CN212916604U - 一种智能物流分拣小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能物流分拣小车，主要由小车本体、机械手臂、附着在机械手臂夹持装置上与小车本体的识别模块和控制板组成。小车本体部分主要由步进电机驱动轮、从动轮、履带组成，通过履带可以更精确定位，误差较低。机械手臂由6个舵机、手爪与L型连接板、舵机夹板和U型连接板组成。另外，两个舵机控制手爪的旋转和控制手爪的夹取动作和放松动作。本实用新型提高了生产过程中的自动化程度，有效的完成了工业生产的各种操作流程，以及人工所不能完成的一些操作，提高劳动生产率和降低了生产成本，改善了劳动条件，减轻了人力负担。

Description

一种智能物流分拣小车

技术领域

本实用新型属于物流分拣技术领域，尤其涉及一种智能物流分拣小车。

背景技术

近年来，随着互联网的普及，电商的飞速发展，网络购物已经成为大家普遍认可的购物方式，物流业也因此飞速发展，但也产生了一系列的问题。比如，分拣量过多，拣件人员工作量较大，工作效率较低，工作量较大时，甚至可能会有快递被重复拣件，分拣出错率一直居高不下。于此同时由于工作量较大，工作人员可能会存在暴力拣件的情况，货物损坏率高也一直是一个问题。

为了解决上述问题，部分物流公司设计了物流分拣小车，但仍然存在下列问题。

1.不能自动识别并准确抓取，仍需要人工辅助；

2.小车结构复杂，不便于拆装、维修；

3.小车制造成本较高。

为此，本实用新型针对上述问题，对此技术领域进行了研究，提出了一种智能物流分拣小车及其控制系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种智能物流分拣小车，它能通过物流分拣智能化、自动化，解决物流行业中使用大量人力对货物进行检测、分拣、搬运等存在诸多的工序、并且浪费大量人力资源的问题。

本实用新型采用如下技术方案：

一种智能物流分拣小车，由小车本体、机械手臂、附着在机械手臂夹持装置上的识别模块和控制板组成。

小车本体主要由2个驱动电机、2个驱动轮、10个从动轮、2条履带组成，2个驱动电机分别安装在车架内侧的两侧，驱动轮安装在车架外侧的前端两侧，驱动电机通过联轴器与驱动轮相接，车架外侧底部还安装有从动轮，两侧车架底部各5个，两侧的驱动轮和5个从动轮分别绕设有履带。

机械手臂通过螺栓固定在小车本体上。

机械手臂末端中部和小车本体上安装有识别模块。

识别模块由视觉传感器、超声波传感器、循迹传感器组成，视觉传感器安装在舵机Ⅰ处U形板上方上，超声波传感器与循迹传感器都并列集中安装在控制板前端的正下方，视觉传感器能正确识别快递的条形码，识别出快递所在省份；超声波识别模块能识别出移动路线上的快递和障碍；循迹传感器能识别出小车的移动路线，确保小车不会跑偏。在控制板上，将各个模块的接线柱分区，通过控制电信号输入，控制舵机的转动角度，操控手臂完成夹取。视觉传感器安装在手臂前端，应用于小车开机后，对物体二维码进行扫描输入控制信号，控制系统程序根据输入信号调用对应的运行程序，按设定的路线完成指定的运输任务。

识别模块与控制板信号相连；

控制板，安装在下板上，通过六角螺栓固定在下板后端的中央，控制板是小车实现智能分拣的控制核心，通过传感器及时传回的识别信息多车体输入使小车移动、夹取等指令。在控制板左下角的六个接口是用于连接舵机，通过程序运行，改变输入电信号来调整舵机的转动角度，以完成夹取动作。

进一步的技术方案，机械手臂通过4颗均匀分布在云台上的螺栓固定在小车的上板的中央，调节双通铜柱的长度，可以调节云台距离小车上板的高度。

进一步的技术方案，机械手臂上有6个舵机，从上到下依次为舵机Ⅰ、舵机Ⅱ、舵机Ⅲ、舵机Ⅳ、舵机Ⅴ、舵机Ⅵ；

舵机Ⅰ安装在手爪支撑板上；

舵机Ⅱ安装在第一电机装夹板上；

舵机Ⅲ安装在第二电机装夹板上，第二电机装夹板的背面通过第一L型板与舵机Ⅱ的第一电机装夹板贴合并通过螺栓固定，舵机Ⅲ的另一端与第一U型板相连；

舵机Ⅳ是安装在第三电机装夹板上，第三电机装夹板的一端通过第二L型板与第一U型板相连，舵机Ⅳ的另一端是与第二U型板相连；

舵机Ⅴ是安装在第四电机装夹板上，第四电机装夹板的一端固定在云台内环上，舵机Ⅴ的另一端与第三U型板相连；

舵机Ⅵ是固定在云台的下板上的，舵机Ⅵ的一端是与云台内环相连，舵机Ⅵ的转动使得云台内环也在转动。

进一步的技术方案，手爪安装在舵机Ⅰ上。

进一步的技术方案，舵机Ⅱ输出轴上通过舵盘和半圆形L板与手爪相接。

进一步的技术方案，舵机Ⅲ、舵机Ⅳ、舵机Ⅴ、和舵机Ⅱ是联动的，使得手爪能够实现在Y轴和Z轴的前后移动与旋转。

进一步的技术方案，舵机Ⅲ、舵机Ⅳ、舵机Ⅴ、和舵机Ⅵ是联动的，使得手爪能够实现在X轴的前后移动与旋转。

进一步的技术方案，舵机Ⅰ的输出轴插入手爪有半齿的一端，两手爪末端的半齿相啮合，舵机的转动使得手爪末端的半齿转动从而使得手爪前端形成类似于杠杆原理来完成控制手爪的抓取与放松，手爪上部端件的尾部与手爪下端部件的顶部相连，手爪上部端件的中部与手爪中端部件的顶部相连，手爪中端件的中部与手爪支撑板相连，手爪中端部件的尾部与手爪支撑板相连。

进一步的技术方案，舵机Ⅱ安装在第一电机装夹板上，同时其输出轴上通过舵盘和半圆形L板与手爪相接。

电池是由4节5号干电池串联而成。放置于小车控制板下。

小车的控制板通过4颗均匀分布的M2螺栓固定在小车的下板14后端的中央。控制板的高度通过双通柱的长度来调节控制板距离小车下底板的高度。控制板与小车下底板之间用于存放电池。

一种智能物流分拣小车的控制方法，包括如下步骤：

(1)小车由工作人员开启，小车循迹传感器启动，小车通过车体上的2个驱动电机同时转动，小车能向前移动；若1个驱动电机转动，小车就能进行转弯。

(2)小车行进时超声波传感器将会开启，通过超声波探测分拣小车前进道路上的路障，当前方有路障或者快递时，通过超声波传感器反馈回分拣小车，使小车停止前进。

(3)小车停止后，手爪上带着的视觉传感器将会对该障碍或者快递条形码进行扫描，判断是否为快递及读取快递所在地的派发点。

识别方法：通过摄像头(如GM65)采集包裹上的数字信息，并将数字信息编码，调制传输至无线模块，无线模块将数字信息编码发射出去。接受端通过天线接收微弱信号，微弱信号经过放大，解调，矫正将正确的数字信息传输至单片机处理。物体在传送带上以一定速度前进，当识别模块识别到物体时，发出信号，单片机接收到信号中断，发出控制智能物流小车信号，小信号经过放大电压电流进而驱动智能物流小车抓取物体运输货物至目的地。

若是快递则执行(4)，若不是快递，小车将会通过超声波传感器绕过障碍物、循迹传感器找寻正确的行进道路，执行步骤2。

(4)分拣小车超声波传感器和视觉传感器辨别出分拣小车为原点的三维坐标，通过已经建立好的D-H模型，控制机械手臂的夹取轨迹，将快递准确的夹取。

(5)通过视觉识别条形码城市信息，控制板将会规划好快递到该城市投放点的行进路程，将快递运送到指定快递投放点。

(6)当小车将快递放着投放点时，完成一次拣件，重复执行(2)。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型相对于传统人力搬运而言，能够实现高效不间断连续工作，大大减轻了人力劳动强度，提高了劳动生产率。

2.本实用新型装置的机械手臂拥有6个自由度，如果手臂的自由度太少会导致太动作僵硬，行动缓慢，同时也会造成小车手臂在三维空间里的运动空间收到一定的限制，部分区域可能无法拾取到物体，弯曲不到位；但是如果随意的增加自由度，导致自由度过大，则会使得小车的控制变地更加复杂，不利于操作和控制，小车反应变得迟缓，也会使得制作成本增加。在考虑到经济因素和小车的实际运用过程中可能面临到的问题，所以本实用新型装置机械手臂选用的使6个自由度。其中6各个自由度分别为手臂主体旋转，手臂伸缩，手臂弯曲，手爪的旋转，手爪的夹取，手爪弯曲。通过六个自由度紧密的配合，完成小车夹放快递的动作。行为动作类似于人的手臂，具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高等特点，适合于几乎任何轨迹或角度的工作。

3.在机械手臂夹取运动上采用D-H建模方法，反解出机械手臂夹取过程中的运动路径，使机械手臂能够更快速、更平稳的夹取快递。

4.所需结构可以根据不同工况适当的改装就可实现多用的功能，可根据不同用户的需求应用到不同的领域，操作方便，维护方便。

5.本实用新型具有自动识别功能，能够按照预设的程序自动识别物体并传回数据至控制器完成相应的动作。

附图说明

图1本实用新型的控制方法流程图；

图2小车的侧视图；

图3小车的正视图；

图4(a)-图4(c)分别为图3中A、B、C的局部放大图；

图5小车俯视图；

图6循迹传感器、控制板、超声波模块安装示意图；

图7识别模块安装示意图；

图8手臂与小车连接示意图；

图9分拣小车控制系统框图；

图10识别模块识别流程图；

图11为D-H建模流程图；

图中，1-驱动轮、2-从动轮、3-履带、4-云台、5-云台外环、6-舵机Ⅴ、7-第二U型板、8-第三电机装夹板、9-第二L型板、10-舵盘、11-半圆型L板、12-双通铜柱、13-上板、14-下板、15-垫片、16-手爪上端部件、17-手爪中端部件、18-手爪下端部件、19-手爪支撑板、20-舵机Ⅱ、21-云台内环、22-驱动电机、23-舵机Ⅰ、24-第二电机装夹板、25-舵机Ⅲ、26-第一U型板、27-舵机Ⅳ、28-第三U型板、29-舵机Ⅵ、30-第四电机装夹板、31-第一L型板、32-第一电机装夹板、33-超声波传感器、34-循迹传感器、35-控制板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2至图8所示，本实用新型的一种智能物流分拣小车，由小车本体、机械手臂、附着在机械手臂夹持装置上的条形码传感器、车体上的超声波传感器33、循迹传感器34和控制板35组成。

小车本体主要由2个驱动电机22、2个驱动轮1、10个从动轮2、2条履带3组成。

2个驱动电机22分别安装在车架内侧的前端两侧上，驱动轮1安装在车架外侧的前端两侧上，驱动电机22通过联轴器与驱动轮1相接，车架外侧底部还安装有从动轮2，车架底部两侧各5个，两侧的驱动轮和两侧5个从动轮分别绕设有履带，垫片15安装在两侧驱动轮1的内侧。

机械手臂主要由6个舵机、手爪和U型板组成。5个舵机使机械手臂具有6个自由度，另外1个舵机，控制手爪的夹取动作。

机械手臂通过4颗均匀分布在云台4上的M4X70的六角头螺栓固定在小车的上板13的中央，调节双通铜柱12的长度，可以调节云台4到小车上板13的高度。云台外环5与云台4处于同一水平面，同时，第一片云台外环与第二片云台外环间隔由轴承固定，四周由螺栓连接。

机械手臂上有6个舵机，从上到下依次为舵机Ⅰ23、舵机Ⅱ20、舵机Ⅲ25、舵机Ⅳ27、舵机Ⅴ6、舵机Ⅵ29。手爪安装在舵机Ⅰ23上，同时舵机Ⅰ23的输出轴插入手爪有半齿的一端，由于两手爪末端的半齿相啮合，所以舵机的转动使得手爪末端的半齿转动，从而使得手爪前端形成类似于杠杆原理来完成控制手爪的抓取与放松，手爪上端部件16的尾部与手爪下端部件18的顶部相连，手爪上端部件16的中部与手爪中端部件17的顶部相连，手爪中端件17的中部与手爪支撑板19相连，同时该舵机的正面的中间部位上安装有视觉传感器，可以准确的识别物体。

舵机Ⅱ20安装在第一电机装夹板32上，同时其输出轴上通过舵盘10和半圆形L板11与手爪相接，用于控制手爪在Y轴上360度的旋转。

舵机Ⅲ25安装在第二电机装夹板24上，第二电机装夹板24的背面通过第一L型板31与舵机Ⅱ20的第一电机装夹板32贴合并通过螺栓固定，舵机Ⅲ25的另一端与第一U型板26相连，控制手爪在Z轴上上下摆动。

舵机Ⅳ27是安装在第三电机装夹板8上，第三电机装夹板8的一端通过第二L型板9与第一U型板26相连，舵机Ⅳ27的另一端是与第二U型板7相连，控制机械手臂的上半部分在Z轴上的上下摆动，与舵机Ⅲ25的作用相同，舵机Ⅳ27是为了增加手臂的弯曲度。

舵机Ⅴ6是安装在第四电机装夹板30上，第四电机装夹板30的一端固定在云台内环21上，舵机Ⅴ6的另一端与第三U型板28相连，控制整个机械手臂在Z平面上的一个上下摆动。

舵机Ⅵ29是固定在云台4的下板14上的，舵机Ⅵ29的一端是与云台内环21相连，舵机Ⅵ29的转动使得云台内环21也在转动，使机械手臂在Z轴旋转。

舵机Ⅲ25、舵机Ⅳ27、舵机Ⅴ6、和舵机Ⅱ20是联动的，可以使得手爪能够实现在Y轴和Z轴的前后移动与旋转。

舵机Ⅲ25、舵机Ⅳ27、舵机Ⅴ6、和舵机Ⅵ29是联动的，可以使得手爪能够实现在X轴的前后移动与旋转。

识别模块由视觉传感器(7MJ20101AA)、超声波传感器33(GP2Y0A02YK0F)、循迹传感器34(TCRT5000)组成。

超声波传感器33与循迹传感器34都并列集中安装在控制板35前端的正下方。

视觉传感器能正确识别快递的条形码，识别出快递所在省份；超声波传感器33能识别出移动路线上的快递和障碍；循迹传感器34能识别出小车的移动路线，确保小车不会跑偏。

控制板35(芯片IAP 15W4K61S4)，安装在下板14上，通过六角螺栓固定在下板14后端的中央，控制板35是小车实现智能分拣的控制核心，通过传感器及时传回的识别信息多车体输入使小车移动、夹取等指令。

电池是由4节5号干电池串联而成。放置于小车控制板35下。

如图1、9、10、11所示，一种智能物流分拣小车的控制方法，包括如下步骤：

步骤1.小车由工作人员开启，小车循迹传感器34启动，小车通过车体上的2个驱动电机22同时启动。

当2个驱动电机22同时转动，小车能向前移动，若其中1个驱动电机22转动，一个驱动电机22就能向左/右进行转弯。

步骤2.小车行进时，超声波传感器33将会开启，通过超声波探测小车前进的路障；

当前方有路障或者快递时，通过超声波传感器33的反馈会使小车停止行进。

步骤3.小车停止后，手爪上的视觉传感器将会对该障碍物或者快递条形码进行扫描，判断是否为快递及快递所在地的派发地。

通过摄像头(如GM65)采集(障碍物或者快递)包裹上的数字信息，并将数字信息编码，调制传输至无线模块，无线模块将数字信息编码发射出去。接受端通过天线接收微弱信号，微弱信号经过放大，解调，矫正将正确的数字信息传输至控制板(单片机)处理。

小车在特定的路线上以一定速度前进，当识别模块识别到物体时，发出信号，控制板35(单片机)接收到信号中断，发出控制智能物流小车信号，小车信号经过放大电压电流进而驱动智能物流小车抓取物体运输货物至目的地。

若是快递则执行步骤4，若不是快递，小车将会通过超声波传感器的绕过障碍物、循迹传感器34找寻正确的行进道路，继续执行步骤2。

步骤4.小车超声波传感器33，以及视觉传感器辨别出快递小车为原点的三维坐标，在控制板通过已经建立好的D-H模型，控制机械手臂的夹取轨迹，将快递准确的夹取。

步骤5.通过视觉识别条形码城市信息，控制板35将会规划好快递到该城市投放点的行进路程，将快递运送到指定快递投放点。

步骤6.当小车将快递放在投放点时，完成一次拣件，继续执行步骤2。

本实用新型的一种智能物流分拣小车是一个工业搬运机器人，通过系统配合工作，实现自动识别物体，传回数据至控制器自动完成相应动作。不仅能连续高效的工作，能解决当前人工工作效率低，货物量日益增长的难题。还可根据工作需求，改变结构，定制相应的程序进行生产工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种智能物流分拣小车，由小车本体、机械手臂、附着在机械手臂夹持装置上的识别模块和控制板组成；

小车本体由2个驱动电机、2个驱动轮、10个从动轮、2条履带组成，2个驱动电机分别安装在车架内侧的两侧，驱动轮安装在车架外侧的前端两侧，驱动电机通过联轴器与驱动轮相连，车架外侧底部还安装有从动轮，两侧车架底部各5个，两侧的驱动轮和两侧5个从动轮分别绕设有履带；

其特征在于，

机械手臂通过螺栓固定在小车本体上；

机械手臂末端中部和小车本体上安装有识别模块；

识别模块由视觉传感器、超声波传感器、循迹传感器组成，视觉传感器安装在舵机Ⅰ处U形板上方上，超声波传感器与循迹传感器都并列集中安装在控制板前端的正下方，视觉传感器能正确识别快递的条形码，识别出快递所在省份；超声波识别模块能识别出移动路线上的快递和障碍；循迹传感器能识别出小车的移动路线，确保小车不会跑偏；

识别模块与控制板信号相连；

控制板，安装在下板上，通过六角螺栓固定在下板后端的中央；

机械手臂通过4颗均匀分布在云台上的螺栓固定在小车的上板的中央，云台距离小车上板的高度通过调节双通铜柱的长度调节。

2.根据权利要求1所述的一种智能物流分拣小车，其特征在于，机械手臂上有6个舵机，从上到下依次为舵机Ⅰ、舵机Ⅱ、舵机Ⅲ、舵机Ⅳ、舵机Ⅴ、舵机Ⅵ；

舵机Ⅰ安装在手爪支撑板上；

舵机Ⅱ安装在第一电机装夹板上；

舵机Ⅲ安装在第二电机装夹板上，第二电机装夹板的背面通过第一L型板与舵机Ⅱ的第一电机装夹板贴合并通过螺栓固定，舵机Ⅲ的另一端与第一U型板相连；

舵机Ⅳ是安装在第三电机装夹板上，第三电机装夹板的一端通过第二L型板与第一U型板相连，舵机Ⅳ的另一端是与第二U型板相连；

舵机Ⅴ是安装在第四电机装夹板上，第四电机装夹板的一端固定在云台内环上，舵机Ⅴ的另一端与第三U型板相连；

舵机Ⅵ是固定在云台的下板上的，舵机Ⅵ的一端是与云台内环相连，舵机Ⅵ的转动使得云台内环也在转动。

3.根据权利要求2所述的一种智能物流分拣小车，其特征在于，手爪安装在舵机Ⅰ上。

4.根据权利要求2所述的一种智能物流分拣小车，其特征在于，舵机Ⅱ输出轴上通过舵盘和半圆形L板与手爪相接。

5.根据权利要求2所述的一种智能物流分拣小车，其特征在于，舵机Ⅰ的输出轴插入手爪有半齿的一端，两手爪末端的半齿相啮合，舵机的转动使得手爪末端的半齿转动从而使得手爪前端形成类似于杠杆原理来完成控制手爪的抓取与放松，手爪上部端件的尾部与手爪下端部件的顶部相连，手爪上部端件的中部与手爪中端部件的顶部相连，手爪中端件的中部与手爪支撑板相连，手爪中端部件的尾部与手爪支撑板相连。

6.根据权利要求2所述的一种智能物流分拣小车，其特征在于，舵机Ⅱ安装在第一电机装夹板上，同时其输出轴上通过舵盘和半圆形L板与手爪相接。

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