CN114200927A - 一种物流机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种物流机器人系统，包括：机器人终端，机器人终端至少具有用于驱动机器人终端进行移动的驱动装置；环境感知模块，用于感知周边环境，周边环境至少包括当前环境信息；数据处理模块，电性连接环境感知模块和驱动装置，对当前环境信息进行处理并提取路径信息，以获取机器人终端与当前路径的相对位置关系，根据相对位置关系输出控制信号，以对驱动装置进行控制，使机器人终端按照预设路径进行移动，驱动终端在移动过程中进行当前环境获取，根据当前环境进行路径信息提取，通过路径信息获取机器人终端与当前路径的相对位置关系，并根据相对位置关系输出控制信号，使驱动终端沿预设路径进行移动，避免驱动终端偏离预设路径。

Description

一种物流机器人系统

技术领域

本发明属于物流仓储的技术领域，具体涉及一种物流机器人系统。

背景技术

目前物流仓库是电商和物流公司存放大量待发放包裹和存储货物的地方，随着我国快递业务的快速增长，物流中转站的包裹越来越多，需要的人力资本也越来越多。但随着人工智能的发展，智能物流机器人逐步进入了大众的视野，物流工作也逐渐开始与智能化机器人相结合，常见的物流机器人有分拣机器人和仓储AGV物流机器人等，都是组成智能物流网络的重要构成部分。

目前运输用的物流机器人大都是将货物置于物流机器人本体上，在一定程度上降低了物流机器人单次作业运输的包裹数量，从而降低了效率。物流机器人中采用的导航方式也有例如slam的非导引导航方式，但这种方式的在运输的过程中相对导引方式产生的偏移量更大，在装载区和卸货区都需要人为操作进行调整实施装货和卸货。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，提供一种能够自我修正移动路径的物流机器人。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种物流机器人系统，所述物流机器人系统包括：

机器人终端，所述机器人终端至少具有用于驱动所述机器人终端进行移动的驱动装置；

环境感知模块，用于感知周边环境，所述周边环境至少包括当前环境信息；

数据处理模块，电性连接所述环境感知模块和所述驱动装置，对当前环境信息进行处理并提取路径信息，以获取所述机器人终端与当前路径的相对位置关系，根据相对位置关系输出控制信号，以对所述驱动装置进行控制，使所述机器人终端按照预设路径进行移动。

作为优选，所述周边环境还包括当前定位信息，以对所述机器人终端的移动路程和位置进行确认，引导所述机器人终端进行移动。

作为优选，所述周边环境还包括障碍物信息，以对所述机器人终端的移动路径上的障碍物进行识别，使所述机器人终端躲避障碍物。

作为优选，所述环境感知模块至少包括视觉传感器、全场定位模块和激光雷达，其中，所述视觉传感器用于获取当前环境信息，所述全场定位模块用于获取当前定位信息，所述激光雷达用于获取障碍物信息。

作为优选，所述数据处理模块基于循线的方式产生控制信号，使机器人终端沿预设路径的中线进行移动，对当前环境信息的处理包括：对当前环境信息依次进行视频流采集、灰度及滤波处理、自适应阈值处理、边缘提取、形态学处理、轮廓检测、中线提取和中线比对，并根据对比结果对中线进行路径追踪。

作为优选，经过所述中线比对发现中线位于视频流所包含图像的中央时，不对控制信号进行修正；

经过所述中线比对发现中线与视频流所包含图像的中央发生路径偏置或者倾斜时，进行计算纠偏并根据计算结果对控制信号进行修正；

经过所述中线比对发现视频流所包含图像无中线时，驱动机器人终端沿当前路径后退，直至视频流所包含图像出现中线，并对当前的路径信息进行识别，根据识别结果进行计算纠偏，并根据计算结果对控制信号进行修正。

作为优选，所述物流机器人系统还包括上位机，所述上位机包括：

全场定位地图，用于显示全场坐标信息及所述机器人终端的移动路径；

指令输入模块，用于输入所述机器人终端的作业任务；

处理器，基于所述作业任务进行路径规划，并生成预设路径；

通讯模块，所述通讯模块与所述数据处理模块通讯连接，以将预设路径发送至所述数据处理模块。

作为优选，所述上位机还包括操作手柄，所述操作手柄与所述通讯模块电连接，以将所述操作手柄产生的控制信号发送至所述数据处理模块，使驱动装置按照所述操作手柄产生的控制信号进行移动。

作为优选，所述机器人终端包括进行拆卸的牵引车和拖车，所述驱动装置为定向驱动轮，两个所述定向驱动轮分别设置在所述牵引车靠近所述拖车一端的两侧，所述数据处理模块输出的控制信号可对两个定向驱动轮进行独立控制。

作为优选，所述牵引车对应拖车的一端伸出有托板，所述拖车上设有水平伸向所述托板上方的拉钩，所述托板上设有可沿纵向伸入或者退出所述拉钩内的电动推杆，所述电动推杆电性连接在所述数据处理模块。

有益效果：驱动终端在移动过程中进行当前环境获取，根据当前环境进行路径信息提取，通过路径信息获取机器人终端与当前路径的相对位置关系，并根据相对位置关系输出控制信号，使驱动终端沿预设路径进行移动，避免驱动终端偏离预设路径，提高了工作效率，降低机器人终端的出错率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明所提供具体实施例中机器人终端的结构示意图；

图2为本发明所提供具体实施例中牵引车的结构示意图；

图3为本发明所提供具体实施例中拖车的结构示意图；

图4为本发明所提供具体实施例中机器人终端的控制流程图；

图5为图4中自适应阈值处理的流程图。

图中：1、牵引车；2、激光雷达；3、急停按钮；4、触控电脑；5、视觉传感器；6、万向从动轮；7、定向驱动轮；8、定向从动轮；9、拖车；10、电动推杆；11、拉钩。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1-5所示，本发明提供了一种物流机器人系统，物流机器人系统包括：机器人终端，机器人终端至少具有用于驱动机器人终端进行移动的驱动装置；环境感知模块，用于感知周边环境，所感知到的周边环境至少包括当前环境信息；数据处理模块，电性连接环境感知模块和驱动装置，对当前环境信息进行处理，以在当前环境中提取到机器人终端所处位置的路径信息，并获取机器人终端与当前路径的相对位置关系，并根据相对位置关系输出控制信号，以对驱动装置进行控制，使机器人终端按照预设路径进行移动，数据处理模块基于路径信息实时进行控制信号的修正，使机器人终端沿预设路径内进行移动，从而无需人工操作进行控制信号的修正，用于减少仓储过程中的人力运输成本，实现货品入库和出库的自动化。其中，在物流操作人员在机器人终端进行工作前先进行多路径规划和多任务分配设计，然后机器人终端再根据任务需求产生预设路径。

在另一可选实施例中，周边环境还包括当前定位信息，周边环境还包括当前定位信息，以对机器人终端的移动路程和位置进行确认，引导机器人终端进行移动。周边环境还包括障碍物信息，帮助机器人终端对前方障碍物进行识别，使机器人终端躲避障碍物。当感知到前方存在目标与牵引车1之间的距离小于某阈值时牵引车1停止运行并发出警报。

或者，数据处理模块根据障碍物信息对控制信号进行调整，使机器人终端绕过障碍物。当遇到障碍物时，根据障碍物情况，及时调整移动路径绕过障碍物，当绕过障碍物以后，及时回归预设路径，并沿预设路径走完全程。

在本实施例中，环境感知模块至少包括视觉传感器5、全场定位模块和激光雷达2，其中，视觉传感器5用于获取当前环境信息，全场定位模块用于获取当前定位信息，激光雷达2用于获取障碍物信息，激光雷达2主要用于行进路径过程中的障碍物检测，激光雷达2发射激光束，接收有目标反射回来的光信号获得机器人终端周围环境的距离、方位等信息，具体地，视觉传感器5通过摄像头采集周边环境，并将周边环境传输至数据处理模块。

在另一可选实施中，数据处理模块基于循线的方式产生控制信号，使机器人终端沿预设路径的中线进行移动，对当前环境信息的处理及控制信号的产生过程为，在机器人终端的移动过程中，通过视觉传感器5对周边环境进行采集，并生成视频流，并将包含前环境信息的视频流发送至数据处理模块，数据处理模块将接收到的视频流内包含图像依次进行灰度及滤波处理、自适应阈值处理、边缘提取、形态学处理、轮廓检测、中线提取和中线比对，并根据对比结果对中线进行路径追踪，使机器人终端沿中线进行移动，从而不产生路线偏移。

具体来讲，视频流采集图像后将图像传入数据处理模块，数据处理模块将彩色图像的R、G、B值拆分，通过人眼对色彩的感知公式“Grey＝0.299*R+0.587*G+0.114*B”将彩色图像转化为灰度图像。后经过低通滤波——高斯低通滤波，去除环境中的噪声点或由硬件设备影响产生的噪声点，除此之外，还可以采取对比度调整和几何均值滤波来使图像中有效的环境信息更加突出。通过上述的图像预处理与图像增强得到较为理想的突出导引线图像，根据自适应阈值处理进行图像二值化，后采用canny算子对二值图像进行边缘检测，此时检测到的边缘可能不止有导引线的边缘可能还存在地面纹理的边缘信息，并且提取的导引线边缘连接不完整，可通过对提取的边缘进行优化采用矩形核进行膨胀和腐蚀使边缘闭合；通过轮廓检测获得最小边缘包围轮廓，根据包围线轮廓的筛选剔除掉地面的纹理噪声信息，并经过拟合获得中线，通过中线在图像中的位置进行中线比对。

在自适应阈值处理的处理逻辑中，首先针对视频流所包含图像的面积进行面积阈值对比，若图像的面积值不小于预设面积阈值，则结束循环，不向下进行边缘提取的处理；当图像的面积值小于预设面积阈值，则对图像的周长进行周长阈值对比，若图像的周长值不小于预设周长阈值，则结束循环，不向下进行边缘提取的处理；当图像的周长值小于预设周长阈值，则将该轮廓图像存放至新容器内，以供后期进行边缘提取、形态学处理、轮廓检测、中线提取和中线比对的处理。

在本实施例中，在机器人终端的移动路径上设置有中线，采用循线的方式来限定机器人终端的行进路线，能根据场地需要不破坏环境的情况下更改机器人终端的运行路径，极大程度的降低环境的前期布置成本和环境再改造成本，并能够使机器人终端严格的按着设定的路径进行行驶。并且作业路径可进行任意规划，简化地图构建减少算力。

在本实施例中，在机器人终端所有预设路径的道路上均设有中线，并沿道路连续或者断续延伸，具体可以通过粘贴胶布或者刷涂油漆得到中线，视觉传感器5在机器人终端的行进过程中，对路面上的中线进行识别并追踪，预设的轨道材料为胶布或者油漆，而非传统技术中设置磁导引对机器人终端进行导航，能够在降低成本的同时保护地面的完整性，此处对中线的颜色不做限制，可以为黑色、黄色、红色、白色等。

在本实施例中，经过中线比对发现中线位于视频流所包含图像的中央时，不对控制信号进行修正，此时驱动终端保持原有的驱动状态进行驱动。

经过中线比对发现中线与视频流所包含图像的中央发生路径偏置或者倾斜时，进行计算纠偏，并根据计算结果对控制信号进行修正；

经过中线比对发现视频流所包含图像无中线时，驱动机器人终端沿当前路径后退，直至视频流所包含图像出现中线，并对当前位置的路径信息进行识别(即再次经历视频流采集、对视频流进行灰度及滤波处理、进行自适应阈值处理、边缘提取、形态学处理、轮廓检测、中线提取和中线比对)，根据识别结果进行计算纠偏，并根据计算结果对控制信号进行修正，若经过多次后退仍无法得到合理路径，则发出警示信息。

其中，计算纠偏所纠正的偏差是指横向距离偏差d和航向转角偏差theta，横向距离d是导航带中心线中心点与图像坐标系原点之间的距离，航向转角theta就是拟合出的中心线的斜率，通过最小二乘法拟合后即可计算距离偏差d和航向偏差theta，然后根据距离偏差和航向偏差来调整驱动轮转速，通过以上循线的控制方法使驱动终端沿预设路径的中线进行移动，避免发生移动路线偏置或倾斜的现象。

在另一可选实施例中，物流机器人系统还包括上位机，上位机包括：全场定位地图，用于显示全场坐标信息及机器人终端的移动路径，具体的，上位机通过显示屏幕对全场坐标信息及机器人终端的移动路径进行显示，便于操作人员观察机器人终端的运行情况；指令输入模块，用于输入机器人终端的作业任务，具体作业任务可以包括起点和终点的坐标点、作业时间及任务分配等；处理器，基于作业任务进行路径规划，并生成预设路径；其中，操作人员可对预设路径进行筛选，或者操作人员也可根据实际需要对预设路线进行调整。通讯模块，通讯模块与数据处理模块通讯连接，以将预设路径发送至数据处理模块。在机器人终端接收到预设路径之后，按照预设路径进行移动，同时，在移动过程中，机器人终端通过采集周边环境图像(主要是地面图像)，将图像上传到处理器，数据处理模块对图像进行灰度处理、边缘提取、边缘锐化等处理来提取路径信息，数据处理模块再根据路径信息进行算法计算输出控制信号，数据处理模块控制驱动装置对机器人终端进行驱动。在路径信息的识别跟踪过程中采用了边缘检测技术提取路径边缘信息，并采用边缘信息进行后续的计算有效的降低了计算量；本发明提出的视觉循线的算法可以有效的解决交叉线问题并且受环境光线影响较小。

在另一可选实施例中，机器人终端还可基于手柄的操作方式进行移动，以可应对紧急情况和完成特定任务，具体地，上位机还包括操作手柄，操作手柄与通讯模块电连接，以将操作手柄产生的控制信号发生至数据处理模块，使驱动装置按照操作手柄产生的控制信号进行移动。通过操作手柄进行遥控操作对机器人进行控制。多种操作方式相结合确保了机器人能够适用多种场景场合。

在另一可选实施例中，机器人终端包括可进行拆卸的牵引车1和拖车9，其中驱动装置设置在牵引车1上，通过牵引车1提供动力来源，在拖车9至少具有用于承载物品的放置平台，能够大幅提高单次运输的货物运输量。

在本实施例中，视觉传感器5、全场定位模块和激光雷达2均设置在牵引车上，具体，视觉传感器5设置在牵引车远离拖车9的一端，且位于牵引车的中间位置，并倾斜向下指向地面，以便采集路面信息，对路面中线进行采集和分析处理。激光雷达2和全场定位模块择优选择位于牵引车1的中线上，激光雷达2还应设置于牵引车1的上方，以保证对机器人终端周围进行障碍物检测。循线的方式能保证机器人终端的移动精度，拖车9的方式能够保证运输货物的数量。

驱动装置为定向驱动轮7(定向驱动轮7通过轮毂电机进行驱动，数据处理模块对轮毂电机进行控制即可)，两个定向驱动轮7分别设置在牵引车1靠近拖车9一端的两侧，数据处理模块输出的控制信号可对两个定向驱动轮7进行独立控制，使两个定向驱动轮7产生差速转动，以此实现转向和修正行进路线。

为保证稳定性，牵引车1和拖车9均为四轮结构，使车体在不平坦路面情况下保证至少三个点与地面接触确保了运行平稳性的同时也保证了灵活性，同时将拖车9的万向从动轮6置于后方，定向轮置于前方虽然在一定程度上降低了拖车9在转弯过程的灵活性，但更易确定拖车9的转弯半径。其中，牵引车1远离拖车9的一端的两个车轮为万向从动轮6，以此通过牵引车1另一端的两个定向驱动轮7利用差速实现转向；在拖车9上，可以选择四轮均为万向从动轮6，或者拖车9靠近牵引车1的一端设置两个定向从动轮8。

在另一可选实施例中，牵引车1和拖车9之间通过电动推杆10进行连接，具体地，在牵引车1对应拖车9的一端伸出有托板，拖车9上设有水平伸向托板上方的拉钩11，托板上设有可沿纵向伸入或者退出拉钩11内的电动推杆10，电动推杆10作为连接托板和拉钩11的销钉，电动推杆10电性连接在数据处理模块，当机器人终端到达指定位置后，控制电动推杆10退出拉钩11，拖车9与牵引车1脱离，此时牵引车1可执行其他作业任务，提高了牵引车1的利用效率。

在本实施例中，前期物流管理人员将环境路径布置于全场定位地图，布置完成后机器人终端在进行原点初始化和相机初始化，上位机发布作业任务及预设路径，机器人终端行驶到装载区，在装载区放置有对应中线的拖车，牵引车1识别道路路线并根据地面路标(中线)调整位姿使牵引车1的尾部电动推杆10对准拖车9的拉钩11，位置对准后电动推杆10上升将拖车9与牵引车1进行连接。连接成功后根据上位机发布的任务需求沿预设路径进行移动，将拖车9沿轨迹路径牵引至卸车区，与装载区类似将拖车9卸载到指定位置。到指定位置自动连接拖车9无需人工操作进行连接，每个牵引车1可配备多个装有货物的拖车9，牵引车1始终在执行运输工作不占用货物的装车时间，使用过程就是牵引车1沿预设路径移动到指定取物点，当位置识别准确使电动推杆10自动升起，连接拖车9拉环再自动进行相应的运输工作。

采用多种操作方式，当未提前进行轨迹的规划铺设时，可采用手柄操作的方式进行任务实施，而全场定位模块可以进行重复路径与任务的实施，基于循线的方式可实现全自动的多任务操作。机器人终端可通过摇柄控制工作、全场定位模块控制工作、和循线进行作业的多种工作模式可用于适用不同的应用场合。

在另一可选实施例中，在上位机上配有急停按钮3和智能触控电脑，以防止特殊情况的发生，及进行上位机的任务输入。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种物流机器人系统，其特征在于，所述物流机器人系统包括：

机器人终端，所述机器人终端至少具有用于驱动所述机器人终端进行移动的驱动装置；

环境感知模块，用于感知周边环境，所述周边环境至少包括当前环境信息；

数据处理模块，电性连接所述环境感知模块和所述驱动装置，对当前环境信息进行处理并提取路径信息，以获取所述机器人终端与当前路径的相对位置关系，根据相对位置关系输出控制信号，以对所述驱动装置进行控制，使所述机器人终端按照预设路径进行移动。

2.根据权利要求1所述的物流机器人系统，其特征在于，所述周边环境还包括当前定位信息，以对所述机器人终端的移动路程和位置进行确认，引导所述机器人终端进行移动。

3.根据权利要求2所述的物流机器人系统，其特征在于，所述周边环境还包括障碍物信息，以对所述机器人终端的移动路径上的障碍物进行识别，使所述机器人终端躲避障碍物。

4.根据权利要求3所述的物流机器人系统，其特征在于，所述环境感知模块至少包括视觉传感器、全场定位模块和激光雷达，其中，所述视觉传感器用于获取当前环境信息，所述全场定位模块用于获取当前定位信息，所述激光雷达用于获取障碍物信息。

5.根据权利要求1所述的物流机器人系统，其特征在于，所述数据处理模块基于循线的方式产生控制信号，使机器人终端沿预设路径的中线进行移动，对当前环境信息的处理包括：对当前环境信息依次进行视频流采集、灰度及滤波处理、自适应阈值处理、边缘提取、形态学处理、轮廓检测、中线提取和中线比对，并根据对比结果对中线进行路径追踪。

6.根据权利要求5所述的物流机器人系统，其特征在于，经过所述中线比对发现中线位于视频流所包含图像的中央时，不对控制信号进行修正；

经过所述中线比对发现中线与视频流所包含图像的中央发生路径偏置或者倾斜时，进行计算纠偏并根据计算结果对控制信号进行修正；

经过所述中线比对发现视频流所包含图像无中线时，驱动机器人终端沿当前路径后退，直至视频流所包含图像出现中线，并对当前的路径信息进行识别，根据识别结果进行计算纠偏，并根据计算结果对控制信号进行修正。

7.根据权利要求1所述的物流机器人系统，其特征在于，所述物流机器人系统还包括上位机，所述上位机包括：

全场定位地图，用于显示全场坐标信息及所述机器人终端的移动路径；

指令输入模块，用于输入所述机器人终端的作业任务；

处理器，基于所述作业任务进行路径规划，并生成预设路径；

通讯模块，所述通讯模块与所述数据处理模块通讯连接，以将预设路径发送至所述数据处理模块。

8.根据权利要求7所述的物流机器人系统，其特征在于，所述上位机还包括操作手柄，所述操作手柄与所述通讯模块电连接，以将所述操作手柄产生的控制信号发送至所述数据处理模块，使驱动装置按照所述操作手柄产生的控制信号进行移动。

9.根据权利要求1所述的物流机器人系统，其特征在于，所述机器人终端包括进行拆卸的牵引车和拖车，所述驱动装置为定向驱动轮，两个所述定向驱动轮分别设置在所述牵引车靠近所述拖车一端的两侧，所述数据处理模块输出的控制信号可对两个定向驱动轮进行独立控制。

10.根据权利要求9所述的物流机器人系统，其特征在于，所述牵引车对应拖车的一端伸出有托板，所述拖车上设有水平伸向所述托板上方的拉钩，所述托板上设有可沿纵向伸入或者退出所述拉钩内的电动推杆，所述电动推杆电性连接所述数据处理模块。

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