CN117902254A - 一种室内立体种植配套绳牵引搬运系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种室内立体种植配套绳牵引搬运系统，包含搬运平台、对接平台、绳牵引单元、定位单元、搬运控制单元；所述搬运平台包括搬运平台基体、设置在搬运平台基体上的搬运平台控制板、设置在搬运平台基体底部用于连接对接平台的执行单元；所述对接平台包括对接平台基体、设置在对接平台基体顶部与执行单元连接的连接部、设置在对接平台上用于对接负载的对接单元；所述绳牵引单元用于驱动搬运平台移动；所述定位单元用于对搬运平台进行空间定位；所述搬运控制单元用于控制各单元协同完成搬运任务；本发明通过绳牵引单元驱动搬运平台带动对接平台及其负载在作业空间内移动，不仅对地面没有任何要求，且可以实现大跨度空间作业。
Description
技术领域
本发明涉及农业生产领域，特指一种室内立体种植配套绳牵引搬运系统。
背景技术
植物工厂模式以工业化生产理念为核心，以现代化设施为基础，利用科技手段为植物的生长发展提供适宜的生长条件，确保农业生产的高效率进行。
目前适用于植物工厂规模化、周年化生产的最典型的农作物有金针菇等食用菌、樱桃番茄等。其中食用菌的工厂化生产一般在标准厂房进行，种植车间和接种、采收等作业车间之间通过自动输送带相连，能够长时间连续作业，生产效率高。樱桃番茄的工厂化生产一般在连栋大棚内进行，种植区和作业车间之间通过物流通道相连，采用专门的物流小车进行物品的传送，有些全自动工厂采用全自动AGV物流小车实现了物流作业的无人化。
但上述两种植物工厂对基础设施要求较高，一般需要对地面进行硬化，特别是物流通道，其中对于采用全自动AGV小车的无人工厂，其对地面的平整度、承载力、摩擦力、清洁度、稳定性等有非常严格的要求，地面的质量和条件会直接影响AGV的导航和运行稳定性，这大大增加了基础设施建设成本，极大限制了植物工厂模式的推广，同时现代农业也在提倡不硬化、不破化耕地的要求，这对植物工厂的自动化设施又提出了新的挑战。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种室内立体种植配套绳牵引搬运系统，实现在植物工厂内非铺装地面区域实现物品的全自动搬运。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种室内立体种植配套绳牵引搬运系统，包含搬运平台、对接平台、绳牵引单元、定位单元、搬运控制单元；
所述搬运平台包括搬运平台基体、设置在搬运平台基体上的搬运平台控制板、设置在搬运平台基体底部用于连接对接平台的执行单元；所述搬运平台控制板包括视觉对准单元、防碰撞单元、无线通讯单元、供电单元和搬运平台主控制器；
所述对接平台包括对接平台基体、设置在对接平台基体顶部与执行单元连接的连接部、设置在对接平台上用于对接负载的对接单元；
所述绳牵引单元用于驱动搬运平台带动对接平台及其负载在作业空间内移动；
所述定位单元用于对搬运平台进行空间定位；
所述搬运控制单元用于控制搬运平台控制板、执行单元、绳牵引单元和定位单元协同完成搬运任务。
优选的，所述执行单元包括两组分别铰接在搬运平台基体底部两侧且对称放置的摇臂组件、设置在搬运平台基体底部且位于两组摇臂组件中间的摇臂电机、设置在摇臂电机驱动端的齿轮、两根水平滑动设置在搬运平台基体底部且外端分别与两组摇臂组件上端铰接的连杆、分别设置在两根连杆内端且与齿轮啮合的齿条；两根所述连杆平行放置，且分别位于齿轮两侧；每组所述摇臂组件均包括两个摇臂抓手；每个所述摇臂抓手的底部均设置有C形卡合部；
所述连接部包括与四个摇臂抓手上C形卡合部对应的摇臂抓杆。
优选的，所述对接平台基体上设置有对接平台识别码和对接对准码；
所述视觉对准单元包括识别摄像头、对准摄像头和视觉处理模块；所述识别摄像头用于在较远距离时识别目标对接平台识别码；所述对准摄像头用于在接近目标对接平台时识别对接对准码；所述视觉处理模块用于处理识别摄像头和对准摄像头获取的图像信息。
优选的，所述防碰撞单元包括防碰撞模块和多个分别设置在搬运平台基体四周侧面的防碰撞传感器；所述防碰撞传感器采用超声波雷达。
优选的，所述搬运平台控制板上还设置有IMU惯性测量传感器。
优选的，所述对接平台的顶部至少设置有两个定位孔；
所述搬运平台的底部分别竖直设置有可插入定位孔内的定位柱以及起到限位作用的止动柱。
优选的，所述搬运平台基体上设置有用于显示不同工作状态的指示灯。
优选的，所述对接单元包括分别设置在对接平台基体顶部两侧的滚筒输送线、设置在对接平台基体上且位于连接部下方的柔性管固定单元。
优选的，所述绳牵引单元包括多组绳牵引装置和绳牵引控制模块；多组所述绳牵引装置形成分别设置在作业空间的四周；每组设置绳牵引单元均包括竖直设置在地面的牵引绳立柱、设置在牵引绳立柱底部的卷扬机、设置在牵引绳立柱顶部的导向轮；所述搬运平台基体的四周设置有多个牵引绳系留器；每个所述卷扬机上的牵引绳绕过导向轮与对应的牵引绳系留器连接。
优选的，所述定位单元包括融合定位模块和多个激光雷达；多个所述激光雷达分别设置在多组绳牵引装置的顶部；所述搬运平台基体的顶部设置有反光柱。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明通过绳索牵引的方式对物品进行牵引搬运，物品在作业空间内受控移动，对地面没有要求，投入成本远低于AGV小车；
2、本发明通过绳索牵引的方式对物品进行牵引搬运，增加牵引绳的长度即可增大作业范围，可以实现大跨度空间搬运作业；
3、本发明以卷扬机为驱动单元，通过牵引绳连接搬运平台，系统结构简单，成本低，环境适应性强，搬运速度高，可快速部署实施；
4、本发明通过安装在高处固定位置的激光雷达对搬运平台进行准确定位，搬运平台控制过程不用考虑牵引绳形变或搬运负载的影响，可以实现搬运平台精确的牵引运动控制；
5、本发明通过安装在搬运平台中心的惯性传感器和搬运平台主控制器，能够准确获得搬运平台的运动状态信息，可以实现搬运平台精确的牵引运动控制；
6、本发明通过视觉对准单元和辅助定位装置，可以确保搬运平台和对接平台的准确、可靠对接；
7、本发明通过齿轮齿条机构驱动摇臂抓手抓紧对接平台，结构简单可靠，能够保证带载搬运的可靠性；
8、本发明通过防碰撞单元，实现了搬运平台周身无盲区感知，可以保证搬运过程的安全性；
9、本发明通过对接平台可以连接多种负载，通用性好，可以保证连续高效作业。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统的总体结构示意图；
附图2为本发明所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统的总体控制流程图；
附图3为本发明中搬运平台的结构示意图；
附图4为本发明中搬运平台控制板的结构示意图；
附图5为本发明中对接平台的结构示意图；
附图6为本发明通过搬运平台驱动对接平台搬运柔性输送线的结构示意图；
附图7为本发明通过搬运平台驱动对接平台搬运柔性管状物品的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图1-7为本发明所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统，包含搬运平台1、对接平台2、绳牵引单元3、定位单元4、搬运控制单元5。
进一步，如图3所述，所述搬运平台1由搬运平台基体101、搬运平台控制板102、反光柱103、牵引绳系留器104、指示灯105、摇臂电机106、齿轮107、齿条杆108、摇臂抓手109、定位柱110、止动柱111、连杆112组成。
进一步，如图4所述，所述搬运平台控制板102由1号电池10201、2号电池10202、电源模块10203、视觉处理模块10204、识别摄像头10205、对准摄像头10206、防碰撞模块10207、防碰撞传感器10208、IMU惯性测量传感器10209、搬运平台主控制器10210、摇臂电机控制器10211、无线通信模块10212、无线通信天线10213组成。
进一步，如图4所述，所述1号电池10201、2号电池10202、电源模块10203组成搬运平台1的供电单元；所述供电单元支持单电池供电模式和双电池供电模式，供电电源支持电池的热插拔操作。
进一步，如图4所述，所述视觉处理模块10204、识别摄像头10205、对准摄像头10206组成搬运平台1的视觉对准单元；其中识别摄像头10205能够在较远距离时识别到对接平台识别码206，对准摄像头10206能够在接近目标对接平台2时识别到对接对准码207，识别摄像头10205和对准摄像头10206获取的图像信息都传送至视觉处理模块10204。
进一步，如图4所述，所述防碰撞模块10207和防碰撞传感器10208组成搬运平台1的防碰撞单元，防碰撞传感器优选超声波雷达；为了保证探测效果，搬运平台1每个平面至少安装两颗超声波雷达。
进一步，如图4所述，所述IMU惯性测量传感器10209为6轴加速度传感器，固定安装在搬运平台控制板102的中心位置。
进一步，如图4所述，所述搬运平台主控制器10210为搬运平台1的控制中心，电源模块10203、视觉处理模块10204、防碰撞模块10207、IMU惯性测量传感器10209、摇臂电机控制器10211和无线通信模块10212均连接至搬运平台主控制器10210并受其控制。
进一步，如图3所述，所述定位柱110、止动柱111为辅助定位装置。
进一步，如图3所述，所述反光柱103为圆柱型状，表面贴有柔性反光材料。反光材料基于光线逆反射原理，使入射光线向光源处反射。
进一步，如图3所述，所述牵引绳系留器104用于连接牵引绳301，支持水平和竖直方向转动。
进一步，如图3所述，所述指示灯105通过不同颜色的灯光指示搬运平台的不同工作状态，受搬运平台主控制器10210控制。
进一步，如图3所述，所述摇臂电机106、齿轮107、齿条108、连杆112、摇臂抓手109组成搬运平台1抓紧和释放动作的执行单元，摇臂电机106受摇臂电机控制器10211控制带动齿轮107转动，齿轮107同时驱动两根齿条108带动两根连杆112移动，能够保证两侧摇臂抓手109动作的一致性。
进一步，如图5所述，所述对接平台2由对接平台基体201、滚筒输送线202、柔性管固定单元203、摇臂抓杆204、定位孔205、对接平台识别码206、对接对准码207组成。
进一步，如图5和图6所述，所述滚筒输送线202作为柔性输送线21的延伸和过渡，可以保证货物平顺的从柔性输送线21上输入或平顺的传送至柔性输送线21上。
进一步，如图5和图7所述，所述柔性管固定单元203用于柔性管状物品搬运时的固定，柔性管状物品包括但不仅限于液体输送管、气体输送管、线缆。
进一步，如图1所述，所述绳牵引单元3由四组牵引绳301、四根牵引绳立柱302、四台卷扬机303、四个导向轮304、绳牵引控制模块组成，负责牵引移动搬运平台1以搬运对接平台2及其负载；
进一步，如图1所述，所述定位单元4由激光雷达401、融合定位模块组成，负责搬运平台1的空间定位，也能够对搬运空间内的其他目标进行定位。
进一步，所述搬运控制单元5为整个搬运系统的总控制中心，负责控制所有模块和子系统协同完成搬运任务。
本发明亦适用于硬化地面场景，亦可用于所述农业场景之外其他有类似物品搬运需求的场景。
整个搬运过程分为以下六个阶段：
1.搬运平台1牵引移动到达目标对接平台2空域阶段；
2.搬运平台1对准目标对接平台2受控下落阶段；
3.搬运平台1和对接平台2受控对接抓紧连接阶段；
4.搬运平台1、对接平台2及负载牵引移动到达搬运目的地空域阶段；
5.搬运平台1、对接平台2及负载受控下落触地阶段；
6.搬运平台1和对接平台2脱离后牵引离去阶段。
具体实施过程如下：
1.搬运控制单元5接收到搬运作业指令0，指令内容包括但不仅限于目标对接平台位置信息、目标对接平台识别码信息、目标对接平台搭载物信息、目标对接平台搬运目的地位置信息；
2.定位单元4通过安装在牵引绳立柱302顶端的激光雷达401得到搬运平台1的空间位置信息；
2.1所述空间位置信息是通过激光雷达401发射激光束,然后检测被位于搬运平台1顶部反光柱103反射的激光信号,通过信号的时间和强度来计算反光柱103也即搬运平台1的空间位置；
2.2考虑到激光雷达401为高处固定位置安装，单个激光雷达401的检测范围不能完全覆盖搬运平台1的牵引移动区域，因此在每根牵引绳立柱302的顶端都固定安装有激光雷达401以形成对搬运平台1全部牵引移动区域的无盲区检测；如果作业空间过大，可增加激光雷达的数量；
2.3激光雷达401可以探测到搬运平台在单个激光雷达坐标系内的位置信息并发送给融合定位模块，所述激光雷达坐标系以激光雷达安装位置为坐标原点；
2.4融合定位模块结合每个激光雷达在作业空间全局坐标系的位置信息计算得出搬运平台1在作业空间全局坐标系内的位置信息并将信息传送给搬运控制单元5；
2.5激光雷达在作业空间全局坐标系的位置为
(xn,yn,zn)，搬运平台在单个激光雷达坐标系的位置为(xn’,yn’,zn’)，搬运平台在作业空间全局坐标系的位置为(Px,Py,Pz)
Px＝xn+xn’
Py＝yn+yn’
Pz＝zn+zn’
3.搬运控制单元5根据搬运平台1和目标作业位置之间相对位置关系计算得出搬运平台1需要移动的轨迹信息并发指令给绳牵引控制模块；所述相对位置关系基于作业空间全局坐标系得出；
4.绳牵引控制模块根据搬运控制单元5的指令控制四台卷扬机303协同工作，将搬运平台1通过绳索301的牵引移动至目标对接平台2空域；
5.位于搬运平台1上的视觉对准单元开始对地面目标进行扫描，当识别到目标对接平台识别码206后立即锁定目标对接平台2，随后搬运平台1在绳牵引单元3的牵引下对准目标对接平台2受控下落；
5.1考虑到搬运平台1在牵引移动过程中存在误差及搬运控制单元5接收到的目标对接平台2位置信息存在偏差的情况，搬运平台1到达目标对接平台2空域后，搬运平台1的对准下落过程主要依靠搭载在搬运平台1上视觉对准单元提供的对准引导信息，对准引导信息通过无线通信模块发送给搬运控制单元5，以便及时优化搬运平台1的对准下降牵引控制；所述对准引导信息内容主要为搬运平台1和对接平台2之间的相对位置偏差；
5.2对准下落过程中，视觉对准单元识别到对接平台2上的对接对准码207时，搬运控制单元5根据接收到的对准引导信息微调搬运平台与对接平台2的相对位置，使得搬运平台1上的两根对角线布置的定位柱110分别对准位于对接平台2上相应的定位孔205，搬运平台1在绳牵引系统3的牵引下受控下落，定位柱110插入并穿过定位孔205，此时搬运平台1和对接平台2完全对齐；
6.当止动柱111接触到对接平台2时，搬运平台1停止下落；此时搬运平台主控制器10210根据IMU惯性测量传感器10209的信号判断搬运平台1和对接平台2已经完成对接；
7.搬运平台主控制器10210控制摇臂电机控制器10211启动摇臂电机106，摇臂电机106分别驱动两个齿轮107带动两个齿条108缩回，利用连杆112驱动摇臂抓手109的C形卡合部113抓紧对接平台2的摇臂抓杆204，此时搬运平台1和对接平台2完成对接抓紧连接；
8.搬运系统搬运控制单元5控制绳牵引单元3牵引移动搬运平台1、对接平台2以及负载到达搬运目的地空域；所述负载包括但不仅限于柔性输送线21、液体输送管22；
9.搬运系统搬运控制单元5控制绳牵引单元3牵引移动搬运平台1、对接平台2以及负载下落至搬运目的地；
10.下落完成后，搬运平台主控制器10210控制摇臂电机控制器10211启动摇臂电机106，摇臂电机106分别驱动两个齿轮107带动两个齿条108伸出，利用连杆112驱动摇臂抓手109的C形卡合部113松开对接平台2的摇臂抓杆204，此时搬运平台1和对接平台2完成脱离被绳牵引单元3牵引移动往别的作业区域；
11.考虑到搬运平台1在绳索301牵引移动中存在和移动空间内其他物体碰撞的风险，搬运平台1上配置有防碰撞单元；
11.1搬运平台1的每个平面都布置有防碰撞传感器10208，其感知范围可以覆盖搬运平台1周围全部区域；
11.2防碰撞传感器10208的原始数据均在防碰撞模块10207内部进行处理，处理内容包括但不仅限于多传感器数据融合、目标距离判断、目标方位判断、目标类型判断；防碰撞传感器10208将处理后的信息发送给搬运平台主控制器10210；
11.3搬运平台主控制器10210根据搬运平台1和防碰撞单元检测到的目标之间的相对运动关系进行决策要采取避让或停止动作，决策信息通过无线通信模块10212发送给搬运控制单元5，搬运控制单元5综合所有信息后及时优化搬运平台1的轨迹规划和牵引控制；
12.搬运平台1在绳索301牵引移动的全部过程中，定位单元4一直通过激光雷达401获取搬运平台1的实时空间位置信息并反馈给搬运系统搬运控制单元5，以便及时优化搬运平台1的轨迹规划和牵引控制，实现闭环控制；
13.搬运平台1在绳索301牵引移动的全部过程中，搬运平台1通过搭载在搬运平台控制板102上的无线通信模块10212将搬运平台主控制器10210计算得到的搬运平台的运动信息实时传送给搬运系统搬运控制单元5，以便及时优化搬运平台1的轨迹规划和牵引控制，实现闭环控制；所述搬运平台1的运动信息包括但不仅限于速度信息(vx,vy,vz)、加速度信息(ax,ay,az)、角速度信息(ωx,ωy,ωz)、角加速度(αx,αy,αz)、姿态信息(roll,pitch,yaw)；所述无线通信模块采用的无线通信技术包括但不仅限于5G、4G、wifi；
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种室内立体种植配套绳牵引搬运系统，其特征在于：包含搬运平台、对接平台、绳牵引单元、定位单元、搬运控制单元；
所述搬运平台包括搬运平台基体、设置在搬运平台基体上的搬运平台控制板、设置在搬运平台基体底部用于连接对接平台的执行单元；所述搬运平台控制板包括视觉对准单元、防碰撞单元、无线通讯单元、供电单元和搬运平台主控制器；
所述对接平台包括对接平台基体、设置在对接平台基体顶部与执行单元连接的连接部、设置在对接平台上用于对接负载的对接单元；
所述绳牵引单元用于驱动搬运平台带动对接平台及其负载在作业空间内移动；
所述定位单元用于对搬运平台进行空间定位；
所述搬运控制单元用于控制搬运平台控制板、执行单元、绳牵引单元和定位单元协同完成搬运任务。
2.根据权利要求1所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统，其特征在于：所述执行单元包括两组分别铰接在搬运平台基体底部两侧且对称放置的摇臂组件、设置在搬运平台基体底部且位于两组摇臂组件中间的摇臂电机、设置在摇臂电机驱动端的齿轮、两根水平滑动设置在搬运平台基体底部且外端分别与两组摇臂组件上端铰接的连杆、分别设置在两根连杆内端且与齿轮啮合的齿条；两根所述连杆平行放置，且分别位于齿轮两侧；每组所述摇臂组件均包括两个摇臂抓手；每个所述摇臂抓手的底部均设置有C形卡合部；
所述连接部包括与四个摇臂抓手上C形卡合部对应的摇臂抓杆。
3.根据权利要求2所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统，其特征在于：所述对接平台基体上设置有对接平台识别码和对接对准码；
所述视觉对准单元包括识别摄像头、对准摄像头和视觉处理模块；所述识别摄像头用于在较远距离时识别目标对接平台识别码；所述对准摄像头用于在接近目标对接平台时识别对接对准码；所述视觉处理模块用于处理识别摄像头和对准摄像头获取的图像信息。
4.根据权利要求3所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统，其特征在于：所述防碰撞单元包括防碰撞模块和多个分别设置在搬运平台基体四周侧面的防碰撞传感器；所述防碰撞传感器采用超声波雷达。
5.根据权利要求4所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统，其特征在于：所述搬运平台控制板上还设置有IMU惯性测量传感器。
6.根据权利要求5所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统，其特征在于：所述对接平台的顶部至少设置有两个定位孔；
所述搬运平台的底部分别竖直设置有可插入定位孔内的定位柱以及起到限位作用的止动柱。
7.根据权利要求6所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统，其特征在于：所述搬运平台基体上设置有用于显示不同工作状态的指示灯。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统，其特征在于：所述对接单元包括分别设置在对接平台基体顶部两侧的滚筒输送线、设置在对接平台基体上且位于连接部下方的柔性管固定单元。
9.根据权利要求1所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统，其特征在于：所述绳牵引单元包括多组绳牵引装置和绳牵引控制模块；多组所述绳牵引装置形成分别设置在作业空间的四周；每组设置绳牵引单元均包括竖直设置在地面的牵引绳立柱、设置在牵引绳立柱底部的卷扬机、设置在牵引绳立柱顶部的导向轮；所述搬运平台基体的四周设置有多个牵引绳系留器；每个所述卷扬机上的牵引绳绕过导向轮与对应的牵引绳系留器连接。
10.根据权利要求1或9所述的室内立体种植配套绳牵引搬运系统，其特征在于：所述定位单元包括融合定位模块和多个激光雷达；多个所述激光雷达分别设置在多组绳牵引装置的顶部；所述搬运平台基体的顶部设置有反光柱。
Priority Applications (1)
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| CN202410152051.XA CN117902254A (zh) | 2024-02-02 | 2024-02-02 | 一种室内立体种植配套绳牵引搬运系统 |
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