一种外形自适应灵活型搬运机器人及物料管理应用系统

摘要

本发明涉及一种外形自适应灵活型搬运机器人，包括若干车架、依次连接车架并围成矩形结构的可伸缩支撑梁、驱动车架同步运动的行走机构、以及安装在车架上并可实现升降的承载机构；还涉及一种物料管理应用系统，包括机器人任务调度与监控系统、物料管理系统及生产任务管理系统；本发明提供了一种外形自适应灵活型搬运机器人，实现了物料的自动化搬运操作，克服现有人工方式存在的劳动量大，物料人工寻找和搬运费时费力效率低的问题；能够根据配合使用的托架大小自适应调节可伸缩支撑梁的伸缩长度，增强输送的稳定性；具有自动识别功能，能够实现自动化导引控制寻找物料，通过精确的识别和控制可以根据不同的物料位置进行自动调节。

说明书

技术领域

本发明涉及物流运输行业用搬运设备技术领域，特别涉及一种外形自适应灵活型搬运机器人及物料管理应用系统。

背景技术

航空航天、物流等行业均需要搬运物料，随着科学技术发展，出现了搬运机器人这一自动控制领域的高新技术，涉及到力学、机械学、电气技术、自动化控制技术、传感器技术、单片机技术和计算机技术等学科领域，其已经成为现代机械制造生产体系中一项重要的组成部分。

搬运机器人的出现直接减少了生产对人力的需求，而且机器人的稳定性更高，它可以连续的工作，对于自动化综合水平较高的生产线，目前都会有搬运机器人应用于辅助生产；但是，鉴于生产中所需物料大小不一，而搬运机器人一般只能搬运大小近似的物料，小的搬运托架搬运较大物料存在重心不稳的安全隐患，从而使得现有技术中的搬运机器人由于结构设计的局限性，而使得适应性相对较差，因此本发明研制了一种外形自适应灵活型搬运机器人及物料管理应用系统，以解决现有技术中存在的问题，经检索，未发现与本发明相同或相似的技术方案。

发明内容

本发明目的是：提供一种外形自适应灵活型搬运机器人及物料管理应用系统，以解决现有技术中搬运机器人结构设计单一，同一设备只能搬运大小近似物料而引发的适应性差的问题，克服人工方式存在的劳动量大，工作效率低，对搬运人员存在安全隐患的缺陷。

本发明的技术方案是：一种外形自适应灵活型搬运机器人，包括若干车架、依次连接车架并围成矩形结构的可伸缩支撑梁、驱动车架同步运动的行走机构、以及安装在车架上并可实现升降的承载机构；所述承载机构包括承载托盘、以及驱动承载托盘沿竖直方向升降的驱动组件，所述驱动组件可驱动承载托盘上升后的上端面高度高于车架上端面的高度。

优选的，所述行走机构选用麦克纳姆轮，所述可伸缩支撑梁包括第一连接横梁及驱动第一连接横梁伸缩的电缸。

优选的，所述车架包括第一下架体及第一上架体，所述麦克纳姆轮安装在第一下架体侧边，并采用伺服电机进行驱动；所述电缸固定在第一下架体内，与第一连接横梁一端固定连接并驱动其伸缩；所述第一连接横梁远离电缸的一端固定在相邻车架的第一下架体内；所述驱动组件安装在第一上架体内，所述承载托盘与驱动组件连接并贯穿第一上架体上端面。

优选的，所述行走机构选用舵轮，所述可伸缩支撑梁包括同轴设置的第二连接横梁及光轴，所述光轴与第二连接横梁插接活动配合连接。

优选的，所述车架包括第二下架体及第二上架体，所述舵轮安装在第二下架体内；所述第二连接横梁远离光轴的一端固定在第二下架体内，所述光轴远离第二连接横梁的一端固定在相邻车架的第二下架体内；所述驱动组件安装在第二上架体内，所述承载托盘与驱动组件连接并贯穿第二上架体上端面。

优选的，所述驱动组件选用顶升丝杠机构，所述顶升丝杠机构与承载托盘连接，并分别通过单独的减速电机进行驱动。

优选的，所述车架内还设置有车载控制系统，所述车载控制系统包括总控系统、依次与总控系统连接的导航系统、姿态识别系统及通信系统；所述导航系统可以选用激光导航系统、电磁导引系统、惯性导航系统或视觉导航系统中的一种；所述姿态识别系统采用二维码识别系统；所述通信系统用于远程信息交互及远程控制。

基于上述的一种外形自适应灵活型搬运机器人，本发明还提供了一种物料管理应用系统，所述物料管理应用系统包括：

机器人任务调度与监控系统，采用无线通信方式与搬运机器人内的通信系统进行无线通信连接，并对搬运机器人进行任务控制；

物料管理系统，用于管控物料存放位置，所述物料管理系统和机器人任务调度与监控系统采用电通信方式连接，并将物料存放位置传送给机器人任务调度与监控系统；

生产任务管理系统，用于管控生产任务需求信息，所述生产任务管理系统和机器人任务调度与监控系统采用电通信方式连接，并将生产任务需求信息传送给机器人任务调度与监控系统。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本发明提供了一种外形自适应灵活型搬运机器人，实现了物料的自动化搬运操作，克服现有人工方式存在的劳动量大，物料人工寻找和搬运费时费力效率低的问题；工作过程中，能够根据配合使用的托架大小自适应调节可伸缩支撑梁的伸缩长度，增强输送的稳定性；整体结构具有自动识别功能，能够实现自动化导引控制寻找物料，通过精确的识别和控制可以根据不同的物料位置进行自动调节。

(2)本发明同时涉及到了应用于外形自适应灵活型搬运机器人的物料管理应用系统，自动化程度高，通过物料管理系统及生产任务管理系统的信息化对接，在机器人任务调度与监控系统的操作下，实现全自动的物料搬运工作。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例1所述的一种外形自适应灵活型搬运机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例1所述的一种外形自适应灵活型搬运机器人内部结构示意图(部分结构被拆除)；

图3为本发明实施例1所述的一种外形自适应灵活型搬运机器人内部结构设置主视图；

图4为本发明实施例1所述的一种外形自适应灵活型搬运机器人工作时刚进入托架下方时的主视图；

图5为本发明实施例1所述的一种外形自适应灵活型搬运机器人工作时进入托架下方将托架向上顶起时的主视图。

图6为本发明实施例2所述的一种外形自适应灵活型搬运机器人的结构示意图；

图7为本发明实施例2所述的一种外形自适应灵活型搬运机器人的内部结构示意图(部分车架结构被拆除)；

图8为本发明实施例2所述可伸缩支撑梁伸缩调节时的结构示意图；

图9为本发明所述的一种物料管理应用系统的结构示意图；

图10为本发明所述的一种外形自适应灵活型搬运机器人工作时的搬运流程及归位流程示意图。

其中：1、车架；

11、第一下架体，12、第一上架体，13、第二下架体，14、第二上架体；

2、可伸缩支撑梁；

21、第一连接横梁，22、电缸，23、第二连接横梁，24、光轴；

3、行走机构；

31、麦克纳姆轮，301、伺服电机；

32、舵轮；

4、承载机构；

41、承载托盘，42、驱动组件。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：

实施例1

如图1、图2所示，一种外形自适应灵活型搬运机器人，包括若干车架1、依次连接车架1并围成矩形结构的可伸缩支撑梁2、驱动车架1同步运动的行走机构3、以及安装在车架1上并可实现升降的承载机构4。

本实施例中，车架1共选用四个，并设置在能够围成矩形结构的四个顶角处，该车架1包括第一下架体11及第一上架体12；行走机构3选用麦克纳姆轮31，安装在第一下架体11侧边，并采用伺服电机301进行驱动。

结合图2、图3所示，可伸缩支撑梁2包括第一连接横梁21及驱动第一连接横梁21伸缩的电缸22；电缸22固定在第一下架体11内，与第一连接横梁21一端固定连接并驱动其伸缩；第一连接横梁21远离电缸22的一端固定在相邻车架1的第一下架体11内。

承载机构4包括承载托盘41、以及驱动承载托盘41沿竖直方向升降的驱动组件42，驱动组件42安装在第一上架体12内，可选用顶升丝杠机构，并分别通过单独的减速电机进行驱动；承载托盘41与顶升丝杠机构连接，并贯穿第一上架体12上端面，驱动组件42可驱动承载托盘41上升后的上端面高度高于第一上架体12上端面的高度。

关于控制部分，车架1内还设置有车载控制系统，车载控制系统包括总控系统、依次与总控系统连接的导航系统、姿态识别系统及通信系统；导航系统可以选用激光导航系统、电磁导引系统、惯性导航系统或视觉导航系统中的一种；姿态识别系统采用二维码识别系统；通信系统用于远程信息交互及远程控制；总控系统还与伺服电机301、电缸22及减速电机连接。

本实施例中，行走机构3选用麦克纳姆轮31驱动的方式，麦克纳姆轮31作为驱动轮可以实现全向移动，更具有灵活性；而关于可伸缩支撑梁2及承载托盘41则需要单独驱动，其中可伸缩支撑梁2通过电缸22驱动伸缩，承载托盘41通过顶升丝杠机构驱动升降。

本发明需与用于放置待搬运物料的托架配合使用，如图4所示，托架上方用于放置物料，下方设置有支撑脚，与地面之间形成供搬运机器人进入的空间；同时托架下方还粘贴有包含托架尺寸大小信息的二维码；工作时，首先搬运机器人以收缩状态进入托架下方，并通过二维码识别系统扫描二维码，将扫描信息发送给总控系统；然后，如图5所示，搬运机器人通过总控系统控制电缸22工作，实现第一连接横梁21伸出长度的调整，接着继续控制驱动组件42工作，实现承载托盘41上升并向上顶起托架，从而能够带动托架及物料运动，实现搬运动作。

实施例2

本实施例与实施例1的不同点在于：结合图6、图7所示，行走机构3选用舵轮，此时可伸缩支撑梁2采用同轴设置的第二连接横梁23及光轴24，光轴24与第二连接横梁23插接活动配合连接。

更具体的，车架1包括第二下架体13及第二上架体14，舵轮安装在第二下架体13内；第二连接横梁23远离光轴24的一端固定在第二下架体13内，光轴24远离第二连接横梁23的一端固定在相邻车架1的第二下架体13内；驱动组件42安装在第二上架体14内，承载托盘41与驱动组件42连接并贯穿第二上架体14上端面。

本实施例中，行走机构3选用舵轮32驱动的方式，舵轮32作为驱动轮，可通过与地面的摩擦力实现可伸缩支撑梁2(第二连接横梁23、光轴24)的伸缩，省去了其他的驱动结构，同时承载托盘41仍需通过驱动组件42进行驱动升降；但是依靠舵轮32驱动的搬运机器人，在转向前需先驻车，进行舵轮32方向轴偏转动作，然后进行转向动作；其中，关于舵轮32与地面摩擦实现第二连接横梁23与光轴24发生相对伸缩的原理如下：

结合图8所示，以图中一对平行的第二连接横梁A为例，整体结构的前进方向如图中的虚线箭头所示，若需使第二连接横梁A由图5的拉伸状态改变为图6的收缩状态，则使舵轮32由图示方位按箭头方向转动，此时单个第二连接横梁A两侧的舵轮32沿前进方向呈“八”字型，则在前进过程中，光轴会不断向第二连接横梁A内收缩，反之则会拉伸，进而实现了可伸缩支撑梁2的伸缩。

基于上述的一种外形自适应灵活型搬运机器人，本发明还提供了一种物料管理应用系统，如图9所示，该物料管理应用系统包括：

机器人任务调度与监控系统，采用无线通信方式与搬运机器人内的通信系统进行无线通信连接，并对搬运机器人进行任务控制。

物料管理系统，用于管控物料存放位置，物料管理系统和机器人任务调度与监控系统采用电通信方式连接，并将物料存放位置传送给机器人任务调度与监控系统。

生产任务管理系统，用于管控生产任务需求信息，生产任务管理系统和机器人任务调度与监控系统采用电通信方式连接，并将生产任务需求信息传送给机器人任务调度与监控系统。

搬运机器人工作于物料存放区与生产线区域之间，当生产线有生产任务需求信息后，搬运机器人移动到对应的物料存放区完成物料的搬运(此时物料需放置在托架上)，并运送到生产线区域的目标工位；当物料被搬空后，搬运机器人移动到生产线区域的目标工位完成空托架的搬运，并运动到物料存放区的指定位置。

更具体的，结合图10所示，本发明的工作原理具体如下：

本发明涉及到的一种外形自适应灵活型搬运机器人在机器人任务调度与监控系统的控制下进行全自动的工作；当生产线区域产生物料需求后，生产任务管理系统发出物料需求信号，搬运机器人执行搬运流程，首先搬运机器人在导航系统的作用下前往物料存放区的物料目标位置处，然后通过姿态识别系统(即二维码识别系统)扫描物料对应托架下方的二维码，明确可伸缩支撑梁2及承载托盘41的姿态，通过总控系统的控制实现可伸缩支撑梁2长度的调整(与放置物料的托架大小相适应)、以及承载托盘41向上顶起，从而将放置有物料的托架向上托起，并随着搬运机器人继续在导航系统的作用下运动至生产线目标工位，实现物料的搬运；当物料被搬空后，生产任务管理系统依次发出空托架归位信号与物料需求，搬运机器人执行空托架归位流程，搬运机器人前往生产线目标工位，通过姿态识别系统扫描空托架下方的二维码，明确可伸缩支撑梁2及承载托盘41的姿态，通过总控系统的控制实现可伸缩支撑梁2长度的调整(与空托架的大小相适应)、以及承载托盘41向上顶起，从而将空托架向上托起，并随着搬运机器人继续在导航系统的作用下归位至物料指定区域；没有其他任务需要执行的时候，搬运机器人在机器人任务调度与监控系统的控制下，前往自动充电站，完成自动充电的工作，以便于后续工作。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。