CN207713292U - 一种堆垛机器人搬运线路规划装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种堆垛机器人搬运线路规划装置，该装置包括场景检测及路线规划模块、功能头定位模组以及非接触高度计；所述功能头定位模组以及所述非接触高度计均连接所述场景检测及路线规划模块；所述非接触高度计安装在堆垛机器人的功能头的侧面；所述场景检测及路线规划模块用于根据所述非接触高度计以及所述功能头定位模组的检测数据计算所述堆垛机器人的运行区域中各个区块的堆垛高度，并根据堆垛高度、所述功能头的所在位置和目标位置规划所述功能头的移动路线。本实用新型的有益效果为：通过非接触高度计以及功能头定位模组，场景检测及路线规划模块可以实时监控堆垛机器人的运行区域内各个区块的堆垛高度的变化。

Description

一种堆垛机器人搬运线路规划装置

技术领域

本实用新型属于环保设备领域，具体涉及一种堆垛机器人搬运线路规划装置。

背景技术

现有技术中，大型的垃圾焚烧发电站通常设置有垃圾池，以便暂时存储垃圾；垃圾池中的垃圾需要堆垛机器人进行抓取搬运；现有的堆垛机器人需要人员进行目视操作，然而垃圾池周围空气污浊，恶劣的工作环境会对吊车操作人员的健康造成威胁，因此有必要引入堆垛机器人的自动控制系统。但是现有技术中的吊车自动控制系统存在以下问题：1.现有的吊车自动控制系统大多用于装卸集装箱等具有固定形状的货物，而垃圾为散料，没有固定形状，现有的自动控制系统无法准确对其进行定位；2. 对于具有固定形状的货物，控制系统可以通过记录堆放位置以及堆叠层数统计货场中各个区域的堆叠高度，以便规划吊车的运行线路；然而垃圾为散料，无法通过堆叠状准确获取垃圾池内各个区域的堆垛高度，这使得自动控制系统无法准确地抓取垃圾池中的垃圾。综上所述，堆垛高度检测技术以及搬运线路规划方法是垃圾池吊车的自动控制系统的首要技术难题。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种堆垛机器人搬运线路规划装置，该规划装置采用非接触传感器，可以准确地检测出垃圾池内各个区域的垃圾堆垛高度，并根据各区域的堆垛高度进行搬运路线的规划。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种堆垛机器人搬运线路规划装置，所述堆垛机器人搬运线路规划装置包括场景检测及路线规划模块、功能头定位模组以及非接触高度计；所述功能头定位模组以及所述非接触高度计均连接所述场景检测及路线规划模块；所述非接触高度计安装在堆垛机器人的功能头的侧面；所述功能头定位模组用于检测所述功能头的位置坐标，所述场景检测及路线规划模块用于根据所述非接触高度计以及所述功能头定位模组的检测数据计算所述堆垛机器人的运行区域中各个区块的堆垛高度，并根据堆垛高度、所述功能头的位置坐标和目标位置规划所述功能头的移动路线。

所述堆垛机器人包括用于驱动所述功能头移动的功能头驱动机构；所述功能头驱动机构包括梁式大车、小车以及卷扬机；所述梁式大车的两端分别架设在两根平行轨道上；所述小车运行在所述梁式大车上，所述卷扬机固定安装在所述小车上；所述功能头通过所述卷扬机悬吊在所述小车下方。

所述功能头定位模组包括梁式大车定位模块、小车定位模块以及卷扬机圈数编码轮。

所述场景检测及路线规划模块连接所述堆垛机器人的控制系统。所述场景检测及路线规划模块为工控机、单片机、PLC或通用计算机。

所述非接触高度计包括安全壳、设置在所述安全壳内部的激光测高模块以及加速度传感器；所述安全壳固定安装在所述功能头的侧面，所述安全壳的底部开设有检测窗体，所述检测窗体中镶嵌有钢化玻璃；所述激光测高模块通过万向节悬吊在所述安全壳的内部；所述检测窗体的下方设置有可开合的密封挡板，所述密封挡板的一侧连接有挡板驱动机构；所述挡板驱动机构与所述激光测高模块以及所述加速度传感器连接；当所述激光测高模块检测到的相对高度小于警戒阈值时，所述挡板驱动机构驱动所述密封挡板闭合，以便遮挡所述检测窗体；当所述加速度传感器检测到持续时间超过第一时限的竖直向上的加速度时，所述挡板驱动机构驱动所述密封挡板开启。

所述检测窗体的下方设置有高压冲洗喷嘴以及气体烘干喷嘴；所述高压冲洗喷嘴连接高压水源，所述气体烘干喷嘴通过气体加热装置与气瓶连接；当所述密封挡板处于开启状态时，每隔预定时间，所述高压冲洗喷嘴对所述检测窗体进行冲洗，冲洗后所述气体烘干喷嘴对所述检测窗体进行烘干。

所述小车上设置有非接触高度计；所述非接触高度计与所述场景检测及路线规划模块连接。

本实用新型的优点是：通过非接触高度计以及功能头定位模组，场景检测及路线规划模块可以实时监控堆垛机器人的运行区域内各个区块的堆垛高度的变化；该堆垛高度检测技术具有精度高、可靠性高等优点；通过该检测技术，可以实现堆垛机器人的自动控制。

附图说明

图1为本实用新型堆垛机器人搬运线路规划装置的结构框图；

图2为本实用新型中堆垛机器人的的侧视图；

图3为本实用新型中堆垛机器人的运行区域的俯视图；

图4为本实用新型中非接触高度计在密封挡板处于闭合状态时的剖视图；

图5为本实用新型中非接触高度计在密封挡板处于开启状态时的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5，图中标记1-24分别为：堆垛机器人1、功能头驱动机构2、功能头3、梁式大车4、小车5、卷扬机6、轨道7、运行区域8、功能头定位模组9、非接触高度计10a、非接触高度计10b、场景检测及路线规划模块11、区块12、安全壳13、激光测高模块14、加速度传感器15、检测窗体16、万向节17、密封挡板18、挡板驱动机构19、高压冲洗喷嘴20、气体烘干喷嘴21、高压水源22、气体加热装置23、气瓶24。

实施例：如图1至3所示，本实施例涉及一种堆垛机器人搬运线路规划装置，堆垛机器人1包括功能头驱动机构2以及功能头3；在本实施例中，功能头3为抓斗，功能头驱动机构2为吊车；功能头驱动机构2包括梁式大车4、小车5以及卷扬机6；梁式大车4的两端分别架设在两根平行轨道7上，梁式大车4的两端设置有动力装置，以便梁式大车4可以沿轨道7移动；小车5运行在所述梁式大车4的横梁上，卷扬机6固定安装在小车5上；功能头3通过卷扬机6悬吊在小车5下方。

如图1至3所示，本实施例中堆垛机器人的运行区域8为垃圾池；本实施例的堆垛机器人搬运线路规划装置用于检测堆垛机器人1的运行区域8内各个区块12的散料堆垛高度，并根据各个区块12堆垛高度、功能头3的所在位置以及功能头3的目标位置规划所述功能头3的移动路线，以便实现堆垛机器人1的自动控制。

如图1至3所示，本实施例中堆垛机器人搬运线路规划装置包括功能头定位模组9、非接触高度计10a以及场景检测及路线规划模块11；功能头定位模组9以及非接触高度计10a均连接场景检测及路线规划模块11；非接触高度计10a安装在堆垛机器人1的功能头3的侧面，用于检测功能头3与堆垛上表面之间的相对距离。

如图1至3所示，功能头定位模组9用于检测功能头3的实时位置坐标，功能头定位模组9包括梁式大车定位模块、小车定位模块以及卷扬机圈数编码轮。梁式大车定位模块用于测量功能头3的X轴坐标，小车定位模块用于测量功能头3的Y轴坐标，卷扬机圈数编码轮用于测量功能头3的Z轴坐标。

如图1至3所示，场景检测及路线规划模块11内设置有一个二维表格，该二维表格用于存储堆垛机器人1的运行区域8内各个区块12的堆垛高度；场景检测及路线规划模块11可根据非接触高度计10a检测到的相对高度以及功能头定位模组9的检测到的功能头3位置坐标计算位于功能头3正下方的区块12的堆垛高度；场景检测及路线规划模块11可使用计算出的堆垛高度对其内部的二维表格中的数据进行更新；功能头3在堆垛机器人1的运行区域8内移动，场景检测及路线规划模块11每隔预定时间对非接触高度计10a下方的堆垛高度进行计算；由于堆垛高度主要由功能头3改变；通过持续对非接触高度计10a下方的区块12的堆垛高度进行测量，场景检测及路线规划模块11可以保持其内部保存的堆垛高度数据与真实情况一致。

如图1至3所示，本实施例中场景检测及路线规划模块11连接堆垛机器人1的控制系统；堆垛机器人1可以按照场景检测及路线规划模块11的规划路线将功能头3移动到目标位置。

如图1至3所示，场景检测及路线规划模块11为工控机、PLC或通用计算机。

如图2、4、5所示，非接触高度计10a包括安全壳13、设置在安全壳13内部的激光测高模块14以及加速度传感器15；安全壳13固定安装在功能头3的侧面，安全壳13由高强度不锈钢制成的密闭容器，用于保护其内部的激光测高模块14和加速度传感器15；为了便于激光测高模块14发出的光束透过，安全壳13的底部开设有检测窗体16，检测窗体16中镶嵌有钢化玻璃；激光测高模块14通过万向节17悬吊在安全壳13的内部，万向节17可以确保激光测高模块14在测量过程中可以保持竖直向下的姿态；检测窗体16的下方设置有可开合的密封挡板18，密封挡板18的一侧连接有挡板驱动机构19，本实施例中挡板驱动机构19为液压油缸。

如图2、4、5所示，挡板驱动机构19与激光测高模块14以及加速度传感器15连接；当激光测高模块14检测到的相对高度小于警戒阈值时，表示功能头3即将从堆垛上抓取物体或者将物体对方在堆垛上，为了避免检测窗体16内的钢化玻璃与堆垛上的物体发生碰撞，相对高度小于警戒阈值时挡板驱动机构19驱动密封挡板18闭合；密封挡板18闭合后的状态如图4所示；当加速度传感器15检测到持续时间超过第一时限的竖直向上的加速度时，表示功能头3向上提升了一定距离，非接触高度计10a已经不存在碰撞的危险，此时挡板驱动机构19驱动密封挡板18开启，密封挡板18开启后的状态如图5所示。

如图2、4、5所示，检测窗体16的下方设置有高压冲洗喷嘴20以及气体烘干喷嘴21；高压冲洗喷嘴20通过管道与高压水源22连接；气体烘干喷嘴21通过气体加热装置23与气瓶24连接；述密封挡板处于开启状态时，每隔预定时间，高压冲洗喷嘴20对检测窗体16的钢化玻璃里进行冲洗，冲洗后气体烘干喷嘴21向钢化玻璃喷射高温高压气体，以便对检测窗体16的钢化玻璃进行烘干；通过冲洗和烘干可以及时清洗掉钢化玻璃表面沾染的污渍，使得钢化玻璃可以保持较好的透明度。

如图1所示，小车5上安装有非接触高度计10b，非接触高度计10b用于检测非接触高度计10b下方的堆垛高度；非接触高度计10b也与场景检测及路线规划模块11连接。

如图1至3所示，本实施例涉及一种堆垛机器人搬运线路规划方法，其特征在于所述堆垛机器人搬运线路规划方法包括以下步骤：

1）在堆垛机器人1的运行过程中，场景检测及路线规划模块11根据非接触高度计10a或非接触高度计10b以及功能头定位模组9的检测数据计算堆垛机器人1的运行区域8的各个区块12堆垛高度；各个区块12堆垛高度的检测过程具体包括以下步骤：

1.1）如图3所示，将堆垛机器人1的运行区域8沿水平方向划分为若干区块12；各区块12呈二维阵列的方式排列；本实施例中，各区块12为圆形，相邻的区块12的边缘相互重叠。

1.2）如图1至3所示，场景检测及路线规划模块11内设置有一个二维表格，该表格内的单元格与运行区域8内的区块12一一对应，用于存储相应区块12的堆垛高度；在堆垛机器人1投入使用时，堆垛机器人1的运行区域8内没有散料，因此在初次使用堆垛机器人1时，需要将场景检测及路线规划模块11内的二维表格进行清零。

1.3）如图1至3所示，非接触高度计10a持续测量非接触高度计10a下方区块12的堆垛表面到非接触高度计10a的相对高度；场景检测及路线规划模块11根据非接触高度计10a测量的相对高度以及功能头定位模组9的检测到的功能头3的位置坐标计算位于所述非接触高度计10a下方的区块12的堆垛高度，并对场景检测及路线规划模块11内的二维表格中存储的堆垛高度数据进行更新；由于堆垛机器人1的运行区域8内的堆垛高度主要由功能头3影响，因此通过间隔预定时间测量非接触高度计10a下方区块12的堆垛高度，即可实时检测运行区域8内堆垛高度的变化。

如图1、2所示，功能头定位模组9用于测量功能头3的位置坐标，功能头3的位置坐标包括功能头3的竖向高度；当非接触高度计10a安装在所述功能头3的侧面时，功能头3的竖向高度可近似等于非接触高度计10a的竖向高度，此时非接触高度计10a下方的区块12的堆垛高度计算公式如下所示：

Hs = hz – hr

其中： Hs为非接触高度计10a下方的区块12的堆垛高度，hz为功能头3的竖向高度，hr为功能头3至堆垛表面的相对高度，hc为堆垛机器人1的运行区域8的底面高度，本实施例中运行区域8的底面为垃圾池的池底高度。

如图1、2所示，场景检测及路线规划模块11还可通过非接触高度计10b测量的所述非接触高度计10b下方区块12的堆垛高度，并对场景检测及路线规划模块11内的二维表格中存储的堆垛高度数据进行更新。非接触高度计10a以及非接触高度计10b互为备份。

2)场景检测及路线规划模块11根据各个区块12的堆垛高度、功能头3的所在位置和目标位置规划功能头3的移动路线；在规划移动路线的过程中，场景检测及路线规划模块11可根据各个区块12的堆垛高度判断出障碍物的位置，以便功能头3避开堆垛高度过高的区块12；场景检测及路线规划模块11可根据规划出的路线向堆垛机器人发出运行指令；场景检测及路线规划模块11可同时向堆垛机器人1的梁式大车4、小车5以及卷扬机6发出指令；而人工操作时，操作人员最多同时操作上述三者中的任意两者；移动路线的规划遵循以下原则：

2.1）将梁式大车4在轨道7上的移动称为X轴移动，梁式大车4的位置定为X坐标；将小车5在梁式大车4上的移动称为Y轴移动，小车5在梁式大车4上的位置定为Y坐标；小车5在梁式大车4上，因此梁式大车4的X坐标也是小车5的X坐标；将功能头3沿竖直方向的移动称为Z轴移动，功能头3的高度位置定为Z坐标。因为功能头3悬吊在小车下方，所以小车5的X、Y坐标也是功能头3的X、Y坐标。

2.2）堆垛机器人1的功能头3的搬运路线可分线状搬运路线与块状搬运路线；前者用于将指定取料点的物料搬运堆垛到指定堆料点，后者用于分多次往返将多个区块12的物料搬运到点状位置或块状区域。

3.3）在使用块状搬运路线时，功能头3分多次在块状区内逐点进行，一个点搬离或堆垛好后，继续搬离或堆垛相邻的点。一般情况下，相邻点的X、Y坐标中的一个坐标（比如X）保持不变，只变化另一个（比如Y）。此搬运方法称为扫描搬运；对块状区域，搬运设备可以自行安排扫描路线，逐渐完成搬运工作为止。

3.4）堆垛后的物料高堆成为堆放场地中的障碍物。在自动堆放作业中，功能头3路过物料高堆时必须保证堆垛机器人1不与其相碰。

3.5）在使用线状搬运路线时，遵循以下算法：第一，3维移动时各维移动均只向目标坐标移动，因而达到最短路径的移动；第二，尽量同时作数个维度的移动，使各维度的移动时间尽量重叠，以缩短移动时间，但需要避免X方向和Z方向上升的同时移动；第三，Z移动保持高位原则，即目标较高时，先移动功能头到目标高度，目标较低时，功能头先保持原有高度，接近目标时升到目标高度。

3.6）堆垛机器人1的功能头3的行车作业区可能有障碍物，为此行车具有障碍物避撞功能；规划功能头3的运行路线的过程中，根据各个区块12的堆垛高度以及运行区域中的固定障碍物信息获取障碍物的三维坐标，并得出障碍物面对功能头的轮廓坐标即障碍物X、Y的最小或最大坐标，Z的最大坐标。功能头3越过障碍区移动时，其高度需高于障碍物高度并与障碍物保持安全距离。

3. 7)实行障碍物动态轮廓计算：在区域避撞模式，当按第3.5)条算出的搬运路线不能通过时，逼近障碍物轮廓坐标的维度停止移动，继续其他维度的移动，然后重新计算障碍物的3维轮廓坐标。计算轮廓坐标时，已越过的坐标后的障碍物不进入轮廓坐标的计算。当由于另外维度的移动使该维度的移动已脱离逼近障碍物时，恢复该维方向的移动。

3.8)在使用块状搬运路线时，搬运在块状区内逐点进行，一个点搬离或堆垛好后，继续搬离或堆垛相邻的点。一般情况下，相邻点的X、Y坐标中的一个坐标（比如X）保持不变，只变化另一个（比如Y）。此搬运方法称为扫描搬运。

本实施例的有益效果为：通过非接触高度计以及功能头定位模组，场景检测及路线规划模块可以实时监控堆垛机器人的运行区域内各个区块的堆垛高度的变化；该堆垛高度检测技术具有精度高、可靠性高等优点；通过该检测技术，可以实现堆垛机器人的自动控制。

Claims (6)

1.一种堆垛机器人搬运线路规划装置，其特征在于所述堆垛机器人搬运线路规划装置包括场景检测及路线规划模块、功能头定位模组以及非接触高度计；所述功能头定位模组以及所述非接触高度计均连接所述场景检测及路线规划模块；所述非接触高度计安装在堆垛机器人的功能头的侧面；所述功能头定位模组用于检测所述功能头的位置坐标，所述场景检测及路线规划模块用于根据所述非接触高度计以及所述功能头定位模组的检测数据计算所述堆垛机器人的运行区域中各个区块的堆垛高度，并根据堆垛高度、所述功能头的位置坐标和目标位置规划所述功能头的移动路线。

2.根据权利要求1所述的一种堆垛机器人搬运线路规划装置，其特征在于所述堆垛机器人包括用于驱动所述功能头移动的功能头驱动机构；所述功能头驱动机构包括梁式大车、小车以及卷扬机；所述梁式大车的两端分别架设在两根平行轨道上；所述小车运行在所述梁式大车上，所述卷扬机固定安装在所述小车上；所述功能头通过所述卷扬机悬吊在所述小车下方。

3.根据权利要求2所述的一种堆垛机器人搬运线路规划装置，其特征在于所述功能头定位模组包括梁式大车定位模块、小车定位模块以及卷扬机圈数编码轮。

4.根据权利要求2所述的一种堆垛机器人搬运线路规划装置，其特征在于所述场景检测及路线规划模块连接所述堆垛机器人的控制系统；所述场景检测及路线规划模块为工控机、PLC或通用计算机。

5.根据权利要求1所述的一种堆垛机器人搬运线路规划装置，其特征在于所述非接触高度计包括安全壳、设置在所述安全壳内部的激光测高模块以及加速度传感器；所述安全壳固定安装在所述功能头的侧面，所述安全壳的底部开设有检测窗体，所述检测窗体中镶嵌有钢化玻璃；所述激光测高模块通过万向节悬吊在所述安全壳的内部；所述检测窗体的下方设置有可开合的密封挡板，所述密封挡板的一侧连接有挡板驱动机构；所述挡板驱动机构与所述激光测高模块以及所述加速度传感器连接；当所述激光测高模块检测到的相对高度小于警戒阈值时，所述挡板驱动机构驱动所述密封挡板闭合，以便遮挡所述检测窗体；当所述加速度传感器检测到持续时间超过第一时限的竖直向上的加速度时，所述挡板驱动机构驱动所述密封挡板开启；所述检测窗体的下方设置有高压冲洗喷嘴以及气体烘干喷嘴；所述高压冲洗喷嘴连接高压水源，所述气体烘干喷嘴通过气体加热装置与气瓶连接；当所述密封挡板处于开启状态时，每隔预定时间，所述高压冲洗喷嘴对所述检测窗体进行冲洗，冲洗后所述气体烘干喷嘴对所述检测窗体进行烘干。

6.根据权利要求2所述的一种堆垛机器人搬运线路规划装置，其特征在于所述小车上设置有非接触高度计；所述非接触高度计与所述场景检测及路线规划模块连接。