一种智能仓储机器人、系统及控制方法、充电方法与流程

本发明涉及智能仓储技术领域，尤其涉及一种智能仓储机器人、系统及控制方法、充电方法。

背景技术：

智能仓储是物流过程的一个环节，智能仓储的应用，保证了货品仓库管理各个环节数据输入的速度和准确性，确保企业及时准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制企业库存。通过科学的编码，还可方便地对库存货品的批次、保质期等进行管理。

目前，智能仓储是在仓库内设置多个放置货品的货架，智能仓储机器人根据无线指令的订单将货品所在货架从仓库搬运至员工处理区，工作人员在员工处理区挑拣、扫描商品。但是，这种智能仓储机器人只能搬运整个货架，对自身的承重等性能要求较高，成本较高，货架的重量、高度等也受到限制，工作人员在货架上找寻订单货品，效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有智能仓储机器人只能搬运整个货架，性能要求较高，成本较高，货架尺寸受到限制，工作人员拣选货品效率较低的技术问题，提供了一种智能仓储机器人、系统及控制方法、充电方法，其取放货无需搬运整个货架，成本较低，货架尺寸不受限制，提高工作人员拣选货品的效率。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种智能仓储机器人，包括机器人主体以及设置在机器人主体上的控制装置和机械臂，所述机器人主体包括移动底盘和设置在移动底盘上的机器人货架，所述机器人货架上设有若干个第一电动抽屉，所述移动底盘底部设有第一二维码读取器，所述控制装置包括控制器、电源模块和无线通信模块，所述控制器分别与移动底盘、机械臂、第一电动抽屉、第一二维码读取器、电源模块和无线通信模块电连接。

在本技术方案中，移动底盘为全向移动底盘，可360度旋转，在地面上全向移动。第一电动抽屉用于放置货盒，每个货盒内放置有同一种货品。机器人货架上的第一电动抽屉从上至下竖直排列。

第一二维码读取器为摄像头，用于读取地面上用于定位的二维码标签，每个二维码内均内置有唯一的id号或坐标值。地面上布置有一定数量的二维码标签实现对智能仓储机器人的引导功能。二维码采用矩阵形，三个角上有三个寻象图形，使用ccd识读设备来探测二维码的位置、大小、倾斜角度、并加以解码。智能仓储机器人通过识别二维码进行自身定位，移动到指定位置。

智能仓储机器人通过无线通信模块与管理中心进行无线通信。当管理中心接收到取货订单时，管理中心分析取货订单，确定取货订单中所有需取货品的位置，接着调度智能仓储机器人取货，被调度的智能仓储机器人依次移动到所有需取货品所在位置取货，智能仓储机器人移动到某个需取货品所在位置取货的方法包括以下步骤：智能仓储机器人移动到某个需取货品所在的仓储货架处，使用机械臂从该仓储货架上取下放有该需取货品的货盒，接着控制机器人货架上一个空闲的第一电动抽屉打开，将货盒放入该第一电动抽屉，然后控制该第一电动抽屉关闭，完成一次取货操作。当智能仓储机器人将所有需取货品都放置到自身的机器人货架上后，智能仓储机器人运动到员工处理区。

当管理中心接收到上货订单时，管理中心分析上货订单，确定上货订单中所有需上货货品需放置的位置，接着调度智能仓储机器人移动到员工处理区，员工根据管理中心的指令将货品放置在智能仓储机器人的机器人货架上对应第一电动抽屉内的货盒中，然后管理中心调度智能仓储机器人上货，被调度的智能仓储机器人依次移动到所有需上货货品所在位置上货，智能仓储机器人移动到某个需上货货品所在位置上货的方法包括以下步骤：智能仓储机器人移动到某个需上货货品所在的仓储货架处，控制放有需上货货品所在货盒的第一电动抽屉打开，使用机械臂从该第一电动抽屉中取出货盒，并放到仓储货架上的指定位置，接着控制该第一电动抽屉关闭，完成一次上货操作。当智能仓储机器人将所有需上货货品都放置到对应的仓储货架上后，智能仓储机器人运动到员工处理区。

智能仓储机器人直接取放货品，无需搬运整个货架，成本较低，货架尺寸不受限制，一次可以搬运多件货品，提高工作人员拣选货品的效率。

作为优选，所述机械臂包括机械手、可带动机械手沿竖直方向移动的升降机构和可带动升降机构沿第一电动抽屉打开/关闭方向水平移动的平移机构，所述机械手、升降机构和平移机构分别与控制器电连接。机械手取货时，平移机构带动机械手沿第一电动抽屉打开方向移动到位，使得机械手位于第一电动抽屉打开时的上方，机械手从仓储货架上取下货盒放入一个第一电动抽屉，然后升降机构带动机械手移动到最高处，平移机构带动机械手沿第一电动抽屉关闭方向移动到位，使机械手位于机器人货架正上方，便于智能仓储机器人移动时不被其他物体阻挡。升降机构带动机械手竖直方向移动，使得机械手能从不同高度的第一电动抽屉内取放货盒。

作为优选，所述机械手包括基座，所述基座底部设有抓取机构和可带动抓取机构向基座至少一侧水平伸出的伸缩机构，所述抓取机构、伸缩机构分别与控制器电连接。抓取机构包括两个与货盒匹配的卡爪以及驱动两个卡爪夹紧或松开的驱动机构。抓取机构水平移动的方向与第一电动抽屉打开方向相互垂直。

作为优选，所述机械手上抓取机构伸出的一侧设有第二二维码读取器，所述第二二维码读取器与控制器电连接。存放货品的货盒上贴有具有定位功能的二维码标签，智能仓储机器人通过第二二维码读取器识别货盒上的二维码标签进行定位，微调机械臂的位置，使得更精确地抓取货盒，还能读取二维码标签内存储的货盒信息。伸缩机构可带动抓取机构向左右两侧水平移动，机械手左右两侧设有第二二维码读取器。

作为优选，所述移动底盘包括上底板和下底板，所述上底板下表面设有若干个脚轮，所述下底板上设有驱动上底板转动的驱动模块，所述下底板底部设有可前进、后退、转向的移动机构。机器人货架设置在上底板上，第一二维码读取器设置在下底板底部，上底板可在驱动模块的作用下360度旋转，可灵活调整机器人货架的位置，便于取放货品。移动机构包括两个主动轮以及驱动主动轮转动的驱动电机，两个主动轮通过差速器连接。

作为优选，所述机器人货架上设有第二电动抽屉，所述第二电动抽屉内设有电池槽，所述电源模块包括主电池和备用电池，所述主电池设置在电池槽内，所述控制器分别与备用电池和电池槽内的主电池电连接。智能仓储机器人正常工作时由主电池供电，当主电池电量不足时，切换成备用电池供电，智能仓储机器人移动到电池架处更换主电池，主电池更换完成后，切换成主电池供电，同时主电池给备用电池充电，实现自动更换电池，无需人工操作。

本发明的一种智能仓储系统，包括上述的一种智能仓储机器人，还包括管理中心、分布于仓储区域的若干个仓储货架以及设置在仓储区域地面上的若干个用于定位的第一二维码标签，所述仓储货架上设有若干个用于放置货品的货盒，所述管理中心通过无线网络与无线通信模块无线连接。

在本技术方案中，第一二维码标签依次相邻设置构成二维码导航带，智能仓储机器人通过识别第一二维码标签进行自身定位，实现在仓储区域自由移动。

货盒统一规格，便于机械臂抓取，每个货盒内放置有同一种货品。取货时，智能仓储机器人将放有该货品的货盒取下运到员工处理区，工作人员从货盒中取出指定数量的货品。管理中心接收外部设备发送的订单，根据订单调配智能仓储机器人取货、上货，同时具有入库业务、出库业务、仓库调拨和虚仓管理等功能，对批次管理、物料对应、库存盘点、质检管理、虚仓管理和即时库存管理等功能综合运用。

货盒至少一侧设有第二二维码标签。智能仓储机器人通过第二二维码读取器识别货盒上的第二二维码标签进行定位，微调机械臂的位置，使得更精确地抓取货盒，第二二维码标签还存储有所在货盒的唯一编号，智能仓储机器人可通过第二二维码读取器读取。

作为优选，一种智能仓储系统还包括设置在仓储区域的充电架，所述充电架上设有若干个用于给主电池充电的充电座，所述充电架上还设有电池电量监测装置，电池电量监测装置用于监测每个充电座上电池的电量并将其发送到管理中心。电池电量监测装置与管理中心有线连接或无线连接。充电架连接提供电能的外部充电站，充电架的充电座给放置在其上的主电池充电。

本发明的一种智能仓储系统的控制方法，用于上述的一种智能仓储系统，其特征在于，包括以下步骤：

当管理中心接收到取货订单时，管理中心分析取货订单，确定取货订单中所有需取货品的位置，并调度智能仓储机器人取货；

智能仓储机器人接收到管理中心发送的取货指令后依次移动到所有需取货品所在位置取货，智能仓储机器人移动到某个需取货品所在位置取货的方法包括以下步骤：智能仓储机器人移动到某个需取货品所在的仓储货架处，使用机械臂从该仓储货架上取下放有该需取货品的货盒，并放入机器人货架上一个空闲的第一电动抽屉，然后将机器人货架上一个没有放有需取货品的货盒从其所在的第一电动抽屉中取出放到该仓储货架上被取下的货盒原先所在位置，并将新放到仓储货架上的货盒的位置信息发送到管理中心；

智能仓储机器人将所有需取货品所在的货盒取下放到机器人货架上后根据管理中心发送的员工处理区位置信息移动到对应的员工处理区。

在本技术方案中，管理中心确定取货订单中所有需取货品的位置后，计算出到达所有需取货品所在仓储货架位置的最优路径，调度一个智能仓储机器人按照最优路径依次移动到所有需取货品所在位置取货。管理中心调度智能仓储机器人取货时，将取货指令、所有需取货品位置信息、最优路径和执行该取货订单的员工处理区位置信息发送到执行取货任务的智能仓储机器人。货品位置信息包括货品所在的仓储货架的编号及位置、放有该货品的货盒的编号及该货盒在该仓储货架上的位置。

智能仓储机器人从仓储货架上取下一个放有需取货品的货盒时，仓储货架空出一个用于放置货盒的放置位，如果智能仓储机器人的机器人货架上存在无需取的货盒，则智能仓储机器人将无需取的货盒放到仓储货架上被取下的货盒原先的位置，并将该放到仓储货架上的货盒的编号及位置发送到管理中心，管理中心进行登记存储。在新的一次取货流程中把上一次取货流程中留下的货盒放置到新取下的货盒的位置，在拿取本次所需货盒的同时存放上一次货盒，提高了工作效率，智能仓储机器人将存放货盒的相关信息发送到管理中心，管理中心对这些货盒的位置重新记录，整个仓储实行完全随机存储。

本发明的一种智能仓储系统的智能仓储机器人自动换电池方法，用于上述的一种智能仓储系统，机器人货架上设有第二电动抽屉，所述第二电动抽屉内设有电池槽，所述电源模块包括主电池和备用电池，所述主电池设置在电池槽内，所述控制器分别与备用电池和电池槽内的主电池电连接，包括以下步骤：当智能仓储机器人的主电池电量低于设定值k1时，智能仓储机器人启动备用电池供电，向管理中心发送充电请求，管理中心将空闲的充电座位置信息和电量满足要求的主电池位置信息发送给智能仓储机器人，智能仓储机器人移动到充电架所在位置，从第二电动抽屉中取出主电池放置到空闲的充电座上，接着从充电架上取出电量满足要求的主电池放到第二电动抽屉中，然后智能仓储机器人供电由备用电池供电切换为主电池供电，同时主电池给备用电池充电。

本发明的有益效果是：（1）取放货无需搬运整个货架，成本较低，货架尺寸不受限制，提高工作人员拣选货品的效率。（2）在拿取新的取货订单中需取货品对应的货盒的同时存放以前取货订单完成后遗留在智能仓储机器人上的货盒，提高了工作效率，整个仓储实行完全随机存储。（3）智能仓储机器人能够自动更换电池，无需进行长时间充电，提高了智能仓储机器人使用率。

附图说明

图1是智能仓储机器人的一种结构示意图；

图2是智能仓储机器人的一种电路原理连接框图；

图3是机械臂的一种结构示意图；

图4是机械手的一种结构示意图；

图5是移动底盘的一种结构示意图；

图6是图5的右视图；

图7是机器人货架的一种结构示意图；

图8是智能仓储系统的一种结构示意图；

图9是仓储货架的一种结构示意图；

图10是货盒的一种结构示意图；

图11是智能仓储机器人从仓储货架上取下货盒的示意图；

图12是充电架的一种结构示意图。

图中：1、移动底盘，2、机器人货架，3、第一电动抽屉，4、第一二维码读取器，5、控制器，6、第二电动抽屉，7、机械手，8、升降机构，9、平移机构，10、抓取机构，11、伸缩机构，12、上底板，13、下底板，14、脚轮，15、移动机构，16、主电池，17、备用电池，18、机械臂，19、电源模块，20、无线通信模块，21、基座，22、升降立柱，23、升降齿轮，24、升降电机，25、第二二维码读取器，26、卡爪，27、驱动机构，28、驱动模块，29、管理中心，30、仓储货架，31、第一二维码标签，32、货盒，33、员工处理区，34、第二二维码标签，35、充电架，36、充电座。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种智能仓储机器人，如图1、图2所示，包括机器人主体以及设置在机器人主体上的控制装置和机械臂，机器人主体包括移动底盘1和设置在移动底盘1上的机器人货架2，机器人货架2上沿竖直方向设有五个第一电动抽屉3，移动底盘1底部设有第一二维码读取器4，控制装置包括控制器5、电源模块19和无线通信模块20，控制器5分别与移动底盘1、机械臂18、第一电动抽屉3、第一二维码读取器4、电源模块19和无线通信模块20电连接。

移动底盘为全向移动底盘，可360度旋转，在地面上全向移动。第一电动抽屉用于放置货盒，每个货盒内放置有同一种货品。

第一二维码读取器为摄像头，用于读取地面上用于定位的二维码标签，每个二维码内均内置有唯一的id号或坐标值。地面上布置有一定数量的二维码标签实现对智能仓储机器人的引导功能。二维码采用矩阵形，三个角上有三个寻象图形，使用ccd识读设备来探测二维码的位置、大小、倾斜角度、并加以解码。智能仓储机器人通过识别二维码进行自身定位，移动到指定位置。

智能仓储机器人通过无线通信模块20与管理中心29进行无线通信。当管理中心接收到取货订单时，管理中心分析取货订单，确定取货订单中所有需取货品的位置，接着调度智能仓储机器人取货，被调度的智能仓储机器人依次移动到所有需取货品所在位置取货，智能仓储机器人移动到某个需取货品所在位置取货的方法包括以下步骤：智能仓储机器人移动到某个需取货品所在的仓储货架处，使用机械臂从该仓储货架上取下放有该需取货品的货盒，接着控制机器人货架上一个空闲的第一电动抽屉打开，将货盒放入该第一电动抽屉，然后控制该第一电动抽屉关闭，完成一次取货操作。当智能仓储机器人将所有需取货品都放置到自身的机器人货架上后，智能仓储机器人运动到员工处理区。

当管理中心接收到上货订单时，管理中心分析上货订单，确定上货订单中所有需上货货品需放置的位置，接着调度智能仓储机器人移动到员工处理区，员工根据管理中心的指令将货品放置在智能仓储机器人的机器人货架上对应第一电动抽屉内的货盒中，然后管理中心调度智能仓储机器人上货，被调度的智能仓储机器人依次移动到所有需上货货品所在位置上货，智能仓储机器人移动到某个需上货货品所在位置上货的方法包括以下步骤：智能仓储机器人移动到某个需上货货品所在的仓储货架处，控制放有需上货货品所在货盒的第一电动抽屉打开，使用机械臂从该第一电动抽屉中取出货盒，并放到仓储货架上的指定位置，接着控制该第一电动抽屉关闭，完成一次上货操作。当智能仓储机器人将所有需上货货品都放置到对应的仓储货架上后，智能仓储机器人运动到员工处理区。

智能仓储机器人直接取放货品，无需搬运整个货架，成本较低，货架尺寸不受限制，一次可以搬运多件货品，提高工作人员拣选货品的效率。

如图3所示，机械臂18包括机械手7、可带动机械手7沿竖直方向移动的升降机构8和可带动升降机构8沿第一电动抽屉3打开/关闭方向水平移动的平移机构9，机械手7、升降机构8和平移机构9分别与控制器5电连接。

机械手取货时，平移机构带动机械手沿第一电动抽屉打开方向移动到位，使得机械手位于第一电动抽屉打开时的上方，机械手从仓储货架上取下货盒放入一个第一电动抽屉，然后升降机构带动机械手移动到最高处，平移机构带动机械手沿第一电动抽屉关闭方向移动到位，使机械手位于机器人货架正上方，便于智能仓储机器人移动时不被其他物体阻挡。升降机构带动机械手竖直方向移动，使得机械手能从不同高度的第一电动抽屉内取放货盒。

如图3、图4所示，机械手7包括基座21，基座21底部设有抓取机构10和可带动抓取机构10向基座21左右两侧水平伸出的伸缩机构11，基座21左右两侧设有第二二维码读取器25，抓取机构10、伸缩机构11和第二二维码读取器25分别与控制器5电连接。抓取机构10左右水平移动的方向与第一电动抽屉打开方向相互垂直。

升降机构8包括升降立柱21和设置在基座21上的驱动装置，升降立柱21上设有升降齿条，驱动装置包括与升降齿条啮合的升降齿轮23以及驱动升降齿轮23转动的升降电机24。

抓取机构10包括两个与货盒匹配的卡爪26以及驱动两个卡爪26夹紧或松开的驱动机构27。

存放货品的货盒上贴有具有定位功能的二维码标签，智能仓储机器人通过第二二维码读取器识别货盒上的二维码标签进行定位，微调机械臂的位置，使得更精确地抓取货盒，还能读取二维码标签内存储的货盒信息。第二二维码读取器为摄像头。

如图5、图6所示，移动底盘1包括上底板12和下底板13，上底板12下表面四角处设有脚轮14，下底板13上设有驱动上底板12转动的驱动模块28，下底板13底部设有可前进、后退、转向的移动机构15。移动机构15包括两个主动轮以及驱动主动轮转动的驱动电机，两个主动轮通过差速器连接。上底板可在驱动模块的作用下360度旋转，可灵活调整机器人货架的位置，便于取放货品。

机器人货架2设置在上底板12上，第一二维码读取器4设置在上底板12中心，下底板13上与第一二维码读取器4对应位置设有通孔，使第一二维码读取器4的探测头能够探测到地面上的二维码图像。第一二维码读取器4为摄像头。

如图1、图7所示，机器人货架2上设有第二电动抽屉6，第二电动抽屉6内设有电池槽，电源模块19包括主电池16和备用电池17，主电池16设置在电池槽内，控制器5分别与备用电池17和电池槽内的主电池16电连接。第二电动抽屉6位于机器人货架2底部，控制器5位于机器人货架2顶部，控制器5、五个第一电动抽屉3、第二电动抽屉6沿竖直方向依次排列，第二电动抽屉6的打开方向与第一电动抽屉3相同。

智能仓储机器人正常工作时由主电池供电，当主电池电量不足时，切换成备用电池供电，智能仓储机器人移动到电池架处更换主电池，主电池更换完成后，切换成主电池供电，同时主电池给备用电池充电，实现自动更换电池，无需人工操作。

本实施例的一种智能仓储系统，如图8、图9、图10所示，包括上述的一种智能仓储机器人，还包括管理中心29、分布于仓储区域的若干个仓储货架30以及设置在仓储区域地面上的若干个用于定位的第一二维码标签31，仓储货架30上设有若干个用于放置货品的货盒32，货盒32侧壁设有与卡爪配合的凸条，货盒32前后两侧都设有第二二维码标签34，管理中心29通过无线网络与无线通信模块20无线连接。

第一二维码标签依次相邻设置构成二维码导航带，智能仓储机器人通过识别第一二维码标签进行自身定位，实现在仓储区域自由移动。

货盒统一规格，便于机械臂抓取，每个货盒内放置有同一种货品。取货时，如图11所示，智能仓储机器人将放有该货品的货盒取下运到员工处理区，工作人员从货盒中取出指定数量的货品。管理中心接收外部设备发送的订单，根据订单调配智能仓储机器人取货、上货，同时具有入库业务、出库业务、仓库调拨和虚仓管理等功能，对批次管理、物料对应、库存盘点、质检管理、虚仓管理和即时库存管理等功能综合运用。

智能仓储机器人通过第二二维码读取器识别货盒上的第二二维码标签进行定位，微调机械臂的位置，使得更精确地抓取货盒，第二二维码标签还存储有所在货盒的唯一编号，智能仓储机器人可通过第二二维码读取器读取。

如图12所示，智能仓储系统还包括设置在仓储区域的充电架35，充电架35上设有若干个用于给主电池充电的充电座36，充电架35上还设有电池电量监测装置，电池电量监测装置用于监测每个充电座上电池的电量并将其发送到管理中心29。电池电量监测装置与管理中心有线连接或无线连接。充电架连接提供电能的外部充电站，充电架的充电座给放置在其上的主电池充电。

本实施例的一种智能仓储系统的控制方法，用于上述的一种智能仓储系统，其特征在于，包括以下步骤：

当管理中心接收到取货订单时，管理中心分析取货订单，确定取货订单中所有需取货品的位置，并调度智能仓储机器人取货；

智能仓储机器人接收到管理中心发送的取货指令后依次移动到所有需取货品所在位置取货，智能仓储机器人移动到某个需取货品所在位置取货的方法包括以下步骤：智能仓储机器人移动到某个需取货品所在的仓储货架处，使用机械臂从该仓储货架上取下放有该需取货品的货盒，并放入机器人货架上一个空闲的第一电动抽屉，然后将机器人货架上一个没有放有需取货品的货盒从其所在的第一电动抽屉中取出放到该仓储货架上被取下的货盒原先所在位置，并将新放到仓储货架上的货盒的位置信息发送到管理中心；

智能仓储机器人将所有需取货品所在的货盒取下放到机器人货架上后根据管理中心发送的员工处理区位置信息移动到对应的员工处理区。

管理中心确定取货订单中所有需取货品的位置后，计算出到达所有需取货品所在仓储货架位置的最优路径，调度一个智能仓储机器人按照最优路径依次移动到所有需取货品所在位置取货。管理中心调度智能仓储机器人取货时，将取货指令、所有需取货品位置信息、最优路径和执行该取货订单的员工处理区位置信息发送到执行取货任务的智能仓储机器人。货品位置信息包括货品所在的仓储货架的编号及位置、放有该货品的货盒的编号及该货盒在该仓储货架上的位置。

智能仓储机器人从仓储货架上取下一个放有需取货品的货盒时，仓储货架空出一个用于放置货盒的放置位，如果智能仓储机器人的机器人货架上存在无需取的货盒，则智能仓储机器人将无需取的货盒放到仓储货架上被取下的货盒原先的位置，并将该放到仓储货架上的货盒的编号及位置发送到管理中心，管理中心进行登记存储。在新的一次取货流程中把上一次取货流程中留下的货盒放置到新取下的货盒的位置，在拿取本次所需货盒的同时存放上一次货盒，提高了工作效率，智能仓储机器人将存放货盒的相关信息发送到管理中心，管理中心对这些货盒的位置重新记录，整个仓储实行完全随机存储。

本实施例的一种智能仓储系统的智能仓储机器人自动换电池方法，用于上述的一种智能仓储系统，包括以下步骤：当智能仓储机器人的主电池电量低于设定值k1时，智能仓储机器人启动备用电池供电，向管理中心发送充电请求，管理中心将空闲的充电座位置信息和电量满足要求的主电池位置信息发送给智能仓储机器人，智能仓储机器人移动到充电架所在位置，从第二电动抽屉中取出主电池放置到空闲的充电座上，接着从充电架上取出电量满足要求的主电池放到第二电动抽屉中，然后智能仓储机器人供电由备用电池供电切换为主电池供电，同时主电池给备用电池充电。