一种智能柔性自动化仓储系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能柔性自动化仓储系统及方法，包括自动化门禁系统、自动搬运系统、自动扫描系统和生产调度系统，其中：自动化门禁系统用于管理仓库大门的开关，设有输入所需要商品的种类及数目的触摸屏；自动化门禁系统连接生产调度系统，生产调度系统接收商品的入库和出库信息，并存储有仓库信息，发送定位、导航信息给自动搬运系统；自动搬运系统包括若干个搬运机器人，搬运机器人设有定位及导航系统，通过扫描系统实时读取并且上传到PC后台服务器的生产调度平台系统，通过其导入到数据库的系统中，实时更新数据库，仓库管理用户可以通过远程客户端实时访问、管理，并且监控系统的运行。
【专利说明】一种智能柔性自动化仓储系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种智能柔性自动化仓储系统及方法。
【背景技术】
[0002] 仓库是现代物流的核心环节，是企业物资流通供应链中的一个重要环节。仓库的 发展经历了人工和机械化仓储、自动化仓储、智能化仓储三个发展阶段。信息技术的应用已 成为仓储技术的重要支柱，自动化仓储与信息采集决策系统的结合以及无线射频技术的运 用使仓储朝着智能化的方向发展。
[0003] 但是，随着业务量的不断增长和客户需求的不断提升，仓库也面临着越来越大的 挑战，如何降低存货投资，加强存货控制与监管，降低物流和配送费用，提高空间、人员和设 备的使用率，缩短入库流程和查货时间，成为企业降低成本，提高自身竞争力的关键。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决上述问题，提出了一种智能柔性自动化仓储系统及方法，系统通 过对标准化货架及其位置的优化配置，以及自主导航搬运机器人为基本运动单元的智能 搬运系统，实现货架的自动装卸、搬运及出入库操作，从而改变传统仓储系统中多种设备共 存、成本高、利用率低的突出矛盾，形成集自动装卸、搬运、仓储为一体的智能敏捷型自动仓 储系统，可广泛的应用于工业生产、商业、物流中转等多个应用领域。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种智能柔性自动化仓储系统，包括：自动化门禁系统、自动搬运系统、自动扫描 系统和生广调度系统，其中：
[0007] 自动化门禁系统用于管理仓库大门的开关，设有输入所需要商品的种类及数目的 触摸屏；
[0008] 自动化门禁系统连接生产调度系统，生产调度系统接收商品的入库和出库信息， 并存储有仓库信息，发送定位、导航信息给自动搬运系统；
[0009] 自动搬运系统包括若干个搬运机器人，搬运机器人设有定位及导航系统；
[0010] 所述自动搬运系统搬运货物通过自动扫描系统扫描后，将货物搬运到指定区域，
[0011] 所述自动扫描系统连接生产调度系统，传输扫描的货物信息，生产调度系统进行 相应的数据存储和计算，所述生产调度系统连接后台服务器。
[0012] 所述后台服务器，根据用户需求，按照优先等级发送控制信号给生产调度系统，生 产调度系统驱动搬运机器人和自动扫描系统完成快速入库、空箱出入库、整箱出入库、非整 箱出入库、旧商品入库和码垛。
[0013] 所述仓库里安设有多个RFID标签，以标记关键点。
[0014] 所述仓库包括存储区库位、暂存区库位和提货区库位，仓库内还设有码垛机、给搬 运机器人充电的充电位和停车位。
[0015] 基于定位及导航系统的出库方法，包括以下步骤：
[0016] (1)用户刷卡通过门禁系统进入仓库，通过门口的触摸屏输入所需要的商品的种 类及数目；提货区等待机器人将所需要的商品运来；
[0017] (2)生产调度平台根据用户需求，调用数据库相关信息，指挥机器人到相应的库位 提取商品，机器人将装有商品的货架运到自动扫描系统等待扫描；
[0018] (3)生产调度系统将要出库的电表数目发给扫描系统，扫面系统根据这些信息扫 描需要的商品数，机器人将需要的箱数运到提货区；用户在提货区等待机器人将货架放下 后按照要求提取自己需要的商品，并确认；
[0019] (4)生产调度系统收到取货完毕，给机器人下发指令，机器人首先将剩余的运到扫 描系统进行确认，确认无误，码垛机连同托起的货架放到机器人上机器人运回库位；如果用 户取表数目不对，告警通知用户核对；
[0020] (5)机器人将剩余的商品运回原库位。
[0021] 所述步骤（5)中，机器人将缓存区的空货架运至堆垛机确认用户是否将空箱合理 放置；如果合理放置，机器人将空货架放回缓存区，门禁系统打开，允许用户离开；如果放 置不合理，系统告警提示用户，直至箱子合理放置，门禁打开，用户离开，出库过程结束。
[0022] 所述步骤（4)中，搬运机器人与扫描系统联合工作的过程中，搬运机器人会通过 Wi-Fi实时上传位置信息和接收调度系统的任务信息，完成所需要完成的任务，扫描系统会 实时上传出库入库的物品的上传到上位机的数据库中，上位机监控实时系统的运作情况， 通过网络实时监控系统的运行情况，保证系统的正常运行。
[0023] 基于上述系统的入库方法，包括：
[0024] (1)用户刷卡通过门禁系统进入仓库，将需要入库的商品放到提货区域，通过门口 的触摸屏点击入库按钮；
[0025] (2)根据用户命令，生产调度系统调用数据库信息，指挥机器人到提货去商品，机 器人将装有商品的货架运到码垛机等待扫描；
[0026] (3)扫描系统将要入库的商品的种类数目发给上位机服务器存储，扫描系统扫描 结束，上位机调度命令下达，机器人将待存货物运到仓库中，门禁系统打开，用户离开，入库 过程结束。
[0027] 所述定位及导航系统，包括RFID定位单元、CMOS图像采集单元和信息处理单元；
[0028] RFID定位单元，包括RFID读写器、RFID标签；其中，RFID标签依次设置于路径关 键点处，RFID读写器设置于移动机器人的底部，采集RFID标签的信息，校验机器人的运行 路径；
[0029] CMOS图像采集单元，包括CMOS摄像头和照明电路，所述CMOS摄像头，固定于移 动机器人的底部中端，采集地面上设置的路径标志线，所述照明电路设置于CMOS摄像头周 围；
[0030] 信息处理单元，包括控制器、处理器和串口通信接口，所述控制器接收CMOS摄像 头采集的路径标志线视频信息，将其滤波、消除污点后传输给处理器，处理器通过串口通信 接口连接RFID读写器，获得定位信号。
[0031] 基于定位及导航系统的定位方法，包括以下步骤：
[0032] (1)在机器人运行场所地面铺设红色路径标志线，并在标志线上每隔设定距离安 装一个RFID标签；
[0033] (2)当移动机器人接收到出入库任务指令时，移动机器人从待命区进入路径区，底 部的RFID读写器读取到起始点处的RFID标签信息，通过RFID读写器的天线上传到RFID 串口并由处理器获得定位信号；
[0034] (3)移动机器人通过CMOS图像采集单元获得路径标线图像，并传输给控制器，控 制器对图像进行预处理，恢复有用的路径颜色信息；
[0035] (4)对图像进行基于颜色的分割，将颜色的空间从RGB转换到YCbCr颜色空间，对 其中的红色色度分量进行阈值分割；
[0036] (5)机器人行驶过程中，通过摄像头首先获取路径图像，对获取的图像进行处理， 理解图像含义并且获得路径信息。
[0037] 所述步骤（2)中，机器人通过RFID读写器获得关键点信息给移动机器人表明路径 正确，如果检测不到关键点信息，处理器控制机器人调整左右摆动幅度寻找关键点。
[0038] 所述步骤⑶中，图像的预处理包括滤波、平滑、增强，消除图像中污点、障碍物。
[0039] 所述步骤（4)中，YCbCr颜色空间中Y是指亮度分量，Cb指蓝色色度分量，而Cr指 红色色度分量，RGB空间转换为YCbCr空间的转换公式如下 ：
【权利要求】
1. 一种智能柔性自动化仓储系统，其特征是：包括自动化门禁系统、自动搬运系统、自 动扫描系统和生广调度系统，其中： 自动化门禁系统用于管理仓库大门的开关，设有输入所需要商品的种类及数目的触摸 屏； 自动化门禁系统连接生产调度系统，生产调度系统接收商品的入库和出库信息，并存 储有仓库信息，发送定位、导航信息给自动搬运系统； 自动搬运系统包括若干个搬运机器人，搬运机器人设有定位及导航系统； 所述自动搬运系统搬运货物通过自动扫描系统扫描后，将货物搬运到指定区域， 所述自动扫描系统连接生产调度系统，传输扫描的货物信息，生产调度系统进行相应 的数据存储和计算，所述生产调度系统连接后台服务器； 所述后台服务器，根据用户需求，按照优先等级发送控制信号给生产调度系统，生产调 度系统驱动搬运机器人和自动扫描系统完成快速入库、空箱出入库、整箱出入库、非整箱出 入库、旧商品入库和码垛。
2. 如权利要求1所述的一种智能柔性自动化仓储系统，其特征是：所述仓库里安设有 多个RFID标签，以标记关键点。
3. 如权利要求1所述的一种智能柔性自动化仓储系统，其特征是：所述仓库包括存储 区库位、暂存区库位和提货区库位，仓库内还设有码垛机、给搬运机器人充电的充电位和停 车位。
4. 如权利要求1所述的一种智能柔性自动化仓储系统，其特征是：所述定位及导航系 统，包括RFID定位单元、CMOS图像采集单元和信息处理单元； RFID定位单元，包括RFID读写器、RFID标签；其中，RFID标签依次设置于路径关键点 处，RFID读写器设置于移动机器人的底部，采集RFID标签的信息，校验机器人的运行路径； CMOS图像采集单元，包括CMOS摄像头和照明电路，所述CMOS摄像头，固定于移动机器 人的底部中端，采集地面上设置的路径标志线，所述照明电路设置于CMOS摄像头周围； 信息处理单元，包括控制器、处理器和串口通信接口，所述控制器接收CMOS摄像头采 集的路径标志线视频信息，将其滤波、消除污点后传输给处理器，处理器通过串口通信接口 连接RFID读写器，获得定位信号。
5. 如权利要求1所述的一种智能柔性自动化仓储系统，其特征是：所述自动扫描系统， 包括移动定位装置和扫描装置，所述移动定位装置包括控制器和提升机构，其中： 提升机构包括伺服电机、丝杠升降台、支架和手指电机，伺服电机驱动丝杠升降台运 动；支架上的两端固定有四个夹持手指，当丝杠升降台运动到指定位置时，控制器发送信号 给手指电机，手指电机驱动夹持手指向中心运动，夹持住电表箱； 电机可以直接设置为转到固定的角度，之后停止转动； 扫描装置设置于支架上，所述扫描装置包括四个扫描仪，其中三个扫描仪横向分布，用 于扫描电表，另一个扫描仪纵向设置，用于扫描箱号的信息，统计出入库箱号信息； 控制器控制提升机构运作，所述控制器与存储有周转箱内存放的电表数目的上位机通 ?目。
6. 基于如权利要求1-5中任一项所述的系统的出库方法，其特征是：包括以下步骤： (1)用户刷卡通过门禁系统进入仓库，通过门口的触摸屏输入所需要的商品的种类及 数目；提货区等待机器人将所需要的商品运来； (2) 生产调度平台根据用户需求，调用数据库相关信息，指挥机器人到相应的库位提取 商品，机器人将装有商品的货架运到自动扫描系统等待扫描； (3) 生产调度系统将要出库的电表数目发给扫描系统，扫面系统根据这些信息扫描需 要的商品数，机器人将需要的箱数运到提货区；用户在提货区等待机器人将货架放下后按 照要求提取自己需要的商品，并确认； (4) 生产调度系统收到取货完毕，给机器人下发指令，机器人首先将剩余的运到扫描系 统进行确认，确认无误，码垛机连同托起的货架放到机器人上机器人运回库位；如果用户取 表数目不对，告警通知用户核对； (5) 机器人将剩余的商品运回原库位。
7. 如权利要求6所述的出库方法，其特征是：所述步骤（5)中，机器人将缓存区的空货 架运至堆垛机确认用户是否将空箱合理放置；如果合理放置，机器人将空货架放回缓存区， 门禁系统打开，允许用户离开；如果放置不合理，系统告警提示用户，直至箱子合理放置，门 禁打开，用户离开，出库过程结束。
8. 如权利要求6所述的出库方法，其特征是：所述步骤（4)中，搬运机器人与扫描系统 联合工作的过程中，搬运机器人会通过Wi-Fi实时上传位置信息和接收调度系统的任务信 息，完成所需要完成的任务，扫描系统会实时上传出库入库的物品的上传到上位机的数据 库中，上位机监控实时系统的运作情况，通过网络实时监控系统的运行情况，保证系统的正 常运行。
9. 基于如权利要求1-5中任一项所述的系统的的入库方法，其特征是：包括： ⑴用户刷卡通过门禁系统进入仓库，将需要入库的商品放到提货区域，通过门口的触 摸屏点击入库按钮； (2) 根据用户命令，生产调度系统调用数据库信息，指挥机器人到提货去商品，机器人 将装有商品的货架运到码垛机等待扫描； (3) 扫描系统将要入库的商品的种类数目发给上位机服务器存储，扫描系统扫描结束， 上位机调度命令下达，机器人将待存货物运到仓库中，门禁系统打开，用户离开，入库过程 结束。
10. 基于如权利要求4所述的一种智能柔性自动化仓储系统的定位方法，其特征是：包 括以下步骤： (1) 在机器人运行场所地面铺设红色路径标志线，并在标志线上每隔设定距离安装一 个RFID标签； (2) 当移动机器人接收到出入库任务指令时，移动机器人从待命区进入路径区，底部的 RFID读写器读取到起始点处的RFID标签信息，通过RFID读写器的天线上传到RFID串口并 由处理器获得定位信号； (3) 移动机器人通过CMOS图像采集单元获得路径标线图像，并传输给控制器，控制器 对图像进行预处理，恢复有用的路径颜色信息； (4) 对图像进行基于颜色的分割，将颜色的空间从RGB转换到YCbCr颜色空间，对其中 的红色色度分量进行阈值分割； (5) 机器人行驶过程中，通过摄像头首先获取路径图像，对获取的图像进行处理，理解 图像含义并且获得路径信息； 所述步骤（4)中，YCbCr颜色空间中Y是指亮度分量，Cb指蓝色色度分量，而Cr指红色 色度分量，RGB空间转换为YCbCr空间的转换公式如下：
【文档编号】G05B19/418GK104460628SQ201410768480
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】宋锐, 马昕, 荣学文, 李贻斌, 钟声 申请人:山东大学