步带轮的中心轴或第二同步带轮的中心轴固定，伺服电机电连接所述卸载机器人的控制器；
滑块，其设置有凸块和两只滑轨，凸块能嵌入中空杆的开口端且与同步带固定，滑轨仅能沿着凹槽来回移动；
竖向移动装置的结构与横向移动装置的结构相同，且竖向移动装置的中空杆竖直设置，竖向移动装置中空杆的两端分别与两套横向移动装置的滑块固定；
翻转装置包括：
输送架，其与竖向移动装置的滑块固定；
第一减速器；
翻转电机，其壳体与第一减速器的壳体固定、转轴与第一减速器的输入轴固定，翻转电机电连接所述卸载机器人的控制器；
翻转支架，其与第一减速器的输出轴固定；
翻转盘，其与翻转支架固定，翻转盘能用于盛装或卸载货物；
第二减速器，其壳体与所述的输送架固定；
摆动电机，其壳体与第二减速器的壳体固定、转轴与第二减速器的输入轴固定，摆动电机电连接所述卸载机器人的控制器；
摆动杆，其一端与第二减速器的输出轴固定、另一端与第一减速器的壳体固定；
摆动电机转动能带动装有货物的翻转盘从活动货架外摆动至预定的货箱上方，翻转电机转动能将货物卸载在该货箱内。
进一步地，所述的活动货架设置有多层，每层设置有多只货箱，多层的多只货箱按矩阵排列，且每只货箱可拆卸。
进一步地，所述的翻转盘能将货物卸载在两侧活动货架中的任一个。
进一步地，每一个所述的卸货区域设置有两个检测装置，相应地，每一个活动货架上设置有两个识别装置，当两个检测装置分别对准两个识别装置时，活动货架完成准确定位。
进一步地，所述的识别装置为二维码或者条码，检测装置为摄像头，或者，所述的识别装置为RFID电子标签，所述的检测装置为读卡器。
进一步地，所述的检测装置固定在分拣场地上或者卸载机器人中不活动的固定件上。
一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣方法，包括所述的基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统，该机器人分拣系统的分拣方法包括如下步骤：
S1.选择活动货架，该活动货架至少有一个以上的货箱为没有货物的空闲的货箱，将该活动货架移动至任意空闲的卸货区域等待卸货；
S2.通过该卸货区域上固定的检测装置读取该卸货区域上活动货架的识别装置；
S3.根据该识别装置获得该活动货架上空闲的货箱、已卸货物和待卸货物的信息，服务器开始调度；
S4.当分拣机器人分拣到的货物需要卸载在该空闲的货箱内时，分拣机器人将该货物运送至接近该卸货区域；
S5.该卸货区域上的卸载机器人，承接该分拣机器人卸载的该货物后，将该货物卸载在预定的空闲的货箱内；
S6.当该活动货架上该空闲的货箱内已装满预定的货物后，活动货架能移动至其它的打包区域打包。
进一步地，所述步骤S1中该活动货架的多个货箱中至少有一个以上的货箱为没有货物的空闲的货箱指的是：该活动货架没有装过货物，或者，该活动货架已卸完货物后再次准备卸货，或者，该活动货架之前装过货物，但没有装满货物时被中断，从而需要更换卸货区域和卸载机器人，继续卸货。
进一步地，当其中一台卸载机器人需要中断时，经服务器重新调度，能由相邻一台卸载机器人将该货物卸载在该活动货架上。
与现有技术相比较，本发明有如下的优点，分拣机器人可循环排队装货和卸货，出口设置的数量多，分拣效率高，分拣平台可设置单层也可以多层，分拣数量大；活动货架存放货物多，空间利用率高，活动货架可以移动，非常灵活，场地利用率高；卸载机器人占地小，定位精度要求不高，有利降低成本；当卸载机器人出现故障时，能快速解决；打包区域可灵活设置，不会影响分拣场地的分拣；
本发明具有结构紧凑、分拣量大、空间利用充分、分拣效率高的有益效果。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明卸载机器人和活动货架的主要结构示意图。
图3、图4为本发明翻转装置的结构示意图。
图5为本发明竖向移动装置和横向移动装置的中空杆相关的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的说明：
如图1所示，一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统，包括：
活动货架2，其设置有多个，每个活动货架2设置有多个用于卸载货物的货箱21，本实施例中，货箱21有多层，每层有多只，按矩阵有规律的排列，活动货架2固定有识别装置3，活动货架2能够移动至任意空闲的卸货区域，本实施例的图1中，多个活动货架2平行排列，实际上多个活动货架2还可以环绕分拣平台11设置，进一步提高场地的利用率；
为了提取货物方便，活动货架2每层设置有平行的两根横档22，货箱21设置有对应的两只翻边，货箱21的两只翻边能压在两根横档22上。
分拣机器人1，其设置有多个且能在分拣平台11上行驶，分拣机器人1能将货物入口处承接的货物运送到指定的卸货区域卸货，分拣机器人1通常选用自导航小车，沿着分拣平台11循环运送货物，货物出口通常选择分拣平台11的边缘处，分拣机器人1卸货时，只要转动翻板就能将货物倒出，分拣平台11通常有一定的高度；分拣平台11可设置多层，每层分拣平台11均可安排分拣机器人1；
分拣机器人定位装置，其能对分拣机器人1进行定位，可以选用无线定位系统进行定位，也可以在分拣平台11上粘贴二维码、条码等，分拣机器人1安装有摄像头，采集二维码、条码的位置信息，这部分是现有技术；
导入装置，其可固定在分拣平台11的货物入口处，也可以人工手持导入装置，对货物进行识别导入；导入装置可选用扫码装置，能对货物进行识别，货物通常粘贴有二维码或条码，相应地，扫码装置为二维码或条码的扫描器，一般来说，人工将货物送到扫码装置扫描后，放置在货物入口处的分拣机器人1上，分拣平台11除了出口的位置均可以设置货物入口；导入装置还可以是机器手，其能将货物输送到分拣机器人1上，服务器能获得机器手运送的货物的具体信息，例如知道货物是牙刷；
卸载机器人5，其能承接该分拣机器人1卸载的货物，且能将该货物卸载在活动货架2预定的空闲的货箱21内，显然，卸载机器人5沿着分拣平台11的边缘设置；
检测装置4，其固定在卸货区域的地面上或者卸载机器人5中不活动的固定件上，检测装置4能采集识别装置3的信息，还可以采集空间方位；本实施例中，识别装置3为二维码或者条码，相应地，检测装置4为摄像头，或者，识别装置3为无线通讯的RFID电子标签，相应地，检测装置4为无线通讯的读卡器；
服务器，其通过无线连接分拣机器人1的控制器，通过有线或无线连接卸载机器人5的控制器、检测装置4和导入装置。
本实施例中，服务器可以根据货物的属性进行分拣，举例说，货物属于某个客户、货物属于某个货架、货物属于某个供应商、货物属于某个快递投递区和货物属于某个快递派送员中的至少一项；可以将某个客户的几件货物分拣到同一个活动货架2不同的货箱21内，同一个活动货架2可以存放多个客户的货物；也可以将某个供应商的几件货物分拣到同一个活动货架2不同的货箱21内，同一个活动货架2可以存放同一个供应商的多个货物；
进一步地，如图2、图3、图4所示，卸载机器人5包括竖向移动装置43、两套平行设置的横向移动装置43和翻转装置，其中：
横向移动装置43包括：
中空杆422，其经支架与地面固定，中空杆422水平安装，且设置有开口端4222，中空杆422的两个外侧面开设有凹槽4221；
第一同步带轮424和第二同步带轮，其分别可转动地固定在中空杆422内的两端；
同步带423，其联接第一同步带轮424和第二同步带轮；
伺服电机421，其壳体与中空杆422固定、转轴与第一同步带轮424的中心轴或第二同步带轮的中心轴固定，伺服电机421电连接卸载机器人5的控制器；
滑块425，其设置有凸块4252和两只滑轨4251，凸块4252能嵌入中空杆422的开口端4222且与同步带423固定，滑轨4251仅能沿着凹槽4221来回移动；
竖向移动装置43的结构与横向移动装置43的结构相同，其差别在于：竖向移动装置43的中空杆422竖直设置，竖向移动装置43中空杆422的两端分别与两套横向移动装置43的滑块425固定；
竖向移动装置43的结构与横向移动装置43的结构相同，能简化整体结构，方便维护；
翻转装置包括：
输送架61，其与竖向移动装置43的滑块425固定；
第一减速器64；
翻转电机62，其壳体与第一减速器64的壳体固定、转轴与第一减速器64的输入轴固定，翻转电机62电连接卸载机器人5的控制器；
翻转支架63，其与第一减速器64的输出轴固定，本实施例中，为了提高稳定性，对称地设置有两只；
翻转盘60，其与翻转支架63固定，翻转盘60能用于盛装或卸载货物；
第二减速器66，其壳体与输送架61固定；
摆动电机67，其壳体与第二减速器66的壳体固定、转轴与第二减速器66的输入轴固定，摆动电机67电连接卸载机器人5的控制器；
摆动杆65，其一端与第二减速器66的输出轴固定、另一端与第一减速器64的壳体固定，本实施例中，摆动杆65设置有两只，其分别位于第一减速器64的壳体的顶面和底面，以提高稳定性；
摆动电机67转动能带动装有货物的翻转盘60从活动货架2外摆动至预定的货箱21上方，翻转电机62转动能将货物卸载在该货箱21内。
两套平行设置的横向移动装置43能控制竖向移动装置43沿着活动货架2长度方向移动，竖向移动装置43能控制翻转装置沿着活动货架2高度方向移动，翻转装置能控制货物水平方向按圆周的轨迹移动，且还能翻转货物卸载。
卸载机器人5采用开环的控制方式，通过软件控制竖向移动装置43中的伺服电机421，能精确地将货物移动到指定的一层，通过软件控制横向移动装置43中的伺服电机421，能精确地将货物移动到指定的一列，由于货箱21的尺寸比较大，翻转装置能精准的定位到预定的货箱21卸货，同理，也能精确地移动到分拣平台11的边缘，承接分拣机器人1卸载的货物；用这种控制方式可以减少硬件的成本，无需每一个货箱21配备一个传感器。
为了提高卸货效率，提高卸载机器人5的利用率，翻转盘60能将货物卸载在两侧活动货架2中的任一个。
活动货架2可通过人工或搬运机器人进行搬运，为了能对活动货架2精确定位，每一个卸货区域设置有两个检测装置4，相应地，每一个活动货架2上设置有两个识别装置3，当两个检测装置4分别对准两个识别装置3时，活动货架2完成准确定位。本发明的两对识别装置3和检测装置4具有定位和读取活动货架2信息的功能，一物两用。
作为优选，检测装置4固定在分拣场地上或者卸载机器人中不活动的固定件上，检测装置4可以固定在支架上。
本发明各个电机的初始位置可以通过设置极限位置来获得，或者，设置初始位置传感器，来对电机进行初始位置的定位，例如滑块425移动到触及第一同步带轮424或第二同步带轮这一极限位置时将受阻，电机的堵转电流将加大，控制器可以将该位置作为电机的初始位置，推算出电机转一圈，滑块425移动多少距离，也可以通过设置初始位置传感器，当滑块425触及到初始位置传感器时，作为电机的初始位置，同理，翻转电机62和摆动电机67的初始位置也可以通过设置极限位置或者初始位置传感器来获得。
一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣方法，包括上述基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统，该机器人分拣系统的分拣方法包括如下步骤：
S1.选择活动货架2，该活动货架2至少有一个以上的货箱21为没有货物的空闲的货箱21，将该活动货架2移动至任意空闲的卸货区域等待卸货；通常有三种情况：第一，该活动货架2没有装过货物；第二，该活动货架2已卸完货物后再次准备卸货；第三，该活动货架2之前装过货物，但没有装满货物时被中断，从而需要更换卸货区域和卸载机器人5，继续卸货；这里被中断的原因，可以是卸载机器人5出现故障，或者，需要转移分拣场地；
S2.通过该卸货区域上固定的检测装置4读取该卸货区域上活动货架2的识别装置3；
S3.根据该识别装置3获得该活动货架2上空闲的货箱21、已卸货物和待卸货物的信息，服务器开始调度，举例说，原计划要在1号的活动货架2由1号卸载机器人5完成 1号、2号和3号货箱21分别存放三件货物，但因1号卸载机器人5出现故障需要中断，3号货箱21还没有存放最后一件货物，此时，有一种补救方案是，将1号的活动货架2人工搬运至空闲的10号卸货区域，服务器通过10号的检测装置4获得该信息，如果服务器获得某分拣机器人安装了第三件货物，则将该第三件货物运送至10号卸载机器人5所在的10号卸货区域，由10号卸载机器人5将货物卸载在3号货箱21内；第二种补救方案是，由相邻一台卸载机器人例如由2号卸载机器人5将该货物卸载在1号活动货架2的3号货箱21内。
S4.当分拣机器人分拣到的货物需要卸载在该空闲的货箱21内时，分拣机器人将该货物运送至接近该卸货区域；
S5.该卸货区域上的卸载机器人，承接该分拣机器人卸载的该货物后，将该货物卸载在预定的空闲的货箱21内；
S6.当该活动货架2上该空闲的货箱21内已装满预定的货物后，活动货架2能移动至其它的打包区域打包，显然，其它区域的卸货地址也安装有检测装置4，在读到识别装置3后，通过服务器就可获得每个货箱21的信息。

Claims (9)

1.一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统，其特征是包括：
活动货架（2），其设置有多个，每个活动货架（2）设置有多个用于卸载货物的货箱（21），活动货架（2）固定有识别装置（3）且能够移动至任意空闲的卸货区域；
分拣机器人（1），其设置有多个且能在分拣平台（11）上行驶，分拣机器人（1）能将承接的货物运送到指定的卸货区域卸货；
分拣机器人定位装置，其能对分拣机器人（1）进行定位；
导入装置，其设置在分拣平台（11）的货物入口处，能对货物进行识别导入；
卸载机器人（5），其能承接分拣机器人（1）卸载的货物，且能将该货物卸载在活动货架（2）预定的空闲的货箱（21）内；
检测装置（4），其固定在卸货区域的地面上或者卸载机器人（5）中不活动的固定件上，检测装置（4）能采集识别装置（3）的信息；
服务器，其通过无线连接分拣机器人（1）的控制器，通过有线或无线连接卸载机器人（5）的控制器、检测装置（4）和导入装置；
所述的卸载机器人（5）包括竖向移动装置（43）、两套平行设置的横向移动装置（42）和翻转装置，其中：
横向移动装置（42）包括：
中空杆（422），其经支架与地面固定，中空杆（422）水平安装且设置有开口端（4222），中空杆（422）的两个外侧面开设有凹槽（4221）；
第一同步带轮（424）和第二同步带轮，其分别可转动地固定在中空杆（422）内的两端；
同步带（423），其联接第一同步带轮（424）和第二同步带轮；
伺服电机（421），其壳体与中空杆（422）固定、转轴与第一同步带轮（424）的中心轴或第二同步带轮的中心轴固定，伺服电机（421）电连接所述卸载机器人（5）的控制器；
滑块（425），其设置有凸块（4252）和两只滑轨（4251），凸块（4252）能嵌入中空杆（422）的开口端（4222）且与同步带（423）固定，滑轨（4251）仅能沿着凹槽（4221）来回移动；
竖向移动装置（43）的结构与横向移动装置（42）的结构相同，且竖向移动装置（43）的中空杆（422）竖直设置，竖向移动装置（43）中空杆（422）的两端分别与两套横向移动装置（42）的滑块（425）固定；
翻转装置包括：
输送架（61），其与竖向移动装置（43）的滑块（425）固定；
第一减速器（64）；
翻转电机（62），其壳体与第一减速器（64）的壳体固定、转轴与第一减速器（64）的输入轴固定，翻转电机（62）电连接所述卸载机器人（5）的控制器；
翻转支架（63），其与第一减速器（64）的输出轴固定；
翻转盘（60），其与翻转支架（63）固定，翻转盘（60）能用于盛装或卸载货物；
第二减速器（66），其壳体与所述的输送架（61）固定；
摆动电机（67），其壳体与第二减速器（66）的壳体固定、转轴与第二减速器（66）的输入轴固定，摆动电机（67）电连接所述卸载机器人（5）的控制器；
摆动杆（65），其一端与第二减速器（66）的输出轴固定、另一端与第一减速器（64）的壳体固定；
摆动电机（67）转动能带动装有货物的翻转盘（60）从活动货架（2）外摆动至预定的货箱（21）上方，翻转电机（62）转动能将货物卸载在该货箱（21）内。
2.如权利要求1所述的一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统，其特征是，所述的活动货架（2）设置有多层，每层设置有多只货箱（21），多层的多只货箱（21）按矩阵排列，且每只货箱（21）可拆卸。
3.如权利要求1所述的一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统，其特征是，所述的翻转盘（60）能将货物卸载在两侧活动货架（2）中的任一个。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统，其特征是：每一个所述的卸货区域设置有两个检测装置（4），相应地，每一个活动货架（2）上设置有两个识别装置（3），当两个检测装置（4）分别对准两个识别装置（3）时，活动货架（2）完成准确定位。
5.如权利要求1-3任一项所述的一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统，其特征是：所述的识别装置（3）为二维码或者条码，检测装置（4）为摄像头；或者，所述的识别装置（3）为RFID电子标签，所述的检测装置（4）为读卡器。
6.如权利要求1-3任一项所述的一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统，其特征是，所述的检测装置（4）固定在分拣场地上或者卸载机器人中不活动的固定件上。
7.一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣方法，包括如权利要求1-6任一项所述的基于能识别货架转移的机器人货物分拣系统，其特征是，该机器人分拣系统的分拣方法包括如下步骤：
S1.选择活动货架（2），该活动货架（2）至少有一个以上的货箱（21）为没有货物的空闲的货箱（21），将该活动货架（2）移动至任意空闲的卸货区域等待卸货；
S2.通过该卸货区域上固定的检测装置（4）读取该卸货区域上活动货架（2）的识别装置（3）；
S3.根据该识别装置（3）获得该活动货架（2）上空闲的货箱（21）、已卸货物和待卸货物的信息，服务器开始调度；
S4.当分拣机器人（1）分拣到的货物需要卸载在该空闲的货箱（21）内时，分拣机器人（1）将该货物运送至接近该卸货区域；
S5.该卸货区域上的卸载机器人（5），承接该分拣机器人（1）卸载的该货物后，将该货物卸载在预定的空闲的货箱（21）内；
S6.当该活动货架（2）上该空闲的货箱（21）内已装满预定的货物后，活动货架（2）能移动至打包区域打包。
8.如权利要求7所述的一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣方法，其特征是，所述步骤S1中该活动货架（2）的多个货箱（21）中至少有一个以上的货箱（21）为没有货物的空闲的货箱（21）指的是：该活动货架（2）没有装过货物；或者，该活动货架（2）已卸完货物后再次准备卸货；或者，该活动货架（2）之前装过货物，但没有装满货物时被中断，从而需要更换卸货区域和卸载机器人（5），继续卸货。
9.如权利要求7或8所述的一种基于能识别货架转移的机器人货物分拣方法，其特征是，当其中一台卸载机器人（5）需要中断时，经服务器重新调度，能由相邻一台卸载机器人（5）将该货物卸载在该活动货架（2）上。
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