CN113733108A - 一种智能快递搬运机器人及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种智能快递搬运机器人及使用方法，包括底座、移动转盘、载物平台和机架，移动转盘安设于底座内凹槽内，底座和移动转盘均为空心壳体结构，底座内设有控制监测模块和蓄电池模块，移动转盘上层空腔内四周布设底座移动机构，中心设置转轴，下层空腔内布设充电机构，转轴连接移动转盘和底座，蓄电池模块通过线缆与底座移动机构相连接，充电机构通过底座导电机构与蓄电池模块相连接，机架安设于底座四角位置，载物平台的四角位置分别与机架相连，通过升降驱动机构沿机架升降，蓄电池模块通过机架导电机构与升降驱动机构相连接，本发明实现仓储快递分拣自动化，降低人工成本，提高仓储效率。

Description

一种智能快递搬运机器人及使用方法

技术领域

本发明属于快递搬运机器人的技术领域，尤其涉及一种智能快递搬运机器人及使用方法。

背景技术

当今社会，随着电子商务迅猛发展，我国的快递行业呈蓬勃向上的姿态。我国物流业飞速发展的背后，物流成本一直是制约物流业前进的难题，仓储作为物流中重要一环，仓储在物流成本和效率等方面的问题日益突出。在企业技术创新和管理创新的驱动下，针对仓储如何满足经济发展对物流的需求、如何降低仓储成本成为关注的问题。

目前，我国物流行业的分拣环节基本还处于人工分拣阶段，存在分拣效率低下、人工成本高、差错率高等问题。

随着快递业务量的增长，要求快递邮件的分拣效率越来越高，无人仓孕育而生。以设备替代人工，使得物流作业成本大幅降低，但是其建造成本之高规模之大令许多中小型企业对于机器人分拣仓库的建造忘而却步。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种智能快递搬运机器人及使用方法，实现一次性搬运多件快递，节省单次搬返回时间，提高搬运效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种智能快递搬运机器人，其特征在于，包括底座、移动转盘、载物平台、机架、底座移动控制系统和载物平台升降控制系统，所述底座底面中心设有内凹槽，所述移动转盘安设于所述内凹槽内，底座为空心壳体结构，空腔内设有所述底座移动控制系统，包括控制监测模块和蓄电池模块，所述移动转盘为空心壳体结构，空腔内通过隔板划分为上下两层，上层空腔内四周布设底座移动机构，中心设置旋转驱动机构，下层空腔内布设充电机构，所述旋转驱动机构包括转轴和旋转步进电机，所述转轴底部固定于所述隔板上，顶部穿过移动转盘和底座，与底座内壁相连接，转轴设有中心通孔，蓄电池模块通过线缆与所述底座移动机构相连接，所述充电机构通过底座导电机构与蓄电池模块相连接，所述机架为四根立柱，安设于底座四角位置，所述载物平台的四角位置分别与机架相连，所述载物平台升降控制系统包括升降驱动机构和升降控制机构，升降控制机构控制升降驱动机构带动载物平台沿机架升降，蓄电池模块通过机架导电机构与所述升降驱动机构相连接，载物平台为多层间隔设置。

按上述方案，所述控制监测模块包括红外测距传感器组、无线电信号发射器及接收器、电源开关、状态显示灯组和处理器，所述红外测距传感器组安设于所述底座的四侧边壳体上，所述无线电信号发射接收器安设于底座空腔内，所述电源开关和状态显示灯组均设于底座壳体上，均与所述处理器相连接。

按上述方案，所述蓄电池模块包括蓄电池组、电压采样传感器和防过热传感器，均与所述处理器相连接。

按上述方案，所述底座移动机构包括移动步进电机、移动变速器、移动转轮以及万向轮，所述移动转轮为两个对称设于所述移动转盘的左右两侧，所述万向轮固定于移动转盘的前后两侧，所述移动步进电机与所述移动变速器相连接，移动转轮设于移动转盘外部，通过轮轴与移动变速器相连接。

按上述方案，所述充电机构为无线供电线圈，底座导电机构包括底座导电金属条和底座导电石墨电刷，所述底座导电金属条安设于所述转轴的中心通孔内，与所述底座导电石墨电刷相连接，底座导电石墨电刷与所述蓄电池模块相连接。

按上述方案，所述升降驱动机构包括齿条、齿轮、升降步进电机，所述齿条铺设于所述立柱的内侧面上，所述载物平台包括两块连接板和一块载物板，所述载物板的两侧边与所述两块连接板铰接相连，连接块上设有连接孔，通过所述连接孔外套于所述立柱，一侧内壁与立柱的外侧面滑动贴合，连接板底面安设所述齿轮和升降步进电机，齿轮与齿条相啮合，升降步进电机连接齿轮，带动齿轮沿齿条转动升降；所述升降控制机构包括升降信号接收器和升降控制器，升降信号接收器接收所述无线电信号发射器发出的升降信号，传递至所述升降控制器，控制升降步进电机启停。

按上述方案，所述机架导电机构包括机架导电金属条和机架导电石墨电刷，所述机架导电金属条安设于所述立柱上，分别与所述机架导电石墨电刷及所述蓄电池模块相连接。

按上述方案，所述载物板为伸缩板，包括上层板和下层板，所述上层板底面上设有导向杆，所述下层板顶面上设有导向槽，所述导向杆与所述导向槽相配置，上层板和下层板的一侧边分别与所述连接板相铰接，上层板和下层板上均设有压力传感器，均与所述处理器相连接，上层板的前侧边设有第一挡板，两块连接板外侧端分别设有方向相反的第二挡板和第三挡板。

按上述方案，所述隔板由隔磁材料制成。

一种智能快递搬运机器人的使用方法，其特征在于，包括如下内容：

S1)充电校准阶段：通过安装于底座四侧边壳体上的红外测距传感器校准机器人所处位置，在靠近无线充电装置时，通过红外测距传感器对充电处中心进行校准，红外测距传感器回传信号，经处理器处理后，通过控制移动步进电机的转动，调整机器人的运动轨迹，调整好位置后，移动步进电机停止工作，机器人的蓄电池模块开始充电；

S2)接收快递阶段：多层载物平台依次上移至机架顶部，由最下层载物平台接收快递开始，根据待接收快递尺寸控制启动升降步进电机转动，处理器控制无线电信号发射器发出升降信号，升降信号接收器接收无线电信号发射器发出的升降信号，传递至升降控制器，控制升降步进电机启动，调节载物平台的位置，当上层板的压力传感器检测到快递后，将压力信号传输至处理器，处理器处理信号后控制无线电信号发射器发出升降信号，升降控制器控制载物平台两侧的升降步进电机转动，带动齿轮转动，沿齿条下移，载物平台下移至底部，下层板的压力传感器将压力信号传输至处理器，处理器处理信号后控制无线电信号发射器发出停止信号，升降控制器控制载物平台两侧的升降步进电机停止，倒数第二层的载物平台下移，直至夹紧最下层载物平台上的快递，然后接收快递，其余载物平台依次下移接收快递；

S3)运输快递阶段：机器人接收云端指令，按照原规划路径前往快递接收点前，通过底座壳体搭载的红外测距传感器对周围物体位置信息进行识别，并将信号传输至处理器，由处理器通过无线发射接收装置将信号传输给云端，云端对接收信号进行信号处理，确定机器的运动轨迹，并把结果发送回处理器，处理器依据云端的指令要求，对移动步进电机的转动进行直接控制，完成对机器人运行路线的控制，当机器周围物体不对机器人原规划路径产生阻碍时，机器人按照原规划路径运动；当机器人周围出现阻碍原规划路径的物体时，按照云端处理信号后发送过来的路径对机器人进行移动，避开障碍物后，按照云端更改后的规划路径前往快递接收点；

S4)放置快递阶段：机器人到达快递存放点后，处理器控制移动步进电机停止运动，由云端指定载物平台开始存货，处理器控制靠近快递篮的载物平台一侧的升降步进电机转动，带动齿轮转动使载物平台进行下移，载物平台两侧形成高度差，伸缩式载物板伸长，快递落入指定快递篮，载物平台上层的压力传感器未检测到快递，处理器控制载物平台靠近快递篮一端的升降步进电机转动，载物平台靠近快递篮一端上移至与远离快递篮一侧等高，依次循环至所有载物平台完成上述动作后，处理器控制移动步进电机开始转动，机器人按规划路径前往快递接收点，完成一次快递取存。

本发明的有益效果是：提供一种智能快递搬运机器人及使用方法，有效节省了分拣站的空间资源，可以用更小的分拣站完成更大量的货物分拣工作，节约成本的同时满足中小型快递分拣站需求；实现一次性搬运多件快递，节省单次搬返回时间，提高搬运效率；机器人可以根据操作人员要求灵活分拣大件货物和小型货物，更加灵活地应对大型货物和小型货物的分拣。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为本发明一个实施例的底座的结构示意图。

图3为本发明一个实施例的移动转盘的剖视图。

图4为本发明一个实施例的载物平台取快递的状态示意图。

图5为本发明一个实施例的载物平台存快递的状态示意图。

图6为本发明一个实施例的流程框图。

图7为本发明一个实施例的载物平台接收快递的流程框图。

图8为本发明一个实施例的载物平台放置快递的流程框图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1-图3所示，一种智能快递搬运机器人，包括底座1、移动转盘2、载物平台3和机架4，底座底面中心设有内凹槽，移动转盘安设于内凹槽内，底座为空心壳体结构，空腔内设有蓄电池模块5和控制监测模块，移动转盘为空心壳体结构，空腔内通过隔板划分为上下两层，上层空腔内四周布设底座移动机构，中心设置旋转驱动机构，下层空腔内布设充电机构，旋转驱动机构包括转轴6和旋转步进电机7，转轴设有中心通孔，蓄电池模块通过线缆与底座移动机构相连接，充电机构通过底座导电机构与蓄电池模块相连接，机架为四根立柱，安设于底座四角位置，载物平台的四角位置分别与机架相连，通过升降驱动机构沿机架升降，蓄电池模块通过机架导电机构与升降驱动机构相连接，载物平台为多层间隔设置。

控制监测模块包括红外测距传感器组8、无线电信号发射器及接收器9、电源开关10、状态显示灯组11和处理器12，红外测距传感器组安设于底座的四侧边壳体上，无线电信号发射器及接收器安设于底座空腔内，电源开关和状态显示灯组均设于底座壳体上，均与处理器相连接。

蓄电池模块包括蓄电池组、电压采样传感器和防过热传感器，均与处理器相连接。

底座外壳四个侧面各安装两个红外测距传感器，传感器将信号传输给处理器，用于校准定位机器人所在位置以及搬运过程中的避碰。无线发射接收模块组位于底座内，与处理器相连，接收外界控制信号传递给中心控制器；电池模块组用于给机器人各项电子元件供电，模块组内的电压采样传感器通过处理器与底座外壳上显示灯相连反馈电源电量情况，防过热传感器，防止机器人持续工作导致电机过热从而导致电机烧毁，外壳上的电源开关控制机器的电源的开闭。

底座移动机构包括移动步进电机13、移动变速器14、移动转轮15以及万向轮16，移动转轮为两个对称设于移动转盘的左右两侧，万向轮固定于移动转盘的前后两侧，移动步进电机与移动变速器相连接，移动转轮设于移动转盘外部，通过轮轴与移动变速器相连接。通过两台步进电机分别控制两个移动转轮的转向和转速，实现机器移动和旋转。

充电机构为无线供电线圈17，底座导电机构包括底座导电金属条和底座导电石墨电刷18，底座导电金属条安设于转轴的中心通孔内，与底座导电石墨电刷相连接，底座导电石墨电刷与蓄电池模块相连接。电源模块组通过中心转轴与移动小车转盘内的无线供电线圈相连充电。

如图4、图5所示，升降驱动机构包括齿条19、齿轮20、升降步进电机21，齿条铺设于立柱的内侧面上，载物平台包括两块连接板22和一块载物板23，载物板的两侧边与两块连接板铰接相连，连接块上设有连接孔，通过连接孔外套于立柱，一侧内壁与立柱的外侧面滑动贴合，连接板底面安设齿轮和升降步进电机，齿轮与齿条相啮合，升降步进电机连接齿轮，带动齿轮沿齿条转动升降。升降控制机构包括升降信号接收器24和升降控制器，升降信号接收器接收所述无线电信号发射器发出的升降信号，传递至所述升降控制器，控制升降步进电机启停。

机架导电机构包括机架导电金属条25和机架导电石墨电刷26，机架导电金属条安设于立柱上，分别与机架导电石墨电刷及蓄电池模块相连接。

载物板为伸缩板，包括上层板27和下层板28，上层板底面上设有导向杆29，下层板顶面上设有导向槽，导向杆与导向槽相配置，上层板和下层板的一侧边分别与连接板相铰接，上层板和下层板上均设有压力传感器30，均与处理器相连接，上层板的前侧边设有第一挡板31，两块连接板外侧端分别设有方向相反的第二挡板32和第三挡板33。第一、第二挡板均对本层载物板上的快递进行止挡，第三挡板可对相邻的下层载物板上的快递进行止挡，防止快递掉落。

隔板由隔磁材料制成，通过隔磁材料分隔开来，防止上层电子元件受到供电线圈磁场干扰。

如图6-图8所示，一种智能快递搬运机器人的使用方法，包括如下内容：

S1)充电校准阶段：通过安装于底座四侧边壳体上的红外测距传感器校准机器人所处位置，在靠近无线充电装置时，通过红外测距传感器对充电处中心进行校准，红外测距传感器回传信号，经处理器处理后，通过控制移动步进电机的转动，调整机器人的运动轨迹，调整好位置后，移动步进电机停止工作，机器人的蓄电池模块开始充电；

S2)接收快递阶段：多层载物平台依次上移至机架顶部，由最下层载物平台接收快递开始，根据待接收快递尺寸控制启动升降步进电机转动，处理器控制无线电信号发射器发出升降信号，升降信号接收器接收无线电信号发射器发出的升降信号，传递至升降控制器，控制升降步进电机启动，调节载物平台的位置，当上层板的压力传感器检测到快递后，将压力信号传输至处理器，处理器处理信号后控制无线电信号发射器发出升降信号，升降控制器控制载物平台两侧的升降步进电机转动，带动齿轮转动，沿齿条下移，载物平台下移至底部，下层板的压力传感器将压力信号传输至处理器，处理器处理信号后控制无线电信号发射器发出停止信号，升降控制器控制载物平台两侧的升降步进电机停止，倒数第二层的载物平台下移，直至夹紧最下层载物平台上的快递，然后接收快递，其余载物平台依次下移接收快递；

S3)运输快递阶段：机器人接收云端指令，按照原规划路径前往快递接收点前，通过底座壳体搭载的红外测距传感器对周围物体位置信息进行识别，并将信号传输至处理器，由处理器通过无线发射接收装置将信号传输给云端，云端对接收信号进行信号处理，确定机器的运动轨迹，并把结果发送回处理器，处理器依据云端的指令要求，对移动步进电机的转动进行直接控制，完成对机器人运行路线的控制，当机器周围物体不对机器人原规划路径产生阻碍时，机器人按照原规划路径运动；当机器人周围出现阻碍原规划路径的物体时，按照云端处理信号后发送过来的路径对机器人进行移动，避开障碍物后，按照云端更改后的规划路径前往快递接收点；

S4)放置快递阶段：机器人到达快递存放点后，处理器控制移动步进电机停止运动，由云端指定载物平台开始存货，处理器控制靠近快递篮的载物平台一侧的升降步进电机转动，带动齿轮转动使载物平台进行下移，载物平台两侧形成高度差，伸缩式载物板伸长，快递落入指定快递篮，载物平台上层的压力传感器未检测到快递，处理器控制载物平台靠近快递篮一端的升降步进电机转动，载物平台靠近快递篮一端上移至与远离快递篮一侧等高，依次循环至所有载物平台完成上述动作后，处理器控制移动步进电机开始转动，机器人按规划路径前往快递接收点，完成一次快递取存。

附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种智能快递搬运机器人，其特征在于，包括底座、移动转盘、载物平台、机架、底座移动控制系统和载物平台升降控制系统，所述底座底面中心设有内凹槽，所述移动转盘安设于所述内凹槽内，底座为空心壳体结构，空腔内设有所述底座移动控制系统，包括控制监测模块和蓄电池模块，所述移动转盘为空心壳体结构，空腔内通过隔板划分为上下两层，上层空腔内四周布设底座移动机构，中心设置旋转驱动机构，下层空腔内布设充电机构，所述旋转驱动机构包括转轴和旋转步进电机，所述转轴底部固定于所述隔板上，顶部穿过移动转盘和底座，与底座内壁相连接，转轴设有中心通孔，蓄电池模块通过线缆与所述底座移动机构相连接，所述充电机构通过底座导电机构与蓄电池模块相连接，所述机架为四根立柱，安设于底座四角位置，所述载物平台的四角位置分别与机架相连，所述载物平台升降控制系统包括升降驱动机构和升降控制机构，升降控制机构控制升降驱动机构带动载物平台沿机架升降，蓄电池模块通过机架导电机构与所述升降驱动机构相连接，载物平台为多层间隔设置。

2.根据权利要求1所述的一种智能快递搬运机器人，其特征在于，所述控制监测模块包括红外测距传感器组、无线电信号发射器及接收器、电源开关、状态显示灯组和处理器，所述红外测距传感器组安设于所述底座的四侧边壳体上，所述无线电信号发射接收器安设于底座空腔内，所述电源开关和状态显示灯组均设于底座壳体上，均与所述处理器相连接。

3.根据权利要求2所述的一种智能快递搬运机器人，其特征在于，所述蓄电池模块包括蓄电池组、电压采样传感器和防过热传感器，均与所述处理器相连接。

4.根据权利要求3所述的一种智能快递搬运机器人，其特征在于，所述底座移动机构包括移动步进电机、移动变速器、移动转轮以及万向轮，所述移动转轮为两个对称设于所述移动转盘的左右两侧，所述万向轮固定于移动转盘的前后两侧，所述移动步进电机与所述移动变速器相连接，移动转轮设于移动转盘外部，通过轮轴与移动变速器相连接。

5.根据权利要求4所述的一种智能快递搬运机器人，其特征在于，所述充电机构为无线供电线圈，底座导电机构包括底座导电金属条和底座导电石墨电刷，所述底座导电金属条安设于所述转轴的中心通孔内，与所述底座导电石墨电刷相连接，底座导电石墨电刷与所述蓄电池模块相连接。

6.根据权利要求3或4或5所述的一种智能快递搬运机器人，其特征在于，所述升降驱动机构包括齿条、齿轮、升降步进电机，所述齿条铺设于所述立柱的内侧面上，所述载物平台包括两块连接板和一块载物板，所述载物板的两侧边与所述两块连接板铰接相连，连接块上设有连接孔，通过所述连接孔外套于所述立柱，一侧内壁与立柱的外侧面滑动贴合，连接板底面安设所述齿轮和升降步进电机，齿轮与齿条相啮合，升降步进电机连接齿轮，带动齿轮沿齿条转动升降；所述升降控制机构包括升降信号接收器和升降控制器，升降信号接收器接收所述无线电信号发射器发出的升降信号，传递至所述升降控制器，控制升降步进电机启停。

7.根据权利要求6所述的一种智能快递搬运机器人，其特征在于，所述机架导电机构包括机架导电金属条和机架导电石墨电刷，所述机架导电金属条安设于所述立柱上，分别与所述机架导电石墨电刷及所述蓄电池模块相连接。

8.根据权利要求7所述的一种智能快递搬运机器人，其特征在于，所述载物板为伸缩板，包括上层板和下层板，所述上层板底面上设有导向杆，所述下层板顶面上设有导向槽，所述导向杆与所述导向槽相配置，上层板和下层板的一侧边分别与所述连接板相铰接，上层板和下层板上均设有压力传感器，均与所述处理器相连接，上层板的前侧边设有第一挡板，两块连接板外侧端分别设有方向相反的第二挡板和第三挡板。

9.根据权利要求5所述的一种智能快递搬运机器人，其特征在于，所述隔板由隔磁材料制成。

10.一种智能快递搬运机器人的使用方法，其特征在于，包括如下内容：

S1)充电校准阶段：通过安装于底座四侧边壳体上的红外测距传感器校准机器人所处位置，在靠近无线充电装置时，通过红外测距传感器对充电处中心进行校准，红外测距传感器回传信号，经处理器处理后，通过控制移动步进电机的转动，调整机器人的运动轨迹，调整好位置后，移动步进电机停止工作，机器人的蓄电池模块开始充电；

S2)接收快递阶段：多层载物平台依次上移至机架顶部，由最下层载物平台接收快递开始，根据待接收快递尺寸控制启动升降步进电机转动，处理器控制无线电信号发射器发出升降信号，升降信号接收器接收无线电信号发射器发出的升降信号，传递至升降控制器，控制升降步进电机启动，调节载物平台的位置，当上层板的压力传感器检测到快递后，将压力信号传输至处理器，处理器处理信号后控制无线电信号发射器发出升降信号，升降控制器控制载物平台两侧的升降步进电机转动，带动齿轮转动，沿齿条下移，载物平台下移至底部，下层板的压力传感器将压力信号传输至处理器，处理器处理信号后控制无线电信号发射器发出停止信号，升降控制器控制载物平台两侧的升降步进电机停止，倒数第二层的载物平台下移，直至夹紧最下层载物平台上的快递，然后接收快递，其余载物平台依次下移接收快递；

S3)运输快递阶段：机器人接收云端指令，按照原规划路径前往快递接收点前，通过底座壳体搭载的红外测距传感器对周围物体位置信息进行识别，并将信号传输至处理器，由处理器通过无线发射接收装置将信号传输给云端，云端对接收信号进行信号处理，确定机器的运动轨迹，并把结果发送回处理器，处理器依据云端的指令要求，对移动步进电机的转动进行直接控制，完成对机器人运行路线的控制，当机器周围物体不对机器人原规划路径产生阻碍时，机器人按照原规划路径运动；当机器人周围出现阻碍原规划路径的物体时，按照云端处理信号后发送过来的路径对机器人进行移动，避开障碍物后，按照云端更改后的规划路径前往快递接收点；

S4)放置快递阶段：机器人到达快递存放点后，处理器控制移动步进电机停止运动，由云端指定载物平台开始存货，处理器控制靠近快递篮的载物平台一侧的升降步进电机转动，带动齿轮转动使载物平台进行下移，载物平台两侧形成高度差，伸缩式载物板伸长，快递落入指定快递篮，载物平台上层的压力传感器未检测到快递，处理器控制载物平台靠近快递篮一端的升降步进电机转动，载物平台靠近快递篮一端上移至与远离快递篮一侧等高，依次循环至所有载物平台完成上述动作后，处理器控制移动步进电机开始转动，机器人按规划路径前往快递接收点，完成一次快递取存。

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