搬运装置、搬运系统及货架搬运方法与流程

本发明涉及一种导航机制，尤其涉及一种搬运装置、搬运系统及货架搬运方法。

背景技术：

自动导引车(automaticguidedvehicle，agv)是一种按设定的线路或设定的地图，在物流调度系统或人工指令的控制下，自动行驶或者自动牵引物料箱，完成物料转运与装卸的无人驾驶物料输送设备。

目前工业界中已经出现的agv导航控制系统主要有地磁感应导引、光耦跟踪导引、激光反射导引、视觉跟踪导引、惯性导引、超声波导引等。然而，在上述系统中，若所应用的环境中存在不易处理的环境问题时(例如地面镜反射和道路污渍、导引线断裂、模糊等)，常常出现agv跑偏或者路径丢失等故障，可靠性低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种搬运装置、搬运系统及货架搬运方法，其可用于解决上述技术问题。

本发明提供一种搬运装置，包括举升杆及处理器。举升杆设置于搬运装置的顶面。处理器经配置以：估计搬运装置于特定场域中的装置姿态；检测位于特定场域中的货架的货架姿态；反应于接收到对于货架的搬运请求，基于货架的货架姿态设定关联于货架的第一进入点，并控制搬运装置前往第一进入点；反应于判定搬运装置抵达第一进入点，控制搬运装置旋转以对齐货架，并从货架的第一入口进入货架下的容置空间；升起举升杆以与货架对接，并控制搬运装置移动以搬运货架。

一种搬运系统，包括货架及搬运装置。货架位于特定场域内，并设置有多个反光物件。搬运装置经配置以：估计搬运装置于特定场域中的装置姿态；检测位于特定场域中的货架的货架姿态；反应于接收到对于货架的搬运请求，基于货架的货架姿态设定关联于货架的第一进入点，并前往第一进入点；反应于判定抵达第一进入点，旋转以对齐货架，并从货架的第一入口进入货架下的容置空间；升起举升杆以与货架对接，并移动以搬运货架。

本发明提供一种货架搬运方法，适于搬运装置，包括：估计搬运装置于特定场域中的装置姿态；检测位于特定场域中的货架的货架姿态；反应于接收到对于货架的搬运请求，基于货架的货架姿态设定关联于货架的第一进入点，并控制搬运装置前往第进入点；反应于判定搬运装置抵达第一进入点，旋转以对齐货架，并从货架的第一入口进入货架下的容置空间；升起举升杆以与货架对接，并移动以搬运货架。

基于上述，本发明可让搬运装置在估计自身的装置姿态及货架的货架姿态之后，控制搬运装置朝货架前进，并自动且准确地实现与货架的对接。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1a是依据本发明的一实施例示出的搬运装置功能方块图；

图1b是依据图1a示出的搬运装置实体图；

图2a是依据本发明的一实施例示出的货架示意图；

图2b是依据图2a示出的货架仰视图；

图3是依据本发明的一实施例示出的货架搬运方法流程图；

图4a至图4g是依据本发明的一实施例示出的位于特定场域内的搬运系统运作情境图。

附图标记说明：

100：搬运装置；

100a、200a：参考点；

100b：装置定向；

102：举升杆；

104：光达传感器；

106：里程计；

108：处理器；

200：货架；

200b：货架定向；

201：承载部；

202：货架脚；

203：轮子；

204：对接部；

204a：导槽；

204b：限位部；

205：反光物件；

206：容置空间；

400：搬运系统；

410：第一进入点；

499：特定场域；

d1：预设距离；

e1：第一入口；

p1：对接位置；

s1：特定侧。

具体实施方式

请参照图1a及图1b，其中图1a是依据本发明的一实施例示出的搬运装置功能方块图，而图1b是依据图1a示出的搬运装置实体图。在本发明的实施例中，搬运装置100例如是可在特定场域(例如仓库或其他用于存放货物、货架的场所)中受控而搬运货架(shelf)或其他物品的agv，但可不限于此。举例而言，当相关的控制中心或管理人员控制搬运装置100搬运某个指定货架时，搬运装置100可自动执行路径规划(pathplanner)演算法以规划前往指定货架的路径。并且，在抵达指定货架附近的目标点之后，搬运装置100可再自动切换为红萝卜规划(carrotplanner)演算法，以逐步靠近指定货架，并通过某种方式与指定货架对接。在完成与指定货架的对接之后，搬运装置100即可通过自身的移动来将指定货架移至控制中心或管理人员指定的目的地，从而完成对于指定货架的搬运操作。

如图1a所示，搬运装置100可包括举升杆102、光达传感器104、里程计106及处理器108。如图1b所示，举升杆102例如可设置于搬运装置100的顶面，并可受控于处理器108而升起及收回。在一实施例中，举升杆102可用于与待搬运货架上的对接部对接，从而利于搬运装置100搬运货架，但可不限于此。

光达传感器104可通过发射光束(例如激光)的方式对搬运装置100所在的特定场域进行扫描，藉以得知搬运装置100周围各物体与搬运装置100之间的距离，但可不限于此。在本发明的实施例中，所考虑的货架上可设置有多个反光物件(例如反光条、反光标签等)。因此，在光达传感器104进行扫描以取得特定场域中的数个环境亮点之后，可检测到环境亮点中存在一或数个对应于前述反光物件的特定亮点(例如是亮度高于亮度门限值的一部分环境亮点)。在本发明的实施例中，上述特定亮点可用于让搬运装置100检测货架的货架姿态(例如在特定场域中的货架坐标及货架定向等)，相关细节将在之后说明。

在一实施例中，搬运装置100可设置有数个动力轮，其可受驱动而令搬运装置100(水平地)旋转和/或移动。在此情况下，里程计106可安装于上述动力轮上以得到轮胎转动的距离，从而得到搬运装置100的估计移动距离，但可不限于此。在一实施例中，搬运装置100可储存有所在的特定场域地图，藉此，处理器108即可基于里程计106所取得的估计移动距离来估计搬运装置100在特定场域中的装置姿态(例如包括搬运装置100的装置坐标及装置定向等)。

处理器108耦接于举升杆102、光达传感器104及里程计106，并可为一般用途处理器、特殊用途处理器、传统的处理器、数字信号处理器、多个微处理器(microprocessor)、一个或多个结合数字信号处理器核心的微处理器、控制器、微控制器、特殊应用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程逻辑门阵列电路(fieldprogrammablegatearray，fpga)、任何其他种类的集成电路、状态机、基于进阶精简指令集机器(advancedriscmachine，arm)的处理器以及类似品。

请参照图2a及图2b，其中图2a是依据本发明的一实施例示出的货架示意图，而图2b是依据图2a示出的货架仰视图。在本实施例中，货架200例如可位于上述特定场域中以供图1a、图1b的搬运装置100搬运，但可不限于此。如图2a及图2b所示，货架200可包括承载部201、货架脚202、轮子203、对接部204及反光物件205。承载部201可用于承载货品。货架脚202可协同支撑承载部201，其中各货架脚202的一端可连接至承载部201，另一端可连接有轮子203，以利货架200受图1a、图1b搬运装置100的搬运而移动。

在图2a中，承载部201的下方可于货架脚202之间形成容置空间206。并且，由图2b可看出，对接部204可设置于容置空间206的上方(或可理解为承载部201的下方)。在本发明的实施例中，搬运装置10例如可经由上述红萝卜规划演算法进入容置空间206，并经由特定的对接操作来与对接部204对接，从而实现搬运货架200的目的。在图2b中，对接部204可包括导槽204a及限位部204b，其中限位部204b可设置于导槽204a的至少其中之一端。在一实施例中，处理器108可控制举升杆102伸入于导槽204a中，并控制搬运装置100朝向限位部204b移动。在此情况下，举升杆102即可受导槽204a的导引而限位于限位部204b中，从而完成搬运装置100与货架200的对接操作，但本发明可不限于此。

此外，反光物件205可设置于一或多个货架脚202上，藉以在受光达传感器104扫描后相应地形成特定亮点，但可不限于此。在其他实施例中，反光物件205可设置于货架200上任何可被光达传感器104感测到的位置。在一实施例中，处理器108可基于上述特定亮点检测货架200在特定场域中的货架姿态。

在本发明的实施例中，处理器108可存取/载入特定的模组、程式码来实现本发明提出的货架搬运方法，其细节详述如下。

请参照图3，其是依据本发明的一实施例示出的货架搬运方法流程图。本实施例的方法可由图1a及图1b的搬运装置100执行，以搬运图2a及图2b所示的货架200，以下即搭配图1a至图2b的内容说明图3各步骤的细节。此外，为便于说明本发明的概念，以下另辅以图4a至图4g作具体说明，其中图4a至图4g是依据本发明的一实施例示出的位于特定场域内的搬运系统运作情境图。

如图4a所示的特定场域499俯视图，搬运系统400可包括搬运装置100及货架200，且搬运系统400可运作于特定场域499(例如仓库)内。首先，在步骤s310中，处理器108可估计搬运装置100于特定场域499中的装置姿态。在一实施例中，处理器108可控制光达传感器104扫描特定场域499，以取得特定场域499中的多个环境亮点。并且，处理器108还可通过里程计106取得搬运装置100在特定场域中的移动里程，并基于上述移动里程及环境亮点估计搬运装置100于特定场域499中的装置姿态，例如搬运装置100的装置坐标及装置定向100b。在一实施例中，搬运装置100的装置坐标例如是搬运装置100上的参考点100a(例如搬运装置100的中心点)在特定场域499中的坐标，但可不限于此。

在一实施例中，处理器108例如可采用机器定位演算法以基于上述移动里程及环境亮点估计搬运装置100于特定场域499中的装置姿态。在不同的实施例中，上述机器定位演算法例如是粒子过滤定位(particlefilterlocalization)演算法、扩展型卡尔曼滤波定位(extendedkalmanfilterlocalization)演算法、无损卡尔曼滤波定位(unscentedkalmanfilterlocalization)演算法或其他类似的演算法，但可不限于此。

接着，在步骤s320中，处理器108可检测位于特定场域499中货架200的货架姿态。在一实施例中，在取得上述环境亮点之后，处理器108可从环境亮点中取得对应于反光物件205的多个特定亮点。具体而言，由于各反光物件205相较于特定场域中的其他物件具有较高的反光性，故处理器108可从环境亮点中取出亮度较高的一部分环境亮点作为特定亮点。举例而言，处理器108可将亮度低于亮度门限值的环境亮点滤除，并以剩余的环境亮点作为上述特定亮点，但可不限于此。

之后，处理器108可基于上述特定亮点检测货架200的货架姿态，例如货架定向200b及货架坐标。在一实施例中，处理器108可采用分群演算法而基于上述特定亮点检测对应于反光物件205的多个亮点丛集，并据以检测上述货架姿态，但可不限于此。在不同的实施例中，上述分群演算法例如是随机森林(randomforest)演算法或其他类似的演算法，并可经由一定的训练程序而具备识别呈现不同定向、位置的货架200的能力。

在一实施例中，货架200的货架坐标例如是货架200上的参考点200a在特定场域499中的坐标。在一实施例中，参考点200a例如是货架200的中心点。在另一实施例中，参考点200a也可以是连接于前述动力轮之间轮轴的轮轴中心点，也即不会随着搬运装置100的(水平)旋转而出现位移情形的位置。

此外，虽在图4a中仅示出一个货架200，但在其他实施例中，处理器108可通过以上教示同时检测位于特定场域499中多个货架个别的货架姿态。

接着，在步骤s330中，反应于接收到对于货架200的搬运请求，处理器108可基于货架200的货架姿态设定关联于货架200的第一进入点410，并控制搬运装置100前往第一进入点410。在不同的实施例中，上述搬运请求例如是由相关的物流系统或管理人员要求搬运装置100前往搬运货架200的请求，但可不限于此。

在一实施例中，上述第一进入点410例如是位于货架200之外的虚拟点。以图4a为例，货架200可具有特定侧s1，其例如是货架200的短侧，并可对应于货架定向200b，但可不限于此。在图4a中，第一进入点410可与特定侧s1相距预设距离d1。更具体而言，第一进入点410可与特定侧s1的中点相距预设距离d1，而预设距离d1可依设计者的经验/需求而设定为任意适合的值。

在决定第一进入点410之后，处理器108可控制搬运装置100往第一进入点410前进，直至抵达第一进入点410。在一实施例中，反应于判定搬运装置100的参考点100a对齐于第一进入点410，处理器108可判定搬运装置100已抵达第一进入点410，如图4b所示。

在其他实施例中，处理器108也可采用其他的方式来判断搬运装置100是否已抵达第一进入点410，并不限于上述实施方式。例如，处理器108可通过判断搬运装置100上的其他指定位置是否已对齐第一进入点410来判断搬运装置100是否已抵达第一进入点410，但可不限于此。

在其他实施例中，在搬运装置100前往第一进入点410的过程中，处理器108还可持续地基于先前实施例教示的方式取得搬运装置100的装置姿态，以确保搬运装置100已正确地向第一进入点410前进，但可不限于此。

此外，在一实施例中，搬运装置100可具有常规移动模式及对接模式等至少两种移动模式，其主要的差别在于常规移动模式的移动速度高于对接模式的移动速度。为使搬运装置100能够较快速地接近货架200，处理器108可控制搬运装置100以常规移动模式前往第一进入点410。在抵达第一进入点410之后，处理器108可控制搬运装置100切换为对接模式，以采用较缓慢且细腻的方式与货架200进行对接，但可不限于此。

在步骤s340中，反应于判定搬运装置100抵达第一进入点410，处理器108可控制搬运装置100旋转以对齐货架200，并从货架200的第一入口e1进入货架200下的容置空间206。如图4c所示，在搬运装置100抵达第一进入点410之后，处理器108可控制搬运装置100旋转，直至装置定向100b对齐于货架定向200b。在一实施例中，反应于判定装置定向100b对齐于货架定向200b，处理器108可判定搬运装置100已对齐货架200。在一实施例中，处理器108也可在搬运装置100已对齐货架200之后再将搬运装置100切换为对接模式，但可不限于此。

在本实施例中，第一入口e1例如是由位于特定侧s1上的两个货架脚202所形成的入口，其尺寸可让搬运装置100通过。因此，在搬运装置100对齐货架200之后，处理器108可控制搬运装置100通过货架200的第一入口e1进入货架200下的容置空间206。

如图4d所示，处理器108可控制搬运装置100移动至容置空间206内的对接位置p1，以令举升杆102位于对接部204下方。在一实施例中，反应于判定搬运装置100的参考点100a对齐于货架200的中心点(例如是参考点200a)，处理器108可判定搬运装置100已抵达容置空间206内的对接位置p1，但可不限于此。

在一实施例中，在搬运装置100前往对接位置p1的过程中，处理器108还可持续地取得搬运装置100的装置姿态以及货架200的货架姿态，以确认搬运装置100及货架200的姿态是否与先前检测到的一致。在一实施例中，若检测到不一致的装置/货架姿态，则处理器108可控制搬运装置100重新执行与货架200的对接操作。例如，处理器108可重新取得货架200的第一进入点，并控制搬运装置100前往新的第一进入点。之后，处理器108可再次基于先前的教示控制搬运装置100前往货架200的容置空间206内的对接位置p1，但可不限于此。

之后，在步骤s350中，处理器108可升起举升杆102以与货架200对接，并移动以搬运货架200。请参照图4e，其例如是图4d的简易侧视图。如图4e所示，在搬运装置100抵达容置空间206中的对接位置p1之后，处理器108例如可升起举升杆102以将举升杆102伸入货架200的对接部204中。之后，如先前所提及的，处理器108可控制搬运装置100朝对接部204的限位部204b移动，藉以让举升杆102受导槽204a的导引而限位于限位部204b中，以完成搬运装置100与货架200之间的对接，如图4f所示。

在一实施例中，在处理器108升起举升杆102的过程中，处理器108可监控举升杆102是否成功地上升至指定高度，其例如是举升杆102可到达的最大高度，但不限于此。若举升杆102无法成功地升高至上述指定高度，即代表搬运装置100可能并未正确地移动至所需的对接位置p1。因此，处理器108例如可控制搬运装置100重新执行与货架200的对接操作。例如，处理器108可重新取得货架200的第一进入点，并控制搬运装置100前往新的第一进入点。之后，处理器108可再次基于先前的教示控制搬运装置100前往货架200的容置空间206内的对接位置p1，但可不限于此。

之后，处理器108即可控制搬运装置100移动，以带动货架200前往上述搬运请求所指定的目的地。此外，在一实施例中，在完成搬运装置100与货架200之间的对接之后，处理器108可将搬运装置100切换至常规移动模式，以较快速地将货架200移动至目的地，但可不限于此。

此外，在一实施例中，在搬运装置100将货架200移动至指定目的地之后，处理器108可收回举升杆102，以解除与货架200之间的对接关系，从而可再因应于其他的搬运请求而前往搬运其他的货架。

应了解的是，以上各图式所示出的情境仅用以举例，并非用以限定本发明可能的实施方式。举例而言，在其他实施例中，举升杆及对接部也可采用其他的形状、位置、尺寸、数量、结构来实现，只要举升杆可在升起后配合对接部而形成稳定连接关系即可，并不限于以上所揭示的方式。例如，举升杆可经设计为圆形杆，而对接部的尺寸及形状可相应地设计为可适配前述圆形杆的凹槽。藉此，在举升杆伸入对接部之后，即可卡掣于对接部中并形成稳定连接关系，从而让货架可稳定地随着搬运装置的移动而移动。

综上所述，本发明提出的货架搬运方法、搬运系统及搬运装置例如可通过机器定位演算法及分群演算法分别取得搬运装置的装置姿态及货架的货架姿态。并且，由于本发明只需在货架(的货架脚)上设置所需的反光物件即可让搬运装置通过上述演算法取得货架姿态，因此不需过多的安装和/或部署操作，且最少仅需一个光达传感器即可一次对多个货架进行检测。

之后，当收到用于搬运货架的搬运请求时，搬运装置可基于自身的装置姿态及货架的货架姿态决定位于货架外的第一进入点，并相应地前往第一进入点。在抵达第一进入点之后，搬运装置可旋转以与货架对齐，并接续前往容置空间中的对接位置。在抵达对接位置之后，搬运装置可将举升杆升起以与货架上的对接部对接。在搬运装置完成与货架的对接之后，搬运装置即可移动以将货架搬运至目的地。

由上可知，在货架上设置有反光物件的情况下，本发明的搬运装置可仅基于里程计和光达传感器的读数即可取得装置姿态及货架姿态，并藉以自动实现与货架的对接及搬运操作。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。