CN217915319U - 自动装卸货机器人 - Google Patents

Abstract

一种自动装卸货机器人，包括：移动底盘、机械臂、末端执行器、视觉传感器、输送带以及控制系统；移动底盘上设有机械臂及输送带，末端执行器设于机械臂末端，用于实现货物的搬运与转移；控制系统设于移动底盘的内部，控制系统与移动底盘、机械臂、输送带、视觉传感器以及末端执行器相连接，用于实现对移动底盘、机械臂、输送带、视觉传感器以及末端执行器的控制。本实用新型运用视觉传感器能够准确识别各种货物外包装的几何参数以及码放状态，机械臂、末端执行器以及移动底盘的组合方式，采用机械化自动装卸货，相比于传统人工装卸货而言，本实用新型的应用使得装卸效率大幅提高，车辆滞留时间缩短，车队利用率上升，节约了运输成本。

Description

自动装卸货机器人

技术领域

本实用新型涉及仓储物流技术领域，特别涉及一种与物流的相关设备，尤其涉及一种自动装卸货机器人。

背景技术

近年来，仓储自动化与智能化技术快速发展，使仓库内部运营效率大幅提升。但是，货物的搬运在烟草、电商、医药、食品等行业中还是主要依靠人工完成，特别是在连接仓储与运输的仓库月台上，装卸作业仍以人工搬运方式为主。由人工完成货物搬运、转移，存在费时费力的问题，而且货物搬运效率较低，这就成为了影响整条供应链效率的瓶颈环节。

随着国内人口红利下降和人口老龄化，人力成本逐年上升，因此越来越多的企业开始寻找自动装卸系统代替人力来完成货物的搬运与转移操作，由自动装卸系统替代人工作业，能够提高物流效率，并实现仓储作业全流程智能化。所以，从省力化到自动化，成为了月台装卸技术的主流发展方向。

实用新型内容

(一)技术问题

在自动仓储、自动拣选以及自动包装技术得到越来越多的应用后，如何提供一种能够实现自动装卸货物的技术与设备，用以解决仓储物流领域中，装卸货物作业劳动强度大、成本高、安全得不到保证的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

(二)技术方案

本实用新型的目的在于提供一种自动装卸货机器人，解决装卸货物效率低成本高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种自动装卸货机器人，该自动装卸货机器人包括：

移动底盘、机械臂、末端执行器、视觉传感器、输送带以及控制系统；

所述移动底盘上设有所述机械臂及所述输送带，所述末端执行器设于所述机械臂末端，用于实现货物的搬运与转移；

所述控制系统设于所述移动底盘的内部，所述控制系统与所述移动底盘、所述机械臂、所述输送带、所述视觉传感器以及末端执行器相连接，用于实现对所述移动底盘、所述机械臂、所述输送带、所述视觉传感器以及末端执行器的控制。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述控制系统包括主控制器、用于控制所述机械臂执行动作的机械臂控制器、用于控制所述移动底盘行进的移动底盘控制器、PLC控制器、视觉处理机及用户交互机；所述PLC控制器与所述末端执行器控制连接；所述视觉处理机与所述视觉传感器信号连接并与所述主控制器通信连接；所述用户交换机用于实现用户与所述主控制器的信息交互，所述信息交互包括用户输入的控制指令以及由所述主控制器反馈的所述自动装卸货机器人的运行状态信息。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述用户交互机为手持设备和/或嵌入式屏幕。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述机械臂设置于所述移动底盘的上侧面，所述机械臂设置于所述移动底盘的一侧并靠近所述移动底盘的一端设置；所述视觉传感器设置于所述移动底盘的上侧面，所述视觉传感器设置于所述移动底盘上与所述机械臂的同一侧并靠近所述移动底盘的另一端设置；所述输送带设置于所述移动底盘的上侧面，所述输送带设置于所述移动底盘的另一侧。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述移动底盘上设置有雷达传感器；所述雷达传感器设置于所述移动底盘的前后两端，用于检测所述移动底盘前后方障碍物的空间信息；所述雷达传感器与所述控制系统信号连接，所述控制系统根据所述雷达传感器检测的空间信息发出避障指令。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述视觉传感器包括有3D相机；还包括有相机支架以及云台，所述相机支架设置于所述移动底盘上，所述云台设置于所述相机支架上，所述云台为可控式电动云台，所述云台与所述控制系统控制连接并可在所述控制系统的控制下进行旋转，用于使所述3D相机改变与货物之间的视角，实现对整个竖直工作平面的图像采集。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述控制系统根据所述视觉传感器采集的图像信息并基于图像识别处理技术，实现对不同包装形式的货物、不同码垛形式的识别与定位。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述输送带设置有压力传感器，用于获取所述输送带的空载与运载状态信息；所述压力传感器与所述控制系统信号连接，所述控制系统根据所述空载与运载状态信息向所述输送带发出控制指令，用于控制所述输送带的运动。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述输送带能与仓库内的输送带相连接。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述末端执行器为吸盘组件，通过负压吸附方式实现货物的抓取固定。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述吸盘组件包括支撑架、伸缩气缸以及吸盘；所述伸缩气缸设置于所述支撑架上，于所述伸缩气缸的气缸轴上设置有可进行直线往复运动的吸盘安装架，所述吸盘设置于所述吸盘安装架上。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述吸盘设置有多个。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述吸盘包括有竖直设置用于对货物的侧面进行负压吸附固定的吸盘以及水平向下设置用于对货物的上侧面进行负压吸附固定的吸盘。

优选地，在本实用新型所提供的自动装卸货机器人中，所述移动底盘的两侧设置有测距传感器，所述测距传感器用于检测所述移动底盘与行进方向以及侧向障碍物之间的间距，所述控制系统根据测距传感器所检测的间距调整所述移动底盘的行进路径。

(三)有益效果

与现有技术相比，本申请的有益效果如下：

本实用新型提供了一种自动装卸货机器人，该自动装卸货机器人包括：移动底盘、机械臂、末端执行器、视觉传感器、输送带以及控制系统；移动底盘上设有机械臂及输送带，末端执行器设于机械臂末端，用于实现货物的搬运与转移；控制系统设于移动底盘的内部，控制系统与移动底盘、机械臂、输送带、视觉传感器以及末端执行器相连接，用于实现对移动底盘、机械臂、输送带、视觉传感器以及末端执行器的控制。本实用新型所提供的自动装卸货机器人运用视觉传感器能够准确识别各种货物外包装的几何参数以及码放状态，机械臂配合末端执行器可以完成货车厢内货物的自动装卸作业，从而实现多品规货物自动装卸，移动底盘能够在控制系统的控制下进行移动与定位，机械臂、末端执行器以及移动底盘的组合方式，可根据作业需求灵活改变卸货地点，减少设备投资，大大提高了设备利用效率。本实用新型采用机械化自动装卸货，相比于传统人工装卸货而言，本实用新型的应用使得装卸效率大幅提高，车辆滞留时间缩短，车队利用率上升，节约了运输成本。别实用新型投入实际应用后，提供了更安全的作业环境，降低了货物与设备受损的风险，提高了员工满意度，减少了人员流失。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1为本实用新型实施例中自动装卸货机器人的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中吸盘式夹具的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中视觉传感器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中视觉传感器与货物立面的对应关系图；

图5为本实用新型实施例中视觉传感器的左右拍照视野评估图示；

图6为本实用新型实施例中视觉传感器的上下拍照视野评估图示。

在图1至图4中，部件名称与附图标记的对应关系为：

移动底盘1、机械臂2、末端执行器3、视觉传感器4、输送带5、控制系统6、控制柜7、相机8、云台9、相机支架10、雷达传感器11、测距传感器12、万向轮13、舵轮14、急停按钮15、防撞条16、吸盘17、支撑架18、伸缩气缸19。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参考图1至图6，其中，图1为本实用新型实施例中自动装卸货机器人的整体结构示意图；图2为本实用新型实施例中吸盘式夹具的结构示意图；图3为本实用新型实施例中视觉传感器的结构示意图；图4为本实用新型实施例中视觉传感器与货物立面的对应关系图；图5为本实用新型实施例中视觉传感器的左右拍照视野评估图示；图6为本实用新型实施例中视觉传感器的上下拍照视野评估图示。

本实用新型提供了一种自动装卸货机器人，本实用新型所提供的自动装卸货机器人主要包括：移动底盘1、机械臂2、末端执行器3、视觉传感器4、输送带5以及控制系统6。

移动底盘1是本实用新型实现机器人移动以及定位功能的结构。移动底盘1包括有金属结构骨架，在金属结构骨架的外侧设置有金属护板(也可以是塑料板材)，移动底盘1的内部空间用于安装控制系统6。移动底盘1整体近似于长方体结构(也可以采用其形状，例如扁平的椭圆形结构等)，在移动底盘1的底面设置了行进系统(在本实用新型中，行进系统优选为万向轮13以及舵轮14组合结构)，由行进系统实现移动底盘1的移动。移动底盘1的上侧面为安装面，机械臂2、相机支架10、输送带5等结构均安装在移动底盘1的安装面上。

移动底盘1上设有机械臂2及输送带5，机械臂2可以采用现有技术中机器人领域中常用的多轴机械臂，机械臂2固定设置在移动底盘1上，其末端(机械臂2用于安装末端执行器3的一端)应当能够在一定的空间范围自由移动(可以随意定位，从而使得末端执行器3抓取货物)。

末端执行器3是一种能够实现货物抓取的机械结构，例如夹爪、吸盘等，现有技术中任何能够实现货物抓取的结构均可以作为末端执行器3应用于本实用新型中。末端执行器3设于机械臂2的末端，末端执行器3主要功能实现货物抓取，在末端执行器3抓取货物稳定后，再由机械臂2执行转移动作，用于实现货物的搬运与转移，从而实现卸货或者装货。

在本实用新型的一个优选实施例中，末端执行器3包括有吸盘17，吸盘17采用橡胶材料制成，通过气路(具有承压能力的金属管路)与吸盘17连接有负压设备，由负压设备提供负压，从而实现吸盘17对货物的负压吸附固定。

控制系统6设于移动底盘1的内部，控制系统6与移动底盘1、机械臂2、输送带5、视觉传感器4以及末端执行器3相连接，用于实现对移动底盘1、机械臂2、输送带5、视觉传感器4以及末端执行器3的控制。

对于控制系统6而言，控制系统6包括主控制器(本实用新型的控制核心)、用于控制机械臂2执行动作的机械臂控制器(用于控制机械臂2动作)、用于控制移动底盘1行进的移动底盘控制器(用于控制行进系统动作)、PLC控制器(用于实现云台9、末端执行器3等装置的动作)、视觉处理机(一种内置有图像识别处理程序的控制类电子组件，与视觉传感器4配合使用可以完成图像识别处理)及用户交互机(用于获取用户的命令指令以及向用户展示机器人的运行状态信息)。具体地，PLC控制器与末端执行器3控制连接，视觉处理机与视觉传感器4信号连接(用于获取视觉传感器4的视频信号并运行图像识别处理程序，从而生成视觉分析数据流)并与主控制器通信连接(将视觉分析数据流发送给主控制器，由主控制器根据视觉分析数据流作出相应并下发合适的控制指令)。

用户交换机用于实现用户与主控制器的信息交互，信息交互包括用户输入控制指令以及由主控制器反馈的自动装卸货机器人的运行状态信息。其中，用户交互机为手持设备和/或嵌入式屏幕(既可以单独是手持设备，例如手机、平板电脑等；也可以单独是嵌入式屏幕，例如嵌入到移动底盘1上的显示屏幕；也可以是手持设备与嵌入式屏幕配套使用)。

为了满足复杂路况的使用要求，用以保证本实用新型所提供的自动装卸货机器人具有较高的可靠性(避免自动装卸货机器人由于路况原因而停止运行或者无法运行)，本实用新型在装卸货物或者转移货物的过程中，应当尽可能地避免移动底盘1被卡住以及撞墙等情况出现。因此，本实用新型在移动底盘1上设置了雷达传感器11，通过雷达传感器11能够对行进前方进行探索，在没有障碍物的情况下，移动底盘1才能够行进，否则移动底盘1将会执行转弯或者越障等动作。

具体地，雷达传感器11设置于移动底盘1的前后两端(移动底盘1前后两端的对角位置)，用于检测移动底盘1前后方障碍物的空间信息，雷达传感器11与控制系统6信号连接，控制系统6根据雷达传感器11检测的空间信息发出避障指令。

在装卸货物时，最重要的获取工作面(以卸货为例，货物通常码放在货车的车厢内，由底层一层一层的有序码放起来，每一层货物所占据空间可以视为是工作面，或者是由前向后一个立面一个立面的有序码放起来，每一个立面货物所占据的空间可以视为是工作面)。

在获取工作面之后，控制系统6才能够作出准确判断来向其他结构发出控制指令。对于工作面的获取，本实用新型提供了视觉传感器4，具体地，视觉传感器4包括有3D相机。进一步地，本实用新型还设置了相机支架10以及云台9，相机支架10设置于移动底盘1上，云台9设置于相机支架10上，云台9为可控式电动云台。云台设置有两个，分别设置在相机支架10的顶端以及底端，用于分别实现仰俯角度以及水平角度的调节(设置在相机支架10顶端的云台进行仰俯角度的调整，设置在相机支架10底端的云台进行水平角度的调节)。云台为标准产品，云台可以左右转动以改变水平角度，也可以俯仰转动以改变竖直角度。云台通过伺服电机控制其转动)，云台9与控制系统6控制连接并可在控制系统6的控制下进行旋转，用于使3D相机8改变与货物之间的视角，实现对整个竖直工作平面的图像采集。

具体地，控制系统6根据视觉传感器4采集的图像信息并基于图像识别处理技术，实现对不同包装形式的货物、不同码垛形式的识别与定位。

如果本实用新型采用内置电池供电，那么为了提高本实用新型的续航能力，就尽可能地避免无用功的输出。例如：输送带5的主要作用是对货物进行中转，而货物无论是装货还是卸货过程中，货物都是一件一件的进行转移。那么输送带5接收货物也是一件一件的间隔接收，在间隔期间，如果输送带5持续运转，则会造成能源(电能)浪费。为了解决该问题，本实用新型对输送带5进行结构优化：输送带5设置有压力传感器(压力传感器可以设置在任意能够对输送带5进行称重的位置上)，用于获取输送带5的空载与运载状态信息。压力传感器与控制系统6信号连接，控制系统6根据空载与运载状态信息向输送带5发出控制指令，用于控制输送带5的运动；优选地，输送带5能与仓库内的输送带5相连接。

具体地，末端执行器3为吸盘组件，通过负压吸附方式实现货物的抓取固定。

具体地，吸盘组件包括支撑架18、伸缩气缸19以及吸盘17；伸缩气缸19设置于支撑架18上，于伸缩气缸19的气缸轴上设置有可进行直线往复运动的吸盘安装架，吸盘17设置于吸盘安装架上。为了提高吸盘17的吸附固定效果，本实用新型将吸盘17设置为多个。在本实用新型中，吸盘安装架为金属平板结构，吸盘安装架具有两个结构形式，一个为竖直设置，一个为水平设置，在竖直设置的吸盘安装架上，吸盘17设置在吸盘安装架的前侧面，能够对货物的侧面进行负压吸附固定，在水平设置的吸盘安装架上，吸盘17设置在吸盘安装架的底面，能够对货物的上侧面进行负压吸附固定。

进一步地，移动底盘1的两侧设置有测距传感器12，测距传感器12用于检测移动底盘1与行进方向以及侧向障碍物之间的间距，控制系统6根据测距传感器12所检测的间距调整移动底盘1的行进路径。

通过上述结构设计，本实用新型的有益效果如下：该自动装卸货机器人运用视觉传感器4准确识别各种货物外包装的几何参数，配合末端执行器3完成货车厢内货物的自动装卸作业，从而实现多品规货物自动装卸，填补物流系统车厢内货物自动移位技术的空白；该自动装卸货机器人可根据作业需求灵活改变卸货地点，减少设备投资，大大提高了设备利用效率；装卸效率大幅提高，车辆滞留时间缩短，车队利用率上升，节约了运输成本；提供了更安全的作业环境，降低了货物与设备受损的风险，提高了员工满意度，减少了人员流失。

由上述可知，本实用新型提供了一种自动装卸货机器人，该自动装卸货机器人主要包括：移动底盘1、机械臂2、末端执行器3、视觉传感器4、输送带5、控制系统6。

移动底盘1为本实用新型的主要组成部件之一，其核心功能为使自动装卸货机器人具备可操控/自主平面移动能力，同时通过移动底盘1的行进系统进行设计，还能够使得移动底盘1具备一定的爬坡及越障能力。移动底盘1的顶面承载了本实用新型中机械臂2、用于控制机械臂的控制柜7、末端执行器3、输送带5、相机8、云台9、相机支架10、雷达传感器11，雷达传感器11设置在移动底盘1的前端以及后端，优选地，雷达传感器11采用对角设置(设置在移动底盘1前端以及后端的对角上)，同时，在移动底盘1的侧面设置了测距传感器12，在移动底盘1的内部设有控制系统6。

具体地，如图1所示，机械臂2和输送带5位于移动底盘1上(设定移动底盘1的顶面也就是上侧面为安装面，机械臂2以及输送带5均设置在安装面上)。相机支架10设置在移动底盘1的安装面上，并位于机械臂2的右侧(图1中的右侧)，机械臂2与相机支架10位于移动底盘1上侧面的同一侧，机械臂2靠近移动底盘1的一端设置，相机支架10靠近移动底盘1的另一端设置。控制柜7位于相机支架10的右侧，雷达传感器11分别设于移动底盘1对角两侧。机械臂2、相机支架10以及控制柜7设置在移动底盘1的同一侧，输送带5设置在移动底盘1的另一侧。上述的“端”是指移动底盘1长度方向上的前端与后端，上述的“侧”是指移动底盘长度方向上的左侧和右侧。

视觉传感器4通过相机支架10进行安装，机械臂2设置在移动底盘1一侧的端部，这样能够保证机械臂2具有最大的工作活动空间，提高机械臂2的灵活性。

在本实用新型中，移动底盘1安装有万向轮13和舵轮14(舵轮14采用标准件)，控制系统6通过驱动器控制舵轮14的偏转角度(实现移动底盘1的转向控制)、速度(实现移动底盘1的速度控制)和力矩(可以根据越障需求以及载物重量控制力矩大小)。通过读取舵轮14的反馈数据(舵轮14可以设置扭矩传感器，通过扭矩传感器获得舵轮14行驶过程中的扭矩，扭矩值为舵轮14反馈数据)，可实现的行走方式为：前进、后退、转弯、横移和旋转。例如，当舵轮14的行进扭矩(既可以是前进，也可以上倒退)在正常数值范围内，则证明移动底盘1在平摊的路面上行走，此时输出正常扭矩即可；当舵轮14的行进扭矩超过(大于)正常数值范围时，此时舵轮14仍可以在不打滑的情况下行进，则证明移动底盘1在爬坡或者越障，此时降低转速增大扭矩，就可以实现移动底盘1的爬坡或者越障，直至舵轮14的行进扭矩恢复正常；当舵轮14的行进扭矩异常，同时舵轮14出现打滑或者停止旋转，则说明移动底盘1碰到无法越过的障碍物(例如墙壁等)，此时可以使得舵轮14逆向旋转(倒退)，然后舵轮14转向再回复正常旋转，直至移动底盘1正常行进为止。

本实用新型还可以采用其他结构形式实现移动底盘1的全向移动，例如采用麦克纳姆轮。

在本实用新型中，移动底盘1安装有雷达传感器11、急停按钮15、防撞条16用于安全防护。急停按钮15由工作人员控制按动，在急停按钮15被触发后，本实用新型即刻停止。防撞条16可以设置在移动底盘1的前后端以及两侧，防撞条16采用橡胶等柔性材料制成，具有撞击缓冲的作用。

在本实用新型中，控制系统6包括主控制器、机械臂控制器、移动底盘控制器、PLC控制器、视觉处理机及用户交互机。

具体地，主控制器负责调度系统各部分硬件协同工作，其下包括通讯模块、信息处理模块和信息传递模块(本段中所涉及到的通讯模块、信息处理模块和信息传递模块均隶属于主控制器的组成部分)，通讯模块负责与各硬件设备建立通信并传递信息以控制硬件完成相应任务；信息处理模块负责处理各硬件传回的信息；信息传递模块负责处理与用户交互机之间的信息交换。

机械臂控制器负责根据主控制器发送的信息控制机械臂2完成相应任务，其下包括通讯模块、逻辑控制模块和警报模块(本段中所涉及到的通讯模块、逻辑控制模块和警报模块均隶属于机械臂控制器的组成部分)，通讯模块负责与主控制器建立通信并与其完成信息交互；逻辑控制模块负责根据主控制器所发出的信息控制机械臂2完成对应任务；警报模块在机械臂2发生故障时发出警报，并向主控制器传递报警信息。

移动底盘控制器负责根据主控制器发送的信息控制底盘完成相应任务，其下包括通讯模块、逻辑控制模块和报警模块(本段中所涉及到的通讯模块、逻辑控制模块和警报模块均隶属于移动底盘控制器的组成部分)，通讯模块负责与主控制器建立通信并与其完成信息交互；逻辑控制模块负责根据主控制器所发出的信息控制移动底盘1完成对应任务；警报模块在移动底盘1发生故障时发出警报，并向主控制器传递报警信息。

PLC控制器负责根据主控制器发送的信息控制输送带5、吸盘组件、云台9等硬件完成相应任务其下包括通讯模块、逻辑控制模块和报警模块(本段中所涉及到的通讯模块、逻辑控制模块和警报模块均隶属于PLC控制器的组成部分)，通讯模块负责与主控制器建立通信并与其完成信息交互；逻辑控制模块负责根据主控制器所发出的信息控制相应硬件完成对应任务；警报模块在硬件设备发生故障时发出警报，并向主控制器传递报警信息。

视觉处理机负责对目标货物进行视觉分析并将结果发送给主控制器，其下包括检测模块、通讯模块和警报模块(本段中所涉及到的检测模块、通讯模块和警报模块均隶属于视觉处理机的组成部分)，检测模块通过图像处理算法对所采集图像中的货品进行识别检测；通讯模块向主控制器发送检测信息和接收主控制器发出的信息；警报模块在相机8设备发生故障时发出警报，并向主控制器传递报警信息。

用户交互机作为使用终端直接与用户交互，用户可通过该用户交互机对整个系统下达指令，其下包括用户交互模块和信息传递模块，用户交互模块所包括的用户交互界面以手持设备或嵌入式屏幕的方式展现；信息传递模块接收并处理主控制器传递来的信息并向主控制器发出信息。

在本实用新型中，末端执行器3为吸盘式夹具，吸盘组件包括多个吸盘17、支撑架18、伸缩气缸19。如图2所示，考虑厢车的高度，最上层的货物采用从侧面吸取。而最底层的货物则需要从顶面吸取，其原因在于：在转移货物时，因为末端执行器3的厚度尺寸会带来和厢车底部的干涉，因此最底层的货物需要从顶部吸取。同时，本实用新型还增加了托举结构，防止货物抓取后移动过程中破真空，最下层货物可采用侧面吸取或者顶部吸取两种方式，由PLC控制器控制吸盘组件的动作。

具体地，托举结构为支撑架18的上侧面(支撑架18的上侧面为平面)结构，通过吸盘17从货物的顶面吸取货物时，可以将货物水平转移到支撑架18上，通过支撑架18对货物进行支撑。

在本实用新型中，视觉传感器4由相机8、云台9、相机支架10组成。如图3所示，云台9设有3D相机8，3D相机8为基于结构光的双目相机8或基于TOF的双目相机8。由于相机8的视野有一定的范围，无法实现对整体车厢货物竖直平面的全部拍摄，因此本实用新型中由控制系统6通过控制云台9的旋转，完成对整体车厢货物竖直平面图像的采集。视觉处理机基于图像识别处理技术，实现对不同包装形式的货物、不同码垛形式的识别与定位。

视觉传感器4中的相机8可替换为雷达传感器11。

自动装卸货机器人分为装货流程和卸货流程。

具体卸货流程：当厢式货车满载到达月台打开货箱后，货车需要卸货，首先由仓储工人通过遥控器手动控制移动底盘1从充电站或等待位运动到月台待命处，调整移动底盘1至初始位姿，即使底盘上的机械臂2底座轴心与车厢中心面大致对齐，同时使移动底盘1保持与车厢平行，此时，将移动底盘1上的输送带5与仓库的输送带相连接。主控制器通过控制云台9的旋转运动，使相机8完成对车厢第一层货物整个竖直平面的图像采集，然后视觉处理机对图像信息进行处理，完成对货物的识别和定位，将货物的形状和位置信息发给机械臂控制器和底盘控制器，底盘控制器据此行进至到卸货位置，在此过程中由移动底盘1左右两侧及前侧的测距传感器12获取到的信息调整自动装卸货机器人的行进方向，使其与货车的前进方向始终保持平行，待其停止后，机械臂2将货物一件件吸取放置到输送带5上，由输送带5传送给下一装置，等待第一层货物卸载完成，重复上述过程，对车厢内货物逐层卸载，直至所有货物卸载完成，移动底盘1收到卸货完成指令，退出车厢至初始位置，断开与仓库的输送带之间的连接，由工人遥控回待命位或充电位。

具体装货流程：当一个空的厢式货车到达月台打开货箱后，货车需要装货，首先由仓储工人通过遥控器手动控制移动底盘1从充电站或等待位运动到月台待命处，调整移动底盘1至初始位姿，即使底盘上的机械臂2底座轴心与车厢中心面大致对齐，同时使移动底盘1保持与车厢平行，此时，将移动底盘1上的输送带5与仓库的输送带相连接，由移动底盘1侧面及前面的测距传感器12获取到的信息调整自动装卸货机器人的行进方向，使其与货车的前进方向始终保持平行，待其运动到指定装货位置后，机械臂2从输送带5上将货物一件件吸取到货箱内进行码垛，等待第一层货物装载完成后，移动底盘1向后移动到指定装货位置，重复上述过程，对车厢内货物逐层装载，直至所有货物装载完成，移动底盘1收到装货完成指令，退出车厢至初始位置，断开与仓库的输送带之间的连接，由工人遥控回待命位或充电位。

由上述可知，本实用新型提供了一种自动装卸货机器人，包括移动底盘1、机械臂2、输送带5、视觉传感器4、末端执行器3以及控制系统6。控制系统6为本实用新型的控制核心，其与移动底盘1、机械臂2、输送带5、视觉传感器4以及末端传感器进行连接(可以根据具体的通信方式构建合适的通信结构，例如采用通信线缆实现控制系统6与其他可动执行结构之间的连接，或者采用无线通信方式实现控制系统6与其他可动执行结构之间的连接)，控制系统6具有信号处理、逻辑运算、下发控制指令的功能，控制系统6用于控制各部件的运动。

在本实用新型中，控制系统6包括主控制器、机械臂控制器、移动底盘控制器、PLC控制器、视觉处理机及用户交互机。

在本实用新型中，视觉传感器4设有相机支架10、云台9、3D相机8，3D相机8用于扫描当前视觉画面，实现对货物图像的采集，控制系统6控制云台9的旋转，使得3D相机8改变视角，完成对整个车厢货物竖直平面的扫描，视觉处理机基于图像识别处理技术，实现对不同包装形式的货物、不同码垛形式的识别与定位。

在本实用新型中，移动底盘1的主要功能是承载与移动，对于移动而言，本实用新型在移动底盘1上安装有万向轮13和舵轮14，由舵轮14提供动力以及实现转向，万向轮13则能够配合舵轮14动作，完成行走与转向。

在本实用新型的另一个实施方式中，移动底盘1安装有麦克纳姆轮，由麦克纳姆轮替代万向轮13与舵轮14的组合结构。

在本实用新型中，移动底盘1设置有多个雷达传感器11和测距传感器12，控制系统6根据雷达完成对障碍物的避障，控制系统6根据测距传感器12调整移动底盘1在货车箱内的行进路径。

具体地，无线通信模块采用WIFI协议。

具体地，用户交互机设有手持设备或嵌入式屏幕。

具体地，机械臂2采用三相逆变器将锂电池输出的直流电转换为交流电，完成对机械臂2的供电。

通过上述结构设计，本实用新型的有益效果如下：该自动装卸货机器人运用视觉识别技术准确识别各种货物外包装的集合参数，配合自动吸取装卸装置完成车厢内货物的自动装卸作业，从而实现多品规货物自动装卸，填补物理系统车厢内货物自动位移技术的空白；该自动装卸货机器人可根据作业需求灵活改变装卸货地点，减少设备投资，大大提高了设备利用率；该自动装卸货机器人具有很强的拓展性和现场部署的灵活性。全自动作业模式打通工作时长对人工装卸货的壁垒，为探索建立“全天候24小时”装卸货服务模式奠定了基础。

由于结构光相机的视野(相机的取景范围为椎体形状)有一定的范围，而通常情况下，货物区域的竖直平面范围(平面尺寸)较大，因此，在距离获取较近时，相机的取景范围无法覆盖全部的货物区域，为了能够获得完整的货物区域图片，本实用新型中拍摄方案设计如图4所示。

将整个集装箱立面(即货物立面)的区域分成多个规则区域(图4为四个区域)。视觉方案整体设计如下：由顶部云台，底部云台，相机(视觉传感器)以及相机支架组成。

具体地，本实用新型采用2.3m支柱(相机支架高度为2.3m)，位于机械臂的正后位置，通过移动平台的移动停到距离货物1.8m处。采用一个相机+云台的方式，完成货物上下部分和左右部分的拍照需要。在相机支架底部设置的云台用于完成左右取景调整，相机支架顶部设置的云台用于完成上下取景调整。在本实用新型的一个具体实施方式中，相机支架上部设置的云台，完成上下两部分的拍照需求，相机支架底部设置的云台，完成左右两部分的拍照需求。

请参考图5和图6，对于视觉传感器取景范围分析如下：

以距离货物立面1.8m为例，视觉传感器采用结构光DEEP相机进行拍照。对于水平方向视野评估，视觉传感器的视野为44°，视觉传感器的左右旋转，取景范围在中间有重叠，中间重叠区域保证了产品正中间的识别。同时，左右两侧留有余量保证车厢的边缘检测。对于竖直方向视野评估，相机视野为60°，并且，相机支架的高度设置应当保证视觉传感器向下转动到极限位置时，视觉传感器的取景范围的最下侧不会被机械臂遮挡。

在本实用新型中，视觉定位流程如下：

1、AGV小车(移动底盘)到达作业的预定位置，视觉传感器定位到左上侧位置；

2、相机拍摄左上侧，定位左上侧第一层所有箱子的位置，将所有箱子的位置一次性发给机械臂，机械臂开始搬运；(或者将左上侧所有箱子位置信息全部发送)；

3、机械臂搬运完左上侧第一层最后一个箱子后，相机右摆动拍摄右上侧的第一层所有箱子的位置，将所有箱子的位置一次性发给机械臂，机械臂开始抓取；

4、重复拍摄左上侧和右上册的箱子位置，机械臂完成上部分箱子的拆垛；

5、相机低头，开始拍摄左下侧的箱子的位置，定位左边一层的位置；机械臂开始抓取；

6、在机械臂搬运完左侧一层最后一个箱子后，相机开始定位右边一层的位置；机械臂开始抓取；

7、依次抓取-搬运，直到完成全部的卸货工作。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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)

1.一种自动装卸货机器人，其特征在于，包括：

移动底盘、机械臂、末端执行器、视觉传感器、输送带以及控制系统；

所述移动底盘上设有所述机械臂及所述输送带，所述末端执行器设于所述机械臂末端，用于实现货物的搬运与转移；

所述控制系统设于所述移动底盘的内部，所述控制系统与所述移动底盘、所述机械臂、所述输送带、所述视觉传感器以及末端执行器相连接，用于实现对所述移动底盘、所述机械臂、所述输送带、所述视觉传感器以及末端执行器的控制。

2.根据权利要求1所述的自动装卸货机器人，其特征在于，

所述控制系统包括主控制器、用于控制所述机械臂执行动作的机械臂控制器、用于控制所述移动底盘行进的移动底盘控制器、PLC控制器、视觉处理机及用户交互机；

所述PLC控制器与所述末端执行器控制连接；

所述视觉处理机与所述视觉传感器信号连接并与所述主控制器通信连接；

所述用户交互机用于实现用户与所述主控制器的信息交互，所述信息交互包括用户输入的控制指令以及由所述主控制器反馈的所述自动装卸货机器人的运行状态信息；

所述用户交互机为手持设备和/或嵌入式屏幕。

3.根据权利要求1所述的自动装卸货机器人，其特征在于，

所述机械臂设置于所述移动底盘的上侧面，所述机械臂设置于所述移动底盘的一侧并靠近所述移动底盘的一端设置；

所述视觉传感器设置于所述移动底盘的上侧面，所述视觉传感器设置于所述移动底盘上与所述机械臂的同一侧并靠近所述移动底盘的另一端设置；

所述输送带设置于所述移动底盘的上侧面，所述输送带设置于所述移动底盘的另一侧。

4.根据权利要求1所述的自动装卸货机器人，其特征在于，

所述移动底盘上设置有雷达传感器；

所述雷达传感器设置于所述移动底盘的前后两端，用于检测所述移动底盘前后方障碍物的空间信息；

所述雷达传感器与所述控制系统信号连接，所述控制系统根据所述雷达传感器检测的空间信息发出避障指令。

5.根据权利要求1所述的自动装卸货机器人，其特征在于，

所述视觉传感器包括有3D相机；

还包括有相机支架以及云台，所述相机支架设置于所述移动底盘上，所述云台设置于所述相机支架上，所述云台为可控式电动云台，所述云台与所述控制系统控制连接并可在所述控制系统的控制下进行旋转，用于使所述3D相机改变与货物之间的视角，实现对整个竖直工作平面的图像采集。

6.根据权利要求5所述的自动装卸货机器人，其特征在于，

所述控制系统根据所述视觉传感器采集的图像信息并基于图像识别处理技术，实现对不同包装形式的货物、不同码垛形式的识别与定位。

7.根据权利要求1所述的自动装卸货机器人，其特征在于，

所述输送带设置有压力传感器，用于获取所述输送带的空载与运载状态信息；

所述压力传感器与所述控制系统信号连接，所述控制系统根据所述空载与运载状态信息向所述输送带发出控制指令，用于控制所述输送带的运动；

所述输送带能与仓库内的输送带相连接。

8.根据权利要求1所述的自动装卸货机器人，其特征在于，

所述末端执行器为吸盘组件，通过负压吸附方式实现货物的抓取固定。

9.根据权利要求8所述的自动装卸货机器人，其特征在于，

所述吸盘组件包括支撑架、伸缩气缸以及吸盘；

所述伸缩气缸设置于所述支撑架上，于所述伸缩气缸的气缸轴上设置有可进行直线往复运动的吸盘安装架，所述吸盘设置于所述吸盘安装架上；

所述吸盘设置有多个；

所述吸盘包括有竖直设置用于对货物的侧面进行负压吸附固定的吸盘以及水平向下设置用于对货物的上侧面进行负压吸附固定的吸盘。

10.根据权利要求1所述的自动装卸货机器人，其特征在于，

所述移动底盘的两侧设置有测距传感器，所述测距传感器用于检测所述移动底盘与行进方向以及侧向障碍物之间的间距，所述控制系统根据测距传感器所检测的间距调整所述移动底盘的行进路径。

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