钢管仓库出入库管理引导系统及地面轨道式的巡查机器人的制作方法

本发明涉及仓库管理技术，特别是涉及一种钢管仓库出入库管理引导系统及地面轨道式的巡查机器人。

背景技术：

钢管生产加工完毕之后，需要先存放在仓库，销售发货时再从仓库出库。仓库内有很多库位，为钢架结构。每个库位上放置的钢管型号不统一。钢管入库时，入库操作员将当前入库的钢管型号、数量确认，现有技术是使用扫码枪扫描贴在钢管上的条形码，即可自动读取该钢管的型号。然后，从数据库中查询到可容纳的库位，将这批钢管分配到该库位，并记录进数据库。仓库内配有桥式起重机，分配好库位之后，入库操作员通过喊话形式告诉桥式起重机驾驶员，将这批钢管吊放到哪个库位，桥式起重机驾驶员通过边操作边目测的方式进行作业。出库时，仓库管理员从数据库中查询到需要出库的钢管的库位，在系统中将该批钢管记录为出库数据，并喊话告知桥式起重机驾驶员去吊取该批钢管。由于钢管仓库规模极大，管理起来有很大难度。目前该技术主要存在如下缺点：

1)入库时逐个扫描条形码，效率低下。2)通过人工喊话方式告知桥式起重机驾驶员，劳动强度大、易出现差错。3)驾驶员目测寻找库位，由于仓库很大，需要驾驶员非常熟悉仓库的布局，有较强的方位感才能胜任，对于新手或者方向感差的驾驶员，非常费时。4)库内钢管的存储情况，仅仅是出库、入库时进行系统数据库操作，如果库内钢管出现了其他人为的移动、或在出库、入库操作时人员操作失误、或系统出现错误，都有可能造成数据库库存与实际情况不一致的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种钢管仓库出入库管理引导系统及地面轨道式的巡查机器人，通过rfid技术识别钢管身份，通过rfid和图像处理技术识别钢管数量，利用无线通信网络及多媒体方式为桥式起重机驾驶员提供位置提示、位置导航，使用移动巡查机器人对库位定时巡查，读取每个库位的库存情况，校正数据库。

本发明涉及一种地面轨道式的巡查机器人，其包括机器人本体、监控后台；

所述机器人本体包括运动控制系统、数量巡查系统、环境感知系统和通信模块；所述运动控制系统包含由电机驱动的轮式移动平台、运动控制器、滑触式电轨、与滑触式电轨电性连接的导电触片，所述滑触式电轨预先铺在钢管仓库地面；

所述数量巡查系统包含rfid阅读器、摄像机；所述环境感知系统包含超声波传感器；所述数量巡查系统和环境感知系统设于所述轮式移动平台上，由所述轮式移动平台带动移动；

所述轮式移动平台具有多个滚轮，可带动机器人本体沿滑触式电轨移动，所述各滚轮分别由电机驱动转动，且各电机的输出转速由运动控制器控制，所述滑触式电轨通过所述导电触片向电机供电，使电机驱动滚轮沿所述滑触式电轨移动；

所述rfid阅读器用于读取钢管仓库内不同库位信息以及库位上不同钢管的身份信息；所述超声波传感器用于感知机器人本体周围的障碍物；

所述摄像机用于识别不同库位的钢管数量或者检测机器人本体移动前方的障碍物，以与所述rfid阅读器通过阅读钢管的身份信息所获得的钢管数量检测结果实现双重验证，或者与所述超声波传感器所感知的障碍物信息双重验证；

所述通信模块用于实现所述机器人本体和监控后台之间的数据交互。

根据本发明的较佳实施例，其中，在所述轮式移动平台上设有升降机构，所述rfid阅读器、摄像机设于所述升降机构上，由所述升降机构带动所述rfid阅读器、摄像机升高或降低，对库位上处于不同高度的钢管封头中的rfid读取和拍摄检测。

根据本发明的较佳实施例，其中，在所述轮式移动平台上设有防撞保险杠，所述防撞保险杠设在所述轮式移动平台的周围。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述摄像机为带有云台的摄像机，所述rfid阅读器设在可自动调节俯仰角度的支架上。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述rfid阅读器包括第一rfid阅读器和第二rfid阅读器，所述第一rfid阅读器用于读取钢管封头内植入的rfid，在植入前，对应每根钢管的rfid写入唯一识别信息；所述第二rfid阅读器用于读取仓库内不同库位库架上写入了位置或编号信息的rfid；所述第二rfid阅读器与所述摄像机共同用于确认机器人本体当前的位置。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述滑触式电轨的滑触线埋设在地面以下，且在地面对应滑触线的两极设有下沉槽，所述机器人本体两侧设置的导电触片嵌入所述下沉槽中与所述滑触式电轨的滑触线电性接触。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述机器人本体的电机为三相异步电机或者单相电机；所述滑触式电轨提供380v或220v交流电；所述机器人本体内配置有变压、整流、稳压电路，为机器人本体提供电能。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述超声波传感器包括至少四个，在所述轮式移动平台的前后各布置2个，用于实时监测机器人本体四周有无障碍。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述环境感知系统还包含接触传感器，其设在机器人本体的四周边缘；一旦机器人本体与外界发生接触或碰撞，即触发接触传感器向运动控制器发出急停信号，运动控制器控制各电机停止运转，使机器人本体立即停止行走并发出报警。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述运动控制器用于控制左前轮运动控制子模块、右前轮运动控制子模块、左后轮运动控制子模块、右后轮运动控制子模块；各所述控制子模块包括驱动器、所述电机、减速器；驱动器驱动电机运转，电机经减速器减速后输出扭矩，带动滚轮转动。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述机器人本体还包括供电系统，所述供电系统给所述机器人本体除滚轮的驱动电机以外的用电设备供电。所述供电系统包括电量管理器、充电电路、可充电电池、电源状态监控模块；所述可充电电池、充电电路均与所述电量管理器连接，所述电源状态监控模块与所述电量管理器连接，用于实时监控可充电电池中的剩余电量；所述电量管理器向机器人本体上各用电元件或用电功能模块提供电能。

所述电源管理器实时监控机器人本体运动过程中的实时电量，并对异常的用电状态包括电量过低、电流过大、温度过高的情况进行报警；当机器人本体在充电时，该电源管理器实时监控电源的充电状态，并在电量充满后自动停止充电防止过充。

根据本发明的较佳实施例，其中，所述机器人本体上设有触控显示器，用于显示当前电量、rfid阅读器读取的钢管封头中的rfid信息、以及某库位上已读取的钢管数量和型号。

根据本发明的较佳实施例，其中，还包括电量补给装置，所述电量补给装置为非无线充电桩，用于对机器人本体进行充电补充电能。

需要说明的是，由于本发明使用滑触式电轨与导电触片向机器人本体供电，因此本发明的部分实施例中可以省掉供电系统和电量补给装置等，从而简化巡查机器人和控制流程，减轻机器人本体的重量，简化对机器人本体的运动控制流程，对电控和软件的要求也降低，提高巡查机器人的稳定性。

本发明的另一发明目的是提供一种钢管仓库出入库管理引导系统，其包括上述任一实施例的地面轨道式的巡查机器人、钢管id写入子系统、出入库信息记录子系统、桥式起重机引导子系统、仓库管理服务器；所述仓库管理服务器预存有仓库电子地图；

所述钢管id写入子系统用于在钢管入库前，每根钢管的封头中植入的rfid写入唯一标识号，以标记该钢管的身份；

所述出入库记录子系统用于在钢管入库或出库时，读取钢管的rfid，记录该钢管的rfid与仓库管理服务器所分配的库位的对应关系，并将读取的钢管的出库信息和入库信息写入仓库管理服务器；所述出入库信息包括出入库钢管类型、生产批号、出入库日期、对应的库位；

所述桥式起重机引导子系统，包括设于桥式起重机驾驶室内的显示器；所述桥式起重机引导子系统用于在钢管入库或出库时，所述仓库管理服务器根据所要出库或入库的钢管信息，将该钢管所对应的库位编号、库位在仓库地图上的位置显示在所述显示器上，供桥式起重机驾驶员根据显示器上的提示快速准确找到目标库位；

所述地面轨道式的巡查机器人定期进行仓库巡查盘点，清点每个库位上的剩余钢管数量信息、钢管类型信息、钢管身份信息，并将这些信息写入仓库管理服务器。

根据本发明较佳实施例，其中，所述地面轨道式的巡查机器人、钢管id写入子系统、出入库信息记录子系统、桥式起重机引导子系统通过接口与已有成熟的仓库数据管理系统连接和交换数据。

根据本发明较佳实施例，其中，钢管仓库中仅配设一套地面轨道式的巡查机器人，或者钢管仓库被分成若干个分区，每个分区对应配设一套地面轨道式的巡查机器人。

本发明的地面轨道式的巡查机器人，可代替人工在钢管仓库内进行巡查，读取每个库位的库存情况，校正数据库，避免数据库库存与实际情况不一致的情况，减少人工劳动强度，提高钢管仓库管理的智能化程度。本发明的通过rfid技术识别钢管身份，通过rfid和图像处理技术双重识别钢管数量。

本发明的钢管仓库出入库管理引导系统，在桥式起重机驾驶室内安装显示器，可将需要进行出入库的钢管库位位置(结合仓库的电子地图)、出入库的钢管数量等信息在显示器上显示给驾驶员，使驾驶员可以快速根据提示找到目标库位，防止因仓库过大难以找到目标库位和通过喊话、对讲机等方式造成的信息误传问题。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的地面轨道式的巡查机器人的整体框架图。

图2为本发明的地面轨道式的巡查机器人的工作状态示意图。

图3为本发明的地面轨道式的巡查机器人的环境感知模块的框图。

图4为本发明的地面轨道式的巡查机器人的运动控制模块的结构框图。

图5为本发明的地面轨道式的巡查机器人本体的导电触片与滑触式电轨接触的示意图。

图6为本发明的地面轨道式的巡查机器人的供电系统的结构框图。

图7为本发明的钢管仓库出入库管理引导系统的框图。

图8为预设在钢管仓库地面上的滑触式电轨线路示意图。

图9为将大型的钢管仓库进行分区的示意图。

具体实施方式

如图1所示为，本发明一个较佳实施例的地面轨道式的巡查机器人的整体框架图。如图1所示，地面轨道式的巡查机器人包括机器人本体10和监控后台20；机器人本体10通过自身所设的通信模块和通信层与监控后台20进行数据交换。其中通信层包括能够与机器人本体10的通信模块实现无线/有线通信联络的通信接口、有线宽带网络、wifi无线网络、视频传输专用接口等。监控后台20包括监控上位机(安装监控与管理软件系统)，该监控上位机设有指令输入端(用于手动处理数据和手动遥控操作机器人本体)、显示器(用于实时显示仓库总体信息、仓库各库位信息、机器人本体位置电子地图显示、机器人移动状态和巡查工作状态显示)，存储器(用于接收和存储机器人本体的巡查数据)。

在本发明的较佳实施例中，机器人本体10包括运动控制系统11、数量巡查系统12、环境感知系统13、供电系统14(也可不设置)和通信模块15。通信模块15用于将数量巡查系统、环境感知系统采集的数据、运动控制系统中机器人本体的运动状态、机器人本体的电量剩余量、充电信息等通过通信层实时传送给上位机。

关于机器人本体的各组成部分说明如下。

结合图2所示，运动控制系统11包含由电机驱动的轮式移动平台111、运动控制器、滑触式电轨114、以及摄于机器人本体10上用于与滑触式电轨114电性接触的导电触片113(参阅图5)，所述滑触式电轨114是预先铺设在钢管仓库的地面上的，用于给机器人本体10提供电力并驱动机器人本体沿滑触式电轨114移动。在轮式移动平台111上设有数量巡查系统12，其包含第一rfid阅读器121、摄像机122。在轮式移动平台111上还设有环境感知系统13，其包含超声波传感器131、第二rfid阅读器132和接触传感器133。数量巡查系统12和环境感知系统13设于所述轮式移动平台上，由轮式移动平台111带动并在仓库内沿着滑触式电轨114移动，挨个巡查仓库库位、盘点库位上的钢管。其中，摄像机122为带有云台的摄像机，而第一rfid阅读器121设在可自动调节俯仰角度的支架上。

所述轮式移动平台111具有四个滚轮1111，每个滚轮1111独立由电机驱动，通过差动速度实现转向。借助轮式移动平台111，带动机器人本体沿滑触式电轨114移动。其中，每个滚轮1111对应的电机的输出转速由运动控制器控制。如图4所示，运动控制器与环境感知系统13、数量巡查系统12及供电系统14通信连接(可直接连接，也可由监控后台的上位机间接通信连接机器人本体的运动控制器)。具体地，当环境感知系统13感知周围有障碍物、或触碰到障碍物时，运动控制器控制滚轮1111的电机停止转动，使机器人本体10停止移动。当数量巡查系统12中的第一rfid阅读器121、摄像机122所检测的某型号钢管的数量不一致时，运动控制器控制滚轮1111的电机停止转动，使机器人本体10停在原地进行多次复核检测和验证。在巡查过程中，当供电系统14检测到机器人本体10中各检测器(rfid、摄像机、超声波传感器、接触传感器)的工作电量不足时，运动控制器控制滚轮1111快速反向滚动(滚轮1111的驱动电机由滑触式电轨114供电)，回复到机器人本体10的出发点所设置的充电桩进行补给电量。在其他实施例中，机器人本体10不设置供电系统14(不含电量管理器、可充电电池、电源状态监控模块等)，直接由滑触式电轨114通过机器人本体10下方所设置的导电触片113进行电力供应。此时，在机器人本体中配置有变压、整流、稳压电路，为机器人本体的各个用电设备，如rfid阅读器、摄像机、超声波传感器等供电电路向各用电功能模块提供电能。其中，机器人本体10各滚轮1111的驱动电机为三相异步电机或者单相电机，滑触式电轨114可提供380v或220v交流电，通过机器人本体10内配置的变压、整流、稳压电路为机器人本体10提供电力。其中，运动控制器用于控制左前轮运动控制子模块、右前轮运动控制子模块、左后轮运动控制子模块、右后轮运动控制子模块；各控制子模块包括驱动器、所述电机、减速器；各控制子模块分别独立控制一个滚轮1111的转动。各各控制子模块中，驱动器驱动电机运转，电机经减速器减速后输出扭矩，带动滚轮转动。

如图2所示，轮式移动平台111上设有升降机构117，其可为一个由气缸驱动的升降架。在需要升高时，气缸所连接的气泵开始工作，对气缸充气，使升降架升起，反之则使气缸回落下降。在升降架上可设置升降平台，在升降平台上安装所述数量巡查系统12中的第一rfid阅读器121和摄像机122，同时还安装有报警器16。通过升降架的升降动作，可以对某库位上处于不同高度的钢管封头中的rfid读取和拍摄检测。如图3所示，第一rfid阅读器121通过阅读钢管的rfid获取某钢管的数量，摄像机122通过图像识别获取某钢管的数量，二者形成双重验证，并将巡查的库位信息及钢管数量的对应关系通过通信模块15发送给上位机。

结合图2及图5所示，导电触片113为一组，对应设于轮式移动平台111的两侧(分别为正负极)，对应仓库地面上的滑触式电轨114而设置。滑触式电轨114上用于提供交流电的滑触线1140铺设于地面以下(避免工作人员触电)，而在地面对应滑触线的两极设有下沉槽110，而机器人本体10两侧设置的导电触片113向下凸伸，并嵌入下沉槽110中以与滑触式电轨114的滑触线1140电性接触获取电能。

如图1及图3所示，在轮式移动平台111上还设有环境感知系统13，其包含超声波传感器131、第二rfid阅读器132和接触传感器133。第二rfid阅读器132用于读取钢管仓库内不同库位(在不同库位的库架上也设有rfid标签，该标签写入了该库位的编号及在仓库中的位置)信息。其中，摄像机122也可以拍摄机器人周围所处的环境。第二rfid阅读器132与摄像机122共同用于确认机器人本体当前的位置，并将位置信息通过通信模块15发送给上位机。上位机中预存了仓库电子地图，结合仓库电子地图可在监控后台显示出机器人本体的目前在仓库中的位置。

结合图3、图4所示，超声波传感器131至少有4个，分别设于轮式移动平台111的前面两个和后面两个。在机器人本体行进的过程中，超声波传感器131用于实时感测周围一定距离范围内是否有障碍物，从而控制轮式移动平台111的移动速度，且超声波传感器131的感测结果与摄像机122在周围的拍摄结果形成双重验证。在轮式移动平台111的四周边缘设有接触传感器133。一旦机器人本体10与外界发生接触或碰撞，即触发接触传感器133向各运动控制器发出急停信号，运动控制器控制各电机停止运转，使机器人本体10立即停止行走并发出报警。超声波传感器131和接触传感器133的感测结果也构成双重验证。此外，为了防止机器人本体10被撞坏，在轮式移动平台111的边缘设有防撞保险杠116，而接触传感器133设置在保险杠116上。其中，控制机器人本体10本体急停还可以通过控制滑触式电轨114的滑触线1140断开电路停止供电，或者按照前述所述，仅由控制器控制各电机的驱动电路断开，使电机停止运转。

如图6所示，为本发明巡查机器人的供电系统14。供电系统14包括电量管理器141、充电电路142、可充电电池143、电源状态监控模块144。可充电电池143、充电电路142均与电量管理器141电性连接。电源状态监控模块144与电量管理器141连接，用于实时监控可充电电池143中的剩余电量。电量管理器141通过各个用电设备，如rfid阅读器、摄像机、超声波传感器等供电电路向各用电功能模块提供电能。

在其他实施例中，由于滑触式电轨114通过导电触片113实时向机器人本体10供电，因此也可以去掉供电系统14，如此可进一步减少机器人本体10的组成构件和重量、简化控制流程。当然，在一些实施例中，也可仅利用滑触式电轨114的供电驱动机器人本体10移动，而机器人本体10上设置的其他用电设备，即第一/第二rfid阅读器(131、132)、摄像机122、超声波传感器131、接触传感器133等所用电能来自机器人本体10内的可充电电池时，配套地，还需要设置无线充电桩，其可以设在仓库内位于滑触式电轨114的起始端或终点端。当电源管理器141监控到机器人本体10运动过程中的电量不足时，运动控制器接收到电量不足的信号，向各个运动控制子模块发出指令、控制各滚轮的转动方向和速度，使机器人本体回到无线充电桩完成电量补给。当电源管理器141监控到机器人本体10的电量充满时，运动控制器接收到电量已满的信号，向各个运动控制子模块发出指令、控制各滚轮的运转，使机器人本体离开充电桩，自动停止充电防止过充，并继续沿滑触式电轨114移动进行巡查工作。此外，电源管理器141还对异常的用电状态包括电量过低、电流过大、温度过高的情况进行报警。

如图2所示，在机器人本体10上设有触控显示器，用于显示当前电量、rfid阅读器读取的钢管封头中的rfid信息、以及某库位上已读取过的钢管数量和型号。

结合图7所示，为本发明的钢管仓库出入库管理引导系统，其包括上述的地面轨道式的巡查机器人，此外还包含钢管id写入子系统、出入库信息记录子系统、桥式起重机引导子系统、仓库管理服务器。其中，仓库管理服务器内部的存储器中预存有仓库电子地图。

其中，钢管id写入子系统用于在钢管入库前，每根钢管的封头中植入的rfid写入唯一标识号，以标记该钢管的身份。出入库记录子系统用于在钢管入库或出库时，读取钢管的rfid，记录该钢管的rfid与仓库管理服务器所分配的库位的对应关系，并将读取的钢管的出库信息和入库信息写入仓库管理服务器；所述出入库信息包括出入库钢管类型、生产批号、出入库日期、对应的库位。其中，地面轨道式的巡查机器人定期进行仓库巡查盘点，清点每个库位上的剩余钢管数量信息、钢管类型信息、钢管身份信息，并将这些信息写入仓库管理服务器。桥式起重机引导子系统，包括设于桥式起重机驾驶室内的显示器。桥式起重机引导子系统用于在钢管入库或出库时，仓库管理服务器根据所要出库或入库的钢管信息，将该钢管所对应的库位编号、库位在仓库地图上的位置显示在显示器上，供桥式起重机驾驶员直观地看到目标库位，并快速准确找到目标库位。

其中，仓库管理服务器上已安装有成熟的仓库数据管理系统，所述地面轨道式的巡查机器人、钢管id写入子系统、出入库信息记录子系统、桥式起重机引导子系统通过接口与已有成熟的仓库数据管理系统连接和交换数据。

如图8所示，钢管仓库中仅配设一套地面轨道式的巡查机器人，在仓库内预铺设了滑触式电轨114，该滑触式电轨114为依次穿过每排库位前方的巡查走道，使机器人本体10沿预设的滑触式电轨114依次巡查每个库位。如图9所示，为了提高巡查的效率，减少巡查时间长度，对于面积较大的仓库，将库区划分为若干个区域，每个区域配备一台机器人本体10，各个机器人本体10负责巡查本区域内库位。

本发明的地面轨道式的巡查机器人，可代替人工在钢管仓库内进行巡查，读取每个库位的库存情况，校正数据库，避免数据库库存与实际情况不一致的情况，减少人工劳动强度，提高钢管仓库管理的智能化程度。本发明的通过rfid技术识别钢管身份，通过rfid和图像处理技术双重识别钢管数量。

本发明的钢管仓库出入库管理引导系统，在桥式起重机驾驶室内安装显示器，可将需要进行出入库的钢管库位位置(结合仓库的电子地图)、出入库的钢管数量等信息在显示器上显示给驾驶员，使驾驶员可以快速根据提示找到目标库位，防止因仓库过大难以找到目标库位和通过喊话、对讲机等方式造成的信息误传问题，排除噪音干扰，提高桥式起重机驾驶员的工作效率。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。