CN215324891U - 一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供定位效率高且安全性高的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，包括用于控制智能四向搬运机器人本体动作的控制模块、设于主轨道上且与每一次轨道的位置一一对应的定位片、设于智能四向搬运机器人本体的底部且用于探测定位片的第一感应器、设于每一次轨道两侧的定位挡板、用于探测定位挡板的第二感应器和第三感应器、用于计数的编码器，控制模块当第一感应器探测到定位片时控制编码器开始计数，控制模块当第二感应器和第三感应器均没有探测到定位挡板时将编码器当前的计数值记录为偏移值。

Description

一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构

【技术领域】

本实用新型涉及物流储运领域，尤其是一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构。

【背景技术】

物流智能四向搬运机器人项目一般由货架、智能四向搬运机器人本体(四向车/小车)、仓储控制系统软件(WCS)、升降机、输送线、拆盘/叠盘机等组成。货架包括托盘储存架和智能四向搬运机器人本体行走所需的导轨(称为轨道)。轨道分X方向和Y方向，X方向称为主轨道，智能四向搬运机器人本体在主轨道高速运行；Y方向称为次轨道，或称货架道。次轨道上设有托盘支撑架，用于储存托盘。主轨道上，在每个次轨道的入口处安装有RFID芯片和定位片。智能四向搬运机器人本体是行走于货架中的运载工具，把托盘从一个位置搬运到另一个位置，从而完成托盘的搬动作业，包括：入库、出库、移位等。所有允许智能四向搬运机器人本体停留的点(次轨道与主轨道相交的位置处)，都有对应的坐标值(X,Y,Z)相对应。WCS是控制软件，根据作业任务要求，指挥智能四向搬运机器人的所有动作，包括行走、顶升、下降等。WCS通过发送坐标值(X,Y)给小车PLC(或单片机)，使小车运行到指定位置。小车的一系列动作组合成一个托盘的搬运任务。

入库时，智能四向搬运机器人本体从入口处(主轨道最始端)获取托盘后(托盘置于智能四向搬运机器人本体的顶部)，在主轨道X方向移到次轨道入口(指定的X坐标)后，智能四向搬运机器人本体换向，在次轨道Y方向上运行，把托盘运送到目标储存位(指定的Y坐标)。出库时，智能四向搬运机器人本体在主轨道X方向移到次轨道入口(指定的X坐标)后，智能四向搬运机器人本体换向，在Y方向上运行，到达出库托盘的储存位(指定Y坐标)后，顶起托盘，再将托盘运送到指定的出口位置。智能四向搬运机器人本体从主轨道(X方向)换向进入次轨道(Y方向)时，要求小车在X方向停下时，智能四向搬运机器人本体需要正好对着Y方向导轨，并且停止点的精度要求在±2mm的范围内。因此智能四向搬运机器人项目实施的重点和要点在于确保智能四向搬运机器人本体的停止点精度。

目前现有的定位方法是在货架上安装RFID芯片或张贴条形码，智能四向搬运机器人通过RFID读卡器或条码扫描器识别智能四向搬运机器人本体当前的坐标位置，以用于小车高速运行时的定位。当智能四向搬运机器人本体到达目标位前，智能四向搬运机器人本体开始减速，当到达目标坐标时，通过感应安装于主轨道上的定位片进行精确定位。

目前定位片的定位原理如下：将定位片安装于主轨道上，并使其位于对应次轨道入口的正中心位置。在智能四向搬运机器人本体上，安装两个光电感应器(称定位光电)，两个光电感应器位于小车中心线对称位置，向下照射。两个位光电间距96mm，刚好小于定位片长度4mm(定位片长度为100mm)，相当于中心对齐时，允许左右误差2mm。当智能四向搬运机器人本体的2个定位光电都感应到定位片时，视为小车位于次轨道中心位置；否则，则小车自行左右慢速移动，调整位置，直到对齐为止。目前现有定位方法是通过调整定位片位置来确保智能四向搬运机器人本体的停止位精度，但是由于货架制造精度，安装精度等方面的误差，需要精确调整每个定位片的位。具体步骤为：将小车慢速开次轨道入口处，通过电脑程序检查两个定位光电都是否感应到定位片，检查小车是否位于次轨道中心线，如果不在小心线则记录偏差值并移开智能四向搬运机器人本体(因为定位片在智能四向搬运机器人本体下方，必须移开智能四向搬运机器人本体才能调整定位片位置)，然后左右调整定位片位置，如此重复，直到智能四向搬运机器人本体停止后位于次轨道的中心线位置处。

因此，传统的定位方法需要按照如下步骤对每个次轨道的定位片进行调整定位：测量→移开小车→调整→再测量→再移开小车→再调整→…，如此反复进行，直到智能四向搬运机器人本体停止于次轨道的中心位置处。该方法平均每个次轨道需要消耗的时间约为10分钟，非常繁琐，效率低下，而且还需要操作员长时间进行高空作业(移开开车和调整定位片位置，而且货架一般有多层，且每层高度为1米到2米不等)，存在一定的安全隐患。

【实用新型内容】

本实用新型要解决的技术问题是提供定位效率高且安全性高的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，包括用于控制智能四向搬运机器人本体动作的控制模块、设于主轨道上且与每一次轨道的位置一一对应的定位片、设于智能四向搬运机器人本体的底部且用于探测所述定位片的第一感应器、设于每一次轨道两侧的定位挡板、设于智能四向搬运机器人本体的中心对称位置上且分别用于探测次轨道两侧定位挡板的第二感应器和第三感应器、与所述控制模块电连接且用于计数的编码器，所述控制模块与所述第一感应器电连接且当所述第一感应器探测到所述定位片时控制所述编码器开始计数并当所述第一感应器离开所述定位片时控制所述编码器计数清零，所述控制模块也与所述第二感应器和所述第三感应器电连接且当所述第二感应器和所述第三感应器均没有探测到所述定位挡板时将所述编码器当前的计数值记录为偏移值。

如上所述的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，还包括设于主轨道上并记载有坐标值且位置与每一次轨道的位置一一对应的标签和设于所述智能四向搬运机器人本体上且与所述控制模块电连接并用于读取所述标签的坐标值的读卡器。

如上所述的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，所述第二感应器与所述第三感应器之间的间隔距离等于每一次轨道两侧的间隔距离。

如上所述的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，所述第二感应器和所述第三感应器可拆卸地设于智能四向搬运机器人本体的顶部。

如上所述的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，所述第二感应器和所述第三感应器上均设有磁铁。

如上所述的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，所述第一感应器、第二感应器和第三感应器均采用光电感应器，所述标签采用RFID芯片，所述读卡器采用RFID读卡器。

一种智能四向搬运机器人的自学定位方法，包括如下步骤：A：正向匀速运动，控制模块控制智能四向搬运机器人本体从主轨道的最始端运动至最末端；B：开始正向计数，当所述第一感应器探测到定位片时，控制模块控制编码器开始计数；C：记录正向偏移值，当第二感应器和第三感应器均没有探测到定位挡板时，控制模块将编码器当前的计数值记录为正向偏移值；D：计数清零，当第一感应器离开当前定位片时，控制模块控制编码器计数清零；E：持续正向记录，重复B至D步骤，直至智能四向搬运机器人本体运动至主轨道的最末端，从而将所有与次轨道对应的正向偏移值均记录完毕。

如上所述的一种智能四向搬运机器人的自学定位方法，还包括如下步骤：F：反向匀速运动，控制模块控制智能四向搬运机器人本体从主轨道的最末端运动至最始端；G：开始反向计数，当所述第一感应器探测到定位片时，控制模块控制编码器开始计数；H：记录反向偏移值，当第二感应器和第三感应器均没有探测到定位挡板时，控制模块将编码器当前的计数值记录为反向偏移值；I：计数清零，当第一感应器离开当前定位片时，控制模块控制编码器计数清零；K：持续反向记录，重复G至I步骤，直至智能四向搬运机器人本体运动至主轨道的最始端，从而将所有与次轨道对应的反向偏移值均记录完毕。

如上所述的一种智能四向搬运机器人的自学定位方法，在进行所述C步骤和所述H步骤时，读卡器读取当前标签的坐标值，使得控制模块记下与当前次轨道相对应的坐标值。

如上所述的一种智能四向搬运机器人的自学定位方法，在进行所述A步骤和所述F步骤时，控制模块控制智能四向搬运机器人本体匀速运动的速度为1m/s。

本实用新型相比现有技术，具有如下技术特点：

1、本实用新型利用第二感应器和第三感应器来判断智能四向搬运机器人本体是否位于次轨道的中心位置处，并利用编码器来计算第一感应器在智能四向搬运机器人本体进入相应次轨道入口处并运动至次轨道的中心位置处时相对定位片的运动偏移值，并通过控制模块对每一次轨道的偏移值数据进行记录，进而实现自学习定位，无需人工介入，在正常运行时，直接调用控制模块记录的偏移数据即可实现智能四向搬运机器人本体的快速定位。

2、本实用新型正向方向均通过自学定位，平均每个次轨道的定位学习时间消耗约为6秒，大大节省了定位片调整的时间，从而提高定位的效率。

3、本实用新型无需人工介入，避免了操作员高空作业的安全隐患，从而提高了生产的安全性。

4、若货架有发生变动，利用本实用新型的自学定位方法也可以轻易重新地进行自学定位。

【附图说明】

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本实用新型的使用状态参考图之一(智能四向搬运机器人本体进入其中一次轨道的入口处)；

图2为图1的正视图；

图3为本实用新型的使用状态参考图之二(智能四向搬运机器人本体运动至相应次轨道的中心位置处)；

图4为图3的正视图；

图5为货架的平面俯视图；

图6为货架的正视图；

图7为货架的侧视图。

【具体实施方式】

一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，包括用于控制智能四向搬运机器人本体10动作的控制模块(图中未示出，可采用WCS与PLC或单片机的结合)、设于主轨道20上且与每一次轨道30的位置一一对应的定位片2、设于智能四向搬运机器人本体10的底部且用于探测所述定位片2的第一感应器3、设于每一次轨道30两侧的定位挡板4(托盘支撑架)、设于智能四向搬运机器人本体10的中心对称位置上且分别用于探测次轨道30两侧定位挡板4的第二感应器5和第三感应器6、与控制模块电连接且用于计数的编码器，控制模块与第一感应器3电连接且当第一感应器3探测到定位片2时控制编码器开始计数并当第一感应器3离开定位片2时控制编码器计数清零，控制模块也与第二感应器5和第三感应器6电连接且当第二感应器5和第三感应器6均没有探测到定位挡板4时将编码器当前的计数值记录为偏移值。

上述的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，还包括设于主轨道20上并记载有坐标值且位置与每一次轨道30的位置一一对应的标签8和设于智能四向搬运机器人本体10上且与控制模块电连接并用于读取标签8的坐标值的读卡器9。

为准确判断智能四向搬运机器人本体10是否正好处于相应次轨道30的中心位置处，第二感应器5与第三感应器6之间的间隔距离等于每一次轨道30两侧的间隔距离。

为提高探测定位挡板4的灵敏性，探测第二感应器5和第三感应器6可拆卸地设于智能四向搬运机器人本体10的顶部。由于正常运作时，智能四向搬运机器人本体10的顶部不能安装任何装置(需要放置托盘以搬运货物)，所以在自学习定位完成后，需要将第二感应器5和第三感应器6拆下。

为方便拆装，第二感应器5和第三感应器6上均设有磁铁。在自学习定位时，磁铁的吸附作用可保证第二感应器5和第三感应器6牢固地固定于智能四向搬运机器人本体10的顶部，而在自学习定位完成后，可以轻松将第二感应器5和第三感应器6拆下。

优选的，第一感应器3、第二感应器5和第三感应器6均采用光电感应器，标签8采用RFID芯片，读卡器9采用RFID读卡器。

一种智能四向搬运机器人的自学定位方法，包括如下步骤：A：正向匀速运动，控制模块控制智能四向搬运机器人本体10从主轨道20的最始端运动至最末端；B：开始正向计数，当所述第一感应器3探测到定位片2时，控制模块控制编码器开始计数；C：记录正向偏移值，当第二感应器5和第三感应器6均没有探测到定位挡板4时，控制模块将编码器当前的计数值记录为正向偏移值；D：计数清零，当第一感应器3离开当前定位片2时，控制模块控制编码器计数清零；E：持续正向记录，重复B至D步骤，直至智能四向搬运机器人本体10运动至主轨道20的最末端，从而将所有与次轨道30对应的正向偏移值均记录完毕。

上述的一种智能四向搬运机器人的自学定位方法，还包括如下步骤：F：反向匀速运动，控制模块控制智能四向搬运机器人本体10从主轨道20的最末端运动至最始端；G：开始反向计数，当所述第一感应器3探测到定位片2时，控制模块控制编码器开始计数；H：记录反向偏移值，当第二感应器5和第三感应器6均没有探测到定位挡板4时，控制模块将编码器当前的计数值记录为反向偏移值；I：计数清零，当第一感应器3离开当前定位片2时，控制模块控制编码器计数清零；K：持续反向记录，重复G至I步骤，直至智能四向搬运机器人本体10运动至主轨道20的最始端，从而将所有与次轨道30对应的反向偏移值均记录完毕。

优选的，在进行所述C步骤和所述H步骤时，读卡器9读取当前标签8的坐标值，使得控制模块记下与当前次轨道30相对应的坐标值。

优选的，在进行所述A步骤和所述F步骤时，控制模块控制智能四向搬运机器人本体10匀速运动的速度为1m/s。

在自学习定位完成后，控制模块记录下所有与次轨道20对应的坐标值、正向偏移值和反向偏移值。在进行正常的运行时，控制模块向智能四向搬运机器人本体10发出运动指令，并将坐标值和正向偏移值/反向偏移值传递至智能四向搬运机器人本体10，当智能四向搬运机器人本体10运动至相应次轨道30的入口处时，第一感应器3探测到相应的定位片2，此时编码器开始计数，智能四向搬运机器人本体10继续向前寻位，当编码器计数值等于智能四向搬运机器人本体10接收到的偏移值时，智能四向搬运机器人本体10停止继续向前运动，此时智能四向搬运机器人本体10就正好停于该次轨道30的中心位置处，随后智能四向搬运机器人本体10即可从主轨道20(X方向)换向进入次轨道30(Y方向)。

Claims (6)

1.一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，其特征在于包括用于控制智能四向搬运机器人（10）动作的控制模块、设于主轨道（20）上且与每一次轨道（30）的位置一一对应的定位片（2）、设于智能四向搬运机器人（10）的底部且用于探测所述定位片（2）的第一感应器（3）、设于每一次轨道（30）两侧的定位挡板（4）、设于智能四向搬运机器人（10）的中心对称位置上且分别用于探测次轨道（30）两侧定位挡板（4）的第二感应器（5）和第三感应器（6）、与所述控制模块电连接且用于计数的编码器，所述控制模块与所述第一感应器（3）电连接，所述控制模块也与所述第二感应器（5）和所述第三感应器（6）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，其特征在于还包括设于主轨道（20）上并记载有坐标值且位置与每一次轨道（30）的位置一一对应的标签（8）和设于所述智能四向搬运机器人（10）上且与所述控制模块电连接并用于读取所述标签（8）的坐标值的读卡器（9）。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，其特征在于所述第二感应器（5）与所述第三感应器（6）之间的间隔距离等于每一次轨道（30）两侧的间隔距离。

4.根据权利要求3所述的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，其特征在于所述第二感应器（5）和所述第三感应器（6）可拆卸地设于智能四向搬运机器人（10）的顶部。

5.根据权利要求3所述的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，其特征在于所述第二感应器（5）和所述第三感应器（6）上均设有磁铁。

6.根据权利要求2所述的一种用于智能四向搬运机器人的自主学习的定位结构，其特征在于所述第一感应器（3）、第二感应器（5）和第三感应器（6）均采用光电感应器，所述标签（8）采用RFID芯片，所述读卡器（9）采用RFID读卡器。

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