具有简便定位功能的机器人叉车的制作方法

本发明涉及仓储系统技术领域，具体涉及一种具有简便定位功能的机器人叉车。

背景技术：

一般仓库的货架通常有两至三米高，机器人叉车到两至三米高的货位上提取货物所面临的一个瓶颈问题就是：车体在提取高层货物时将会发生较大的车体左右方向的横向误差，其原因是：由于车身比较高，在机械制造时难免发生垂直角度的误差。如果车体的根部与垂线方向发生稍微的倾斜，则其车体顶部就会发生几倍于根部的横向位置偏差，在这种情况下，假如存放货物时由于车体的倾斜，将货物存放地点左右方向偏离了中心位置，当下一次提取该货物时，如果是另外一台车体未发生左右方向的倾斜或者车体反向发生倾斜的机器人执行取货任务，其按照预定目标点提取货物，由于此时该货物已经被移位而造成机器人叉车的顶升装置不能准确地进入货物托盘下表面的顶升凹槽致使货物不能被准确提取。

现有技术为解决以上问题采取两种方法，第一种方法，基于轨道式的堆垛机，轨道式堆垛机沿着巷道方向敷设轨道，由于其采用了横向存取装置对货架两侧的货物进行存取，当车体发生面向货架的左右方向的位置偏差时，堆垛机可以沿着轨道作前后方向的直线运动而校正车体面向货架的左右方向的位置偏差，因此解决了因车轮不能作横向移动从而不能进行面向货架的左右方向的位置校正问题，但是，轨道式堆垛机仓储系统施工量大，成本高，拆卸困难，并且这种基于轨道的引导方式不够灵活；现有技术采取的第二种方法：基于二维码的叉腿式机器人：仓储地面上敷设二维码，机器人可在敷设二维码地面上任意行走，解决了轨道引导方式不够灵活和施工成本高的问题，但是，叉腿式机器人存取货物的方式为车身和车叉同时伸进货架的存取方式，并且，叉腿式机器人叉车一般为两驱动轮结构，只能作前后方向的直线运动或曲线运动，而不能作横向移动，一旦发生车体面向货架的左右方向的位置偏差时，则必须退出货架以外，以曲线路径方式再次进入货架，如此反复，直至完成目标点的校正，这个过程可能会长达几秒钟，显然，影响了存取货物的速度。为解决以上问题，现有技术对基于二维码的叉腿式机器人仓储系统进行初始化标定的方法，包括货架地面的标定：用标定车标定每个货架地面的倾斜度；机器人叉车的标定：用水平地面标定每辆车的倾斜度；货架的标定：将每个货架用水平仪找平位置，使其保证为0度或180度。将以上标定结果存储到机器人叉车底层单元，执行取货任务时，通过从标定单元提取相关信息，计算目标点的补偿位置，从而解决提取货物时机器人顶升装置对位不准确的问题。该标定方法虽然理论上可行，但过于繁琐，实际工作中很难实施，而且，其各种初始化标定值也要随着车体使用年限的增加、环境的变化而不断更新和修正，总之，现有技术未能找出一个简便快捷的仓储货物定位方法。

综上所述，基于轨道式的堆垛机解决了高空作业时面向货架的左右方向的位置偏差问题，但是，施工成本高、施工难度大、引导方式不够灵活；基于二维码的叉腿式机器人叉车解决了施工简单、成本低、可在地面上任意行走的问题，但是，其初始化标定工作不够简便快捷。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有简便定位功能的机器人叉车，即解决了机器人叉车高空作业时由于车体发生稍微的倾斜或地面发生稍微的倾斜致使存取货物的精度差和存取速度慢的难题，也解决了轨道式堆垛机施工成本高、施工难度大、引导方式不够灵活的问题，有效提高了仓储机器人叉车存取货物的效率，

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种具有简便定位功能的机器人叉车，包括车体底盘、安装在车体底盘上的驱动轮和随动轮、安装在车体底盘侧端并垂直于车体底盘的车体立柱、安装在车体上的车体控制箱、定位控制装置、平台升降装置和横向存取货物装置，所述的定位控制装置包括对于货架上货物托盘的定位装置以及对于地面任意目标点的定位装置。

所述的定位控制装置包括二维码导航定位控制装置、激光混合导航定位控制装置或二维码混合导航定位控制装置。

所述的对于货架上货物托盘的定位装置包括采取二维码定位装置或激光定位装置；所述的对于地面任意目标点的定位装置包括采取二维码定位装置或激光混合定位装置或二维码混合定位装置。

所述的二维码定位控制装置包括安装在车体上的用于读取仓储地面上和仓储货架上二维码信息的二维码读码器，通信接口、微处理器、编码器接口；

所述的用于读取仓储地面二维码的读码器安装在车体底盘的下方；

所述的用于读取仓储货架上二维码的读码器安装在所述横向存取货物装置上。

所述平台升降装置为：在两个车体立柱的中间垂直安装有平台升降丝杠，平台升降丝杠的顶端通过平台升降丝杠连接轴承并与车体相连接，平台升降丝杠的底端通过平台升降丝杠电机与车体相连接；在两个车体立柱上设有升降滑槽，所述横向存取货物装置嵌装在升降滑槽内。

所述横向存取货物装置从下至上为五层结构，分别为承重层、平台层、第一滑板层、第二滑板层和钩取装置层，在平台层的中间还设置有滑板驱动机构，其中：

所述承重层为多条沿着车体长度方向的承重杆间隔一定的距离组成的长方形平面，该平面与车体底盘平行，承重层两边承重杆的一端各自嵌入在车体立柱滑槽内并带动整个承重层沿着车体立柱滑槽升降；

所述的平台层固装于承重层之上并且平行于车体底盘，平台层为两个沿车体宽度方向的平台支撑梁间隔一定的距离组成的长方形平面，该长方形平面的长度方向与承重层长方形平面的长度方向互为垂直，该长方形平台层的长度大于车体的宽度，并且其长度方向的两端各自超出车身宽度的部分是等长的，在平台支撑梁的两端分别安装有托盘读码器；

所述第一滑板层固装在平台层之上，第一滑板层包括两条水平架设在两条平台支撑梁之上并分别与平台支撑梁竖直方向对齐的第一轨道、分别包围在各自第一轨道上端的两个第一滑块、分别与两个第一滑块固装在一起并且架设在两个第一滑块之上的第一滑板以及安装在第一滑板下表面并与第一滑板固装在一起的第一丝杠滑块；

所述的第二滑板层通过第二滑板滑块与第一滑板层间隔一定距离悬空设置在第一滑板层之上，所述第二滑板层包括两条水平架设在第一滑板之上并且分别与第一滑块竖直对齐的第二轨道、分别包围在各自第二轨道上端的两个第二滑块、分别与两个第二滑块固装在一起并且架设在两个第二滑块之上的第二滑板以及安装在第二滑板下表面并与第二滑板固装在一起的第二丝杠滑块；

所述的钩取装置层通过沿第二滑板长度方向两端的钩子固定条块固装在第二滑板层之上，所述钩取装置层包括两个钩子固定条块、两对钩子、夹紧装置；所述两对钩子分别通过各自的钩子固定条块固装在第二滑板层之上，所述的夹紧装置包括设置在其两端的夹紧臂、连接两端夹紧臂的伸缩杆、用于拉伸伸缩杆的夹紧电机；所述钩取装置层沿车体长度方向的外侧探出第二滑板层，所述夹紧电机设置在其探出部分的下方；

所述的滑板驱动机构安装在平台层的两个平台支撑梁之间，沿着平台层长度方向水平安装有第一丝杠、带动第一丝杠的电机以及第一传送装置、第二丝杠、带动第二丝杠的电机以及第二传送装置；第一丝杠与第一丝杠滑块采用螺旋连接，第二丝杠与第二丝杠滑块采用螺旋连接，带动第一丝杠的电机和带动第二丝杠的电机对头设置在平台长度方向的两端。

所述的第一传送装置和第二传送装置为同步带传送装置或齿轮传送装置。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明通过在机器人叉车内安装对于货架上货物托盘的定位装置以及对于地面任意目标点的定位装置、以及横向存取货物装置，即兼顾了轨道式堆垛机通过横向存取货物装置进而解决面向货架的左右方向位置偏差问题的优势，也解决了轨道式堆垛机不能在地面任意行走和施工成本高、施工难度大的问题。

2、本发明机器人叉车在保持作前后方向直线运动方向不变的同时，还通过滑板的横向移动代替车轮作横向移动，进行面向货架的纵向定位，不仅解决横向纠偏问题，也解决纵向纠偏的问题，有效提高了货物的提取速度。

附图说明

图1为本发明的横向存取货物的机器人叉车侧视图；

图2为本发明的钩取装置仰视图；

图3为横向存取货物的机器人叉车的滑板右移提取货物示意图；

图4为横向存取货物的机器人叉车的滑板左移移提取货物示意图；

图5为本发明的二维码敷设在每层货架上敷设的示意图；

图6为本发明的货物托盘仰视图；

图7为二维码敷设位置示意图

图8为本发明的定位原理示意图；

其中，1-0：读码器；1-1：随动轮；1-2：底盘；1-3：驱动轮；1-4：车体立柱；1-5：升降滑槽；1-6：车体控制箱；1-7-0：承重杆；1-7-1：平台支撑梁；1-7-2：第一轨道；1-7-3：第一轨道滑块；1-7-4：第一滑板；1-7-5：加紧电机；1-7-6：托盘读码器；1-7-7：勾子；1-7-8：第二轨道；1-7-9：伸缩杆；1-7-10：夹紧臂；1-7-11：第二轨道滑块；1-7-12：第二丝杠滑块；1-7-13：第二滑板；1-7-14：第二丝杠；1-7-15：带动第二丝杠转动的电机；1-7-16：第一丝杠；1-7-17：第一丝杠滑块；1-8-1：平台升降丝杠电机；1-8-2：平台升降丝杠；1-8-3：平台升降丝杠连接轴承；2-1：货架；2-2：货物；2-3：货层上的二维码；3-1：托盘下表面；3-2：托盘腿；3-3：托盘耳朵；3-4：托盘对位孔；4-1：沿巷道长度方向中心线与垂直于巷道每个货位中心线交点处敷设的二维码。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种具有简便定位功能的机器人叉车，包括车体底盘1-2、安装在车体底盘上的驱动轮1-3和随动轮1-1、安装在车体底盘侧端并垂直于车体底盘的车体立柱1-4、安装在车体上的车体控制箱1-6、定位控制装置、平台升降装置和横向存取货物装置，所述的定位控制装置包括对于货架上货物托盘的定位装置以及对于地面任意目标点的定位装置。所述的对于货架上货物托盘的定位装置包括采取二维码定位装置或激光定位装置；所述的对于地面任意目标点的定位装置包括采取二维码定位装置或激光混合定位装置或二维码混合定位装置。

所述的对于货架上货物托盘的定位装置采取激光定位装置，其原理是：利用激光测距的功能，测量机器人叉车的横向存取货物装置距离货物托盘目标点(托盘外侧的两个对位孔)的左右位置偏差、上下位置偏差、前后位置偏差。具体方法为：在存放托盘的货架上设置一组激光接收装置，包括测量横向距离的激光接收装置、测量上下距离的激光接收装置、测量前后距离的激光接收装置；同时在机器人叉车的横向存取货物装置上设置激光发射装置，通过激光发射装置和接收装置的有机配合获得三组关于距离的数据，进而实现对于货架上货物托盘的激光定位。

所述的定位控制装置包括二维码导航定位控制装置、激光混合导航定位控制装置、二维码混合导航定位控制装置。

所述的激光混合导航定位控制装置及系统见以下专利号、专利名称：

专利号：CN201520676341.0、专利名称：一种激光磁带混合自动导航式叉车；专利号：CN201510522655.X、专利名称：一种AGV激光磁带混合导航系统，在此简述如下：一种激光磁带混合自动导航式叉车，包括叉车主体、控制模块、导航模块、安全防护模块，控制模块连接叉车主体的控制器的控制接口，导航模块及安全防护模块与控制模块通讯连接，其特征在于，所述导航模块包括RFID读写器、第一激光扫描头、磁敏传感器，所述安全防护模块包括第二激光扫描头、红外传感器、前端防撞条、侧部防撞条、后端防碰撞传感器；一种AGV激光磁带混合导航系统，包括AGV上位控制系统和AGV小车，所述AGV上位控制系统采用磁带导航与激光导航相结合的方式实现系统的导航，系统具体结构包括激光导航模块、激光磁带混合精确定位物料模块以及自动充电模块。

所述的二维码混合导航定位控制装置及系统见以下专利号、专利名称：

专利号：201310191529.1、专利名称：基于混合导航带的移动机器人定位系统及其方法；专利号：201310017927.1、专利名称：基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统及方法。在此简述如下：所述的基于混合导航带的移动机器人定位控制装置包括：安装在车体上的用于读取仓储地面上和仓储货架上二维码信息的二维码读码器和用于获取引导地面导航带信息的摄像头、通信接口、微处理器、编码器接口；基于规则图形码复合标签的移动机器人定位控制装置包括：安装在车体上的用于读取仓储地面上和仓储货架上的规则图形码信息的规则图形码读码器和射频标签读码器、通信接口、微处理器、编码器接口；

本发明一种具有简便定位功能的机器人叉车以二维码导航定位控制装置作为实施例，具体描述如下：(关于二维码导航定位的原理见专利号：201210472984.4、专利名称：基于多个二维码读码器的移动机器人定位系统及方法，在此不再赘述)

所述的二维码定位控制装置包括安装在车体上的用于读取仓储地面上和仓储货架上二维码信息的二维码读码器，通信接口、微处理器、编码器接口；

所述的用于读取仓储地面二维码的读码器1-0安装在车体底盘的下方；

所述的用于读取仓储货架上二维码的读码器1-7-6安装在所述横向存取货物装置上；

所述平台升降装置为：在两个车体立柱的中间垂直安装有平台升降丝杠1-8-2，平台升降丝杠的顶端通过平台升降丝杠连接轴承1-8-3并与车体相连接，平台升降丝杠的底端通过平台升降丝杠电机1-8-1与车体相连接；在两个车体立柱上设有升降滑槽1-5，所述横向存取货物装置嵌装在升降滑槽内。

该横向存取货物装置从下至上为五层结构，分别为承重层、平台层、第一滑板层、第二滑板层和钩取装置层，在平台层的中间还设置有滑板驱动机构。

横向存取货物装置的具体结构为：

所述的承重层为多条沿着车体长度方向的承重杆1-7-0间隔一定的距离组成的长方形平面，该平面与车体底盘1-2平行，承重层两边承重杆1-7-0的一端各自嵌入在车体立柱的升降滑槽1-5内，从而带动整个承重层沿着车体立柱滑槽自动升降。

所述的平台层固装于承重层之上并且平行于车体底盘1-2，平台层为两个沿车体宽度方向的平台支撑梁1-7-1间隔一定的距离组成的长方形平面，该长方形平面的长度方向与承重层长方形平面的长度方向互为垂直，该长方形平台层的长度大于车体的宽度，并且其长度方向的两端各自超出车身宽度的部分是等长的；所述的托盘读码器1-7-6设置在平台支撑梁1-7-1的两端。

进一步说明：由于平台层相对于滑板层是固定不动的，为了便于摄像头拍摄时保持稳定状态，将托盘读码器设置在图1中左侧的平台支撑梁的两端，读码起位于钩取装置下方10多厘米处，虽然该读码器与钩取装置顶部未能在同一个水平面，但是由于该读码器距离货架大约20多厘米，由于距离比较远，其视野范围足够拍摄到二维码图像。

所述第一滑板层包括两条水平架设在两条平台支撑梁之上并分别与平台支撑梁竖直方向对齐的第一轨道1-7-2、分别包围在各自第一轨道上端的两个第一滑块1-7-3、分别与两个第一滑块固装在一起并且架设在两个第一滑块之上的第一滑板1-7-4以及安装在第一滑板下表面并与第一滑板固装在一起的第一丝杠滑块1-7-17。

所述的第二滑板层包括两条水平架设在第一滑板1-7-4之上并且分别与第一滑块1-7-3竖直对齐的第二轨道1-7-8、分别包围在各自第二轨道上端的两个第二滑块1-7-11、分别与两个第二滑块1-7-11固装在一起并且架设在两个第二滑块1-7-11之上的第二滑板1-7-13以及安装在第二滑板下表面并与第二滑板固装在一起的第二丝杠滑块1-7-12。

所述的钩取装置层如图2所示，包括用于左右两端存取货的钩子1-7-7、以及用于夹紧钩子的夹紧装置、用于拉伸加紧装置的夹紧电机1-7-5和托盘读码器1-7-6。所述的钩子1-7-7分别安装在第二滑板上方的左右两端，每端的钩子均为两个，通过各自的钩子固定条板1-7-18与第二滑板固装在一起；所述的夹紧装置包括夹紧臂1-7-10和伸缩杆1-7-9；所述的托盘读码器1-7-6嵌入在钩取装置两端固定条板1-7-18端部的凹槽里，并且该读码器朝向货架。

所述的滑板驱动机构如图1所示，安装在平台层的两个平台支撑梁1-7-1之间，沿着平台层长度方向水平安装有第一丝杠1-7-16、带动第一丝杠的电机以及第一传送装置、第二丝杠1-7-14、带动第二丝杠的电机1-7-15以及第二传送装置；第一丝杠1-7-16与第一丝杠滑块1-7-17采用内螺旋连接，第二丝杠1-7-14与第二丝杠滑块1-7-12采用内螺旋连接，带动第一丝杠的电机和带动第二丝杠的电机1-7-15对头设置在平台长度方向的两端(带动第二丝杠的电机未能在图中显示，其位置在电机1-7-15的正方向对过)。所述的第一传送装置和第二传送装置为同步带传送装置或齿轮传送装置。

本发明应用在仓储系统中用于存取货物，下面给出一个具体的应用实例以对本发明做进一步说明：

在仓储系统的仓储货架上敷设二维码，如图5所示，每一层有三个货位，在每层货架隔板侧面的设定区域敷设二维码2-3，当机器人叉车存放货物时，其钩取装置上的托盘读码器1-7-6读取每个货位旁边二维码的信息，进行面向货架的横向位置校正，所述的二维码可以是一个二维码，也可以是由多个二维码构成的二维码码阵。所述的每层货架隔板侧面的设定区域便是托盘读码器能够拍摄到二维码图像的区域，从图5可以看出，每个二维码的敷设位置为偏离中心点靠右侧的区域，这是由于托盘读码器的安装位置同样偏离了中心点的缘故。

在仓储货架上安装带有单耳朵的货物托盘。该货物托盘的结构如图6所示，托盘本体3-1下表面设有托盘腿围3-2，在托盘本体单侧面的中心点区域安装有与本体托盘固装在一起的定位板3-3，在定位板上制有两个间隔一定距离的条状的定位孔3-4，其中，两个条状定位孔的间距为两个钩子之间的间距，两个条状定位孔的长度为机器人叉车上的夹紧装置的拉伸长度。本发明货物托盘为电商用的轻载货物的铁制托盘，其设计原理是：托盘耳朵部位的机械承重能力足够大于铁制托盘自身重力+货物重力，只要余量足够，即可实现将货物水平提起和放下。

在仓储系统的地面上敷设二维码：二维码敷设在仓储地面沿着巷道长度方向中心线与巷道两侧垂直于巷道的每个货位中心线的各个交点处。

本机器人叉车的工作原理如图8所示，标号为1的机器人在高空作业时车体立柱1-4发生了向车体前进方向的倾斜。由于车体立柱发生了倾斜，嵌入在车体立柱升降滑槽内的承重杆1-7-0极其承载的平台层、第一滑板层、第二滑板层、钩取装置层也会跟着一起发生倾斜，倾斜的结果如图所示，钩取装置向左偏离了对位孔，此时，托盘读码器通过获取对应该货位的二维码图像，计算出面向货架的左右方向的偏离位置，机器人根据偏离位置通过后移作直线运动，校正偏离的位置。

标号为2的机器人在高空作业时车体立柱1-4发生了向车体左侧方向的倾斜。由于车体立柱发生了倾斜，嵌入在车体立柱升降滑槽内的承重杆1-7-0极其承载的平台层、第一滑板层、第二滑板层、钩取装置层也会跟着一起向车体的左侧发生倾斜，倾斜的结果如图所示，钩取装置距离对位孔的位置相对距离变远了。解决的方法有两个，一个是托盘对位孔为长条形状，沿着长条方向有足够的余量补偿因车体左斜造成的距离变远的误差；第二个解决方法为像素分析的方法，正常情况下，所拍摄的图片像素个数是一定的，图像中二维码图像的像素个数也是一定的，当车体倾斜使得钩取装置到托盘对位孔的距离变近或变远时，二维码图像的像素个数也会因变大而增多、因变小而减少，因此，可以根据二维码图像相比正常情况增多的数量和减少的数量大体判断误差值，再通过滑板的左移或右移校正误差值。图8中的车体向左倾斜造成距离变远，此时可以根据放大的二维码图像像素的变化计算出误差值，然后通过滑板向右移动校正误差值。

本发明提取货物的过程如下：

步骤1、横向存取货物的机器人叉车沿着巷道方向驶入目标货架并升降至目标货位；

步骤2、托盘读码器读取目标货位上对应该货位的货架二维码信息；

步骤3、计算托盘读码器摄像头到货架二维码的偏移量，如果偏移量为沿着巷道方向的横向偏差，则横向存取货物的机器人叉车作前后方向的直线运动补偿偏差；如果偏移量为与巷道垂直方向的纵向偏差，则横向存取货物的机器人叉车的第一滑板、第二滑板作横向运动补偿偏差；

步骤4、横向存取货物的机器人叉车启动钩取装置向上插入货物托盘对位孔；

步骤5、横向存取货物的机器人叉车启动夹紧电机通过伸缩杆和夹紧臂将钩子夹紧；

步骤6、横向存取货物的机器人叉车抬起货物并将货物移送到第二滑板的中心区域；

步骤7、横向存取货物的机器人叉车将货物降至能够稳定运行的位置，并运送至目标点。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。