CN208061024U - 一种电商分拣自动跟随机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种电商分拣自动跟随机器人，设置万向轮，方便机器人转向操作更加灵活、平稳；设置激光雷达，识别定位操作人员的位置，同时对周围环境进行扫描，识别障碍物特征，实现自主避障，且当超过安全距离时对机器人进行制动；设置UWB基站和UWB标签，定位跟随目标的位置，配合激光雷达实现双重精确定位，提高了定位精确性和可靠性；设置超声波传感器，当激光雷达出现故障或者识别不准时，位于四周的超声波传感器通过对障碍物的距离测定使机器人仍能紧急制动，提高了机器人的安全性和可靠性；传感器分布合理，提高了检测周围环境的精确性，同时具有良好的环境友好性和人机交互性，操作者易于操作和控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动跟随机器人领域，尤其涉及一种电商分拣自动跟随机器人。
背景技术
随着电商业务的快速发展，对于目前主要采用的人工拣货方式，其人力成本的挑战越来越高。据统计，拣货员在仓库来回拣货所花费的时间占整个仓储操作的60％-70％。
为了克服巨大的人力成本，目前已经出现将跟随机器人运用到拣货操作中的防守，其包括智能无人仓库，如KIVA系统，所有任务均由机器人完成。例如中国专利CN201410296030.1就揭示了一种基于智能AGV的商品分拣方法，利用低成本的自动引导车来自动搬运货架，自动引导车可根据控制终端下发的信息自主控制实现移动及装卸货架。还有一种就是通过人-机器人协作的方式，即仓储机器人跟随拣货员在仓库中行走拣货，待机器人达到最大容量并接收到运送指令时将商品自动运送到操作台进行进一步处理。
现有电商分拣自动跟随机器人的人机协作性差，人机交互能力存在障碍，传感器的识别能力和识别范围较差，受现有自动跟随机器人的机械结构和物理空间的限制，现有自动跟随机器人的传感器的布局存在不合理性，其检测范围也受到一定条件的约束。另一方面，现有的自动跟随机器人的操作过程复杂，不具有较好的用户体验性。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种人机协作性好、交互能力强，传感器布置合理、识别能力强的电商分拣自动跟随机器人。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种电商分拣自动跟随机器人，包括车体、两驱动轮、两轴承座和两减震弹簧，两驱动轮分别设置于车体两侧并与两轴承座可转动连接，两减震弹簧分别连接两轴承座和车体，车体顶部设置有载货区，还包括激光雷达数据处理器和驱动轮运动控制装置，
激光雷达，识别定位操作人员的位置，同时对周围环境进行扫描，识别障碍物特征；
数据处理器，与激光雷达和驱动轮运动控制装置信号连接，根据操作人员的位置，生成行进路线，并根据障碍物特征控制驱动轮运动控制装置调节驱动轮的运动方向以避开障碍物。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括UWB基站和UWB标签，其中，
UWB标签置于跟随目标上，按照一定的频率发射UWB脉冲信号；
UWB基站，设置于车体上，与数据处理器信号连接，接收UWB标签发射的UWB脉冲信号并发送给数据处理器；
数据处理器，与UWB基站信号连接，根据UWB基站接收到的UWB脉冲信号计算机器人与跟随目标之间的距离及角度，调整行进路线。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括超声波传感器，设置于车体上，与数据处理器信号连接，测定机器人与周围障碍物的距离并发送给数据处理器；数据处理器根据超声波传感器测定的距离调整更新行进路线。
在以上两种优选技术方案的基础上，进一步优选的，超声波传感器设置有四个，分别设置于车体四个侧面上；UWB基站设置有两个，分别设置于车体前后侧面的中心线上，UWB基站距离地面1.3米～1.4米；激光雷达设置于车体中心位置，距离地面高度为0.5米～1.1米。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括四个万向轮，四个万向轮分别设置于车体底面四个角上。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括两控制台、显示屏和操作按钮，两控制台倾斜设置于车体前后侧面上，显示屏和操作按钮分别嵌入设置在控制台上并与数据处理器信号连接，控制台高度距离地面0.7米～1.2米。进一步优选的，还包括四个力传感器，分别设置于载货区四个底角处，与数据处理器信号连接，采集载货区内的货物重量信息并发送给数据处理器，数据处理器将货物重量信息发送给显示屏进行显示。进一步优选的，还包括喇叭，与数据处理器信号连接。进一步优选的，还包括陀螺仪，与数据处理器信号连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括两防撞杠，分别设置于车体前后两侧面上。
本实用新型的电商分拣自动跟随机器人相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)设置万向轮，方便机器人转向操作更加灵活、平稳；
(2)设置激光雷达，识别定位操作人员的位置，同时对周围环境进行扫描，识别障碍物特征，实现自主避障，且当超过安全距离时对机器人进行制动；
(3)设置UWB基站和UWB标签，定位跟随目标的位置，配合激光雷达实现双重精确定位，提高了定位精确性和可靠性；
(4)设置超声波传感器，当激光雷达出现故障或者识别不准时，位于四周的超声波传感器通过对障碍物的距离测定使机器人仍能紧急制动，提高了机器人的安全性和可靠性；
(5)传感器分布合理，提高了检测周围环境的精确性，同时具有良好的环境友好性和人机交互性，操作者易于操作和控制。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型电商分拣自动跟随机器人的拆解结构正视图；
图2为本实用新型电商分拣自动跟随机器人的右视图；
图3为本实用新型电商分拣自动跟随机器人的俯视图；
图4为本实用新型电商分拣自动跟随机器人的拆解结构立体图；
图5为本实用新型电商分拣自动跟随机器人的电路连接关系图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，结合图2～图5，本实用新型的电商分拣自动跟随机器人，机械部分包括车体10、两驱动轮11、两轴承座12、两减震弹簧13、四个万向轮14、两控制台15和两防撞杠16。电路部分包括UWB基站20、超声波传感器21、UWB标签22、数据处理器23、驱动轮运动控制装置24、激光雷达25、陀螺仪26、显示屏27和操作按钮28、四个力传感器29和喇叭30。
其中，作为机械部分，如图4，车体10采用框架形结构，减轻整体重量，提高车体的结构稳定性，减少车身加工装配的难度。如图3，车体10顶部设置有载货区17，用于放置分拣的货物。作为驱动部分，如图1，两驱动轮11分别设置于车体10两侧并与两轴承座12可转动连接，两减震弹簧13分别连接两轴承座12和车体10，实现所述驱动轮11与车体10的之间的连接，将承载力由地面传送到车身，减震弹簧具有弹性，具有缓冲减震的作用，在机器人突然受到较大的外力或者驱动轮11经过凸起障碍时能减轻对车体10的冲击，保护车体10和车体10内各部件。四个万向轮14分别设置于车体10底面四个角上，如此，通过调节两驱动轮11，使之具备不同的转速，即可实现车体10的转向，四个万向轮14的设置是小车受力的主要部分，将货物重量传送至地面，其万向性的特点同时使小车方便灵活的转向。作为驱动控制的部分，数据处理器23根据行进路线控制驱动轮运动控制装置24调节驱动轮11的运动方向，两驱动轮11分别传动连接伺服电机及减速器，驱动轮运动控制装置24通过控制两个电机的转速调节车体10转向。
两防撞杠16分别设置于车体10前后两侧面上，具有减轻碰撞和冲击，保护车体10的功能。
两控制台15倾斜设置于车体10前后侧面上，高度距离地面0.7米～1.2米。提高操作人员操作的灵活性和适应性。
作为电路部分，如图5，本实用新型的电商分拣自动跟随机器人设置有多组传感器，其中，
激光雷达25与数据处理器23信号连接，识别定位操作人员的位置，同时对周围环境进行扫描，识别障碍物特征，帮助机器人绕过障碍物。具体的，激光雷达25设置于车体10中心位置，距离地面高度为0.5米～1.1米。
UWB标签22置于跟随目标上，按照一定的频率发射UWB脉冲信号，可采用现有技术。
UWB基站20，设置于车体10上，与数据处理器23信号连接，接收UWB标签22发射的UWB脉冲信号并发送给数据处理器23，可采用现有技术。具体的，UWB基站20设置有两个，分别设置于车体10前后侧面的中心线上，UWB基站20距离地面1.3米～1.4米。如此，UWB基站20配合激光雷达25实现双重精确定位，提高了机器人的定位精确性和可靠性。
超声波传感器21，设置于车体10上，与数据处理器23信号连接。具体的，超声波传感器21设置有四个，分别设置于车体10四个侧面上。当激光雷达25出现故障或者识别不准时，超声波传感21向四周发射超声波，根据超声波测定机器人与周围障碍物的距离，当测定距离超过警戒值时发出警报，同时控制机器人减速或停车。
当货物超重超过电机的驱动功率会导致电机停车烧坏，四个力传感器29分别设置于载货区17四个底角处，与数据处理器23信号连接，采集载货区17内的货物重量信息并发送给数据处理器23，数据处理器23将货物重量信息发送给显示屏27进行显示，用于操作人员的查看。
数据处理器23，与驱动轮运动控制装置24信号连接，根据操作人员的位置，生成行进路线，并根据障碍物特征控制驱动轮运动控制装置24调节驱动轮11的运动方向以避开障碍物。
作为人机交互部分，显示屏27和操作按钮28，显示屏27和操作按钮28分别嵌入设置在控制台15上并与数据处理器23信号连接。操作按钮28包括急停按钮和模式按钮，方便操作人员在遇到紧急情况时紧急停车，或者根据工作模式切换不同的模式按钮，一般包括两种工作模式：工作模式A用于开机后选择自动跟随工作模式，机器人将识别并跟随操作人员；工作模式B用于自主导航的工作模式，机器人自主规划路线回归卸货区。
具体的，还包括喇叭30，与数据处理器23信号连接。用于对操作人员报警提示，当机器人所承受货物超重，机器人遇到无法越过的障碍物，机器人即将撞到障碍物或者电池电量不足均发出警报，且不同类型的故障所发出的警报声音不同，提醒操作人员对机器人解除相应故障。
陀螺仪26，用于测量机器人的加速度等运动信息，监测机器人的运动状态，配合伺服电机编码器数据实现机器人的惯性导航。
本实用新型的电商分拣自动跟随机器人工作方式如下：
先是通过激光雷达25对周围环境进行扫描，定位操作人员的位置，然后通过控制驱动轮11实现机器人的跟随功能；
同时，机器人也可以通过UWB基站20定位操作人员所持的UWB标签22的位置，配合激光雷达25实现双重精确定位，提高机器人的定位精确性和可靠性；
在其他设备将要碰撞机器人时，通过激光雷达26对安全阈值内的监测实现自主避障，且当超过安全距离时通过喇叭30报警，并对机器人进行制动；当激光雷达26出现故障或者识别不准时，位于车体10四周的超声波传感器21通过对障碍物的距离测定使机器人仍能紧急制动，提高了机器人的安全性和可靠性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电商分拣自动跟随机器人，包括车体(10)、两驱动轮(11)、两轴承座(12)和两减震弹簧(13)，两驱动轮(11)分别设置于车体(10)两侧并与两轴承座(12)可转动连接，两减震弹簧(13)分别连接两轴承座(12)和车体(10)，车体(10)顶部设置有载货区(17)，其特征在于：还包括激光雷达(25)、数据处理器(23)和驱动轮运动控制装置(24)，
激光雷达(25)，识别定位操作人员的位置，同时对周围环境进行扫描，识别障碍物特征；
数据处理器(23)，与激光雷达(25)和驱动轮运动控制装置(24)信号连接，根据操作人员的位置，生成行进路线，并根据障碍物特征控制驱动轮运动控制装置(24)调节驱动轮(11)的运动方向以避开障碍物。
2.如权利要求1所述的电商分拣自动跟随机器人，其特征在于：还包括UWB基站(20)和UWB标签(22)，其中，
UWB标签(22)置于跟随目标上，按照一定的频率发射UWB脉冲信号；
UWB基站(20)，设置于车体(10)上，与数据处理器(23)信号连接，接收UWB标签(22)发射的UWB脉冲信号并发送给数据处理器(23)；
数据处理器(23)，与UWB基站(20)信号连接，根据UWB基站(20)接收到的UWB脉冲信号计算机器人与跟随目标之间的距离及角度，调整行进路线。
3.如权利要求1所述的电商分拣自动跟随机器人，其特征在于：还包括超声波传感器(21)，设置于车体(10)上，与数据处理器(23)信号连接，测定机器人与周围障碍物的距离并发送给数据处理器(23)；数据处理器(23)根据超声波传感器(21)测定的距离调整更新行进路线。
4.如权利要求2或3所述的电商分拣自动跟随机器人，其特征在于：超声波传感器(21)设置有四个，分别设置于车体(10)四个侧面上；UWB基站(20)设置有两个，分别设置于车体(10)前后侧面的中心线上，UWB基站(20)距离地面1.3米～1.4米；激光雷达(25)设置于车体(10)中心位置，距离地面高度为0.5米～1.1米。
5.如权利要求1所述的电商分拣自动跟随机器人，其特征在于：还包括四个万向轮(14)，四个万向轮(14)分别设置于车体(10)底面四个角上。
6.如权利要求1所述的电商分拣自动跟随机器人，其特征在于：还包括两控制台(15)、显示屏(27)和操作按钮(28)，两控制台(15)倾斜设置于车体(10)前后侧面上，显示屏(27)和操作按钮(28)分别嵌入设置在控制台(15)上并与数据处理器(23)信号连接，控制台(15)高度距离地面0.7米～1.2米。
7.如权利要求6所述的电商分拣自动跟随机器人，其特征在于：还包括四个力传感器(29)，分别设置于载货区(17)四个底角处，与数据处理器(23)信号连接，采集载货区(17)内的货物重量信息并发送给数据处理器(23)，数据处理器(23)将货物重量信息发送给显示屏(27)进行显示。
8.如权利要求6所述的电商分拣自动跟随机器人，其特征在于：还包括喇叭(30)，与数据处理器(23)信号连接。
9.如权利要求6所述的电商分拣自动跟随机器人，其特征在于：还包括陀螺仪(26)，与数据处理器(23)信号连接。
10.如权利要求1所述的电商分拣自动跟随机器人，其特征在于：还包括两防撞杠(16)，分别设置于车体(10)前后两侧面上。
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