CN115303170B

CN115303170B - 一种智能机器人

Info

Publication number: CN115303170B
Application number: CN202210952496.7A
Authority: CN
Inventors: 刘俊哲
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2022-08-09
Filing date: 2022-08-09
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2042-08-09
Also published as: CN115303170A

Abstract

本发明涉及一种智能机器人，所述智能机器人包括：箱体、移动单元、延伸单元、交互单元、电源、控制单元；在箱体装满货物等物品后在园区内行走，并在货物计划到达时间前进行提醒并在货物到达后等待取走，在所有货物都被取走后返回装货地点等待重新装货；独特设置的支撑板上方可以用来放置特殊尺寸的物品；本发明适合于在各种类型的园区内作物品派送；尤其是办公区、住宅小区等，由于造价较低降低了推广难度。

Description

一种智能机器人

【技术领域】

本发明属于人工智能领域，尤其涉及一种智能机器人。

【背景技术】

随着机器人产业日新月异地发展，越来越多的重复性的劳动被机器人所替代，智慧城市成为了追求的目标,无人零售作为智慧城市的重要组成部分正飞速发展。随着智能技术的发展,人们的生活方式正被改变着,同时出现了许多新兴行业；

物流服务更是一项重复需要大量人力资源的劳动，无人化取代一些简单的重复性操作这是科技发展的必然,所以在近些年来，智能物流成为一种趋势，纷纷涌现了各种类型的智能机器人；例如：常见的就是智能无人小车，这种智能机器人往往用在物流公司内部对货物的精准分派上，对无人小车的计算速度、行走速度、动态更新能力都有着很高的要求，需要的研究投入大；另外一种方式通过无人机进行派发，比如顺丰的战略规划，是长距离大型有人飞机运输，中途距离大型无人机进行运输，近距离是多旋翼无人机进行派发；这种派发是长距离的派发方式，这些其实对于人力的取代能力有限；而对于物流末端，现有的物流派送过程中主要采用的还是人工派送，如何利用智能机器人将快递安全准确的将物流派送到至收件人手里成为亟待解决的问题。现有技术中有进行物流末端运输的机器人，但是往往体积较小重心较低，无法进行多尺寸物品的派送，也就是说，这种机器人运输的主要对象不是货物而是商品，例如，现在很多商场都有小心移动机器人做奶茶售卖等，这种机器人都很矮小，这样他就不存在重心变化和侧翻的问题；在货物尺寸较大的时候，如果单纯的增加机器人本身的体积或者高度，那么就导致机器人变成了行走的箱子，很容易跌倒，而如果一味的追求中心的降低，会导致机器人变成行走的障碍，变成了路上行走的大石头；而如果不采用箱体基础，那么就会导致更加复杂的设计，使得造价成本非常的高，不适合在小区、办公区等具有一定区域的物流末端推广使用；本发明独特设置的支撑板上方可以用来放置特殊尺寸的物品；功能适合于在各种类型的园区内作物品派送；尤其是办公区、住宅小区等，由于造价较低降低了推广难度。

【发明内容】

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种智能机器人，包括：箱体、移动单元、延伸单元、交互单元、电源、控制单元；

所述箱体内设置多个放置单元，放置单元用于承载物品；所述多个放置单元的大小是相同或者不同的；所述多个放置单元按照从大到小的顺序从箱体的底部开始向上延伸设置；每个放置单元底板设置有重量检测装置，用于检测放入货物的重量，控制单元根据所述货物的重量和放置单元尺寸估计放置单元重心，根据物品重量和放置单元的重心估计箱体重心；根据物品重量和放置单元的重心估计箱体重心，根据箱体重心确定卡扣释放条件是否满足,根据条件满足情况释放卡扣；

所述移动单元用于带动智能机器人沿着行走路线移动；包括四个轮子及其驱动装置，所述四个轮子安装在箱体底部；

所述延伸单元包括一板状承载单元和一个支撑轮；所述承载单元的一端和箱体底部可转动的连接，另一端可卡设的连接于箱体上半部的卡扣内；当延伸单元的另一端被从卡扣释放后，在支撑轮的支撑下水平支撑于箱体后方；此时，支撑板的上方可以用来放置特殊尺寸的物品；

电源单元位于箱体底部，为所述智能机器人的各个部件提供电量；

控制单元用于根据箱体内的物品的具体送货地址和送货区域的地图确定区域内的行走路线；并驱动移动单元使得智能机器人沿着行走路线移动；还用于控制箱门的打开和/或关闭；

所述控制单元还用于根据所述货物的重量和放置单元尺寸估计放置单元重心，根据货物重量和放置单元的重心估计箱体重心；根据货物重量和放置单元的重心估计箱体重心，根据箱体重心确定卡扣释放条件是否满足,根据条件满足情况释放卡扣；

所述交互单元用于在控制单元的控制下和用户进行交互。

进一步的，所述四个轮子包括两个前轮和两个后轮，所述两个前轮分别安装在箱体底部前端角部；所述两个后轮分别安装在箱体两侧后部。

进一步的，移动单元在驱动单元的驱动下沿着行走路线移动。

进一步的，驱动单元在控制单元的控制下驱动移动单元。

进一步的，所述两个后轮尺寸大于两个前轮。

进一步的，所述物品包括快递和/或货物。

进一步的，延伸单元还能够在箱体处于不平衡状态时起到一定的平衡稳定的作用。

进一步的，在移动到送货地址后通知收货人，通过交互单元和用户进行交互，在收到收货人的验证信息后打开箱门，在送货完成后关闭箱门并继续沿着行走路线行走。

进一步的，通知的方式为在即将移动到时发送消息给收货人，并在到达收货地址后再次通知收货人，给收货人预设的收货时间，并在收货完成后离开收货地址。

一种快递智能机器人，所述快递智能机器人采用所述的智能机器人运输和派送快递。

本发明的有益效果包括：

(1)采用简单的箱体构建智能机器人，大大的降低的制造的难度，通过最简单的重量检测的方式克服这种构建形式中出现的机器人容易跌倒的问题，大大降低物流末端的智能机器人的制造复杂度，适合大范围推广；(2)独特的设置延伸单元，兼具承载能力扩充和承担平衡作用，在保障箱体向上延伸的结构的同时提供和扩大了最大承载能力；(3)仅通过重量传感器和简单计算确定重心的转移情况，在不同维度基础上确定机器人所处平衡或者不平衡状态，从而差异化的平衡策略；在发生颠簸、物体移动、放货不平衡等多条件均能启动相应的对应机制，在不提高设计复杂度的基础上，提高了智能机器人的可用性；

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明的智能机器人立体示意图。

图2为本发明的智能机器人侧视示意图。

图3为本发明的智能机器人后视示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定；本发明采用简单的箱体构建智能机器人，大大的降低的制造的难度，通过最简单的重量检测的方式克服这种构建形式中出现的机器人容易跌倒的问题，由于重量检测单元非常常见便宜，因此能大大降低物流末端的智能机器人的制造复杂度，适合大范围推广；

如附图1-3所示，本发明提出一种智能机器人，所述智能机器人包括：箱体、移动单元、延伸单元、交互单元、电源、控制单元；

所述箱体内设置多个放置单元，所述多个放置单元的大小是相同或者不同的；所述多个放置单元按照从大到小的顺序从箱体的底部开始向上延伸设置；

所述移动单元包括四个轮子及其驱动装置，所述四个轮子安装在箱体底部；优选的：所述四个轮子包括两个前轮和两个后轮，所述两个前轮分别安装在箱体底部前端角部；所述两个后轮分别安装在箱体两侧后部；移动单元在驱动单元的驱动下沿着行走路线移动；驱动单元在控制单元的控制下驱动移动单元；

优选的：所述两个后轮尺寸大于两个前轮；

所述延伸单元包括一板状承载单元和一个支撑轮；所述承载单元的一端和箱体底部可转动的连接，另一端可卡设的连接于箱体上半部的卡扣内；当延伸单元的另一端被从卡扣释放后，在支撑轮的支撑下水平支撑于箱体后方；此时，支撑板的上方可以用来放置特殊尺寸的物品；例如：快递、货物等；延伸单元还能够在箱体处于不平衡状态时起到一定的平衡稳定的作用；

优选的：当延伸单元无需承载物品且箱体进入或即将进入不平衡状态时，释放卡扣而使得支撑轮支撑地面以使得箱体走出不平衡状态；释放的方式为发出警报请求人为放下，或主动松开卡扣方式作主动释放；

优选的：所述上半部为箱体的顶部或者箱体后背两侧等；卡扣为一个或多个；所述交互单元用于在控制单元的控制下和用户进行交互，包括显示单元和麦克风；

控制单元用于根据箱体内的物品的具体送货地址和送货区域的地图确定区域内的行走路线；在移动到送货地址后通知收货人，通过交互单元和用户进行交互，在收到收货人的验证信息后打开箱门，在送货完成后关闭箱门并继续沿着行走路线行走；正是因为移动功能相对简单，进一步降低了机器人的复杂度，不需要设置或者只需要设置非常简单的避障装置；

优选的：所述智能机器人用于进行快递等货物的运输；

优选的：通知的方式为在即将移动到时发送消息给收货人，并在到达收货地址后再次通知收货人，给收货人预设的收货时间，并在收货完成后离开收货地址；在收货时间达到后，基于该收货未完成事件，确定是否改变移动路线，如果是，则根据改变后的移动路线继续移动；如果否，则继续沿着移动路线行走；

所述改变移动路线，具体为：根据当前货物情况重新规划移动路线，当仅有一件货物也就是未收货完成的货物时，判断是否还有待送货物品，如果是在，则返回装货地点重新装货；如果否，可以选择原地等待，直到装货地点有货物需要重新装货为止；

优选的：所述放置单元为3个，分别是大放置单元、中放置单元、小放置单元；每个放置单元中可以放置一个或者多个货物，当货物被放到放置单元中后，将货物编号和放置单元编号关联起来，控制单元在接受到验证信息后，根关联关系查询放置单元编号，并根据所述放置单元编号打开相应的箱门；

进一步的：每个放置单元底板设置有重量检测装置，用于检测放入货物的重量，控制单元根据所述货物的重量和放置单元尺寸估计放置单元重心，根据货物重量和放置单元的重心估计箱体重心；根据货物重量和放置单元的重心估计箱体重心，根据箱体重心确定卡扣释放条件是否满足,根据条件满足情况释放卡扣；

在每个放置单元仅设置有一个重量检测装置时，设置重心坐标为二维坐标，仅在箱门平面(XY平面)做重心计算，而不在进深方向(Z轴方向)作计算；箱体本身是矩形立方体；

所述控制单元还用于根据放置单元检测到的重量改变而重新估计放置单元的重心，并根据所述重新估计的重心给出货物放置建议或确定卡扣释放条件是否满足,根据条件满足情况释放卡扣；重量的改变是当满足改变达到一定重量后才认为是发生了重量改变；

优选的：在卡扣释放条件满足时，释放卡扣以缓慢放下延伸单元；为此，延伸单元两侧可以安装缓冲杆以降低释放延伸单元的速度；

所述根据所述货物的重量和放置单元尺寸估计放置单元重心，具体为：假设货物的重量均匀分布在放置单元的空间中，估计放置单元的重心在所述放置单元的几何中心位置；

所述根据货物重量和放置单元的重心估计箱体重心，根据箱体重心确定卡扣释放条件是否满足，根据条件满足情况释放卡扣；具体为：放置单元包括大、中、小放置单元；根据货物重量和三个放置单元的重心估计二维箱体重心；包括如下步骤：

步骤SA1：根据下式(1)和(2)计算二维箱体重心坐标；

M_bX_b＝m1X1+m2X2+m3X3； (1)

M_bY_b＝m1Y1+m2Y2+m3Y3； (2)

其中：M_b是箱体总重量，(X_b,Y_b)是箱体重心坐标；(X₁,Y₁)、(X₂,Y₂)、(X₃,Y₃)分别是大、中、小放置单元的重心坐标；m1、m2、m3分别是大、中、小放置单元的重量；

优选的：M_b＝m1+m2+m3；当然，也可以用类似的方式考虑放置单元本身的空箱重量，例如：将空箱部分当作第四个组成部分考虑；

步骤SA2：判断箱体重心是否落入平衡重心范围内，如果是，则不进行卡扣释放；否则，当智能机器人处于送货状态而在行走路线上时，确定卡扣释放的时机到来，并作卡扣的主动释放；当机器人处于放置货物状态时，根据箱体重心给出货物放置建议；那么用户此时就会根据货物的放置建议来调整货物的放置位置，从而使得重心在平衡中心范围内；

优选的：所述平衡重心范围是预先设置的，例如：通过提前测试于获取该平衡重心范围，当然也可以根据计算的方式获取；当中心在所述平衡中心范围内时，智能机器人是处于平衡状态的或者是不容易进入非平衡状态的；

所述根据货物重量和放置单元的重心估计箱体重心，根据箱体重心确定卡扣释放条件是否满足，根据条件满足情况释放卡扣；具体为：根据货物重量和三个放置单元的重心估计三维箱体重心，包括如下步骤：

步骤SA1：根据式(1)～(3)计算三维箱体重心坐标；

M_bZ_b＝m1Z1+m2Z2+m3Z3； (3)

其中：M_b是箱体总重量，(X₁,Y₁,Z1)、(X₂,Y₂,Z2)、(X₃,Y₃,Z3)分别是大、中、小放置单元的重心坐标；(X_b,Y_b,Z_b)是箱体重心坐标；

步骤SA2：判断箱体重心是否落入第一非平衡范围内，如果是，当智能机器人处于送货状态而在行走路线上时，确定卡扣释放的时机到来，并作卡扣的主动释放；当机器人处于放置货物状态时，根据箱体重心给出货物放置建议；如果否，进入步骤SA3；

优选的：当卡扣已经释放时，控制单元启动平衡策略；例如：降低速度或者干脆停止移动；

在采用三维重心计算的情况下，箱体能够更好的区分前后不平衡和左右不平衡，从而更加准确的做调整，第一非平衡范围内，箱体处于前后不平衡状态，释放卡扣显然能够带来平衡效果；而在第二非平衡范围内，箱体更倾向于处于左右不平衡状态，瞬间打开卡扣很有可能会加剧这种不平衡；所述第一非平衡范围和第二非平衡范围是预设范围且不重叠；设置方式类似平衡重心范围；

与之相对应的：在采用三维重心计算时，每个放置单元底部对应设置多个重量检测装置，分区域的对货物重量分布作监测，假设每个区域对应放置单元的立体空间内货物是均匀分布存在的，那么每个区域对应的立体空间内重心位置是该区域对应立体空间的几何中心位置；根据式(4)-(6)确定放置单元的重心；

m_iX_i＝∑_ajm_i,ajX_i,aj； (4)；

m_iY_i＝∑_ajm_i,ajY_i,aj； (5)；

m_iZ_i＝∑_ajm_i,ajZ_i,aj； (6)；

其中：m_i是第i个放置单元的重量，i＝大、中或小；m_i,aj是第i个放置单元的第aj个区域监测到的重量，(X_i,aj，Y_i,aj，Z_i,aj)是第i个放置单元的第aj个区域对应立体空间的重心坐标；当然实际情况下区域对应的重心坐标是低于几何中心位置的，因为货物是从底面放置的且卡扣为机械控制方式，将其估计为几何中心位置为后续计算提供平衡冗余；

优选的:每个放置单元设置4个重量检测装置并分别对应4个区域；也就是说，此时j＝1～4；

步骤SA3：判断箱体中心是否落入第二非平衡范围内，如果是，当智能机器人处于送货状态而在行走路线上时，则启动平衡策略；当机器人处于放置货物状态时，根据箱体重心给出货物放置建议；如果否，进入步骤SA4；

第二非平衡范围对应左右不平衡状态，采用简单或者复杂的平衡策略能够提供更好的稳定性；平衡策略和智能机器人设计复杂度，智能机器人底部可以设置可驱动调整中心的平衡体，其可以随着智能机器人的重心变化调整平衡体的位置，从而使得箱体返回平衡状态，当然最简单直接的平衡策略是降低箱体速度，这里的降低可以是缓慢降低；

步骤SA4：确定箱体重心在平衡重心范围内；此时，无需做任何操作；

优选的：所述平衡重心范围是预先设置的，例如：通过提前测试于获取该平衡重心范围，当然也可以根据计算的方式获取；通过调整平衡重心范围能够调整所允许的智能机器人的稳定性；

所述根据箱体重心给出货物放置建议，具体为：根据箱体重心和平衡范围的关系给出货物放置建议，以使得放置货物或者货物放置位置经过调整后的箱体中心落入平衡范围内；当检测单元为4个时，所述调整为前、后、左、右、上、下；例如：当箱体重心坐标在Y轴上偏离平衡范围时，当下一层放置单元未使用或者未被充分使用时，判断将货物放置于下一层放置单元时的箱体重心是否落入平衡范围，如果是，则给出“向下”的调整建议；

优选的：实时的给出货物放置建议，在货物被稳定放置后，根据箱体重心和平衡范围的关系，实时的给出货物放置建议，以使得用户根据所述建议来调整货物放置位置；例如：通过麦克风播放“左一点”、“右一点”等；在区域是4个时，麦克风对应的调整方向也是4-6个方向；

优选的：所述控制单元还用于根据移动单元在移动过程中离开地面的时间和次数而重新估计放置单元的重心，并根据所述重新估计的重心给出货物放置建议或确定卡扣释放条件是否满足,根据条件满足情况释放卡扣；

所述根据移动单元在移动过程中离开地面的时间和次数而重新估计放置单元的重心；具体为：在离开地面的次数大于预设次数且每次离开的时间长度大于预设时间长度时，选择离开的时间长度中的最大时间长度，基于所述最大时间长度计算离开的最大高度h，采用下式(7)重新估计放置单元的重心；也就是重新计算重心中高度方向的坐标，但是水平和进深方向坐标保持不变，无需重新计算；

m_i(Y_i-h)＝∑_ajm_i,ajY_i,aj； (7)；

本发明提出的这种智能机器人适合于进行各种类型的园区内的物品投放；尤其是办公区、住宅小区等；智能机器人在装满货物后在园区内行走，并在货物计划到达时间前进行提醒并在货物到达后等待取走，在所有货物都被取走后返回装货地点等待重新装货，当然，在智能机器人提供取件功能时也可以在行走路线上提供取件服务，由于园区内行走路线是相对固定的，因此，对移动过程中需要提供的保障功能相对简单并主要的保证了箱体的承载能力，但是因为箱体的结构面对的最大问题是容易摔倒，而这种摔倒往往是因为行走路线上路况的临时改变而导致的，或者是其固有的条件所限制，本发明通过卡扣的释放能够用最简单的方式保障箱体的结构以及最大的承载能力；

优选的：所述控制单元为处理器，包括处理单元和存储单元，所述存储单元用于存储计算机程序；计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)能够以编程语言的任何形式来撰写，包括汇编或解释语言、说明或过程性语言，且其可以以任何形式部署，包括作为单机程序或者作为模块、组件、子例程、对象或适于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不必与文件系统中的文件相对应。程序能够存储在保持其他程序或数据(例如存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中，在专用于所述程序的单个文件中，或者在多个协同文件中(例如，存储一个或多个模块、子例程或代码部分的文件)。计算机程序可以部署为在一个计算机上或位于一个站点或跨多个站点分布且由通信网络互连的多个计算机上执行。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种智能机器人，其特征在于，包括：

箱体、移动单元、延伸单元、交互单元、电源、控制单元；

所述箱体内设置多个放置单元，放置单元用于承载物品；所述多个放置单元的大小是不同的；所述多个放置单元按照从大到小的顺序从箱体的底部开始向上延伸设置；每个放置单元底板设置有重量检测装置，用于检测放入物品的重量，控制单元根据所述物品的重量和放置单元尺寸估计放置单元重心，根据物品重量和放置单元的重心估计箱体重心；根据箱体重心确定卡扣释放条件是否满足,根据条件满足情况释放卡扣；

所述延伸单元包括一板状承载单元和一个支撑轮；所述承载单元的一端和箱体底部可转动的连接，另一端可卡设的连接于箱体上半部的卡扣内；当延伸单元的另一端被从卡扣释放后，在支撑轮的支撑下水平支撑于箱体后方；此时，板状承载单元的上方可以用来放置特殊尺寸的物品；

电源位于箱体底部，为所述智能机器人的各个部件提供电量；

所述交互单元用于在控制单元的控制下和用户进行交互。

2.根据权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，所述四个轮子包括两个前轮和两个后轮，所述两个前轮分别安装在箱体底部前端角部；所述两个后轮分别安装在箱体两侧后部。

3.根据权利要求2所述的智能机器人，其特征在于，移动单元在驱动单元的驱动下沿着行走路线移动。

4.根据权利要求2所述的智能机器人，其特征在于，驱动单元在控制单元的控制下驱动移动单元。

5.根据权利要求4所述的智能机器人，其特征在于，所述两个后轮尺寸大于两个前轮。

6.根据权利要求4所述的智能机器人，其特征在于，所述物品包括快递和/或物品。

7.根据权利要求6所述的智能机器人，其特征在于，延伸单元还能够在箱体处于不平衡状态时起到一定的平衡稳定的作用。

8.根据权利要求6所述的智能机器人，其特征在于，在移动到送货地址后通知收货人，通过交互单元和用户进行交互，在收到收货人的验证信息后打开箱门，在送货完成后关闭箱门并继续沿着行走路线行走。

9.根据权利要求8所述的智能机器人，其特征在于，通知的方式为在即将到达时发送消息给收货人，并在到达收货地址后再次通知收货人，给收货人预设的收货时间，并在收货完成后离开收货地址。

10.一种快递智能机器人，其特征在于，所述快递智能机器人采用如权利要求1-7中任一项所述的智能机器人运输和派送快递。