CN114655843B - 一种自动识别货物标识的小型起重搬运设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动识别货物标识的小型起重搬运设备及其控制方法。本发明包括：框架结构、行走装置、起升装置、抓取装置、视觉识别模块和电子控制模块。所述的起重设备通过视觉识别模块以及电子控制模块对货物进行识别并分类，通过起升装置和抓取装置配合实现对已分类货物进行堆垛和运输，通过行走装置完成在多障碍复杂的条件下避障并将货物运输和指定位置摆放，堆垛。本发明整体结构简单，灵活性强，适用范围广并且可以在无需外界辅助的情况下自主工作。在物流配发中心、车站、车厢和集装箱内等货物量大、距离短、障碍物多的工况下，通过抓取装置、起升装置和行走装置配合，可实现对货物的无人化快速堆垛和指定位置摆放以及带载避障的功能。

Description

一种自动识别货物标识的小型起重搬运设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及货物起重搬运技术，尤其涉及一种自动识别货物标识的小型起重搬运设备及其控制方法，属于物流运输技术领域。

背景技术

随着我国互联网经济的发展，以及人工智能、机器视觉等领域的兴起，对小型智能起重搬运设备的需求越来越多，功能上也逐渐要求搬运设备能自动识别货物、自动装卸搬运货物、及有序摆放等，且可以适应多种作业环境。而目前的智能起重搬运设备还存在以下问题：

一是由于三轮决定一个平面，因此设备的四轮往往会因为地面平面或装配误差而存在随机一轮不着地情况，从而导致影响运行方向与精度；

二是无法按照搬运的划分区域分类自动装卸、搬运及摆放货物；

三是不具有精准定位与路径规划功能。

发明内容

本发明的目的在于针对不同货物标识进行颜色与形状识别及分类，并完成对不同货物的指定位置搬运的工作，从而达到减少人工成本的目的。该搬运设备使用方便，占地小、灵活性强、使用范围广、并能在指定位置有序摆放重物。适用于船舱、车站、车厢和集装箱内对大量货物进行装卸、搬运和有序摆放等工况。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种自动识别货物标识的小型起重搬运设备，包括：框架结构、行走装置、抓取装置、起升装置、视觉识别模块及电子控制模块；所述框架结构，包括：由边梁闭合连接为多边形的框架主体、支撑所述框架主体的至少四个支腿及连接于相对所述边梁之间的起升主梁；所述行走装置(2)设置于所述支腿底部；所述行走装置中包括有行走轮，所述行走装置使得所述行走轮不受地面凸凹不平与装配误差的影响始终保持着地；所述起升装置连接于起升主梁上，所述抓取装置安装在所述起升装置的底端；所述起升主梁上至少设有一组所述抓取装置和起升装置；所述视觉识别模块安装于所述框架结构上，用于实现对货物标识的颜色与形状的识别；所述电子控制模块安装于所述框架结构上，用于控制所述行走装置、抓取装置、起升装置及视觉识别模块进行起重搬运相应的配合动作。

进一步地，所述行走装置，包括：行走电机、行走轮、电子调速器、行走电机安装架及弹簧；所述行走电机安装架滑动连接于所述支腿的底部内侧，所述行走电机安装在所述行走电机安装架上；所述行走轮安装在所述支腿的底部外侧，与所述行走电机连接；所述电子调速器安装在所述支腿的底部，与所述行走电机和所述电子控制模块电连接；所述支腿的底部内侧设有弹簧连接块，所述弹簧连接块与所述行走电机安装架之间纵向设有所述弹簧，所述弹簧伸缩带动所述行走电机安装架在所述支腿上下滑动，以使得所述行走轮始终保持着地。

进一步地，所述框架结构上还安装有所述惯性导航传感装置；所述惯性导航传感装置与电子控制模块电连接，用于计算与修正所述框架结构的姿态和坐标。

进一步地，所述框架主体是由第一边梁和第二边梁组成的四边形结构；所述第一边梁插入所述第二边梁的端部滑槽中，并通过三角形角码固定连接；所述起升主梁的两端与两个所述第一边梁固定连接。

进一步地，所述起升装置，包括：限位装置、起升电机、同步带轮、起升滑杆及同步带；所述起升主梁上设有至少一个起升电机安装架；所述起升电机安装在所述起升电机安装架上，与所述电子控制模块电连接；所述起升电机的输出轴与所述同步带轮连接；所述同步带固定连接于所述起升滑杆一侧；所述限位装置安装在所述起升主梁上，保证所述同步带与同步带轮紧密配合；所述同步带轮和所述同步带的外轮廓都是齿形结构，二者相啮合。

进一步地，所述行走轮采用麦克纳姆轮。

进一步地，所述视觉识别模块采用openmv技术实现对货物标识的颜色与形状的识别。

基于自动识别货物标识的小型起重搬运设备的控制方法，包括：

电子控制模块控制行走装置移动至取货区，通过视觉识别模块识别待取货物上标识的几何图形与颜色；所述电子控制模块记录各标识对应的货物位置，并根据堆码区堆放货物的规则对取货进行排序；

所述电子控制模块控制所述行走装置移动到待取货物处，控制所述起升装置下降至指令高度，控制所述抓取装置抓取货物，再控制所述起升装置提升货物离地到指令高度；

所述电子控制模块按给定的避障移动路线，控制所述行走装置搬运货物移动至堆码区；

所述电子控制模块根据所述堆码区的规则，按标识的图形与颜色确定货物依次堆放的位置，控制所述行走装置移动至堆放位置的正上方，控制所述起升装置下降货物到堆放位置，控制所述抓取装置松开货物；

所述电子控制模块控制所述行走装置按给定路线返回至取货区，重复以上步骤，直至货物全部搬运完成为止。

本发明自动识别货物标识的小型起重搬运设备及其控制方法，与现有技术相比较具有以下优点：

1)本发明的行走装置能够保证轮子不受地面凸凹不平与装配误差的影响始终保持着地。

2)本发明能够自动按照搬运的划分区域分类自动装卸、搬运及摆放货物。

3)本发明能够实现精准定位与路径规划。

本发明针对物流行业的货物分类摆放的耗时耗力以及空间不足的问题，设计了一种自动识别货物标识的小型搬运起重设备。首先，通过视觉识别模块识别货物标识的颜色与形状，确定货物摆放的位置，并对货物搬运进行排序；其次，根据所在搬运区域的障碍信息，合理规划避障搬运路径；然后，采用惯性导航传感装置实现抓取和摆放货物的精准定位，通过PID算法控制麦克纳姆轮行走的平稳性，通过框架结构内部各构件间三角形角码的固接方式保证结构运行期间的刚性，最终按既定路径完成货物搬运。

附图说明

图1为本发明自动识别货物标识的小型起重搬运设备的结构示意图；

图2为本发明的框架结构的示意图；

图3为本发明的行走装置结构示意图；

图4为本发明的抓取装置结构示意图；

图5为本发明的起升装置结构示意图；

图6为本发明的行走装置中弹簧安装的细节展示图；

图7为本发明的提起物体状态示意图；

图8为本发明自动识别货物标识的小型起重搬运控制方法流程图。

上述附图中，1、框架结构；2、行走装置；3、抓取装置；4、起升装置；5、视觉识别模块；6、电子控制模块；101、支腿；102、第二边梁；103、第一边梁；104、起升主梁；105、三角形角码；106、起升电机安装架；201、行走电机；202、行走轮；203、电子调速器；204、行走电机安装架；205、弹簧；206、惯性导航传感装置；301左夹持爪；302右夹持爪；303舵机；304夹持爪安装器；401、限位装置；402、起升电机；403、同步带轮；404、起升滑杆；405、同步带。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种自动识别货物标识的小型起重搬运设备，包括框架结构1、行走装置2、抓取装置3、起升装置4、视觉识别模块5以及电子控制模块6。

如图2所示，框架结构1，包括支腿101、第一边梁103、第二边梁102、起升主梁104、三角形角码105；第一边梁103和第二边梁102用三角形角码105成矩形安装形成矩形框架；各竖直支腿101分别用三角形角码105安装于矩形框架对应的四角形成框架主体；起升主梁104的两端安放于两个边梁的中间点处偏向竖直支腿101一侧；起升电机安装架106等间距安装在起升主梁104上搭载起升电机402。框架结构1为多杆件组成的钢架结构，材料可以是铝型材、碳纤维材料或型钢，结构简单、强度高且质量轻。作业时，横跨到货物上方进行取货或放货。

如图3所示，行走装置2，包括行走电机201、行走轮202、电子调速器203、行走电机安装架204、弹簧205和惯性导航传感装置206；行走电机201安装架安装于支腿101上，行走电机201安装于行走电机安装架204上，行走轮202以对角线同向及同边反向的方式安装，并与行走电机201连接，实现行走装置2向任意方向的移动；电子调速器203安装于行走电机201上方的支腿101上，控制行走电机201，并与电子控制模块6通信；行走电机安装架204与支腿101之间连接有竖直放置的弹簧205，保证4个行走轮202始终着地，不受地面凸凹不平与装配误差的影响；第二边梁102中心位置安装有惯性导航装置206，用于精确计算与修正起重设备的姿态以及坐标。四个单独驱动的行走轮202相互配合，可实现任意方向行走，使起重设备运行灵活，避障自如。行走轮202采用麦克纳姆轮。如图6所示，行走电机安装架204与支腿101之间连接有弹簧205，实现行走电机和麦克纳姆轮整体竖直方向地微调，保证四个麦克纳姆轮始终着地，不受地面凸凹不平与装配误差的影响。

如图3所示，惯性导航传感装置206通过惯性导航检测到的信号及时反馈给电子控制模块6，实现对行走装置2的运行调节，修正搬运设备姿态和运行路线，达到精准移动与定位的目的。

如图4所示，抓取装置3，包括左夹持爪301、右夹持爪302、舵机303、夹持爪安装器304；夹持爪安装器304放在起升滑杆404的下端；两个舵机303安装于夹持爪安装器304的下面并分别排布于夹持爪安装器304的左右两端；左夹持爪301安装于左侧的舵机303，右夹持爪302安装于右侧的舵机303；左右端的舵机303通过转动一定角度实现左夹持爪301和右夹持爪302夹持货物提手与松开货物提手。

如图5所示，起升装置4，包括限位装置401、起升电机402、同步带轮403、起升滑杆404、同步带405；起升电机402安装于起升电机安装架106上；主动同步带轮403安装在起升电机402上；限位装置401安装于主梁上的起升电机安装架106的左侧；起升滑杆404的右侧和同步带405紧密贴合连接并放在主动同步带轮403和限位装置401之间；并且同步带405与主动同步带轮403紧密配合，起升滑杆404未贴合同步带405的一侧与限位装置401贴合约束起升滑杆404的运动实现装置的起升功能；所述起升装置4数量不限于一个，可根据实际需要进行设定，各起升装置4采取等间距方式布置，保证货物搬运时的平衡。

视觉识别模块5采用openmv4视觉识别技术，安装于第一边梁103上，通过线路与电子控制模块6连接，实现对货物标识的颜色与形状的识别；

电子控制模块6采用stm32f103zet6单片机，安装在视觉识别模块5的后侧，与视觉识别模块5、惯性导航传感装置206以及电子调速器203连接，控制小型搬运起重设备的运行与定位；与舵机303及起升电机402连接，控制小型搬运起重设备的抓取和起升动作。

实施例2

如图8所示，本实施例一种自动识别货物标识的小型起重搬运控制方法，包括：

101、电子控制模块通过惯性导航传感装置获取的坐标控制行走装置移动至取货区，通过的视觉识别模块识别待取货物上标识的几何图形与颜色，电子控制模块记录各标识对应的货物位置，并根据堆码区堆放货物的规则对取货进行排序；

具体而言，自动识别货物标识的小型起重搬运设备在取货区，电子控制模块6控制行走装置2运动到货物旁，通过视觉识别模块5依次识别各货物标识的颜色与形状，并存储各货物的标识与位置，确定本次待搬运的货物顺序及位置；根据搬运区域的障碍信息，及本次要搬运的货物位置，规划合理路径。

102、电子控制模块通过惯性导航传感装置获取的坐标控制行走装置，按排序依次移动到待取货物处，控制起升装置下降至指令高度，控制抓取装置抓取货物，如图7所示，然后控制起升装置提升货物离地到指令高度；

具体而言，电子控制模块6控制行走装置2，依次跨到本次需要搬运的货物上方，通过惯性导航传感装置206定位，下移起升滑杆404，抓取装置3抓取货物提手，再上移起升滑杆404，将货物提升到适合高度.

103、电子控制模块按给定的避障移动路线，结合惯性导航传感装置的坐标反馈，无障碍的搬运货物至堆码区；

104、电子控制模块根据堆码区的规则，按标识的图形与颜色确定货物依次堆放的位置，通过惯性导航传感装置获取的坐标控制行走装置移动至堆放位置的正上方，控制起升装置下降货物到堆放位置，控制抓取装置松开货物；

具体而言，按货物标识对应的具体位置，依次到达相应位置，通过惯性导航传感装置206定位，微调行走装置2到货物堆放位置正上方，然后下移起升滑杆404，将货物落到地面或已有货物上方，抓取装置3松开提手，实现货物的有序摆放；

105、电子控制模块通过惯性导航传感装置获取的坐标控制行走装置按给定路线返回至取货区，根据上述方式继续取货送货，直至货物送完为止，然后自行移动到设备存放区，等待再次取货指令。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种自动识别货物标识的小型起重搬运设备，其特征在于，包括：

框架结构（1）、行走装置（2）、抓取装置（3）、起升装置（4）、视觉识别模块（5）及电子控制模块（6）；

所述框架结构（1），包括：由边梁闭合连接为多边形的框架主体、支撑所述框架主体的至少四个支腿（101）及连接于相对所述边梁之间的起升主梁（104）；所述行走装置（2）设置于所述支腿（101）底部；所述行走装置（2）中包括有行走轮（202），所述行走装置（2）使得所述行走轮（202）不受地面凸凹不平与装配误差的影响始终保持着地；

所述行走装置（2），包括：行走电机（201）、行走轮（202）、电子调速器（203）、行走电机安装架（204）及弹簧（205）；

所述行走电机安装架（204）滑动连接于所述支腿（101）的底部内侧，所述行走电机（201）安装在所述行走电机安装架（204）上；所述行走轮（202）安装在所述支腿（101）的底部外侧，与所述行走电机（201）连接；所述电子调速器（203）安装在所述支腿（101）的底部，与所述行走电机（201）和所述电子控制模块（6）电连接；所述支腿（101）的底部内侧设有弹簧连接块，所述弹簧连接块与所述行走电机安装架（204）之间纵向设有所述弹簧（205），所述弹簧（205）伸缩带动所述行走电机安装架（204）在所述支腿（101）上下滑动，以使得所述行走轮（202）始终保持着地；

所述抓取装置（3），包括左夹持爪（301）、右夹持爪（302）、舵机（303）、夹持爪安装器（304）；夹持爪安装器（304）放在起升滑杆（404）的下端；两个舵机（303）安装于夹持爪安装器（304）的下面并分别排布于夹持爪安装器（304）的左右两端；左夹持爪（301）安装于左侧的舵机（303），右夹持爪（302）安装于右侧的舵机（303）；左右端的舵机（303）通过转动一定角度实现左夹持爪（301）和右夹持爪（302）夹持货物提手与松开货物提手；

所述起升装置（4）连接于起升主梁（104）上，所述抓取装置（3）安装在所述起升装置（4）的底端；所述起升主梁（104）上至少设有一组所述抓取装置（3）和起升装置（4）；所述起升装置（4），包括：限位装置（401）、起升电机（402）、同步带轮（403）、起升滑杆（404）及同步带（405）；

所述起升主梁（104）上设有至少一个起升电机安装架（106）；所述起升电机（402）安装在所述起升电机安装架（106）上，与所述电子控制模块（6）电连接；所述起升电机（402）的输出轴与所述同步带轮（403）连接；所述同步带（405）固定连接于所述起升滑杆（404）一侧；所述限位装置（401）安装在所述起升主梁（104）上，保证所述同步带（405）与同步带轮（403）紧密配合；所述同步带轮（403）和所述同步带（405）的外轮廓都是齿形结构，二者相啮合；

所述视觉识别模块（5）安装于所述框架结构（1）上，用于实现对货物标识的颜色与形状的识别；

所述电子控制模块（6）安装于所述框架结构（1）上，用于控制所述行走装置（2）、抓取装置（3）、起升装置（4）及视觉识别模块（5）进行起重搬运相应的配合动作。

2.如权利要求1所述的自动识别货物标识的小型起重搬运设备，其特征在于，所述框架结构（1）上还安装有惯性导航传感装置（206）；所述惯性导航传感装置（206）与电子控制模块（6）电连接，用于计算与修正所述框架结构（1）的姿态和坐标。

3.如权利要求2所述的自动识别货物标识的小型起重搬运设备，其特征在于，所述框架主体是由第一边梁（103）和第二边梁（102）组成的四边形结构；所述第一边梁（103）插入所述第二边梁（102）的端部滑槽中，并通过三角形角码（105）固定连接；所述起升主梁（104）的两端与两个所述第一边梁（103）固定连接。

4.如权利要求3所述的自动识别货物标识的小型起重搬运设备，其特征在于，所述行走轮（202）采用麦克纳姆轮。

5.如权利要求4所述的自动识别货物标识的小型起重搬运设备，其特征在于，所述视觉识别模块（5）采用openmv技术实现对货物标识的颜色与形状的识别。

6.基于权利要求1所述设备的一种自动识别货物标识的小型起重搬运控制方法，其特征在于，包括：

电子控制模块控制行走装置移动至取货区，通过视觉识别模块识别待取货物上标识的几何图形与颜色；所述电子控制模块记录各标识对应的货物位置，并根据堆码区堆放货物的规则对取货进行排序；

所述电子控制模块控制所述行走装置移动到待取货物处，控制所述起升装置下降至指令高度，控制所述抓取装置抓取货物，再控制所述起升装置提升货物离地到指令高度；

所述电子控制模块按给定的避障移动路线，控制所述行走装置搬运货物移动至堆码区；

所述电子控制模块根据所述堆码区的规则，按标识的图形与颜色确定货物依次堆放的位置，控制所述行走装置移动至堆放位置的正上方，控制所述起升装置下降货物到堆放位置，控制所述抓取装置松开货物；

所述电子控制模块控制所述行走装置按给定路线返回至取货区，重复以上步骤，直至货物全部搬运完成为止。