CN115432631A - 搬运机器人及其货叉和取货方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搬运机器人及其货叉和取货方法，搬运机器人的货叉包括货叉主体、自下而上排布并设置在所述货叉主体一侧上的托盘、第一叉臂以及第二叉臂；所述托盘、第一叉臂以及第二叉臂分别可相对所述货叉主体在水平方向伸缩，并且所述托盘、第一叉臂和第二叉臂的伸缩方向一致。本发明的搬运机器人的货叉，通过两个叉臂的上下设置，叉臂之间可相对独立进行伸缩，从而不仅能够将货架上多层叠放货物的最上层的货物取出，还能够将货架上处于中间或下层的货物取出，能够促使货架上货物的多层叠置，充分利用货架的垂直空间，极大的减少使用多层货架时的空间的浪费和成本的增加。

Description

搬运机器人及其货叉和取货方法

技术领域

本发明涉及货物取放技术领域，尤其涉及一种搬运机器人及其货叉和取货方法。

背景技术

目前，对于货物的取货方式，针对多层取放和单层取放操作有所不同。其中，多层取放方式主要是通过机器人夹抱式取货：机器人的货叉伸出至货物附件，进一步伸出叉臂夹抱多个堆叠货物的最上层的货物并放至货叉托盘，以此完成取货。单层取放主要通过机器人拉取式取货：机器人的货叉叉臂上附带手指，货叉叉臂伸过待取容器/货物后端，叉臂手指打下，钩住容器/货物后端，将一个待取容器/货物拉出，以此完成整体的取放货。单层取放另有吸取式取货方式等。

现有的上述两种货物取放方式存在以下缺陷：

1.无法取放多层堆叠的容器/货物、例如料箱/鞋盒，仅能取放仅有一层料箱/鞋盒或堆叠鞋盒的最上层，无法针对堆叠的料箱/鞋盒的中间层及以下的容器进行随机取放货；

2.由于仅能存取一层或仅能取最上层，将导致整体的料箱/鞋盒无法堆叠或堆叠不高，导致货架垂直空间浪费；

3.为便于取货，货架需要做多层设计，多层设计将增加横梁和层板的成本，货架用料浪费且成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的搬运机器人的货叉、具有该货叉的搬运机器人以及搬运机器人的取货方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种搬运机器人的货叉，包括货叉主体、自下而上排布并设置在所述货叉主体一侧上的托盘、第一叉臂以及第二叉臂；

所述托盘、第一叉臂以及第二叉臂分别可相对所述货叉主体在水平方向伸缩，并且所述托盘、第一叉臂和第二叉臂的伸缩方向垂直于所述货叉主体的高度方向。

优选地，所述第一叉臂包括相对设置的两个第一伸缩臂；

两个所述第一伸缩臂可沿垂直于所述伸缩方向的方向水平开合，以夹抱货物。

优选地，所述第二叉臂包括相对设置的两个第二伸缩臂；

两个所述第二伸缩臂可沿垂直于所述伸缩方向的方向水平开合，以夹抱货物。

本发明提供一种搬运机器人，包括移动底座、存储货架以及以上任一项所述的货叉；

所述存储货架竖向设置在所述移动底座上，所述货叉设置在所述存储货架的一侧上并可沿所述存储货架的高度上下移动。

本发明还提供一种搬运机器人的取货方法，包括从固定货架上取出叠置在中间或下层的目标货物；从固定货架上取出叠置在中间或下层的目标货物包括以下步骤：

S1.1、搬运机器人移动至固定货架前，所述搬运机器人上的货叉移动至目标货物所在的高度；

S1.2、所述货叉上的第二叉臂伸出，将叠置在所述目标货物上方的货物夹抱并使其上升脱离与所述目标货物的接触；

S1.3、所述货叉上的第一叉臂和托盘分别伸出，所述第一叉臂夹抱所述目标货物，所述托盘伸出至所述目标货物的下方；

S1.4、所述第一叉臂和托盘分别回缩，将目标货物带出所述固定货架并置于所述货叉内；

S1.5、所述货叉下降，所述第二叉臂将其夹抱的货物下放后回缩。

优选地，步骤S1.2中，在所述第二叉臂夹抱所述货物后，所述货叉沿所述搬运机器人的存储货架的高度向上移动，带动所述第二叉臂所夹抱的货物向上移动脱离所述目标货物。

优选地，所述货叉向上移动的距离小于所述目标货物的高度，使所述第二叉臂夹抱货物脱离所述目标货物后，所述目标货物仍处于所述第一叉臂的夹抱区域内。

优选地，步骤S1.3中，对于所述目标货物叠置在中间时，所述托盘伸出后抵压在所述目标货物下方的另一货物上；

对于所述目标货物叠置在下层时，所述托盘伸出后抵压在所述目标货物下方的货架支撑面上。

优选地，步骤S1.5中，所述货叉下降，带动所述第二叉臂将其夹抱的货物下降至所述目标货物在固定货架上的原始位置后，所述第二叉臂解除对所述货物的夹抱并回缩。

优选地，所述搬运机器人的取货方法还包括从固定货架上取出叠置在上层的目标货物；从固定货架上取出叠置在上层的目标货物包括以下步骤：

S2.1、在固定货架前，搬运机器人上的货叉移动至目标货物所在的高度；

S2.2、所述货叉上的第一叉臂和托盘分别伸出，所述第一叉臂夹抱所述目标货物，所述托盘伸出并抵压在所述目标货物下方的另一货物上；

S2.3、所述第一叉臂和托盘分别回缩，将所述目标货物带出所述固定货架并置于所述货叉内。

本发明的有益效果：搬运机器人的货叉通过两个叉臂的上下设置，叉臂之间可相对独立进行伸缩，从而不仅能够将货架上多层叠放货物的最上层的货物取出，还能够将货架上处于中间或下层的货物取出，能够促使货架上货物的多层叠置，充分利用货架的垂直空间，极大的减少使用多层货架时的空间的浪费和成本的增加。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的搬运机器人的结构示意图；

图2是本发明一实施例的搬运机器人中货叉的侧面结构示意图；

图3是图2所示货叉上第一、第二叉臂伸出的结构示意图；

图4是图3所示货叉的俯视图；

图5是本发明的搬运机器人从固定货架上取出叠置在中间或下层的目标货物的取货流程示意图；

图6是本发明的搬运机器人从固定货架上取出叠置在上层的目标货物的取货流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1、2所示，本发明一实施例的搬运机器人，可包括移动底座10、存储货架20以及货叉30。存储货架20竖向设置在移动底座10上，货叉30设置在存储货架20的一侧上并可沿存储货架20的高度方向上下移动，实现在不同高度的转换及定位。

其中，移动底座10作为搬运机器人的支撑底部，实现整个搬运机器人的移动定位以及稳定。存储货架20相对移动底座10垂直立置在移动底座10上，用于存储货物，其中存储的货物包括但不限于料箱、鞋盒等容器中至少一种。存储货架20上具有自上而下间隔排布的多个存储单元40，分别用于放置料箱、鞋盒等容器，实现货物在存储货架20高度方向上的多层放置。

在存储货架20的高度方向上，存储货架20具有相对的两侧，存储单元40和货叉30分别位于存储货架20的该相对两侧上。货叉30可沿着存储货架30的高度方向上下移动，能够将从外部获取(如固定货架)的货物接收并分置于不同高度的存储单元40上。

可以理解地，对应货叉30的可上下移动，搬运机器人还包括升降机构(未图示)，升降机构设置在存储货架20和货叉30上，驱使货叉30沿着存储货架20的高度方向上下移动(即升降运动)。

在一选择性实施方式中，升降机构可包括升降动力源和升降传动组件，升降动力源和升降传动组件分别设置于存储货架20，升降动力组件传动连接货叉30和升降动力源，升降动力源输出动力，通过升降动力组件的传动驱使货叉30上下移动。升降动力源的动力输出形式可为但不限于转动、直线运动等。

进一步地，搬运机器人还可包括旋转机构或平移机构(未图示)，驱使货叉30在水平方向上相对存储货架20以及固定货架上容器转动或者平移，以根据外部货物的方向调整角度。

本发明的搬运机器人中的移动底座10、存储货架20、升降机构和旋转机构的具体设置分别可参考专利CN212244811U中对应结构，在此不再赘述。

特别地，本发明中的货叉30至少包括货叉主体31、分别可伸缩的托盘32、第一叉臂33以及第二叉臂34。货叉30通过货叉主体31设置在存储货架20上，托盘32、第一叉臂33以及第二叉臂34自下而上间隔排布并设置在货叉主体31背向存储货架20的一侧上。托盘32、第一叉臂33以及第二叉臂34分别可相对货叉主体31在水平方向伸缩，即伸缩方向垂直于货叉主体31的高度方向，并且托盘32、第一叉臂33和第二叉臂34的伸缩方向与取货方向一致。

具体地，如图2-4所示，托盘32作为货叉30下方的顶托结构，用于在第一叉臂33夹抱货物时顶住货物下方的其他货物或结构，此外还可作为货叉30的承载部分，用于承载进入货叉30的货物。托盘32的可伸缩设置，使得在货叉30从固定货架上叉取货物时，托盘32可伸入固定货架中并置于所要叉取的目标货物的下方，承托目标货物的同时将目标货物下方的其他货物或结构顶住，以在取走上方货物时使下方货物保持稳定，不被带动。

结合托盘32的作用及可伸缩设置，其可包括至少两个上下叠置并可相对移动的托板。以两个托板为例，分为第一托板和第二托板，第一托板水平设置并以一端固定连接在货叉主体31上，第二托板平行第一托板并活动置于第一托板上方，第一托板和第二托板之间设有导轨结构，第二托板可沿导轨结构相对第一托板在水平方向上来回移动，向远离货叉主体31的方向移动；通过第二托板相对第一托板的移动距离，可以调节托盘32的伸缩长度。

第一叉臂33和第二叉臂34依次位于托盘32的上方，分别可用于夹抱货物。作为选择，第一叉臂33可包括相对设置的两个第一伸缩臂331，两个第一伸缩臂331相平行，并且分别以一端设置在货叉主体31上，相对另一端向远离货叉主体31的方向延伸。每一第一伸缩臂331可由两个或以上的节臂331a以可移动折叠方式连接形成。

进一步地，两个第一伸缩臂331相对货叉主体31可水平开合，以夹抱货物。从固定货架上夹抱货物时，两个第一伸缩臂331分别伸入固定货架至目标货物的相对两侧；到位后两个第一伸缩臂331相向移动以闭合夹持目标货物。夹持目标货物后两个第一伸缩臂331可同时回缩将目标货物带出固定货架并带入货叉30内；到位后两个第一伸缩臂331相背移动打开，解除对目标货物的夹持，即可将目标货物下放至托盘32上。

作为选择，第一叉臂33也可以是拉取式叉臂，即第一叉臂33的两个伸缩臂331的前端附带拉杆组件例如手指状拉杆组件。当取货时，伸缩臂331伸过待取容器/货物后端，手指状拉杆组件旋转打下，钩住容器/货物后端，将待取容器/货物拉出，以此完成取货。这种拉取式取货结构及方法，一般适用于堆叠放置的容器/货物的上下表面较平整，上下两容器/货物之间没有卡扣的情况。

作为选择，第二叉臂34可包括相对设置的两个第二伸缩臂341，两个第二伸缩臂341相平行，并且分别以一端设置在货叉主体31上，相对另一端向远离货叉主体31的方向延伸。每一第二伸缩臂341可由两个或以上的节臂341a以可移动折叠方式连接形成。

同理于第一叉臂33，两个第二伸缩臂341相对货叉主体31可水平开合，以夹抱货物。从固定货架上夹抱货物时，两个第二伸缩臂341分别伸入固定货架至目标货物的相对两侧；到位后两个第二伸缩臂341相向移动以闭合夹持目标货物。夹持目标货物后两个第二伸缩臂341可同时回缩将目标货物带出固定货架并带入货叉30内；到位后两个第二伸缩臂341相背移动打开，解除对目标货物的夹持，即可将目标货物下放至托盘32上。

根据第一叉臂33和第二叉臂34的尺寸及夹持力的设置，第一叉臂33夹抱货物时，所夹抱的目标货物可以是一个或上下叠置的多个货物，对于上下叠置的多个货物，第一叉臂33主要夹抱位于最下方的货物即可。同理，第二叉臂34所夹抱的目标货物可以是一个或上下叠置的多个货物，对于上下叠置的多个货物，第二叉臂34主要夹抱位于最下方的货物即可。

对于上述托盘32、第一叉臂33和第二叉臂34的可伸缩，分别通过各自的驱动机构驱使进行伸展或回缩。驱动机构可包括驱动电机、与驱动电机配合的链轮组件或带轮组件等；或者包括气缸等，可通过现有的驱动技术实现。

对于第一伸缩臂331的可开合以及第二伸缩臂341的可开合，分别通过各自的导轨及驱动组件等配合进行驱动。例如，对于两个第一伸缩臂331，货叉主体31的对应位置设有横向设置的导轨，导轨的长度方向平行两个第一伸缩臂331的开合方向，两个第一伸缩臂331的一端可沿导轨滑动配合在导轨上，通过电机连接并驱动两个第一伸缩臂331沿导轨相向或相背移动。第二伸缩臂341的开合同理于两个第一伸缩臂331的开合。

应用本发明的搬运机器人进行取货时，可以从固定货架上取出叠置在任何位置上的货物，例如位于最上层、中间或者最下层。

对应地，本发明的搬运机器人的取货方法，在一实施例中，包括从固定货架上取出叠置在中间或下层的目标货物。参考图5，从固定货架上取出叠置在中间或下层的目标货物可包括以下步骤：

S1.1、搬运机器人移动至固定货架100前，搬运机器人上的货叉30移动至目标货物200所在的高度，如图5中(a)所示。

通常，固定货架100设有从上至下间隔排布的多个分隔层，每一分隔层的一放置位可叠置一个或多个上下叠放的货物。本实施例的目标货物200可为任一分隔层上放置的货物，并且为多个上下叠放的货物中处于中间的货物或处于下层的货物。对于中间的目标货物200，指该目标货物200的上方和下方均叠置有货物，上方的货物不限一个，下方的货物也不限一个。对于下层的目标货物200，指该目标货物200的上方叠置有货物，下方为固定货架100的货架支撑面，也即为分隔层的承载面。上述的目标货物200均不限一个，也可以是由两个或以上的货物上下叠置形成的货物组。

搬运机器人的移动主要通过控制系统控制其移动底座10按照预设路径行进至固定货架100前，再通过控制系统控制升降机构驱使货叉30上下移动至所需高度。

S1.2、货叉30上的第二叉臂34伸出，将叠置在目标货物200上方的货物300夹抱并使其上升脱离与目标货物200的接触，如图5中(b)至(c)所示。

结合图1及图5中(b)至(c)，该步骤S1.2具体如下：在第二叉臂34夹抱货物300后，货叉30沿搬运机器人的存储货架10的高度向上移动，带动第二叉臂34所夹抱的货物300向上移动脱离目标货物200。

货叉30向上移动的距离小于目标货物200的高度，使第二叉臂34夹抱货物300脱离目标货物200后，目标货物200仍处于第一叉臂33的夹抱区域内。优选地，夹抱货物300向上移动，只需使该货物300的接触面与目标货物200的接触面相分离即可，货物300不再支撑于目标货物300上。

S1.3、货叉30上的第一叉臂33和托盘32分别伸出，第一叉臂33夹抱目标货物200，托盘32伸出至目标货物200的下方，如图5中(d)所示。

其中，根据实际操作，第一叉臂33和托盘32可以同时伸出，或者第一叉臂33先伸出后托盘32再伸出，又或者托盘32伸出后第一叉臂33再伸出。

对于目标货物200叠置在中间时，托盘32伸出后抵压在目标货物200下方的另一货物400上。对于目标货物200叠置在下层时，托盘32伸出后抵压在目标货物200下方的货架支撑面上。

在图5所示实施例中，固定货架100的每一分隔层上自下而上叠放有三个货物，货叉30中第二叉臂34夹抱最上方的货物300，将该最上方的货物300上升脱离中间的目标货物200。第一叉臂33夹抱中间的目标货物200，托盘32顶住在最下方的货物400上方。

可以理解地，当目标货物200为最下方的货物时，对于一分隔层上自下而上叠放有三个货物的情况，货叉30中第二叉臂34夹抱中间的货物，将该中间的货物及其上叠置的货物一同上升脱离最下方的货物。第一叉臂33夹抱最下方的货物；托盘32则顶住在最下方的货物下方的货物支撑面。

S1.4、第一叉臂33和托盘32分别回缩，将目标货物200带出固定货架100并置于货叉30内，如图5中(e)所示。

S1.5、货叉30下降，第二叉臂34将其夹抱的货物300下放后回缩，如图5中(f)至(g)所示。

具体地，该步骤S1.5中，货叉30下降，带动第二叉臂34将其夹抱的货物300下降至目标货物200在固定货架100上的原始位置后，第二叉臂34解除对货物300的夹抱并回缩，从而原处于目标货物200的货物300被置于目标货物200的原始位置上。完成后第二叉臂34打开解除对货物300的夹抱后，回缩脱离固定货架100。

通过上述步骤完成了固定货架100上处于中间的货物的取出。货叉30再将取出的目标货物200转移至搬运机器人的存储货架10上，后续可再进行下一个目标货物200从固定货架100上取出或者结束作业。

本发明的搬运机器人的取货方法在另一实施例中，还包括从固定货架上取出叠置在上层的目标货物。参考图6，从固定货架上取出叠置在上层的目标货物可包括以下步骤：

S2.1、在固定货架100前，搬运机器人上的货叉30移动至目标货物200所在的高度，如图6中(a)所示。

搬运机器人主要通过控制系统控制其移动底座10按照预设路径行进至固定货架100前，再通过控制系统控制升降机构驱使货叉30上下移动至所需高度。

S2.2、货叉30上的第一叉臂33和托盘32分别伸出，第一叉臂33夹抱位于最上层的目标货物200，托盘32伸出并抵压在目标货物200下方的另一货物400上，如图6中(a)所示。

根据实际操作，第一叉臂33和托盘32可以同时伸出，或者第一叉臂33先伸出后托盘32再伸出，又或者托盘32伸出后第一叉臂33再伸出。

上述的目标货物200不限一个，还可以是由两个或以上的货物上下叠置形成的货物组。

在图6所示实施例中，固定货架100的每一分隔层上自下而上叠放有三个货物，货叉30的第二叉臂34无需动作，保持初始的回缩状态。第一叉臂33伸出至最上方的目标货物200的相对两侧，对其进行夹抱。托盘32伸出后顶住在中间的货物400上方。

S2.3、第一叉臂33和托盘32分别回缩，将目标货物带出固定货架100并置于货叉30内，如图6中(a)至(b)所示。

进一步地，还可将目标货物200置于托盘32上，对目标货物200形成稳定支撑。

通过上述步骤完成了固定货架100上处于上层的货物的取出。货叉30再将取出的目标货物200转移至搬运机器人的存储货架10上，后续可再进行下一个目标货物200从固定货架100上取出或者结束作业。

在整个取货流程中，可以进行上述图5及图6所示的两个实施例的取货方法，或者只需要按照其中任一实施例进行即可，具体根据实际所需取货的数量及位置进行灵活操作。

可以理解地，对于本发明中的货叉30，通过第二叉臂34和第一叉臂33的上下间隔设置，并且分别可独立进行伸缩动作，实现两个叉臂的灵活调度，能够对货架上任意层位的货物进行取放，适用于单层叠放货物的取放，也适用于多层叠放货物的取放。

结合上述的叉臂在货叉30上的设置以及取货方法，货叉30上还可以根据需要在高度方向上增加第三叉臂、第四叉臂等等，实现一次多个货物的夹抱等等。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种搬运机器人的货叉，其特征在于，包括货叉主体、自下而上排布并设置在所述货叉主体的一侧上的托盘、第一叉臂以及第二叉臂；

所述托盘、第一叉臂以及第二叉臂分别可相对所述货叉主体在水平方向伸缩，并且所述托盘、第一叉臂和第二叉臂的伸缩方向垂直于所述货叉主体的高度方向。

2.根据权利要求1所述的搬运机器人的货叉，其特征在于，所述第一叉臂包括相对设置的两个第一伸缩臂；

两个所述第一伸缩臂可沿垂直于所述伸缩方向的方向水平开合，以夹抱货物。

3.根据权利要求1所述的搬运机器人的货叉，其特征在于，所述第二叉臂包括相对设置的两个第二伸缩臂；

两个所述第二伸缩臂可沿垂直于所述伸缩方向的方向水平开合，以夹抱货物。

4.一种搬运机器人，其特征在于，包括移动底座、存储货架以及权利要求1-3任一项所述的货叉；

所述存储货架竖向设置在所述移动底座上，所述货叉设置在所述存储货架的一侧上并可沿所述存储货架的高度上下移动。

5.一种搬运机器人的取货方法，其特征在于，包括从固定货架上取出叠置在中间或下层的目标货物；从固定货架上取出叠置在中间或下层的目标货物包括以下步骤：

S1.1、搬运机器人移动至固定货架前，所述搬运机器人上的货叉移动至目标货物所在的高度；

S1.2、所述货叉上的第二叉臂伸出，将叠置在所述目标货物上方的货物夹抱并使其上升脱离与所述目标货物的接触；

S1.3、所述货叉上的第一叉臂和托盘分别伸出，所述第一叉臂夹抱所述目标货物，所述托盘伸出至所述目标货物的下方；

S1.4、所述第一叉臂和托盘分别回缩，将目标货物带出所述固定货架并置于所述货叉内；

S1.5、所述货叉下降，所述第二叉臂将其夹抱的货物下放后回缩。

6.根据权利要求5所述的搬运机器人的取货方法，其特征在于，步骤S1.2中，在所述第二叉臂夹抱所述货物后，所述货叉沿所述搬运机器人的存储货架的高度向上移动，带动所述第二叉臂所夹抱的货物向上移动脱离所述目标货物。

7.根据权利要求6所述的搬运机器人的取货方法，其特征在于，所述货叉向上移动的距离小于所述目标货物的高度，使所述第二叉臂夹抱货物脱离所述目标货物后，所述目标货物仍处于所述第一叉臂的夹抱区域内。

8.根据权利要求5所述的搬运机器人的取货方法，其特征在于，步骤S1.3中，对于所述目标货物叠置在中间时，所述托盘伸出后抵压在所述目标货物下方的另一货物上；

对于所述目标货物叠置在下层时，所述托盘伸出后抵压在所述目标货物下方的货架支撑面上。

9.根据权利要求5所述的搬运机器人的取货方法，其特征在于，步骤S1.5中，所述货叉下降，带动所述第二叉臂将其夹抱的货物下降至所述目标货物在固定货架上的原始位置后，所述第二叉臂解除对所述货物的夹抱并回缩。

10.根据权利要求5-9任一项所述的搬运机器人的取货方法，其特征在于，所述搬运机器人的取货方法还包括从固定货架上取出叠置在上层的目标货物；从固定货架上取出叠置在上层的目标货物包括以下步骤：

S2.1、在固定货架前，搬运机器人上的货叉移动至目标货物所在的高度；

S2.2、所述货叉上的第一叉臂和托盘分别伸出，所述第一叉臂夹抱所述目标货物，所述托盘伸出并抵压在所述目标货物下方的另一货物上；

S2.3、所述第一叉臂和托盘分别回缩，将所述目标货物带出所述固定货架并置于所述货叉内。

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