CN117745185A - 一种智能存取货系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能存取货系统及方法，涉及智能存取货技术领域，包括信息获取模块、抓取模块和控制模块，信息获取模块用于获取货物的存放位置信息，抓取模块用于将货物存放到存取货柜以及从存取货柜取出货物，控制模块用于在存货时，控制抓取模块将货物存放到存取货柜，控制信息获取模块获取货物的存放位置信息，并记录存放位置信息，在取货时，根据存放位置信息控制抓取模块从存取货柜取出货物，从而可自动完成货物的存货和取货，且利用抓取模块来运输货物，避免货物损伤，通过信息获取模块来记录货物的存放位置信息，在取货时可直接基于存放位置信息来取出货物，避免难以快速、准确取出正确的货物的问题，提高存取货效率和精度。

Description

一种智能存取货系统及方法

技术领域

本发明涉及智能存取货技术领域，特别是涉及一种智能存取货系统及方法。

背景技术

随着城市规模的扩大和物流业的发展，商业活动以及人类社会生活的不断多元化增加了对物流的要求，传统的物流方法基本是物流公司统筹安排，包括收件、仓储、物流、派件，需要投入大量的人力、物力、运力，且存取货通过人工方式完成，但是利用人工方式作业，在搬运过程中容易造成货物的碰撞，导致货物损伤，在堆货过程中，货物可能没有被正确的存放在正确的存放位置，导致在取货的时候，难以快速、准确取出正确的货物，导致存取货效率较低。在智能仓储、物流等自动化生产设备的工作效率和周期的急迫要求下，原始的人工存取货管理无法满足货物存储需求和工作效率要求，因此亟需要一种能够解决上述问题的智能存取货系统及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能存取货系统及方法，可完成货物的自动存货和取货。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种智能存取货系统，所述智能存取货系统包括：信息获取模块、抓取模块和控制模块；

所述信息获取模块用于获取货物的存放位置信息；

所述抓取模块用于将货物存放到存取货柜以及从存取货柜取出货物；

所述控制模块与所述信息获取模块和所述抓取模块通信连接；所述控制模块用于在存货时，控制所述抓取模块将货物存放到存取货柜，控制所述信息获取模块获取货物的存放位置信息，并记录所述存放位置信息；在取货时，根据所述存放位置信息控制所述抓取模块从存取货柜取出货物。

在一些实施例中，所述信息获取模块还用于获取货物的特征信息；所述特征信息包括货物的尺寸信息、颜色信息和重量信息；

所述控制模块还用于在存货时，控制所述信息获取模块获取货物的特征信息，并根据所述特征信息判断货物是否为第一次存放，若是，则控制所述抓取模块将货物存放到存取货柜的空闲位置，控制所述信息获取模块获取货物的存放位置信息，并记录所述特征信息和所述存放位置信息，若否，则控制所述抓取模块将货物存放到存取货柜的原始存放位置，所述原始存放位置为货物第一次存放到存取货柜时的存放位置；在取货时，控制所述信息获取模块获取货物的特征信息，并根据所述特征信息判断货物是否为正确的需要取出的货物，若是，则根据所述存放位置信息控制所述抓取模块从存取货柜取出货物。

在一些实施例中，所述存取货柜包括多个存货框格，每一所述存货框格上均设置有识别码；

所述信息获取模块包括位置识别单元，所述位置识别单元用于对所述识别码进行识别，得到所述存货框格的位置坐标，所述位置坐标即为存放在所述存货框格内的货物的存放位置信息。

在一些实施例中，所述信息获取模块还包括多机位识别单元，所述多机位识别单元用于从多个机位对货物进行识别，得到货物的尺寸信息和颜色信息；

所述信息获取模块还包括称重单元，所述称重单元用于对货物进行称重，得到货物的重量信息。

在一些实施例中，所述抓取模块包括上料单元、机械臂和下料单元；

所述上料单元用于将货物从存货位置运送到位于所述机械臂的抓取范围内的上货位置；

所述机械臂用于从所述上货位置抓取货物，并将货物存放到存取货柜，以及从存取货柜取出货物，并将货物放置到位于所述机械臂的抓取范围内的下货位置；

所述下料单元用于将货物从所述下货位置运送到取货位置。

在一些实施例中，所述机械臂包括抓取部件和承接部件；所述抓取部件用于将货物抓取到所述承接部件，并与所述承接部件形成一存放空间，对货物进行夹合固定。

在一些实施例中，每一所述存货框格的四角处均设置有黑色标识；

所述信息获取模块还包括空间识别单元；所述空间识别单元用于对所述黑色标识进行识别，得到所述存货框格的剩余空间；

所述控制模块还用于在存货时，基于货物的尺寸信息和所述存货框格的剩余空间确定可容纳货物的存取货柜的空闲位置。

在一些实施例中，所述控制模块还用于基于货物的重量信息，判断货物的重量是否大于所述空闲位置对应的预设重量，若否，则控制所述抓取模块将货物存放到所述空闲位置。

一种智能存货方法，基于上述的一种智能存取货系统工作，所述智能存货方法包括：

接收并记录待存放的货物的货物信息；

接收信息获取模块获取的货物的特征信息；所述特征信息包括货物的尺寸信息、颜色信息和重量信息；

根据所述特征信息判断货物是否为第一次存放；

若是，则控制抓取模块将货物存放到存取货柜的空闲位置，接收所述信息获取模块获取的货物的存放位置信息，并记录所述特征信息和所述存放位置信息；

若否，则控制抓取模块将货物存放到存取货柜的原始存放位置，所述原始存放位置为货物第一次存放到存取货柜时的存放位置。

一种智能取货方法，基于上述的一种智能存取货系统工作，所述智能取货方法包括：

接收待取出的货物的货物信息；

基于所述货物信息确定货物的特征信息和存放位置信息；所述特征信息包括货物的尺寸信息、颜色信息和重量信息；

接收信息获取模块获取的位于所述存放位置信息对应的存放位置的货物的实际特征信息，并将所述实际特征信息与所述特征信息进行比对，判断货物是否为正确的需要取出的货物；

若是，则根据所述存放位置信息控制所述抓取模块从存取货柜取出货物。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明用于提供一种智能存取货系统及方法，包括信息获取模块、抓取模块和控制模块，信息获取模块用于获取货物的存放位置信息，抓取模块用于将货物存放到存取货柜以及从存取货柜取出货物，控制模块用于在存货时，控制抓取模块将货物存放到存取货柜，控制信息获取模块获取货物的存放位置信息，并记录存放位置信息，在取货时，根据存放位置信息控制抓取模块从存取货柜取出货物，从而可自动完成货物的存货和取货，且利用抓取模块来运输货物，避免在搬运过程中容易造成货物的碰撞，导致货物损伤的问题，通过信息获取模块来记录货物的存放位置信息，在取货时可直接基于存放位置信息来取出货物，避免难以快速、准确取出正确的货物的问题，提高存取货效率和精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所提供的智能存取货系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1所提供的智能存取货系统的俯视图；

图3为本发明实施例1所提供的机械臂的结构示意图；

图4为本发明实施例1所提供的图3中A位置的局部放大示意图；

图5为本发明实施例1所提供的智能存取货系统的通信结构示意图；

图6为本发明实施例1所提供的触摸屏的模块示意图；

图7为本发明实施例2所提供的存货方法的步骤流程图；

图8为本发明实施例2所提供的存货界面的示意图；

图9为本发明实施例3所提供的取货方法的步骤流程图；

图10为本发明实施例3所提供的取货界面的示意图。

符号说明：

1-上料传送带；2-存取货柜；3-下料传送带；4-机械臂；5-存货框格；6-平移装置；7-旋转盘；8-升降架；41-承接部；42-上固定部；411-承接板；412-承重台；421-第一夹合部；422-第二夹合部；423-高度调节装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种智能存取货系统及方法，可完成货物的自动存货和取货。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例用于提供一种智能存取货系统，如图1和图2所示，所述智能存取货系统包括：信息获取模块、抓取模块和控制模块。

信息获取模块用于获取货物的存放位置信息。

抓取模块用于将货物存放到存取货柜2以及从存取货柜2取出货物，即本实施例的抓取模块具备抓取货物到存取货柜2的相应位置或到存取货柜2的相应位置抓取货物的功能。

控制模块与信息获取模块和抓取模块通信连接。控制模块用于在存货时，控制抓取模块将货物存放到存取货柜2，控制信息获取模块获取货物的存放位置信息，并记录存放位置信息；在取货时，根据存放位置信息控制抓取模块从存取货柜2取出货物。

本实施例所提供的上述智能存取货系统，通过设置信息获取模块、抓取模块和控制模块，能够在存货时，抓取模块将货物自动存放到存取货柜2，且信息获取模块获取货物的存放位置信息，在取货时，抓取模块根据存放位置信息从存取货柜2取出货物，从而可自动完成货物的存货和取货，且利用抓取模块来运输货物，避免在搬运过程中容易造成货物的碰撞，导致货物损伤的问题，通过信息获取模块来记录货物的存放位置信息，在取货时可直接基于存放位置信息来取出货物，避免难以快速、准确取出正确的货物的问题，提高存取货效率和精度，实现仓储的数字化、自动化管理。

本实施例的信息获取模块还用于获取货物的特征信息，特征信息包括货物的尺寸信息、颜色信息和重量信息，即本实施例的信息获取模块具备获取特征信息并定位存放位置的功能。控制模块还用于在存货时，控制信息获取模块获取货物的特征信息，并根据特征信息判断货物是否为第一次存放，若是，则控制抓取模块将货物存放到存取货柜2的空闲位置，控制信息获取模块获取货物的存放位置信息，并记录特征信息和存放位置信息，若否，则控制抓取模块将货物存放到存取货柜2的原始存放位置，原始存放位置为货物第一次存放到存取货柜2时的存放位置；在取货时，控制信息获取模块获取货物的特征信息，并根据特征信息判断货物是否为正确的需要取出的货物，若是，则根据存放位置信息控制抓取模块从存取货柜2取出货物。

通过上述设置，在存货时，本实施例先通过信息获取模块获取待存放的货物的特征信息，再将特征信息与已存储的特征信息进行匹配，若匹配失败，则代表该待存放的货物是第一次存放，将该待存放的货物存放到存取货柜2的空闲位置，并通过信息获取模块获取该待存放的货物的存放位置信息，将该待存放的货物的特征信息与存放位置信息进行绑定，后续即可基于特征信息确定相应的存放位置信息；若匹配成功，则代表该待存放的货物并非第一次存放，直接基于已存储的特征信息和存放位置信息的绑定关系确定相应的存放位置信息，并根据存放位置信息将该待存放的货物存放到与存放位置信息相对应的位置。本实施例将信息获取模块获取的特征信息与存放位置信息进行绑定，在每一次存货时，均将实时获取的特征信息与已绑定过存放位置信息的特征信息进行匹配，若匹配成功，则根据记忆自动放置到匹配的存放位置进行存货，通过对货物的特征信息和存放位置信息进行记忆，下次根据识别的尺寸(比如长、宽、高)、颜色、重量这些特征，判定为同一货物并自动存到对应位置，采用物品尺寸识别、重量测量、颜色智能识别等自动采集数据并同步到仓库管理系统中，拥有同一物品下次原位置自动存放功能，再通过接口同步到SAP系统中，无需人工采集和录入，有效提升库存准确率至99.9％。

通过上述设置，在取货时，信息获取模块根据存放位置信息移动到相应位置获取待取出的货物的特征信息，若特征信息与该存放位置信息对应的特征信息相匹配，则抓取模块根据存放位置信息移动到相应位置对货物进行抓取，若特征信息与该存放位置信息对应的特征信息不相匹配，则停机报警。

本实施例的存取货柜2包括多个存货框格5，该存货框格5即为相应的用于存货或取货的位置，每一存货框格5上均设置有单独的识别码。信息获取模块包括用于对识别码进行扫描识别的位置识别单元，位置识别单元用于对识别码进行识别，得到存货框格5的位置坐标，该位置坐标即为存放在存货框格5内的货物的存放位置信息。其中，识别码可以为二维码，二维码可为黑白色，可贴在存货框格5的正上方。本实施例通过位置识别单元对存取的货物的存放位置信息进行识别，该位置识别单元可设置在抓取模块上，当抓取模块移动到存货框格5正上方时，控制模块触发位置识别单元对识别码进行识别，得到存货框格5的位置坐标，或者，控制模块触发位置识别单元拍照，返回包含识别码的照片，控制模块对包含识别码的照片进行识别，得到存货框格5的位置坐标。

本实施例的信息获取模块还包括多机位识别单元，多机位识别单元用于从多个机位对货物进行识别，得到货物的尺寸信息和颜色信息。可选的，本实施例的多机位识别单元包括多机位相机，多机位相机包括至少两个机位，多机位相机位于不同机位、分别从不同方向对货物进行拍照，后续即可基于照片对货物的长宽高进行记录，以识别货物尺寸，得到货物的尺寸信息，且多机位相机位于不同机位、分别从不同角度对货物进行拍照，后续即可基于照片对货物的各表面的颜色特征进行记录，以识别货物颜色，得到货物的颜色信息。该识别过程可以采用多机位识别单元中的处理单元来完成，还可以通过控制模块来完成。

本实施例的信息获取模块还包括称重单元，称重单元用于对货物进行称重，得到货物的重量信息。

现有技术中均是一个存货框格5内仅存放一个货物，如果货物较小，则导致存货框格5内的空间被严重浪费，为了解决这一问题，本实施例的每一存货框格5内部的四角处均设置有黑色标识，黑色标识是L型、黑色的标记角，贴在存货框格5的四个角处，信息获取模块还包括空间识别单元，空间识别单元用于对黑色标识进行识别，得到存货框格5的剩余空间，控制模块还用于在存货时，基于货物的尺寸信息和存货框格5的剩余空间确定可容纳货物的存取货柜2的空闲位置，从而能够通过计算存货框格5的剩余空间来确定是否能够叠加存放货物，即可对货物进行堆叠存放，大大提高了空间利用率。本实施例中，对存货框格5的剩余空间进行计算，并判断当前货物能否放入剩余空间中，系统自适应大小货物存放，货物小于剩余空间时可叠加摆放，有效避免一货柜对应一货品的问题，提高空间利用率。

其中，空间识别单元用于识别其与黑色标识之间的相对距离，每移动等距离触发视觉拍照，返回每个标记角的中心像素坐标，以进一步确定存货框格5的剩余空间，即存货框格5内未被占用的空间。另外，在对存货框格5的剩余空间进行计算时，控制模块还可令已知的存货框格5的原始尺寸减去在该存货框格5内已存放的货物的尺寸，便可得到剩余空间的尺寸，并对剩余空间的尺寸与新放入的货物的尺寸进行对比，若新放入的货物的尺寸加上抓取模块腾挪该货物所需的位置空间的尺寸还小于剩余空间的尺寸，则可将货物放入剩余空间中。首先系统对每个存货框格5的原始尺寸进行储存，根据不同场合制定不同大小的存货框格5，比如机场可以对行李箱进行智慧暂存，就需要设置存货框格5的原始尺寸大于普通行李箱的尺寸，而超市或者快递站用的存货框格5可以相对设置为更小的尺寸；由于系统已经记录了原始尺寸A，并且在货物存入存货框格5时对货物的尺寸B进行了计算，若一个空的存货框格5存入了第一件货物后，剩余空间为S＝A-B，以此类推，在放入多个货物后的剩余空间就依次减去放入货物的尺寸。

本实施例还可采用固定尺寸的存货箱对货物进行储存，并将存货框格5划分为至少8个存货区域，呈2*4排布，优先将货物自下而上布置，当底部两个存货区域存满后，才往上依次堆放，且存货箱的尺寸略小于单独存货区域的尺寸，方便机械臂4抓取。

本实施例结合机器视觉技术，可精确完成通过二维码识别进行存放框格的行、列坐标定位(即确定货物的存放位置信息)、物品尺寸识别(即确定货物的尺寸信息)、物品颜色识别(即确定货物的颜色信息)、堆叠和存放视觉拍照处理(即确定存货框格5的剩余空间)，机械视觉技术中所涉及的视觉算法包括：前景提取、帧差法、基于Harris角点的矩形检测、ROI二维码提取、图像匹配等，具体的，确定货物的存放位置信息通过前景提取和帧差法完成，确定货物的尺寸信息通过基于Harris角点的矩形检测完成，确定货物的颜色信息通过前景提取和图像匹配完成，确定存货框格5的剩余空间通过前景提取、帧差法和图像匹配完成。

在一个存货框格5放入多个货物的过程中，还需要对上层货物的重量进行判断，若新放入的货物的重量大于预设值，则优先将货物放入新的存货框格5中，若新放入的货物的重量低于预设值，可优先将货物放入剩余空间中，同时在存放货物时可以在控制模块输入货物需要避免重物按压等相关信息字样，控制模块通过关键词搜索获取到信息指令，则将该货物优先单独存放或者优先放置到货物的上层，避免放置在下层被上层较重的货物压坏。即优选的，在确定空闲位置后，本实施例的控制模块还用于基于货物的重量信息，判断货物的重量是否大于空闲位置对应的预设重量，若否，则控制抓取模块将货物存放到空闲位置，若是，则控制抓取模块将货物存放到其他位置，从而避免下层货物被压坏。

现有自动存取货箱只由独立的存取货箱柜组成，仅支持存取货功能，且自动化程度不高，无法与其他自动化配送工具组成完善的系统，即现无完善的自动物流配送系统，无法将多种自动配送工具相结合以提升配送效率。为了解决这一问题，如图3和图4所示，本实施例的抓取模块包括送料单元和机械臂4，送料单元用于运送货物到机械臂4可抓取范围内以及从机械臂4可抓取范围内送离货物，机械臂4用于将货物存放到存取货柜2以及从存取货柜2取出货物，机械臂4位于升降架8上，升降架8位于旋转盘7上，旋转盘7位于平移装置6上，升降架8用于带动机械臂4进行上下升降运动，旋转盘7用于通过带动升降架8，来带动机械臂4进行360度旋转运动，平移装置6用于通过带动旋转盘7和升降架8，来带动机械臂4进行左右平移运动。

具体的，本实施例的抓取模块包括上料单元、机械臂4和下料单元，上料单元用于将货物从存货位置运送到位于机械臂4的抓取范围内的上货位置，机械臂4用于从上货位置抓取货物，并将货物存放到存取货柜2，以及从存取货柜2取出货物，并将货物放置到位于机械臂4的抓取范围内的下货位置，下料单元用于将货物从下货位置运送到取货位置。

其中，上料单元包括上料传送带1，存货位置和上货位置均位于上料传送带1上，下料单元包括下料传送带3，下货位置和取货位置均位于下料传送带3上。上料单元还包括上料传送带电机，该上料传送带电机用于驱动上料传送带1运动，下料单元还包括下料传送带电机，该下料传送带电机用于驱动下料传送带3运动。上料传送带1和下料传送带3可设置在机械臂4的两侧，机械臂4设置在存取货柜2旁。当需要存货时，人工将货物放置在存货位置，上料传送带1将该货物运送至上货位置，机械臂4从上货位置抓取货物，并将货物存放到存取货柜2；当需要取货时，机械臂4从存取货柜2取出货物，并将货物放置到下货位置，下料传送带3将货物从下货位置运送到取货位置，便于后续人工取出。本实施例还可设置有位于上货位置的定位模块，该定位模块用于对货物进行定位，在货物到达上货位置时发出触发信号，此时控制模块触发信息获取模块运动。

本实施例的机械臂4包括抓取部件和承接部件，抓取部件用于将货物抓取到承接部件，并与承接部件形成一存放空间，对货物进行夹合固定。抓取部件包括上固定部42、用于推动上固定部42运动的第一推动装置以及用于调整上固定部42高度的高度调节装置423，承接部件包括承接部41和用于推动承接部41运动的第二推动装置，其中，上固定部42的位移长度大于承接部41的长度，承接部41和上固定部42形成一个可以放大或者缩小的立方体空间，且立方体空间能够调节到正好贴合货物的大小。在抓取货物时，在第二推动装置的驱动下，承接部41运动至货物一侧，在第一推动装置和高度调节装置423的驱动下，上固定部42拖拉货物到承接部41上，并和承接部41共同对货物进行夹合固定；在松开货物时，在第一推动装置和第二推动装置的驱动下，上固定部42和承接部42共同携带货物运动至特定位置(即货物待存放的位置)一侧，在第一推动装置和高度调节装置423的驱动下，上固定部42携带货物离开承接部41，将货物放置于特定位置，从而能够通过机械臂4快速的抓取或松开货物，通过特有的机械臂，准确无误的在无摩擦情况下实现物品的叠放和推出。

具体的，上固定部42设置有第一夹合部421和第二夹合部422，第一夹合部421和第二夹合部422为间距可调节结构，第二夹合部422上设置有第三推动装置，第三推动装置用于推动第二夹合部422运动，进而调节第一夹合部421和第二夹合部422的间距，以夹取货物。其中，第一夹合部421为L型结构，包括拖拉板和固定臂，拖拉板与固定臂为一体式结构，固定臂的一端固定在高度调节装置423上，另一端与拖拉板固定，第二夹合部422为L型结构，包括推压板和固定板，推压板与固定板为一体式结构，固定板一端与第三推动装置固定，另一端与推压板固定。承接部41包括承接板411和承重台412，承重台412一端设置有第二推动装置，另一端固定有承接板411，高度调节装置423可滑动的设置在承重台412上。

本实施例的位置识别单元、多机位识别单元和空间识别单元可设置在机械臂4上，称重单元可设置在承重台412上，通过称重单元对货物进行称重，以对货物的重量进行检测并记录，且货物的重量信息与尺寸信息、颜色信息共同用于判断是否为第一次存货。

本实施例提供了智能存取货系统，存货和取货的作业时间均在15s以内，快速、高效、精确，能够实现仓储的数字化、自动化管理，并且还能够通过计算存货框格5剩余空间是否能够叠加存放货物来提高空间利用率，本实施例适合存取物品的尺寸在5CM*5CM*5CM至30CM*30CM*30CM，重量在10Kg以内，可以更换夹具抓手，适应性广泛；可定制专用的包装盒，将货物放入包装盒之后再抓取进存货框格5中，这样不但可以对货物进行保护，还能够标准化尺寸，方便优化存储空间。

下表1为本实施例的参数性能：

表1

本实施例中通信采用物联网技术传输数据，再结合Modbus TCP协议、有线传输和无线传输数据的通讯方式，如图5所示，包括：上位机、电子标签终端、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)、视觉(即信息获取模块中的位置识别单元、多机位识别单元和空间识别单元)、触摸屏、步进电机、称重模块(即信息获取模块中的称重单元)、位置传感器、光电传感器、伺服电机，上位机和PLC共同构成本实施例的控制模块，上位机用于完成整个逻辑控制系统的、整个存货和取货过程的系统功能的控制；PLC用于通过与上位机通信，收到上位机命令来控制步进电机和伺服电机运动，以及各个传感器行程的数据采集。PLC通过串口或网口发送数据给电子标签终端，电子标签终端采用物联网技术的无线通信传输数据给上位机，PLC与电子标签终端之间以及电子标签终端与上位机之间都是双向通讯。上位机通过电子标签终端发送数据命令给PLC，PLC处理完成后会发送数据命令给上位机进行确认，上位机再做出判断。视觉读取PLC触发命令，并拍照返回数据给PLC，触摸屏控制PLC启停及参数设置，PLC读取传感器信号做出相应动作，PLC控制伺服电机运动，PLC读取称重模块数据。步进电机用于接收命令来运动，达到精准定位目的；位置传感器用于精确计算步进电机是否精准到达目的地，实现反馈功能；光电传感器用于起到限位和保护作用，以免步进电机走过头；伺服电机用于更精确的位移控制。本实施例的步进电机和伺服电机用来驱动上料传送带1、下料传送带3、机械臂4、平移装置6、旋转盘7和升降架8。

PLC选型：(1)选用品牌考虑：考虑涉及的数据类型、数组和结构体数据等，一般PLC无法满足需求，西门子1500系列1512C有丰富的数据类型可满足需求；(2)PLC点位考虑：在统计I/O点位时，PLC自带输入点位16个，输出点位16个，模拟量输入5个，模拟量输出2个(可根据实际需求增加I/O模块)；机械臂4上的传感器使用分布式I/O模块，方便布局和减少拖链上的线束，减少线路故障；(3)PLC输出类型考虑：采用晶体管输出，后续可增加一定的步进电机/伺服系统等需要快速响应的元件。

HMI(触摸屏)选型：采用威纶通MK8071iP触摸屏，主要的原因有以下几点：(1)选用品牌考虑：采用常用的触摸屏开发周期有保障；(2)性价比考虑：电气设计时，PLC与触摸屏之间采用以太网进行通信，在带以太网接口的触摸屏中，威纶通MK8071ip型号的触摸屏性价比最高。

伺服电机选型：采用西门子V90伺服电机，且带断电刹车功能，防止突然断电时受重力惯性下降造成机械损坏，采用西门子V90伺服电机的主要原因有以下几点：PLC有较高的易操作性，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误；采用网口通信，减少连线。

步进电机选型：采用雷赛57步进电机，采用DM2C-R5556驱动器，采用RS485通讯接口，基于标准的ModbusRTU协议，具有使用简单、稳定可靠、功能丰富等特点。

如图6所示，触摸屏界面设计的总体结构为总分结构，各个功能之间相互独立，切换通过切换界面进行切换。主要体现为：在切换页面中，放上各个功能不同的按钮，如“开机界面”、“自动界面”、“手动界面”、“IO监控界面”、“用户等级”、“报警历史界面”、“柜子信息界面”等。其中，自动界面可进一步放上各个功能不同的按钮，如“启动”、“停止”、“暂停”、“继续”、“复位”等按钮，手动界面可进一步放上各个功能不同的按钮，如“上料传送带”、“下料传送带”、“机械臂”等，点击按钮切换到相应界面。IO监控界面可用于查看各输入输出IO的当前状态。用户等级是无密码的，用于实现设备的“启动”、“停止”、“暂停”、“继续”、“复位”等基本功能操作。还可完成“IO监控界面”、“报警历史界面”和“柜子信息界面”的查看。其中，不同用户对触摸屏有不同的操作权限，比如，一级技术员的操作权限：手动界面功能操作；二级工程师的操作权限：称重标定、柜子信息修改、速度修改；三级厂家的操作权限：机械臂标定、视觉标定、偏差容许设置。

上位机以LabVIEW软件开发平台，配合PLC模块、伺服电机系统、步进电机系统，以及机械臂，再配合机器视觉，通过视觉算法精确获取物品信息，LabVIEW开发平台具有集成度高，界面操作优化方便，扩展容易的特点，与电子标签终端进行Zigbee无线传输数据，与PLC进行Modbus TCP通讯，因而整套系统开发平台都具有高可靠性的特点。软件系统基于美国国家仪器公司(NI)LabVIEW开发平台，高效，操作方便快捷，是很好的界面开发软件，用户体验佳。

本实施例的工作流程为：

初始化：接收PLC发送来的柜子每格的电子标签贴有二维码顺序编号，提前由视觉识别给到PLC，再到上位机。

存货：(1)第一次存货：上位机输入货物的名称和编号，写入数据库并发送给PLC处理器，上料传送带11启动，将货物放至传送带上，货物被自动带到上货位置(将货物摆正)定位，上料传送带11停止；视觉拍照正面、侧面和对面，获得物品尺寸和颜色特征；称重单元获取重量；以尺寸、重量和颜色特征来判别物品的不同；机械臂4夹取货物。点击“存货”功能，机械臂4自动将货物送至对应编号的柜子里。(2)第二次存货：根据记忆，自动到相应柜子存货。

取货：上位机搜索输入名称，即可查到要寻找的货物在哪个位置，点击“取货”功能，机械臂4自动将货物送至出货口。

本实施例以基于物联网和自动化机械臂技术的智能储货取货机为研究对象，采用“一对多”的矩阵式货物入库出库方式，通过一个机械臂4自动将货物存放到多个存货框格5中，也可以从多个存货框格5中取货，能够通过物联网技术电子标签无线通讯定位(即通过识别码的识别来确定存放位置信息)，再结合视觉定位技术和自动化机械臂抓取系统来完成货物的自动化存储和取出，且可对货物进行堆叠存放，极大提升了仓储空间利用率、存货和取货效率，实现对货物的密集存放管理。这将会对提高国产全自动取货设备的性能和竞争力，加速仓储智能化、数字化管理发展速度，改善各大仓储服务质量具有十分重要的意义，本实施例既可实现仓储的数字化、自动化管理，又可对仓储进行优化布局，以在提高仓储的空间利用率、降低业务流程中的物耗、优化系统的故障反馈机制，提高仓储服务水平的同时，降低运行成本，适用于物流、医疗、药房、超市、设备零部件仓储等。

本实施例的优势在于：

(1)以矩阵式存货品打破仓储空间界限，空间使用率低的堡垒，以低成本享受大存储的方式。标准化的仓储建设，规范的存取流程，自动化与物联网相结合，可灵活的进行仓储体系建设。平台化运作、智能化管理、高密集存储有效提高资源利用率。系统自适应大小货品存放，货品小于货柜时可叠加摆放，有效避免一货柜对一货品。通过智能仓库管理系统整体解决方案，企业可对全链条业务数字化进行布局规划，助力业务战略长期稳定可持续发展，并有效驱动仓库业务由人工化向智能化的转型。

(2)工作效率提升：仓库管理系统自动推荐库位，全程智能化指导作业，使货品入库、货品出库、分拣出库及库房盘点的效率均得到有效提升。

(3)批次全程透明化追溯：利用视觉智能识别、称重测量单元等实时记录货品精确的批次信息，库内商品严格执行先进先出原则，产品安全有保障，并为货物查证提供依据。

(4)作业准确性提高：仓库作业全程由系统指导，减少人工操作，大大降低了错误率，便于及时发现和查找问题。

(5)管理提升：员工工作量、产品移动一目了然，定制化报表记录所有库内操作，为产品追溯、作业追溯、绩效考核提供依据，为公司的快速响应战略提供数据支持。

(6)无纸化管理：实现无纸化管理，将纸张单据信息转换成电子数据，简化查询步骤，加快查询速度，减轻工作难度。

实施例2：

本实施例用于提供一种智能存货方法，基于实施例1所述的一种智能存取货系统工作，所述智能存货方法包括：接收并记录待存放的货物的货物信息。接收信息获取模块获取的货物的特征信息，特征信息包括货物的尺寸信息、颜色信息和重量信息。根据特征信息判断货物是否为第一次存放；若是，则控制抓取模块将货物存放到存取货柜的空闲位置，接收信息获取模块获取的货物的存放位置信息，并记录特征信息和存放位置信息；若否，则控制抓取模块将货物存放到存取货柜的原始存放位置，原始存放位置为货物第一次存放到存取货柜时的存放位置。

如图7和图8所示，智能存货方法具体包括：人工向控制模块输入待存放的货物的货物信息，货物信息包括货物名称和/或货物编号，并将待存放的货物放置在上料传送带1的存放位置，上料传送带1将货物从存放位置运送到上货位置，信息获取模块对货物进行识别，得到货物的特征信息，控制模块将识别得到的特征信息与数据库内的已有的特征信息进行匹配，若匹配成功，则代表该货物并非第一次存放，通过抓取模块将货物直接抓取到数据库中存储的与已有的特征信息相对应的存放位置，若匹配不成功，则代表该货物为第一次存放，通过抓取模块将货物存入未存满的存货框格中。

实施例3：

本实施例用于提供一种智能取货方法，基于实施例1所述的一种智能存取货系统工作，所述智能取货方法包括：接收待取出的货物的货物信息；基于货物信息确定货物的特征信息和存放位置信息，特征信息包括货物的尺寸信息、颜色信息和重量信息；接收信息获取模块获取的位于存放位置信息对应的存放位置的货物的实际特征信息，并将实际特征信息与特征信息进行比对，判断货物是否为正确的需要取出的货物；若是，则根据存放位置信息控制抓取模块从存取货柜取出货物。

如图9和图10所示，本实施例的智能取货方法具体包括：在控制模块中搜索货物信息，货物信息包括货物名称和/或货物编号，并输入取货指令，得到与搜索的货物信息相匹配的特征信息和存放位置信息。信息获取模块移动至存放位置信息对应的存放位置，对位于该存放位置的货物进行识别，得到货物的实际特征信息，控制模块将实际特征信息与特征信息进行匹配，若匹配成功，则机械臂运动至货物对应的存货框格将货物取出，并放置到下料传送带的下货位置，下料传送带将货物运送至取货位置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种智能存取货系统，其特征在于，所述智能存取货系统包括：信息获取模块、抓取模块和控制模块；

所述信息获取模块用于获取货物的存放位置信息；

所述抓取模块用于将货物存放到存取货柜以及从存取货柜取出货物；

所述控制模块与所述信息获取模块和所述抓取模块通信连接；所述控制模块用于在存货时，控制所述抓取模块将货物存放到存取货柜，控制所述信息获取模块获取货物的存放位置信息，并记录所述存放位置信息；在取货时，根据所述存放位置信息控制所述抓取模块从存取货柜取出货物。

2.根据权利要求1所述的一种智能存取货系统，其特征在于，所述信息获取模块还用于获取货物的特征信息；所述特征信息包括货物的尺寸信息、颜色信息和重量信息；

所述控制模块还用于在存货时，控制所述信息获取模块获取货物的特征信息，并根据所述特征信息判断货物是否为第一次存放，若是，则控制所述抓取模块将货物存放到存取货柜的空闲位置，控制所述信息获取模块获取货物的存放位置信息，并记录所述特征信息和所述存放位置信息，若否，则控制所述抓取模块将货物存放到存取货柜的原始存放位置，所述原始存放位置为货物第一次存放到存取货柜时的存放位置；在取货时，控制所述信息获取模块获取货物的特征信息，并根据所述特征信息判断货物是否为正确的需要取出的货物，若是，则根据所述存放位置信息控制所述抓取模块从存取货柜取出货物。

3.根据权利要求2所述的一种智能存取货系统，其特征在于，所述存取货柜包括多个存货框格，每一所述存货框格上均设置有识别码；

所述信息获取模块包括位置识别单元，所述位置识别单元用于对所述识别码进行识别，得到所述存货框格的位置坐标，所述位置坐标即为存放在所述存货框格内的货物的存放位置信息。

4.根据权利要求3所述的一种智能存取货系统，其特征在于，所述信息获取模块还包括多机位识别单元，所述多机位识别单元用于从多个机位对货物进行识别，得到货物的尺寸信息和颜色信息；

所述信息获取模块还包括称重单元，所述称重单元用于对货物进行称重，得到货物的重量信息。

5.根据权利要求1所述的一种智能存取货系统，其特征在于，所述抓取模块包括上料单元、机械臂和下料单元；

所述上料单元用于将货物从存货位置运送到位于所述机械臂的抓取范围内的上货位置；

所述机械臂用于从所述上货位置抓取货物，并将货物存放到存取货柜，以及从存取货柜取出货物，并将货物放置到位于所述机械臂的抓取范围内的下货位置；

所述下料单元用于将货物从所述下货位置运送到取货位置。

6.根据权利要求5所述的一种智能存取货系统，其特征在于，所述机械臂包括抓取部件和承接部件；所述抓取部件用于将货物抓取到所述承接部件，并与所述承接部件形成一存放空间，对货物进行夹合固定。

7.根据权利要求3所述的一种智能存取货系统，其特征在于，每一所述存货框格的四角处均设置有黑色标识；

所述信息获取模块还包括空间识别单元；所述空间识别单元用于对所述黑色标识进行识别，得到所述存货框格的剩余空间；

所述控制模块还用于在存货时，基于货物的尺寸信息和所述存货框格的剩余空间确定可容纳货物的存取货柜的空闲位置。

8.根据权利要求7所述的一种智能存取货系统，其特征在于，所述控制模块还用于基于货物的重量信息，判断货物的重量是否大于所述空闲位置对应的预设重量，若否，则控制所述抓取模块将货物存放到所述空闲位置。

9.一种智能存货方法，基于权利要求1-8任一项所述的一种智能存取货系统工作，其特征在于，所述智能存货方法包括：

接收并记录待存放的货物的货物信息；

接收信息获取模块获取的货物的特征信息；所述特征信息包括货物的尺寸信息、颜色信息和重量信息；

根据所述特征信息判断货物是否为第一次存放；

若是，则控制抓取模块将货物存放到存取货柜的空闲位置，接收所述信息获取模块获取的货物的存放位置信息，并记录所述特征信息和所述存放位置信息；

若否，则控制抓取模块将货物存放到存取货柜的原始存放位置，所述原始存放位置为货物第一次存放到存取货柜时的存放位置。

10.一种智能取货方法，基于权利要求1-8任一项所述的一种智能存取货系统工作，其特征在于，所述智能取货方法包括：

接收待取出的货物的货物信息；

基于所述货物信息确定货物的特征信息和存放位置信息；所述特征信息包括货物的尺寸信息、颜色信息和重量信息；

接收信息获取模块获取的位于所述存放位置信息对应的存放位置的货物的实际特征信息，并将所述实际特征信息与所述特征信息进行比对，判断货物是否为正确的需要取出的货物；

若是，则根据所述存放位置信息控制所述抓取模块从存取货柜取出货物。