CN115321066B - 基于rfid技术自动控制的仓库工业机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID技术自动控制的仓库工业机器人系统，包括携带有RFID电子标签的移动式货架单元，还包括携带有RFID读写器的仓库工业机器人；仓库工业机器人与移动式货架单元之间包括分离状态和耦合状态；分离状态时，仓库工业机器人与移动式货架单元相互独立，且移动式货架单元至少有两个支撑脚与地面为非滚动配合；机器人不用承担货架的物理负载，从而降低了机器人的结构负担。

Description

基于RFID技术自动控制的仓库工业机器人系统

技术领域

本发明属于工业机器人系统领域。

背景技术

基于RFID技术的仓库工业机器人系统已经得到了广泛的应用，在现有的智能仓库中，现有仓库机器人带动货架移动的过程中，机器人需要先运行到货架正下方，然后机器人将货架整体抬升一定距离，然后机器人载着货架在地面行走，从而实现自动化转移货架的过程，这样货架的重量都压在机器人上，从而造成负载过大的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于RFID技术自动控制的仓库工业机器人系统，机器人与货架物理耦合后，机器人不用承担货架的物理负载。

技术方案：为实现上述目的，本发明的基于RFID技术自动控制的仓库工业机器人系统，包括携带有RFID电子标签的移动式货架单元，还包括携带有RFID读写器的仓库工业机器人；仓库工业机器人与移动式货架单元之间包括分离状态和耦合状态；

分离状态时，仓库工业机器人与移动式货架单元相互独立，且移动式货架单元至少有两个支撑脚与地面为非滚动配合；

耦合状态时，仓库工业机器人与移动式货架单元耦合成一个整体，且移动式货架单元所有支撑脚均与地面为滚动配合。

进一步的，移动式货架单元的底部有支撑框架，支撑框架底部两侧分别设置有一对万向滚珠轮和一对耦合支撑脚；分离状态时，耦合支撑脚与地面非滚动支撑配合；耦合状态时，耦合支撑脚与地面滚动支撑配合。

进一步的，仓库工业机器人包括行走机体，行走机体的前侧固定安装有固定梁，固定梁的前方平行设置有水平的浮动梁，浮动梁通过若干连接弹簧支撑连接固定梁，浮动梁随固定梁同步水平运动；浮动梁的两端对称连接有耦合器；耦合器能与耦合支撑脚耦合成一个整体结构。

进一步的，耦合支撑脚包括固定在支撑框架上的脚体支架，脚体支架的末端固定连接有竖向圆弧片状的脚体，脚体下端支撑接触于地面；竖向圆弧片状的脚体的上端同轴心固定连接有第一外螺纹半圆弧耦合片，第一外螺纹半圆弧耦合片的上端同轴心一体化连接有上段筒体；上段筒体与第一外螺纹半圆弧耦合片所形成的一体化结构的外壁设置有外螺纹；耦合支撑脚还包括与上段筒体同轴心的环体，环体的内圈有内螺纹，环体的内圈的内螺纹与上段筒体的外螺纹螺纹配合；上段筒体内为中心柱穿过通道；中心柱穿过通道内同轴心穿过有中心柱，中心柱下端连接有第一万向滚珠，第一万向滚珠高于脚体；环体的上端固定连接有向上延伸的环绕柱，环绕柱的上端通过连接臂固定连接中心柱；环体的外周呈圆周阵列有若干传动齿体；

耦合器包括固定在浮动梁上的水平座，水平座的底部通过万向滚珠支撑连接有第二万向滚珠，第二万向滚珠与水平的底面滚动配合；水平座的前端固定连接有竖向的第二外螺纹半圆弧耦合片；

耦合状态时，第一外螺纹半圆弧耦合片与第二外螺纹半圆弧耦合片同轴心拼成一个完整的圆筒体，使第一外螺纹半圆弧耦合片、第二外螺纹半圆弧耦合片和上段筒体共同组合成一个完整的外螺纹筒。

进一步的，耦合器还包括固定在水平座上的电机，电机的输出端驱动连接有俯视视角下为齿轮轮廓的齿轮柱；耦合状态时，齿轮柱与环体外周的传动齿体啮合；齿轮柱的旋转能在啮合传动下带动环体转动，且传动齿体与齿轮柱沿轴线方向发生相对滑移。

进一步的，旋转环体，环体在外螺纹筒的外螺纹传动下，向下推进到第一外螺纹半圆弧耦合片和第二外螺纹半圆弧耦合片的中部高度处时，环体同轴心套在第一外螺纹半圆弧耦合片和第二外螺纹半圆弧耦合片外，使第一外螺纹半圆弧耦合片与第二外螺纹半圆弧耦合片在环体内螺纹的约束下完全同步；

旋转环体，环体在外螺纹筒的外螺纹传动下，向下推进到第一外螺纹半圆弧耦合片和第二外螺纹半圆弧耦合片的中部高度处时，第一万向滚珠跟着环体下降到低于竖向圆弧片状的脚体，从而使脚体离地，第一万向滚珠与地面滚动配合；与此同时各弹簧适应性的弹性形变，使行走机体上的各行走滚轮仍然与地面滚动配合。

进一步的，水平座的前端通过滚轮支架转动安装有轴线为水平的限位滚轮，限位滚轮，环体的旋转在外螺纹筒的外螺纹向下传动推进到第一外螺纹半圆弧耦合片和第二外螺纹半圆弧耦合片的中部高度处时，限位滚轮与环体的下表面滚动相切。

进一步的，第一外螺纹半圆弧耦合片的侧端面上内嵌有若干A永磁体；第二外螺纹半圆弧耦合片的侧端面上内嵌有若干B永磁体；若干A永磁体与若干B永磁体一一对应；耦合状态时，若干A永磁体与所对应的若干B永磁体相互磁吸吸引。

有益效果：本发明的仓库工业机器人与移动式货架单元耦合成一个整体，从而仓库工业机器人带着所耦合的移动式货架单元同步水平位移行走到目的地；本装置的移动式货架单元的重量并没有压在机器人上，因此机器人不用承担货架的物理负载，从而降低了机器人的结构负担。

附图说明

附图1为本装置的整体工作过程示意图；

附图2为仓库工业机器人与移动式货架单元处于分离状态的立体示意图；

附图3为附图2的正视图；

附图4为仓库工业机器人与移动式货架单元处于“初步耦合”是的示意图；

附图5为附图4的正视图；

附图6为仓库工业机器人结构示意图；

附图7为附图2的标记8处的放大示意图；

附图8为附图3的标记3处的放大示意图；

附图9为附图4的标记1处的放大示意图；

附图10为附图2的标记2处的放大示意图；

附图11为附图9的基础上，环体向下推进到第一外螺纹半圆弧耦合片和第二外螺纹半圆弧耦合片的中部高度处时的示意图；

附图12为附图11的正视图；

附图13为附图2的标记6处的放大示意图；

附图14为附图2的标记7处的放大示意图；

附图15为第一外螺纹半圆弧耦合片上加装的A永磁铁示意图；

附图16为第一外螺纹半圆弧耦合片、第二外螺纹半圆弧耦合片和上段筒体共同组合成一个完整的外螺纹筒的示意图；

附图17为环体与中心柱的连接配合示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1至17所示的基于RFID技术自动控制的仓库工业机器人系统，如图2，包括携带有RFID电子标签的移动式货架单元4，还包括携带有RFID读写器的仓库工业机器人5，当仓库工业机器人5行走到移动式货架单元4附近时，仓库工业机器人5携带有RFID读写器能识别到移动式货架单元4所携带的RFID电子标签；

仓库工业机器人5与移动式货架单元4之间包括分离状态和耦合状态；

分离状态时，如图2、3，仓库工业机器人5与移动式货架单元4相互独立，且移动式货架单元4至少有两个支撑脚与地面为非滚动配合，仓库工业机器人5独自水平位移行走；

耦合状态时，如图4细节结构如图9，仓库工业机器人5与移动式货架单元4耦合成一个整体，且移动式货架单元4所有支撑脚均与地面为滚动配合，仓库工业机器人5带着所耦合的移动式货架单元4同步水平位移行走。

如图2移动式货架单元4的底部有支撑框架13，支撑框架13底部两侧分别设置有一对万向滚珠轮12和一对耦合支撑脚6；分离状态时，耦合支撑脚6与地面非滚动支撑配合；耦合状态时，耦合支撑脚6与地面滚动支撑配合。

如图6，仓库工业机器人5包括行走机体14，行走机体14上设置有至少四个行走滚轮15，每一个行走滚轮15均由一个独立的驱动电机驱动，从而使仓库工业机器人5能在水平地面上做任意的水平运动；行走机体14的前侧固定安装有固定梁16，固定梁16的前方平行设置有水平的浮动梁18，浮动梁18通过若干连接弹簧17支撑连接固定梁16，浮动梁18随固定梁16同步水平运动；浮动梁18的两端对称连接有耦合器7；耦合器7能与耦合支撑脚6耦合成一个整体结构。

如图13，耦合支撑脚6包括固定在支撑框架13上的脚体支架31，脚体支架31的末端固定连接有竖向圆弧片状的脚体32，脚体32下端支撑接触于地面；竖向圆弧片状的脚体32的上端同轴心固定连接有第一外螺纹半圆弧耦合片28，第一外螺纹半圆弧耦合片28的上端同轴心一体化连接有上段筒体27；上段筒体27与第一外螺纹半圆弧耦合片28所形成的一体化结构的外壁设置有外螺纹；耦合支撑脚6还包括与上段筒体27同轴心的环体20，环体20的内圈22有内螺纹，环体20的内圈22的内螺纹与上段筒体27的外螺纹螺纹配合；上段筒体27内为中心柱穿过通道30；中心柱穿过通道30内同轴心穿过有中心柱23，中心柱23下端连接有第一万向滚珠19，第一万向滚珠19高于脚体32；环体20的上端固定连接有向上延伸的环绕柱25，环绕柱25的上端通过连接臂24固定连接中心柱23；环体20的外周呈圆周阵列有若干传动齿体21；

如图4；耦合器7包括固定在浮动梁18上的水平座90，水平座90的底部通过万向滚珠支撑40连接有第二万向滚珠41，第二万向滚珠41与水平的底面滚动配合；水平座90的前端固定连接有竖向的第二外螺纹半圆弧耦合片29；

耦合状态时，第一外螺纹半圆弧耦合片28与第二外螺纹半圆弧耦合片29同轴心拼成一个完整的圆筒体，使第一外螺纹半圆弧耦合片28、第二外螺纹半圆弧耦合片29和上段筒体27共同组合成一个完整的外螺纹筒26，如图16；

耦合器7还包括固定在水平座90上的电机37，电机37的输出端驱动连接有俯视视角下为齿轮轮廓的齿轮柱38；耦合状态时，齿轮柱38与环体20外周的传动齿体21啮合；齿轮柱38的旋转能在啮合传动下带动环体20转动，且传动齿体21与齿轮柱38沿轴线方向发生相对滑移。

如图11和图12；环体20的旋转在外螺纹筒26的外螺纹向下传动推进到第一外螺纹半圆弧耦合片28和第二外螺纹半圆弧耦合片29的中部高度处时，环体20同轴心套在第一外螺纹半圆弧耦合片28和第二外螺纹半圆弧耦合片29外，使第一外螺纹半圆弧耦合片28与第二外螺纹半圆弧耦合片29在环体20内螺纹的约束下完全同步；

如图11和图12；旋转环体20，环体20在外螺纹筒26的外螺纹传动下，向下推进到第一外螺纹半圆弧耦合片28和第二外螺纹半圆弧耦合片29的中部高度处时，第一万向滚珠19跟着环体20下降到低于竖向圆弧片状的脚体32，从而使脚体32离地，第一万向滚珠19与地面滚动配合；与此同时各弹簧17适应性的弹性形变，使行走机体14上的各行走滚轮15仍然与地面滚动配合。

水平座90的前端通过滚轮支架36转动安装有轴线为水平的限位滚轮35，限位滚轮35，旋转环体20，环体20在外螺纹筒26的外螺纹传动下，向下推进到第一外螺纹半圆弧耦合片28和第二外螺纹半圆弧耦合片29的中部高度处时，限位滚轮35与环体20的下表面滚动相切，该限位滚轮35与其他结构配合起来起到自锁功能，保证了耦合状态的稳定性；

如图14和图15；第一外螺纹半圆弧耦合片28的侧端面上内嵌有若干A永磁体11；第二外螺纹半圆弧耦合片29的侧端面上内嵌有若干B永磁体10；若干A永磁体11与若干B永磁体10一一对应；耦合状态时，若干A永磁体11与所对应的若干B永磁体10相互磁吸吸引，从而便于第一外螺纹半圆弧耦合片28和第二外螺纹半圆弧耦合片29更加顺畅精准的拼合；

本方案的工作原理和工作过程如下，如图1：

仓库工业机器人5行走到需要转移的移动式货架单元4附近，仓库工业机器人5携带的RFID读写器识别到移动式货架单元4上的RFID电子标签，从而通过RFID电子标签获取到移动式货架单元4上的货物信息；

初始状态下，仓库工业机器人5与移动式货架单元4为“分离状态”，在“分离状态”下，移动式货架单元4的两个耦合支撑脚6的脚体32下端支撑接触于地面，第一万向滚珠19高于脚体32，使移动式货架单元4有两个脚体32与地面为非滚动配合，从而使移动式货架单元4为无法随意推动的稳定状态；

当需要仓库工业机器人5对移动式货架单元4进行转移时，需要仓库工业机器人5与移动式货架单元4进入“耦合状态”，仓库工业机器人5与移动式货架单元4进入“耦合状态”的过程如下：

由于仓库工业机器人5上的每一个行走滚轮15均由一个独立的驱动电机驱动，从而使仓库工业机器人5能在水平地面上做任意的精确的水平运动；这时分别控制仓库工业机器人5上的各行走滚轮15，使仓库工业机器人5前端的两耦合器7逐渐靠近移动式货架单元4上的两耦合支撑脚6，直至各耦合器7上的第二外螺纹半圆弧耦合片29与各耦合支撑脚6上的第一外螺纹半圆弧耦合片28同轴心；此时第一外螺纹半圆弧耦合片28上的若干A永磁体11与第二外螺纹半圆弧耦合片29上的若干B永磁体10相互磁吸吸引，使第一外螺纹半圆弧耦合片28与第二外螺纹半圆弧耦合片29在磁力的吸引下同轴心拼成一个完整的圆筒体，这时第一外螺纹半圆弧耦合片28、第二外螺纹半圆弧耦合片29和上段筒体27共同组合成了一个完整的外螺纹筒26，从而进入初步耦合状态；与此同时适应性的控制齿轮柱38转动，使第一外螺纹半圆弧耦合片28与第二外螺纹半圆弧耦合片29在磁力的吸引下同轴心拼成一个完整的圆筒体时，齿轮柱38与环体20外周的传动齿体21进入啮合状态；然后控制齿轮柱38转动，并在啮合传动下带动环体20旋转，环体20的旋转在外螺纹筒26的外螺纹向下传动推进到第一外螺纹半圆弧耦合片28和第二外螺纹半圆弧耦合片29的中部高度处时，限位滚轮35与环体20的下表面滚动相切，从而使环体20无法继续向下推进，此时环体20同轴心套在第一外螺纹半圆弧耦合片28和第二外螺纹半圆弧耦合片29外，使第一外螺纹半圆弧耦合片28与第二外螺纹半圆弧耦合片29在环体20内螺纹的约束下完全同步；与此同时，第一万向滚珠19会在螺纹传动下跟着环体20下降，当环体20向下推进到第一外螺纹半圆弧耦合片28和第二外螺纹半圆弧耦合片29的中部高度处时，第一万向滚珠19跟着环体20刚好下降到低于竖向圆弧片状的脚体32，使第一万向滚珠19与地面滚动配合，从而使脚体32向上位移至刚好离地，第一外螺纹半圆弧耦合片28、第二外螺纹半圆弧耦合片29和上段筒体27共同组合成的外螺纹筒26随脚体32向上运动一段距离，各弹簧17适应性的弹性形变，使行走机体14上的各行走滚轮15仍然与地面滚动配合；

至此仓库工业机器人5与移动式货架单元4耦合成一个整体，且移动式货架单元4所有支撑脚均与地面为滚动配合，仓库工业机器人5带着所耦合的移动式货架单元4同步水平位移行走到目的地。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于RFID技术自动控制的仓库工业机器人系统，包括携带有RFID电子标签的移动式货架单元（4），还包括携带有RFID读写器的仓库工业机器人（5）；其特征在于：所述仓库工业机器人（5）与移动式货架单元（4）之间包括分离状态和耦合状态；

所述分离状态时，仓库工业机器人（5）与移动式货架单元（4）相互独立，且移动式货架单元（4）至少有两个支撑脚与地面为非滚动配合；

所述耦合状态时，仓库工业机器人（5）与移动式货架单元（4）耦合成一个整体，且移动式货架单元（4）所有支撑脚均与地面为滚动配合；

移动式货架单元（4）的底部有支撑框架（13），支撑框架（13）底部两侧分别设置有一对万向滚珠轮（12）和一对耦合支撑脚（6）；所述分离状态时，耦合支撑脚（6）与地面非滚动支撑配合；所述耦合状态时，所述耦合支撑脚（6）与地面滚动支撑配合；

所述仓库工业机器人（5）包括行走机体（14），所述行走机体（14）的前侧固定安装有固定梁（16），所述固定梁（16）的前方平行设置有水平的浮动梁（18），所述浮动梁（18）通过若干连接弹簧（17）支撑连接所述固定梁（16），所述浮动梁（18）随所述固定梁（16）同步水平运动；所述浮动梁（18）的两端对称连接有耦合器（7）；所述耦合器（7）能与所述耦合支撑脚（6）耦合成一个整体结构；

所述耦合支撑脚（6）包括固定在支撑框架（13）上的脚体支架（31），所述脚体支架（31）的末端固定连接有竖向圆弧片状的脚体（32），所述脚体（32）下端支撑接触于地面；竖向圆弧片状的所述脚体（32）的上端同轴心固定连接有第一外螺纹半圆弧耦合片（28），第一外螺纹半圆弧耦合片（28）的上端同轴心一体化连接有上段筒体（27）；所述上段筒体（27）与第一外螺纹半圆弧耦合片（28）所形成的一体化结构的外壁设置有外螺纹；所述耦合支撑脚（6）还包括与所述上段筒体（27）同轴心的环体（20），所述环体（20）的内圈（22）有内螺纹，所述环体（20）的内圈（22）的内螺纹与所述上段筒体（27）的外螺纹螺纹配合；所述上段筒体（27）内为中心柱穿过通道（30）；所述中心柱穿过通道（30）内同轴心穿过有中心柱（23），所述中心柱（23）下端连接有第一万向滚珠（19），所述第一万向滚珠（19）高于所述脚体（32）；所述环体（20）的上端固定连接有向上延伸的环绕柱（25），所述环绕柱（25）的上端通过连接臂（24）固定连接所述中心柱（23）；所述环体（20）的外周呈圆周阵列有若干传动齿体（21）；

所述耦合器（7）包括固定在所述浮动梁（18）上的水平座（90），所述水平座（90）的底部通过万向滚珠支撑（40）连接有第二万向滚珠（41），所述第二万向滚珠（41）与水平的地面滚动配合；所述水平座（90）的前端固定连接有竖向的第二外螺纹半圆弧耦合片（29）；

所述耦合状态时，第一外螺纹半圆弧耦合片（28）与第二外螺纹半圆弧耦合片（29）同轴心拼成一个完整的圆筒体，使第一外螺纹半圆弧耦合片（28）、第二外螺纹半圆弧耦合片（29）和上段筒体（27）共同组合成一个完整的外螺纹筒（26）；

所述耦合器（7）还包括固定在水平座（90）上的电机（37），所述电机（37）的输出端驱动连接有俯视视角下为齿轮轮廓的齿轮柱（38）；所述耦合状态时，齿轮柱（38）与环体（20）外周的传动齿体（21）啮合；所述齿轮柱（38）的旋转能在啮合传动下带动所述环体（20）转动，且传动齿体（21）与齿轮柱（38）沿轴线方向发生相对滑移。

2.根据权利要求1所述的基于RFID技术自动控制的仓库工业机器人系统，其特征在于：环体（20）在外螺纹筒（26）的外螺纹传动下，向下推进到第一外螺纹半圆弧耦合片（28）和第二外螺纹半圆弧耦合片（29）的中部高度处时，第一万向滚珠（19）跟着环体（20）下降到低于竖向圆弧片状的脚体（32）。

3.根据权利要求2所述的基于RFID技术自动控制的仓库工业机器人系统，其特征在于：水平座（90）的前端通过滚轮支架（36）转动安装有轴线为水平的限位滚轮（35），环体（20）在外螺纹筒（26）的外螺纹传动下，向下推进到第一外螺纹半圆弧耦合片（28）和第二外螺纹半圆弧耦合片（29）的中部高度处时，所述限位滚轮（35）与所述环体（20）的下表面滚动相切。

4.根据权利要求3所述的基于RFID技术自动控制的仓库工业机器人系统，其特征在于：所述第一外螺纹半圆弧耦合片（28）的侧端面上内嵌有若干A永磁体（11）；第二外螺纹半圆弧耦合片（29）的侧端面上内嵌有若干B永磁体（10）；若干A永磁体（11）与若干B永磁体（10）一一对应；所述耦合状态时，所述若干A永磁体（11）与所对应的若干B永磁体（10）相互磁吸吸引。