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CN107915019A - 一种库存物品管理系统、搬运机器人及其搬运货架的方法 - Google Patents

一种库存物品管理系统、搬运机器人及其搬运货架的方法 Download PDF

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CN107915019A
CN107915019A CN201610880659.XA CN201610880659A CN107915019A CN 107915019 A CN107915019 A CN 107915019A CN 201610880659 A CN201610880659 A CN 201610880659A CN 107915019 A CN107915019 A CN 107915019A
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沈振华
吴伟峰
吴王东
陶熠昆
郑洪波
朱玲芬
王霞
杜鑫峰
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Zhejiang Guozi Robot Technology Co Ltd
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Zhejiang Guozi Robot Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种库存物品管理系统、搬运机器人及其搬运货架的方法，其中，搬运机器人包括升降单元和水平旋转单元，升降单元包括第一动力单元、升降轴和第一支撑部，第一动力单元被配置为驱动第一支撑部沿升降轴运动；水平旋转单元包括第二支撑部和驱动第二支撑部的第二动力单元，第二支撑部与第一支撑部可旋转地连接。升降单元具有中空孔，中空孔在升降单元的内部沿竖直方向设置，升降轴位于中空孔的一侧。本发明的库存物品管理系统通过搬运机器人将所需物品的货架自动搬运至人工捡货台，人工捡货后搬运机器人再将其搬运的货架放回指定位置。本发明提高了搬运机器人的搬运效率和整个库存物品管理系统的管理效率，降低了成本。

Description

一种库存物品管理系统、搬运机器人及其搬运货架的方法
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种库存物品管理系统、搬运机器人及其搬运货架的方法。
背景技术
搬运机器人也称自动导引车(AGV)，是一种应用于自动化物料搬运领域的设备，具有自动化程度高、应用灵活、安全可靠、效率高及维修方便等诸多优点，因而广泛地应用与汽车制造业、食品行业、烟草行业、工程机械行业等物流运输场所，其在各类公共服务场所诸如机场、医院、办公大楼也有所建树。这些优势也使得搬运机器人成为了现代物流系统中的关键设备，成为了“机器换人”计划中的重要成员之一。现有无人搬运技术多采用直接顶升形式，在转弯时货物跟随其旋转，对于载重较大的场合，货物的惯性矩极大，从而增加了对电机功率、耗能方面的成本。
针对US7850413B2所公开的KIVA搬运机器人，由于其顶升及旋转由单电机控制，在顶升时车体必须旋转，使得顶升过程较慢，影响效率。针对国内顶升与旋转分离的发明申请(CN105712249A)，部分沿用空心大丝杆顶升，其成本较高；而液压或电动缸顶升(CN105712253A)的，液压系统需要较大体积及重量，不利于整车的小型化及轻量化；采用电动缸顶升的，由于其旋转模块位于顶升模块下部，其旋转时会带动顶升模块共同旋转，不利于走线。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种库存物品管理系统、搬运机器人及其搬运货架的方法，提高搬运机器人的搬运效率和整个库存物品管理系统的管理效率和降低成本。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何通过改变搬运机器人的旋转和升降结构，提升搬运机器人的搬运效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种搬运机器人，包括升降单元和水平旋转单元，所述升降单元包括第一动力单元、升降轴和第一支撑部，所述第一动力单元被配置为驱动所述第一支撑部沿所述升降轴运动；所述水平旋转单元包括第二支撑部和驱动所述第二支撑部的第二动力单元，所述第二支撑部与所述第一支撑部可旋转地连接。
进一步地，所述升降单元具有中空孔，所述中空孔在所述升降单元的内部沿竖直方向设置，所述升降轴位于所述中空孔的一侧。
进一步地，所述升降单元还包括限位机构，所述限位机构被配置为限定所述第一支撑部沿垂直于地面的方向运动。
进一步地，所述限位机构为直线导轨、直线轴承和无油衬套中的一种。
进一步地，所述升降轴为实心丝杠。
进一步地，所述搬运机器人还包括传感单元。
进一步地，所述传感单元位于所述中空孔内，所述传感单元为上视传感器和/或下视传感器。
进一步地，所述传感单元为基准标记，所述基准标记为主动标记或被动标记。
进一步地，所述主动标记为RFID标记。
进一步地，所述被动标记为图案标记、机读码标记或文字标记。
进一步地，所述搬运机器人还包括驱动单元，所述驱动单元包括两个驱动轮，所述驱动轮被配置为使所述搬运机器人前进、后退、转弯和原地旋转。
进一步地，所述第一动力单元包括第一传动机构，所述第一传动机构为同步带传动机构或齿轮传动机构。
进一步地，所述第二动力单元包括第二传动机构，所述第二传动机构为齿轮传动机构或涡轮蜗杆传动机构。
进一步地，所述第一动力单元包括第一自锁机构，所述第一自锁机构被配置为当第一动力单元掉电时，锁止所述第一支撑部。
进一步地，所述第二动力单元包括第二自锁机构，所述第二自锁机构被配置为将所述第二支撑部与所述第一支撑部锁止，自锁可以是掉电自锁也可以是机械自锁。
本发明还提供了一种搬运机器人搬运货架的方法，包括以下步骤：
步骤1、所述搬运机器人移动至位于第一位置的所述货架的底部，顶起所述货架；
步骤2、所述搬运机器人顶着所述货架移动至第二位置；
步骤3、所述搬运机器人放下所述货架，然后离开所述货架的底部；
其中，所述搬运机器人包括驱动单元、升降单元和水平旋转单元，所述升降单元包括第一动力单元、升降轴和第一支撑部，所述第一动力单元被配置为驱动所述第一支撑部沿所述升降轴运动；所述水平旋转单元包括第二支撑部和驱动所述第二支撑部的第二动力单元，所述第二支撑部与所述第一支撑部可旋转地连接；所述升降单元具有中空孔，所述中空孔在所述升降单元的内部沿竖直方向设置，所述升降轴位于所述中空孔的一侧。
进一步地，当所述搬运机器人顶着所述货架转弯时，所述搬运机器人和所述货架相对静止。
进一步地，当所述搬运机器人顶着所述货架原地旋转时，所述搬运机器人通过所述驱动单元使所述搬运机器人原地旋转，同时所述水平旋转单元反向旋转以使所述第二支撑部和所述货架相对地面静止不动。
进一步地，当所述搬运机器人顶着所述货架并转动所述货架时，所述搬运机器人通过所述驱动单元使所述搬运机器人原地旋转，带动所述第二支撑部和所述货架共同旋转，或者所述搬运机器人通过所述水平旋转单元旋转带动所述第二支撑部和所述货架旋转。
本发明还提供了一种库存物品管理系统，包括多个货架和搬运机器人，所述搬运机器人包括升降单元和水平旋转单元，所述升降单元包括第一动力单元、升降轴和第一支撑部，所述第一动力单元被配置为驱动所述第一支撑部沿所述升降轴运动；所述水平旋转单元包括第二支撑部和驱动所述第二支撑部的第二动力单元，所述第二支撑部与所述第一支撑部可旋转地连接。
进一步地，所述升降单元具有中空孔，所述中空孔在所述升降单元的内部沿竖直方向设置，所述升降轴位于所述中空孔的一侧。
进一步地，所述升降单元还包括限位机构，所述限位机构被配置为限定所述第一支撑部沿垂直于地面的方向运动。
进一步地，所述升降轴为实心丝杠。
进一步地，所述搬运机器人还包括传感单元，所述传感单元为上视传感器和/或下视传感器。
进一步地，所述搬运机器人还包括传感单元，所述传感单元为基准标记，所述基准标记为主动标记或被动标记。
进一步地，所述主动标记为RFID标记，所述被动标记为图案标记、机读码标记或文字标记。
进一步地，所述搬运机器人还包括驱动单元，所述驱动单元包两个驱动轮，所述驱动轮被配置为使所述搬运机器人前进、后退、转弯和原地旋转；所述第一动力单元包括第一传动机构，所述第一传动机构为同步带传动机构或齿轮传动机构；所述第二动力单元包括第二传动机构，所述第二传动机构为齿轮传动机构或涡轮蜗杆传动机构。
进一步地，所述第一动力单元包括第一自锁机构，所述第一自锁机构被配置为当第一动力单元掉电时，锁止所述第一支撑部；所述第二动力单元包括第二自锁机构，所述第二自锁机构被配置为将所述第二支撑部与所述第一支撑部锁止。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的搬运机器人的三围立体视图；
图2是本发明的一个较佳实施例的搬运机器人的仰视图；
图3是图2所示B面的剖视图；
图中，1-底盘；2-驱动单元，21，23-驱动轮，22-承重轮；3-升降单元；31-传感单元，32-升降轴，33-限位机构，34-第一传动机构，35-升降电机，36-第一支撑部；4-水平旋转单元，43-第二支撑部，44-第二传动机构，45-水平旋转电机；5-控制单元；6-能量单元，7-旋转方向。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的搬运机器人包括底盘1、驱动单元2、升降单元3、水平旋转单元4、控制单元5及能量单元6。
如图2和图3所示，驱动单元2位于底盘1的两侧，通过一对驱动轮21，23实现前进、后退以及差速实现转弯和原地旋转；承重轮22位于底盘底部，用于支撑整车负载。
当驱动轮21，23均朝旋转方向7转动且转速相同时，搬运机器人前进或后退；当驱动轮21，23均朝与旋转方向7相反的方向转动且转速相同时，搬运机器人后退或前进；当驱动轮21朝旋转方向7转动，驱动轮23朝与旋转方向7相反的方向转动，且转速相同时，搬运机器人原地旋转；
若设置控制单元5一侧为前侧，能量单元6一侧为后侧，当驱动轮21朝旋转方向7转动，驱动轮23也朝旋转方向7转动，且驱动轮21的转速大于驱动轮23的转速时，搬运机器人向右转弯；当驱动轮21的转速小于驱动轮23的转速时，搬运机器人向左转弯。
升降单元3位于底盘1中部，内部沿垂直方向设置中空孔，用于安装传感单元31；升降轴32位于中空孔一侧，并通过限位机构33使升降单元3只具有垂直方向的平移自由度。升降轴32通过第一传动机构34与升降电机35连接，用来升高或降低第一支撑部36，并由升降电机35提供动力。升降轴32可为实心丝杠。
水平旋转单元4位于升降单元3上方，包括第二支撑部43，与升降单元3的第一支撑部36可旋转地连接，第二支撑部43通过第二传动机构44与旋转电机45连接，并由旋转电机45提供动力。水平旋转单元4可使第二支撑部43绕中空孔的垂直轴线旋转。
控制单元5位于底盘1前侧(或后侧)，用于控制及通讯；
能量单元6位于底盘1后侧(或前侧)，用于搬运机器人的供电。
传感单元31，包括上下两个模块，下模块用于识别地面信息，用于搬运机器人的位置定位，上模块用于识别货架信息，同时也可用于调节货架旋转角度。传感单元31可以通过视觉方式也可通过RFID方式。传感单元31也可以是二维码标记，可在搬运机器人外部设置视觉传感器确定搬运机器人的位置。
限位机构33，可以为直线导轨也可为直线轴承或者无油衬套。
第一传动机构34，可以为同步带传动也可为齿轮传动。
第二传动机构44，可以为齿轮传动也可为涡轮蜗杆传动。
升降单元3还可以带有自锁装置，用于防止掉电等异常情况下处于顶起状态的第一支撑部36突然下降。
水平旋转单元4还可以带有自锁装置，用于搬运机器人在旋转时带动第二支撑部43共同旋转而不发生打滑。
本发明所述的搬运机器人搬运货架的方法为：搬运机器人通过驱动单元2行走到货架底部，通过升降单元3将货架顶起；当需要转弯时，搬运机器人通过驱动单元2差速运动，带动第二支撑部43及货架共同转弯；当需要原地旋转时，搬运机器人通过驱动单元2差速原地旋转，同时水平旋转单元4反向旋转以使第二支撑部43及货架不旋转；当需要转动货架时，搬运机器人通过驱动单元2差速原地旋转，带动第二支撑部43及货架共同旋转，或者，搬运机器人通过水平旋转单元4旋转带动第二支撑部43及货架旋转。
本发明所述的库存物品管理系统包括多个货架和本发明所述的搬运机器人，库存物品管理系统通过搬运机器人将所需物品的货架自动搬运至人工捡货台，人工捡货后搬运机器人再将其搬运的货架放回指定位置。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (28)

1.一种搬运机器人，其特征在于，包括升降单元和水平旋转单元，所述升降单元包括第一动力单元、升降轴和第一支撑部，所述第一动力单元被配置为驱动所述第一支撑部沿所述升降轴运动；所述水平旋转单元包括第二支撑部和驱动所述第二支撑部的第二动力单元，所述第二支撑部与所述第一支撑部可旋转地连接。
2.如权利要求1所述的搬运机器人，其特征在于，所述升降单元具有中空孔，所述中空孔在所述升降单元的内部沿竖直方向设置，所述升降轴位于所述中空孔的一侧。
3.如权利要求1所述的搬运机器人，其特征在于，所述升降单元还包括限位机构，所述限位机构被配置为限定所述第一支撑部沿垂直于地面的方向运动。
4.如权利要求3所述的搬运机器人，其特征在于，所述限位机构为直线导轨、直线轴承和无油衬套中的一种。
5.如权利要求1所述的搬运机器人，其特征在于，所述升降轴为实心丝杠。
6.如权利要求1所述的搬运机器人，其特征在于，所述搬运机器人还包括传感单元。
7.如权利要求6所述的搬运机器人，其特征在于，所述传感单元位于所述中空孔内，所述传感单元为上视传感器和/或下视传感器。
8.如权利要求6所述的搬运机器人，其特征在于，所述传感单元为基准标记，所述基准标记为主动标记或被动标记。
9.如权利要求8所述的搬运机器人，其特征在于，所述主动标记为RFID标记。
10.如权利要求8所述的搬运机器人，其特征在于，所述被动标记为图案标记、机读码标记或文字标记。
11.如权利要求1所述的搬运机器人，其特征在于，所述搬运机器人还包括驱动单元，所述驱动单元包括两个驱动轮，所述驱动轮被配置为使所述搬运机器人前进、后退、转弯和原地旋转。
12.如权利要求1所述的搬运机器人，其特征在于，所述第一动力单元包括第一传动机构，所述第一传动机构为同步带传动机构或齿轮传动机构。
13.如权利要求1所述的搬运机器人，其特征在于，所述第二动力单元包括第二传动机构，所述第二传动机构为齿轮传动机构或涡轮蜗杆传动机构。
14.如权利要求1所述的搬运机器人，其特征在于，所述第一动力单元包括第一自锁机构，所述第一自锁机构被配置为当第一动力单元掉电时，锁止所述第一支撑部。
15.如权利要求1所述的搬运机器人，其特征在于，所述第二动力单元包括第二自锁机构，所述第二自锁机构被配置为将所述第二支撑部与所述第一支撑部锁止。
16.一种搬运机器人搬运货架的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、所述搬运机器人移动至位于第一位置的货架的底部，顶起所述货架；
步骤2、所述搬运机器人顶着所述货架移动至第二位置；
步骤3、所述搬运机器人放下所述货架，然后离开所述货架的底部；
其中，所述搬运机器人包括驱动单元、升降单元和水平旋转单元，所述升降单元包括第一动力单元、升降轴和第一支撑部，所述第一动力单元被配置为驱动所述第一支撑部沿所述升降轴运动；所述水平旋转单元包括第二支撑部和驱动所述第二支撑部的第二动力单元，所述第二支撑部与所述第一支撑部可旋转地连接；所述升降单元具有中空孔，所述中空孔在所述升降单元的内部沿竖直方向设置，所述升降轴位于所述中空孔的一侧。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，当所述搬运机器人顶着所述货架转弯时，所述搬运机器人和所述货架相对静止。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，当所述搬运机器人顶着所述货架原地旋转时，所述搬运机器人通过所述驱动单元使所述搬运机器人原地旋转，同时所述水平旋转单元反向旋转以使所述第二支撑部和所述货架相对地面静止不动。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，当所述搬运机器人顶着所述货架并转动所述货架时，所述搬运机器人通过所述驱动单元使所述搬运机器人原地旋转，带动所述第二支撑部和所述货架共同旋转，或者所述搬运机器人通过所述水平旋转单元旋转带动所述第二支撑部和所述货架旋转。
20.一种库存物品管理系统，包括多个货架和搬运机器人，其特征在于，所述搬运机器人包括升降单元和水平旋转单元，所述升降单元包括第一动力单元、升降轴和第一支撑部，所述第一动力单元被配置为驱动所述第一支撑部沿所述升降轴运动；所述水平旋转单元包括第二支撑部和驱动所述第二支撑部的第二动力单元，所述第二支撑部与所述第一支撑部可旋转地连接。
21.如权利要求20所述的库存物品管理系统，其特征在于，所述升降单元具有中空孔，所述中空孔在所述升降单元的内部沿竖直方向设置，所述升降轴位于所述中空孔的一侧。
22.如权利要求20所述的库存物品管理系统，其特征在于，所述升降单元还包括限位机构，所述限位机构被配置为限定所述第一支撑部沿垂直于地面的方向运动。
23.如权利要求20所述的库存物品管理系统，其特征在于，所述升降轴为实心丝杠。
24.如权利要求20所述的库存物品管理系统，其特征在于，所述搬运机器人还包括传感单元，所述传感单元为上视传感器和/或下视传感器。
25.如权利要求20所述的库存物品管理系统，其特征在于，所述搬运机器人还包括传感单元，所述传感单元为基准标记，所述基准标记为主动标记或被动标记。
26.如权利要求25所述的库存物品管理系统，其特征在于，所述主动标记为RFID标记，所述被动标记为图案标记、机读码标记或文字标记。
27.如权利要求20所述的库存物品管理系统，其特征在于，所述搬运机器人还包括驱动单元，所述驱动单元包两个驱动轮，所述驱动轮被配置为使所述搬运机器人前进、后退、转弯和原地旋转；所述第一动力单元包括第一传动机构，所述第一传动机构为同步带传动机构或齿轮传动机构；所述第二动力单元包括第二传动机构，所述第二传动机构为齿轮传动机构或涡轮蜗杆传动机构。
28.如权利要求20所述的库存物品管理系统，其特征在于，所述第一动力单元包括第一自锁机构，所述第一自锁机构被配置为当第一动力单元掉电时，锁止所述第一支撑部；所述第二动力单元包括第二自锁机构，所述第二自锁机构被配置为将所述第二支撑部与所述第一支撑部锁止。
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