CN108383030B - 一种顶举机器人及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化设备技术领域，具体公开了一种顶举机器人，包括壳体和托盘，所述壳体包括由多个侧板围成的侧壁，所述侧壁在水平面的投影形状为正多边形，且所述多个侧板中的至少一个上设有与其它顶举机器人的侧板相连接的连接装置。本发明还公开了一种包含若干个上述顶举机器人的机器人系统。本发明公开的顶举机器人和机器人系统，增强了顶举机器人的通用性，减小了企业对机器人设备的重复投入，提高了系统调控的灵活性。

Description

一种顶举机器人及机器人系统

技术领域

本发明涉及自动化机械设备技术领域，尤其涉及一种顶举机器人及机器人系统。

背景技术

随着机器人技术不断发展，智能机器人在生产制造、自动化仓储物流等领域得到了广泛应用，不仅降低了工人的劳动强度，还提高了生产效率，降低了生产成本，极大地满足了人们的生产需求。

顶举机器人是生产制造领域和仓储物流领域中较为常用的一种智能机器人，其通过顶举物料，实现对物料的搬运：顶举机器人通过自主导航到达指定位置，通过驱动轮机构改变运动方向，从而准确进入待搬运物料正下方；机器人内部的升降机构带动机器人上面的托盘上升，对物料进行托举；机器人底盘旋转，改变运动方向运行，到达指定位置后，机器人内部的升降机构带动机器人上面的托盘下降，对物料进行卸载，至此完成一次搬运过程。

发明内容

现有的顶举机器人在进行物料搬运时，由于机器人的尺寸和所能承载的负载有限，通常是一种型号的机器人对应于一种物料尺寸范围和负载范围。当客户应用场景复杂时，存在对负载及机器人体积进行灵活调配的需要，这时通常需要提供多种尺寸和负载能力的机型，造成一定的设备投入浪费。同时，由于物料形状和尺寸差异，会存在底部不规则的异形件，此时需要对卸货平台专门定制特种顶举机器人工种。在对不同种类的物料进行搬运切换时，可能需要更换顶举机器人工种，造成了资源和时间的浪费，不利于系统的调控和生产效率的提高。

本发明的目的之一在于提供一种顶举机器人，用于提高顶举机器人的通用性，减小企业对机器人设备的重复投入。

本发明的另一目的在于提供一种机器人系统，用于减小系统成本，提高系统调控灵活度和生产效率。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种顶举机器人，包括壳体和托盘，

所述壳体包括由多个侧板围成的侧壁，所述侧壁在水平面的投影形状为正多边形，且所述多个侧板中的至少一个侧板上设有与其它顶举机器人的侧板相连接的连接装置。

进一步地，所述连接装置为磁贴。

进一步地，还包括升降机构，其能带动所述托盘在预设行程范围内升高或降低任意高度。

进一步地，所述正多边形为正方形或正六边形。

进一步地，还包括信息传输模块，用于实现所述顶举机器人内部和外部间通信，所述信息传输模块包括设置于所述多个侧板中的至少一个侧板上的数据接口。

进一步地，还包括显示模块，所述显示模块包括：

运行显示模块，用于显示所述顶举机器人是否运行；以及

顶举显示模块，用于显示所述顶举机器人是否顶举有物料。

进一步地，还包括检测机构，所述检测机构包括用于检测物料信息的物料检测模块，所述物料信息包括位置信息、尺寸信息和底面形状信息中的至少一种信息。

进一步地，所述检测机构还包括：

升降检测模块，用于检测所述托盘与物料的底面之间距离及所述托盘的升降状态。

一种机器人系统，包括若干个上述的顶举机器人，其中，每个所述顶举机器人的至少一个所述侧板分别与所述机器人系统中的其它所述顶举机器人的所述侧板通过所述连接装置连接。

进一步地，当若干个所述顶举机器人对同一物料进行托举时，若干个所述顶举机器人的所述托盘的顶举高度不同。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的顶举机器人，通过设置正多边形形式的侧壁，且能使顶举机器人的每个侧板均可与其他的顶举机器人的侧板贴合，以使若干个顶举机器人可以组合在一起形成顶举机器人组，提高了顶举机器人的通用性，减小了企业的资源投入，提高了对顶举机器人调控的灵活度；通过设置连接装置，可以使顶举机器人之间相互紧密连接，有利于顶举机器人组的同时运动和调控。

本发明提供的机器人系统，通过采用若干个上述的顶举机器人，可根据所需顶举物料的尺寸和重量，选择需要组合的顶举机器人的个数和组合方式，提高了顶举机器人对物料的顶举能力，从而可以使系统不用额外设置多种形式机器人机种，降低了系统的整体投入，提高了生产效率，提高了系统调控的灵活度。

附图说明

图1为本实施例提供的正方形顶举机器人的结构示意图；

图2为本实施例提供的正方形顶举机器人组的不同组合示意图；

图3为本实施例提供的正六边形顶举机器人的结构示意图；

图4为本实施例提供的正六边形顶举机器人组的不同组合示意图；

图5为本实施例提供的升降机构的结构示意图；

图6为本实施例提供的顶举机器人组顶举异形底面的物料的正视图。

图中标记如下：

10-顶举机器人；20-物料；

1-壳体；11-顶板；12-侧壁；13-底板；

2-驱动轮机构；

3-升降机构；31-升降驱动组件；32-升降杆；

4-托盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

如图1所示，本发明提供了一种顶举机器人10，用于在生产制造或仓储物流等领域对物料20进行托举和搬运。顶举机器人10包括壳体1、设置在壳体1底部的驱动轮机构2、设置在壳体1顶部的托盘4以及设置在壳体1内部对该托盘4进行托举的升降机构3和控制机构以及检测机构等。其中，壳体1用于形成顶举机器人10的外形形状、内部安装空间及安装连接定位；驱动轮机构2用于驱动顶举机器人10前进和转向，使顶举机器人10移动或转动以到达特定位置；托盘4用于托举物料；升降机构3用于带动托盘4升高或降低，以实现对物料的托举或状态回位；控制机构用于调控顶举机器人10的运行状态，检测组件用于检测顶举机器人10的运行状态及外部环境状态。

具体地，如图1所示，壳体1包括底板13、侧壁12以及顶板11，且底板13与顶板11平行，底板13位于侧壁12底部位置，顶板11位于侧壁12上端位置，底板13、侧壁12和顶板11合围形成有用于容纳升降机构3等结构的容纳腔。

进一步地，参见图1，其中壳体1在水平面上的投影为正方形，在外观上形成正方形顶举机器人10。相应地，托盘4也形成与其相适应的正方形。侧壁12由首尾相连的若干侧板组成，该种设置可以使两个或多个顶举机器人10之间的侧板相互贴合，从而当若干个顶举机器人组合在一起时，可以通过若干个顶举机器人10之间的组合关系，形成整体外形不同的组合结构，从而能根据顶举机器人10的个数和组合方式，形成不同形状和大小的顶举面，且使组合后的顶举机器人组结构紧凑及整齐有序。当组合在一起的若干个顶举机器人10协同动作时，其共同形成的顶举面可对同一物料20进行顶举，且可根据顶举物料20的外形和重量等选择需要组合的顶举机器人10的个数和组合方式，以使组合后形成的顶举面能贴合待顶举物料20的外形或能承受相应的负载，从而实现对不同形状、不同重量的物料20的顶举。该种包含若干个顶举机器人10的机器人系统对于组合式顶举机器人10尺寸、负载能力及顶举面形状的灵活调配，使机器人系统不需要额外设置多种尺寸和负载能力的机器人机种，或根据异形件设置特殊的机器人机种，也不需要在搬运过程中更换机器人机种，减小了系统的投入成本，提高了系统调控的灵活度，提高了生产效率。

图2为本实施例提供的正方形顶举机器人组的不同组合视示意图。其中，图2中(a)为三个顶举机器人10的组合示意图，(b)为四个顶举机器人10的组合示意图，(c)为七个顶举机器人10的组合示意图。

当然，顶举机器人的侧板的个数并不局限于4个，因此顶举机器人10并不局限于正方形。当侧板的个数为N时，N优选于满足2N/(N-2)为整数的条件。即当顶举机器人10有N个侧板时，每个侧板均可与其他形状相同的顶举机器人10的侧板贴合，且每个棱边均可配置2N/(N-2)-1个顶举机器人10，使该2N/(N-2)个顶举机器人10能以该棱边为中心轴进行周向无间隙组合。

图3为本实施例提供的正六边形顶举机器人的结构示意图，由图3可知，正四边形顶举机器人10和正六边形顶举机器人10的结构基本相同，仅是侧壁12所包含的侧板个数不同，即侧壁12在水平面上的投影不同。

图4为本实施例提供的正六边形顶举机器人组的不同组合俯视示意图，此时N＝6。其中图3中(a)为两个顶举机器人10的组合示意图，(b)为七个顶举机器人10的组合示意图，(c)为五个顶举机器人10的组合示意图，(d)为八个顶举机器人的组合示意图，(e)为十六个顶举机器人的组合示意图。图2和图4中，不同个数的顶举机器人10所能形成的组合形式不限于图中所示的形式。

如图2和4所示，在本实施例中，侧板N的个数等于每个顶举机器人10侧壁12可贴合的其他顶举机器人10的最大个数，且每个顶举机器人10的每个侧板均可选择与其他顶举机器人10贴合或不与其他顶举机器人10贴合。由此可知，当N越大时，若干个顶举机器人10的组合形式越多，可得到的顶举面的样式也越多，从而使顶举机器人10的调控灵活度越大。在本发明中，N可选数值有3、4和6，且当N为3时，由于侧壁12仅有三个侧板合围形成，因此，当侧壁12面积一定的情况下，N为3的顶举机器人10所能围成的容纳腔较小，不利于升降机构3等结构的布置。因此，在本实施例中，N优选为4或6，

在本实施例中，侧壁12上的每个侧板设置为大小和形状相同，在其他实施例中，每个侧壁12的面积或形状可不相同，只要保持相邻两个侧板之间的内夹角均相同，且侧板为平面结构，即在水平面的投影为正多边形即可实现上述若干顶举机器人10之间能相互组合的功能。

为使若干个顶举机器人10在组合后能相互牢固贴合形成一体，顶举机器人10的每个侧板上均设置有连接装置。在本实施例中，连接装置包括磁贴，且磁贴优选为设置在侧板的内表面，且每个侧板上的磁贴的位置均相同，以保证顶举机器人10与其他顶举机器人10结合时，任意两个侧板上的磁贴位置均相对应，方便对准。

在本实施例中，连接装置为磁贴，磁贴结构简单，设置方便，不会对顶举机器人10的外形或美观性造成影响。且由于磁贴具有磁性，可对离其较近的顶举机器人10进行磁力吸引，引导顶举机器人10自动地与相邻的机器人贴合，而不需要人为调控顶举机器人10之间的贴合和连接，操作简单，有利于顶举机器人10的自动化调控。在其他实施例中，连接装置也可以为实现两个顶举机器人10连接稳固的其他装置。

为实现顶举机器人10的运行和搬运功能，顶举机器人10设置有驱动轮机构2和升降机构3。图5为本实施例提供的升降机构3的结构示意图，升降机构3包括升降驱动组件31和升降杆32，升降驱动组件31设置在底板13上，升降杆32竖直设置，且一端与升降驱动组件31连接，另一端连接有托盘4。升降驱动组件31驱动升降杆32进行竖直方向的升降运动，从而带动托盘4升高或降低。在本实施例中，升降杆32为丝杠，升降驱动组件31包括升降驱动电机及连接在升降驱动电机及丝杠之间的连接件。连接件可以为蜗轮蜗杆组件，或其他能实现将升降驱动电机的旋转转化为丝杆的升降运动的其他结构。为使升降驱动电机能更好地驱动升降杆32运动，驱动电机的输出端可以连接减速器。

在本实施例中，升降机构3可以选择为升降驱动电机和丝杆，但也可以为其他能带动托盘4升降运动的机构，本实施例不对升降机构3的具体结构进行限制。

本实施例中，驱动轮机构2可以采用差速驱动形式，包括驱动轮电机、两个驱动轮及连接驱动轮电机和两个驱动轮的连接组件。两个驱动轮分别对称设置在升降机构3的两侧，且两个驱动轮的轴线与升降杆32的轴线垂直。驱动轮电机固定在底板13上，其转动输出轴连接于驱动轮，从而可以使驱动轮电机带动驱动轮转动，从而带动顶举机器人10实现平移或转弯运动。在本实施例中，一个驱动轮对应设置一个驱动轮电机和一组连接组件，从而可以通过对两个驱动轮的分别调控，带动顶举机器人10实现不同的运动形态。为使顶举机器人10能够顺畅地实现转弯等运动，驱动轮机构2还包括从动轮组件，从动轮组件可以至少包括两个万向轮，且两个万向轮的连线与两个驱动轮的连线垂直，且两个万向轮之间的距离可以略大于两个驱动轮之间的距离，从而使顶举机器人10的转弯更加平稳，防止顶举机器人10向一侧倾倒。

在本实施例中，采用差速驱动的驱动轮机构2驱动顶举机器人10运动，但在实际运用中，顶举机器人10也可以采用其他能带动顶举机器人10平移和转弯运动的驱动轮机构2，本实施例不对顶举机器人10所采用的具体驱动轮机构2作出限制。

托盘4位于顶板11的上方，且其连接于升降杆32的上端，并由升降杆32带动升降运动。托盘4的上表面用于与物料20接触，并对物料20实现顶举。托盘4的上端面可设置摩擦材料，如橡胶等，增大托盘4与物料20的底部之间的摩擦力，从而帮助顶举机器人10对物料20进行更好的顶举搬运。为增加单个顶举机器人10的托盘14的托举面积，托盘14在水平面上的投影与侧壁12的投影完全重合。

为实现对顶举机器人10运动的控制和调节，顶举机器人10内部设置有控制机构，控制机构包括信息传输模块、主控模块、显示模块、识别模块、电源模块、导航模块及报警模块等，信息传输模块、显示模块、识别模块、电源模块、导航模块及报警模块等分别与主控模块连接，主控模块用于对各类信息进行处理和运算，从而调控顶举机器人10的运行状态。

信息传输模块用于实现顶举机器人10内部和外部之间的通讯。信息传输模块分别与驱动轮机构2和升降机构3连接，信息传输模块可以接收外部运行指令，并将外部运行指令传输至主控模块处理后，传输至对应的驱动轮机构2或升降机构3，从而控制驱动轮机构2或升降机构3的运动。外部运行指令的发送可以是通过在顶举机器人10上设置与控制机构连接的开关按钮，通过开关按钮的开启或关闭实现驱动轮机构2的运动或停止；也可以通过远程控制器向控制机构发送驱动信号，如可以通过整个机器人系统中的主控终端向单个机器人中的控制机构发出控制信号。

为使若干机器人组合后的运行状态更为协调统一，顶举机器人10之间可以通过信息传输模块进行内部通讯，以使相邻顶举机器人10内部之间进行信息共享，保持组合后的顶举机器人10内部信息协调和一致，方便对组合后的顶举机器人10进行整体调控，简化机器人系统的调控复杂度。为方便相邻两个顶举机器人10之间的内部信息传输，顶举机器人10的每个侧板上均设置有用于内部通讯的数据接口。顶举机器人10内部和外部的信息传输可以采用有线传输的方式，也可以采用无线传输的方式，且优选为无线传输的方式。

显示模块用于显示顶举机器人10的运行状态，显示模块可以包括用于显示顶举机器人10是否启动运行的运行显示模块和用于显示顶举机器人10是否顶举物料的顶举显示模块。运行显示模块和顶举显示模块均可采用状态指示灯的形式，且可以通过状态指示灯的熄灭或显示判断顶举机器人10是否启动运行或顶举机器人10是否顶举物料，也可以通过状态指示灯在不同状态下显示的不同图案进行顶举机器人10运动状态的判断。显示模块还包括用于显示该顶举机器人10是否与其他顶举机器人组合连接和通讯的组合显示模块，以及顶举机器人10电力状态的电力显示模块。

识别模块用于识别外部环境信息，并转化为主控模块能够处理的信息形式；电源模块用于会单个机器人进行电力控制。且为了使机器人长时间工作，顶举机器人10上设置的电源模块包括充电电池、充电端口和电源通断线路。导航模块用于对顶举机器人10的运行线路进行规划和导航，使顶举机器人10能够正确地运行至预定位置。报警模块用于对顶举机器人10的异常状态进行报警，以方便工作人员及时发现故障，报警模块可以为蜂鸣器、语音播报器和LED等中的一个或组合。为了对每个顶举机器人10进行识别和控制，每个顶举机器人10都具有唯一的一个编号。

为根据顶举机器人10的运行状态及外部环境状态对顶举机器人10的运行进行更好地调控，顶举机器人10上还设置有检测机构，检测机构包括检测外部环境的第一检测组件和检测顶举机器人10运行状态的第二检测组件。

其中第一检测组件可以包括用于拍摄外部环境信息的环境检测模块、用于检测障碍物的避障传感器和用于检测物料20的位置信息、底部形状和大小的物料检测模块。其中，环境检测模块和物料检测模块均可采用摄像头，摄像头可以包含用于物料20的信息扫描的二维码扫描模块和条形码扫描模块中的至少一个，摄像头可以对预先设置在物料20上的二维码信息或条形码信息进行扫描，并将扫描的信息传输至控制机构的识别模块，被识别模块解析识别后传输至主控模块进行处理，从而控制顶举机器人10的运行；避障传感器可以为红外传感器、激光雷达传感器和/或超声波检测器，避障传感器连接信息传输模块，并将检测到的障碍物信息由信息传输模块传输至主控模块进行处理，主控模块控制顶举机器人10对障碍物进行避让运行。

第二检测组件包括用于检测驱动轮机构2的驱动轮检测模块及用于检测升降机构3运行状态的升降检测模块。驱动轮检测模块可以包括角度传感器和/或位移传感器。升降检测模块可以包括用于检测升降杆32升降高度的位移传感器或距离传感器，用于检测托盘4和物料20底面之间间距的距离传感器等。升降检测模块通过检测托盘4和物料20之间的距离，可以使控制机构通过检测信息控制托盘4升高的高度。该种控制，可以是根据检测信息，主控模块计算出升降杆32升降的高度，并控制升降机构3运动；也可以是主控模块直接控制升降机构3中升降杆32的运动，直至托盘4与物料20抵接后控制升降机构3停止运动。

无论对于单个顶举机器人10或是组合后的顶举机器人组，均可通过上述方式控制单个顶举机器人10托盘4升高的高度。对于组合后的顶举机器人组，当物料20底面为平面时，由于每个顶举机器人10距离物料20底面的距离相同，因此，可采用主控终端统一调控顶举机器人10的顶举高度的方式，使顶举机器人组获得平面形式的顶举面，此时，采用主控终端预设顶举高度的方式不需要计算每个顶举机器人10所要顶举的高度，统一调控，简单方便。图6为本实施例提供的顶举机器人组顶举异形底面物料20的正视图，如图6所示，当物料20为异形底面物料20，物料20底面为曲面时，也可采用主控终端设置每个顶举机器人10顶举高度的方式获得与物料20底面相配的顶举面，但此时需要对每个顶举机器人10的顶举高度进行预设，计算量相对较大；若采用单个顶举机器人10内部的控制机过控制升降机构3的停止来控制其托盘4顶举的高度，使其当托盘4与物料20抵接时使升降机构3停止运动，则不需要预设每个顶举机器人10的顶举高度，但需要检测组件实时对顶举机器人10的顶举状态进行监控。在实际使用过程中，可以根据顶举机器人组中组合机器人的个数、物料20的大小及物料20底面的形状对具体的升降机构3的顶举方式进行选择。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种顶举机器人，包括壳体（1）和托盘（4），其特征在于，

所述壳体（1）包括由多个侧板围成的侧壁（12），所述侧壁（12）在水平面的投影形状为正多边形，且所述多个侧板中的至少一个侧板上设有与其它顶举机器人的侧板相连接的连接装置；

所述顶举机器人还包括检测机构，所述检测机构包括用于检测物料信息的物料检测模块，所述物料信息包括位置信息、尺寸信息和底面形状信息中的至少一种信息；

所述顶举机器人还包括控制机构，所述控制机构包括：

主控模块，用于对信息进行处理和运算，以调控所述顶举机器人的运行状态；

识别模块，与所述主控模块连接，所述识别模块用于识别外部环境信息，并转换为所述主控模块能够处理的信息形式；

信息传输模块，与所述主控模块连接，用于实现所述顶举机器人内部和外部间通信，所述信息传输模块包括设置于所述多个侧板中的至少一个侧板上的数据接口。

2.根据权利要求1所述的顶举机器人，其特征在于，所述连接装置为磁贴。

3.根据权利要求1所述的顶举机器人，其特征在于，还包括升降机构（3），其能带动所述托盘（4）在预设行程范围内升高或降低任意高度。

4.根据权利要求1所述的顶举机器人，其特征在于，所述正多边形为正方形或正六边形。

5.根据权利要求1所述的顶举机器人，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块包括：

运行显示模块，用于显示所述顶举机器人是否运行；以及

顶举显示模块，用于显示所述顶举机器人是否顶举有物料（20）。

6.根据权利要求1所述的顶举机器人，其特征在于，所述检测机构还包括：

升降检测模块，用于检测所述托盘（4）与物料（20）的底面之间距离及所述托盘（4）的升降状态。

7.根据权利要求1所述的顶举机器人，其特征在于，所述侧壁（12）的所述侧板个数N满足2N/(N-2)为整数。

8.根据权利要求7所述的顶举机器人，其特征在于，所述托盘（4）在水平面上的投影形状与所述侧壁（12）的投影形状相同。

9.一种机器人系统，其特征在于，包括若干个如权利要求1-8任一项所述的顶举机器人，其中，每个所述顶举机器人的至少一个所述侧板分别与所述机器人系统中的其它所述顶举机器人的所述侧板通过所述连接装置连接。

10.根据权利要求9所述的机器人系统，其特征在于，当若干个所述顶举机器人对同一物料（20）进行托举时，若干个所述顶举机器人的所述托盘（4）的顶举高度不同。