智能自动装载系统的制作方法

本实用新型涉及一种智能化自动装载系统，尤其应用于化工、食品等行业的物料的智能化自动装载。

背景技术：

目前在国内工业物料的装载，例如水泥行业袋装粉状物料，通常是由人工完成。大致流程是，首先，袋装物料经由传输皮带运送至装车工位上方，然后由站于装载货车车斗中的工人将水泥袋从传输皮带搬运至车斗中所需装载的位置，通常是装完一个位置后，例如一行或一列，传输皮带的位置由工人手柄控制前(后)移动，装载下一位置。这种人工装载方式，通常作业环境恶劣、粉尘多，对人体伤害很大，劳动负荷大、工作效率低下。存在一些自动化装车设备，将堆垛模块和装车模块集成到一起，整个机构整体升降完成自动装载，但缺点是动作慢、升降电机功率大、耗能多，并且适应性和鲁棒性较差，只能针对固定车宽尺寸的平板货车或尾部围栏可拆卸的货车进行装车作业，而不能根据不同车型进行宽度调整，存在很大的局限性，无法满足复杂多变的实际装载情境。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种智能自动装载系统，包括：

输送机构，用于将物料输送至堆垛机构处；

行走机构，用于装配堆垛机构和装载机构，并能够沿待装载的运输设备的轴向移动；

堆垛机构，装配在行走机构上，从输送机构处接收物料并按照预定的布置方式布置物料，然后将物料推送到装载机构上；

装载机构，装配在行走机构上，从堆垛机构处接收按照预定的布置方式布置的物料，并将按照预定的布置方式布置的物料装载在待装载的运输设备上。

计算控制机构，配置于堆垛机构、装载机构上或配置于远端，通过有线或无线的方式与所述输送机构、行走机构、堆垛机构和装载机构中的一个或多个进行通信，获取待装载的运输设备的参数信息，计算获得装载方案，并根据所述装载方案来控制所述输送机构、行走机构、堆垛机构和装载机构中的一个或多个。

进一步，所述输送机构采用传输皮带或传输履带。

进一步，所述行走机构由沿待装载的运输设备的轴向设置的轨道，和沿轨道移动的安装框架构成，堆垛机构和装载机构装配在所述安装框架上。

进一步，所述安装框架为设有行走轮的钢制安装框架。

进一步，所述堆垛机构接收物料，按照预定的布置方式将接收的物料布置在堆垛机构的底板上，并在完成布置后将物料推送到装载机构上。

进一步，其特征在于，

所述堆垛机构，包括主框架组件、位置调整组件、物料布置组件、推送组件和限位组件；

其中，所述主框架组件，用于将堆垛机构装配在行走机构上，并容纳和装配堆垛机构的其他组件；

所述位置调整组件，安装在所述主框架组件上，根据所述计算控制机构确定的装载方案，并在其控制下在堆垛机构的底板上限定出物料布置的区域；

所述物料布置组件，根据计算控制机构确定的装载方案，并在其控制下将从输送机构接收的一组物料按照预定的布置方式布置在堆垛机构的底板上；

所述推送组件，在计算控制机构的控制下沿行走机构的轴向方向移动，在完成一组物料布置后，与限位组件配合，将完成布置的一组物料推送到所述装载机构中；

所述限位组件，用于在布置物料时将物料阻挡在堆垛机构中，并在完成一组物料布置时，消除阻挡从而允许物料被推送组件推送到装载机构中。

进一步，所述位置调整组件，是一对相对设置的板式组件，根据计算控制机构确定的装载方案并在其控制下，沿垂直于行走机构的移动方向移动并停止在适当的位置处，从而在堆垛机构的底板上沿垂直于行走机构的移动方向的方向上限定出物料被布置的位置。

进一步，物料布置组件，是一个板式组件，根据计算控制机构确定的装载方案并在其控制下，沿垂直于行走机构的移动方向移动，将从输送机构接收过来物料按照预定的布置方式推动到合适的位置处，完成一组物料的布置。

进一步，限位组件为一挡板，能够将物料限定在堆垛机构的底板上。

进一步，所述装载机构，从堆垛机构处接收按照预定的布置方式布置的物料，升降到适于装载的高度，并将按照预定的布置方式布置的物料装载在待装载的运输设备上。

进一步，所述装载机构，包括升降组件、伸缩组件、抽板组件和中置挡板组件；

所述升降组件，用于实现装载机构的上升和下降，在进行一组按照预定的布置方式布置好的物料的装载时，在计算控制单元的控制下下降到适于装载的高度，以及在伸缩组件完成对待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息后，复位到适于从堆垛机构接收物料的高度；

所述伸缩组件，在计算控制单元的控制下沿垂直于行走机构的移动的方向上伸缩移动，伸缩组件上配置有数据采集单元，能够收集待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息；

所述抽板组件，与伸缩组件相连接，能够跟随伸缩组件的被动地伸缩，当升降组件下降到适于装载的高度时，抽板组件沿行走机构的移动方向向抽离物料的方向移动，从而使得按照预定的布置方式布置好的一组物料在所述中置挡板组件的限制下，落入到待装载区域。

进一步，所述伸缩组件，包括一组伸缩臂，能够在驱动装置的控制下沿垂直于所述行走机构的移动的方向上伸缩，伸缩过程中，所述数据采集单元采集待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息。

进一步，所述抽板组件，包括一组相对的壁板，一组相对嵌套插接圆管，一组相对的连接梁，以及传动装置；

所述抽板组件通过连接梁与伸缩组件的一组伸缩臂相连接，当伸缩组件通过伸缩臂伸缩时，抽板组件通过所述一组相对嵌套插接圆管随之被动伸缩。

进一步，所述中置挡板组件，由一组嵌套的板组成，通过直线模组与伸缩组件的框架相连，当抽板组件沿行走机构的移动方向向抽离物料的方向移动时，用来挡住物料，使一组按照预定的布置方式布置好的物料落入到待装载区域。

进一步，所述计算控制机构计算获得的装载方案确定所述待装载的运输设备的待装载区域和一组物料的预定的布置方式；所述待装载区域由若干个装载位置组成；

所述堆垛机构和所述装载机构相互配合，按照所述预定的布置方式自动将一组物料装载在所述待装载区域的若干个装载位置中的一个装载位置处，直到在所述装载位置处的物料装载达到指定的高度；然后选择下一个装载位置处，所述堆垛机构和所述装载机构，直至完成全部物料的装载或完成在所述待装载区域的全部装载位置处的物料装载。

进一步，所述运输设备为货车、轮船、集装箱或火车车厢；

所述运输设备在指定的区域等候装载，所述指定的区域，是利用标识来界定出的区域，所述标识为物理标识或电子标识。

进一步，所述装载机构，用于收集待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息，所述尺寸信息是指所述待装载区域的长度、宽度和/或深度；

所述收集，包括人工输入、自动导入、自动识别或自动探测中的一种方式或多种方式相结合。

进一步，所述行走机构沿所述待装载的运输设备轴向移动，所述装载机构下降至所述待装载的运输设备的待装载区域处，所述待装载机构的伸缩装置利用激光传感器，探测所述待装载区域的尺寸信息，完成尺寸信息收集后，所述装载机构复位到适于接收物料的高度。

进一步，所述计算控制机构，根据收集的待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息，利用预定的算法计算获得装载方案；

所述装载方案，包括待装载的运输设备的待装载区域和一组物料的预定的布置方式，其中，所述预定的布置方式指，物料在待装载区域内的摆放方式，其中摆放方式包括物料沿横向和纵向摆放的位置和数量。

进一步，所述预定的算法为装载量最大化算法。

进一步，所述堆垛机构的位置调整组件和装载机构的伸缩装置根据确定的装载方案自动调整以对应于待装载的运输设备的待装载区域；

所述输送机构将物料传输到所述堆垛机构；物料进入所述堆垛机构，滑行到堆垛机构的限位组件而停下，下一个物料滑行到撞到前一个物料而停止，所述堆垛机构的物料布置组件，根据预定的布置方式，被控制为沿垂直于所述行走机构的移动方向移动，将从输送机构接收过来的物料逐件推动到合适的位置处，从而完成一组物料的按照预定的布置方式的布置；

所述堆垛机构的推送组件将按照预定的布置方式布置好的一组物料整体推送到装载机构的抽板组件上，中置挡板组件挡住最前端的一行物料；

所述装载机构移动到由计算控制机构确定的待装载区域中的指定装载位置处，并下降到待装载的运输设备的待装载区域内适于装载的高度，抽板组件迅速抽离，使得按照预定的布置方式布置好的物料整体地掉落在待装载区域内，装载机构复位为适于接收物料的高度；

所述计算控制机构判断是否完成全部物料的装载，是，则结束；否，则判断针对当前装载位置的物料装载是否达到指定的高度，若达到指定高度则由计算控制机构指定下一个装载位置，并继续进行前述的物料装载操作，若未达到指定高度，则继续在当前位置处进行前述的物料装载操作。

附图说明

通过参照附图详细描述各示例性实施例，以上及其他特征和优点对于本领域普通技术人员而言将变得更为明显，在附图中：

图1是根据本实用新型的智能化自动装载系统的应用场景示意图。

图2是根据本实用新型的智能化自动装载系统的整体示意图。

图3a是根据本实用新型的智能化自动装载系统的堆垛机构的整体示意图；

图3b是根据本实用新型的智能化自动装载系统的堆垛机构俯视图；

图4a是根据本实用新型的智能化自动装载系统的装车机构的一整体示意图；

图4b是根据本实用新型的智能化自动装载系统的装车机构的另一整体示意图；

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

本实用新型涉及智能化自动装载系统，以及应用了该智能化自动装载系统的方法，该系统和方法，应用于工业领域中物料的智能化自动装载，尤其应用于环境较差、粉尘等污染较多，对人身健康危害很大的物料装载现场；此处，物料是泛指工业领域中具有规格尺寸并具有相对固定形态的物料个体或封装后具有规格尺寸并具有相对固定形态的封装物料个体，例如块状物料、捆状物料、以及袋装物料、罐装物料、桶装物料、盒装物料等。

本实用新型的智能化自动装载系统主要包括，输送机构、行走机构、堆垛机构、装载机构和计算控制机构：

输送机构，用于将物料输送至堆垛机构处，优选地，输送机构采用传输皮带或传输履带实现；

行走机构，用于装配堆垛机构和装载机构，并能够沿待装载的运输设备的轴向移动；优选地，行走机构由沿待装载的运输设备的轴向设置的轨道，和沿轨道移动的安装框架构成，堆垛机构和装载机构装配在所述安装框架上；

堆垛机构，装配在行走机构上，从输送机构处接收物料并按照预定的布置方式布置物料，并将物料推送到装载机构上；在一个具体实施例中，堆垛机构接收物料，按照预定的方式来将接收的物料布置在堆垛机构的底板上，并在完成布置后将物料推送到装载机构上；

装载机构，装配在行走机构上，从堆垛机构处接收按照预定的布置方式布置的物料，并将按照预定的布置方式布置的物料装载在待装载的运输设备上；具体地，装载机构从堆垛机构处接收按照预定的布置方式布置的物料，升降到适于装载的高度，并将按照预定的布置方式布置的物料装载在待装载的运输设备上。

计算控制机构，配置于堆垛机构、装载机构或配置于远端，通过有线或无线的方式与输送机构、行走机构、堆垛机构和装载机构中的一个或多个进行通信，获取待装载的运输设备的参数信息，计算获得装车方案，并根据装车方案来控制输送机构、行走机构、堆垛机构和装载机构中的一个或多个。

图1示出了本实用新型的智能化自动装载系统的应用场景：

待装载的运输设备在指定的区域等候装载；所述运输设备包括但不限于货车、轮船、集装箱、火车车厢等；所述指定的区域，包括但不限于利用标识来界定出的区域，所述标识包括但不限于图形标识、电子围栏、或其它可用于与周围区域区分的标识等。

图2示出了本实用新型的整个系统构成的一个具体实施例：

如图2，本实用新型的智能化自动装载系统沿待装载的运输设备的轴向配置，主要包括，输送机构1，行走机构2，堆垛机构3，装载机构4和计算控制机构(图中未示出)。

输送机构1，由一组传输皮带构成，包括高水平位置皮带、低水平位置皮带以及连接高水平位置皮带和低水平位置皮带的一段倾斜皮带，其中低水平位置皮带与堆垛机构3相靠近，用于将物料传输到堆垛机构3。

行走机构2，由沿待装载的运输设备的轴向设置的轨道21，和沿轨道21移动的安装框架22构成，堆垛机构3和装载机构4装配在所述安装框架22上；其中，安装框架22，优选地，是设置有行走轮的钢制安装框架。

堆垛机构3，如图3a和图3b所示，主要包括主框架组件31、位置调整组件32、物料布置组件33、推送组件34和限位组件35；主框架组件31，用于将堆垛机构装配在行走机构2上，并容纳和装配堆垛机构3的其他组件；位置调整组件32，安装在主框架组件31上，根据计算控制机构确定的装载方案，在堆垛机构3的底板上限定出物料布置的区域；物料布置组件33，根据计算控制机构确定的装载方案，将从输送机构1接收的一组物料布置在堆垛机构3的底板上；推送组件34，在计算控制机构的控制下沿行走机构的轴向方向移动，在完成一组物料布置后，与限位组件35配合，将完成布置的一组物料推送到装载机构4中；限位组件35，用于在布置物料时将物料阻挡在堆垛机构3中，并在完成一组物料布置时，消除阻挡从而允许物料被推送组件34推送到装载机构4中。

更进一步，位置调整组件32，是一对相对设置的板式组件，根据计算控制机构确定的装载方案，沿垂直于行走机构2的移动方向移动并停止在适当的位置处，从而在堆垛机构3的底板上沿垂直于行走机构2的移动方向的方向上限定出物料被布置的位置；优选地，位置调整组件32在驱动装置的驱动下沿垂直于行走机构2的移动方向做直线运动。

更进一步，物料布置组件33，是一个板式组件，根据计算控制机构确定的装载方案沿垂直于行走机构2的移动方向移动，将从输送机构1接收过来的物料推动到合适的位置处，从而完成一组物料的布置；优选地，物料布置组件33在驱动装置的驱动下沿垂直于行走机构2的移动方向做直线运动。

更进一步，限位组件35为一挡板，能够将物料限定在堆垛机构3的底板上。

装载机构4，装配在行走机构上，从堆垛机构处接收按照预定的布置方式布置的物料，并将物料装载在待装载的运输设备上；具体地，装载机构从堆垛机构处接收按照预定的布置方式布置的物料，升降到适于装载的高度，并将按照预定的布置方式布置的物料装载在待装载的运输设备上。

装载机构4，如图4a所示，主要包括升降组件41、伸缩组件42、抽板组件43和中置挡板组件44；升降组件41，通过例如齿轮齿条结构、缸结构、曲柄滑块结构等实现装载机构4的上升和下降，并在进行一组布置好的物料的装载时，在计算控制单元的控制下下降到适于装载的高度，以及在完成一组物料的装载时和在伸缩组件42完成对待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息的收集时，复位到适于从堆垛机构接收物料的高度；伸缩组件42，在计算控制单元的控制下沿垂直于行走机构的移动的方向上伸缩移动，伸缩组件42上配置有数据采集单元，能够收集待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息；所述数据采集单元，例如是激光传感器；抽板组件43，与伸缩组件42相连接，并随着伸缩组件42的伸缩，被动的跟随伸缩，当升降组件41下降到适于装载的高度时，抽板组件43沿行走机构2的移动方向向抽离物料的方向移动，从而使得按照预定的布置方式布置好的一组物料在中置挡板组件44的限制下，落入到待装载区域。

更进一步，伸缩组件42，包括一组伸缩臂，能够在驱动装置的控制下沿垂直于行走机构的移动的方向上伸缩，伸缩过程中，数据采集单元采集待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息。

更进一步，抽板组件43，如图4b所示，由左右侧壁板431，左右嵌套插接圆管432、433，左右连接梁434，以及传动装置435(例如，由电机、齿轮、齿条、导轨等组成)组成。抽板组件43通过左右连接梁434与伸缩组件42的一组伸缩臂相连接，因此，当伸缩组件42主动伸缩时，抽板组件43通过432、433跟随被动伸缩。

更进一步，中置挡板组件44，由一组嵌套的板组成，例如3个嵌套的板，通过直线模组与伸缩组件42的框架相连，当抽板组件43动作时，用来挡住物料使一组按照预定的布置方式布置好的物料落入指定待装载区域的某一位置处。

计算控制机构，配置于堆垛机构、装载机构或配置于远端，通过有线或无线的方式与输送机构、行走机构、堆垛机构和装载机构中的一个或多个进行通信，获取待装载的运输设备的参数信息，计算获得装车方案，并根据装车方案来控制输送机构、行走机构、堆垛机构和装载机构中的一个或多个。

所述装载方案，包括待装载的运输设备的待装载区域和一组物料的预定的布置方式，其中，所述预定的布置方式指，物料在待装载区域内的摆放方式，其中摆放方式包括物料沿横向和纵向摆放的位置和数量。

所述待装载区域由若干个装载位置组成。

利用本实用新型的智能化自动装载系统完成自动化物料装载的过程是：

步骤1，待装载的运输设备在指定的区域等候装载；

步骤2，收集待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息并计算获得装载方案；

步骤3，根据所述获得的装载方案确定所述待装载的运输设备的待装载区域和一组物料的预定的布置方式，所述待装载区域由若干个装载位置组成；按照所述预定的布置方式自动将一组物料装载在所述待装载区域的若干个装载位置中的一个装载位置处，直到在所述装载位置处的物料装载达到指定的高度；重复该步骤，直至完成全部物料的装载或在完成所述待装载区域的全部装载位置处的物料装载。

所述运输设备包括但不限于货车、轮船、集装箱、火车车厢等；

所述指定的区域，包括但不限于利用标识来界定出的区域，所述标识包括物理标识和电子标识，例如图形标识、电子围栏和其它可用于与周围区域区分的标识方法。

在一个具体的实施方式中，步骤1，具体实现为，待装载物料的货车停止在地面图形标识限定的指定区域内等候装载。

进一步，所述步骤2，具体实现为：

所述收集待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息，其中所述尺寸信息包括长度、宽度和/或深度；所述收集，包括但不限于人工输入、自动导入、自动识别、自动探测等，例如人工手动方式输入、从外部设备自动导入、自动扫描识别、或者利用激光传感器探测等，其中，激光传感器(图中未示出)，优选地，可以安装在抽板装置43的底面和/或侧面。

所述收集待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息，具体为，行走机构2沿所述待装载的运输设备轴向移动，所述装载机构4下降至所述待装载的运输设备的待装载区域处，所述待装载机构4的伸缩装置利用激光传感器，探测所述待装载区域的尺寸信息，完成尺寸信息收集后，所述装载机构4复位到适于接收物料的高度。

具体包括根据收集的待装载的运输设备的待装载区域的尺寸信息，利用预定的算法计算获得装载方案，所述预定的算法，例如计算装载物料量最大化算法。

所述装载方案，包括待装载的运输设备的待装载区域和一组物料的预定的布置方式，其中，所述预定的布置方式包括：物料在待装载区域内的摆放方式，其中摆放方式包括物料沿横向和纵向摆放的位置和/或数量。

进一步，所述步骤3具体实现为：

步骤31，所述堆垛机构3的位置调整组件和装载机构的伸缩装置根据确定的装载方案自动调整以对应于待装载的运输设备的待装载区域；

步骤32，所述输送机构1将物料传输到所述堆垛机构3；物料进入所述堆垛机构3，滑行到堆垛机构3的限位组件35而停下，下一个物料滑行到撞到前一个物料而停止，所述堆垛机构的物料布置组件33，根据预定的布置方式，被控制为沿垂直于所述行走机构的移动方向移动，将从输送机构接收过来的物料逐件推动到合适的位置处，从而完成一组物料的按照预定的布置方式的布置；

步骤33，所述堆垛机构3的推送组件34将按照预定的布置方式布置好的一组物料整体推送到装载机构4的抽板组件43上，中置挡板组件44挡住最前端的一行物料；

步骤34，装载机构移动到由计算控制机构确定的待装载区域中的指定装载位置处，并下降到待装载的运输设备的待装载区域内适于装载的高度，抽板组件迅速抽离，使得按照预定的布置方式布置好的物料整体地掉落在待装载区域内，装载机构复位为适于接收物料的高度；

步骤35，判断是否完成全部物料的装载，是则结束；否则进入步骤36；

步骤36，判断针对当前装载位置的物料装载是否达到指定的高度；是则进入步骤37，否则返回步骤32；

步骤37，由计算控制机构指定下一个装载位置，返回步骤31。

该全自动化装车系统实现了堆垛和装车两个工序分开进行，且又协调配合，避免了整个系统升降，降低了升降电机的功率，提高了升降效率；另外，机构可实现车宽方向的伸缩，进行尺寸调整，增强了装车的多适应性，可对不同车型，例如车宽尺寸可以是1.6m到2.4m范围内任意值，涵盖80％的主流货车，进行装车作业。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。