一种自动化物品分拣设备及方法与流程

本申请涉及物品分拣技术领域，尤其涉及一种自动化物品分拣设备及方法。

背景技术：

随着网络信息化的推广，网上购物也越来越方便，这带动了我国快递业的蓬勃发展，包裹数量也日益渐增，目的地更是愈来愈广泛。其中物流分拣工作是将集中到分流中心的包裹根据目的地迅速准确地区分开来，以便于后续的运输工作。

早期大部分物流企业采用人工分拣作业，但分拣效率和精度均不理想，暴力分拣，错发件，漏发件等现象十分普遍，特别是近年来电子商务的迅速发展，集中到分流中心的包裹需要被快速准确地分拣开来，不然包裹很快就会堆积如山。此外，包裹分拣工作需要投入大量的人力来完成，工作量极大，而且速度慢，包裹传递时间长，积压现象层出不穷，这严重制约着我国快递行业的迅速发展。

目前大部分物流企业采用自动化作业，包括运输、装卸、包装、分拣、识别等作业过程，充分利用各种机械和运输设备、计算机系统和综合作业协调等技术手段，如自动识别系统、自动检测系统、自动分拣系统、自动存取系统、自动跟踪系统等。在自动分拣系统中，自动分拣设备是提升整个自动分拣系统工作效率的核心所在，也是对“以机代人”国家政策的响应，是节省人力分拣，提高传递效率的关键。

技术实现要素：

有鉴于此，为配合高速运转的传送带使用，提高分拣系统的工作效率，节约人力和时间成本，本申请提出一种自动化物品分拣设备及分拣方法，其能实现接近物理极限速度的分拣效率，配合各种类型传送带以及物品配送等自动化作业系统使用。

基于上述目的，本申请提出了一种自动化物品分拣设备，包括：

第一机械臂，围绕位于肩关节的运动轴进行周期性摆动，且通过位于肘关节的连接轴连接第二机械臂；

第二机械臂，围绕所述肘关节的连接轴能够自由旋转，以便于带动拾取装置对所述待分拣物品进行拾取和码放；

拾取装置，用于对待分拣物品进行拾取和码放。

在一些实施例中，所述拾取装置为设置在所述第二机械臂末端的t形离心力夹持器。

在一些实施例中，所述t形离心力夹持器包括：与所述第二机械臂末端连接的吸盘面板，用于吸附所述待分拣物品；与所述吸盘面板相垂直的挡板，用于防止所述待分拣物品在被吸附过程中发生散落。

在一些实施例中，所述t形离心力夹持器在所述周期性摆动的最大角速度点通过所述吸盘面板来吸附所述待分拣物品。

在一些实施例中，所述周期性摆动以预设频率来带动所述第一、二机械臂。

在一些实施例中，所述吸盘面板通过真空泵对待分拣物品产生吸附力。

在一些实施例中，所述自动化物品分拣设备还包括：

还包括控制系统，用于接收所述物品的目的地信息，并控制所述第一、第二机械臂按照所述物品的目的地将其放进相应的容器中。

在一些实施例中，所述控制系统根据所述物品的目的地信息，控制所述第二机械臂围绕所述肘关节的连接轴自由旋转的旋转角度，以便按照所述物品的目的地将其放进相应的容器中。

本申请还提供了一种自动化物品分拣方法，包括以下步骤：

物品拾取步骤，第一机械臂带动与其末端相连接的第二机械臂做周期性摆动，并在所述周期性摆动的最大角速度点时，由设置在所述第二机械臂末端的拾取装置对物品进行吸附，且所述第二机械臂还可自由旋转以调整所述拾取装置与所述物品的接触位置；

物品码放步骤，在拾取所述物品之后，控制系统根据所述待分拣物品的目的地，控制所述第一机械臂和所述第二机械臂将所述物品放进相对应的所述容器中。

在一些实施例中，物品码放步骤中，所述控制系统根据所述物品的目的地信息，控制所述第二机械臂围绕所述肘关节的连接轴自由旋转的旋转角度，以便按照所述物品的目的地将其放进相应的容器中。

本申请实施例提供了一种自动化物品分拣设备及分拣方法，其中第一机械臂，围绕位于肩关节的运动轴进行周期性摆动，且通过位于肘关节的连接轴连接第二机械臂；第二机械臂，围绕所述肘关节的连接轴能够自由旋转，以便于带动拾取装置对所述待分拣物品进行拾取和码放；拾取装置，用于对待分拣物品进行拾取和码放。

自动化物品分拣方法包括物品拾取步骤，由第一机械臂做周期性摆动，并带动与其末端相连接的第二机械臂对待分拣物品进行吸附；其中，所述第二机械臂通过设置在其末端的拾取装置吸附待分拣物品，且所述第二机械臂可自由旋转以调整拾取装置与待分拣物品的接触位置；物品码放步骤，在拾取所述物品之后，控制系统根据所述待分拣物品的目的地，控制所述第一机械臂和所述第二机械臂将所述物品放进相对应的所述容器中。

在本申请实施例提供的自动化物品分拣设备中，第一机械臂与第二机械臂以肘关节相连，第二机械臂的末端与t形离心力夹持器相连。其中所述第一机械臂绕肩关节做周期性摆动，第二机械臂可绕肘关节做自由旋转运动。也即是第二机械臂在第一机械臂的带动下进行周期性摆动，进而使t形离心力夹持器靠近待分拣物品。在t形离心力夹持器吸附待分拣物品的过程中，第二机械臂还可绕肘关节进行自由旋转来微调t形离心力夹持器与待分拣物品的接触位置以提高物品吸附的成功率。周期性摆动可实现对物品的无间歇分拣，t形离心力夹持器可防止物品在吸附过程中发生散落。

在实际的物流系统中，本申请提供的自动化物品分拣设备可配合高速运转的传送带对待分拣物品进行无间歇的分拣码放工作，提高物流自动化作业的效率。周期性摆动在机械结构上易于操作和实现，分拣效率高，将机械臂的运作速度无限制地接近物理速度极限，进一步提高整个自动化作业的效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请实施例一的自动化物品分拣设备的结构框图；

图2是本申请实施例一的自动化物品分拣设备的结构示意图(左视图)；

图3是本申请实施例的周期性摆动示意图

图4是本申请实施例的t形离心力夹持器的结构示意图；

图5是本申请实施例二的自动化物品分拣设备及方法的结构示意图(俯视图)；

图6是本申请实施例三的自动化物品分拣设备及方法的结构示意图(俯视图)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

如图1所示，是本申请实施例一的自动化物品分拣设备结构框图。本实施例一提供了一种自动化物品分拣设备，包括第一机械臂1，围绕位于肩关节5的运动轴做周期性摆动(如图3所示)，且通过位于肘关节的连接轴连接第二机械臂2；第二机械臂2，与所述第一机械臂1通过所述肘关节6的连接轴相连接，且围绕所述连接轴可做自由旋转，以便于带动拾取装置3对所述待分拣物品进行拾取和码放；拾取装置3，用于对待分拣物品进行拾取和码放；控制系统4，用于接收所述物品的目的地信息并控制所述第一机械臂1和第二机械臂2按照所述物品的目的地将其放进相应的容器中。

本实施例一还提供了一种自动化物品分拣方法，包括物品拾取步骤，所述第一机械臂1做周期性摆动并带动与其末端相连接的所述第二机械臂2通过设置在所述第二机械臂2末端的拾取装置3对待分拣物品进行吸附，在此过程中，所述第二机械臂2可自由旋转以调整所述拾取装置3与所述待分拣物品的接触位置；物品码放步骤，在拾取所述物品之后，控制系统4根据所述待分拣物品的目的地控制所述第一机械臂1和所述第二机械臂2将所述物品放进相对应的所述容器中。

如图2所示，第一机械臂1、第二机械臂2和拾取装置3依次连接。所述第一机械臂1绕肩关节5的运动轴做周期性摆动，如图3所示的周期性摆动曲线，其中横轴x表示时间轴t，纵轴y表示第一机械臂的臂方向相对于水平基准线的角度α，因此所述第二机械臂2和所述拾取装置3跟随所述第一机械臂1做周期性摆动并借此来靠近待分拣物品进而吸附。其中所述拾取装置3为t形离心力夹持器，如图4所示，包括直接与所述第二机械臂末端相连的吸盘面板31，用于吸附所述物品，由真空泵操作；与所述吸盘面板相垂直的挡板32，用于防止在吸附所述物品的过程中发生散落，进而提高物品吸附效率。此外，所述第二机械臂2还可绕所述肘关节6做自由旋转运动，能够灵活微调所述拾取装置3与所述待分拣物品的接触位置，使所述拾取装置3高效准确地吸附所述待分拣物品。

所述t形离心力夹持器3在所述周期性摆动的角速度最高点通过所述吸盘面板31对所述物品进行吸附。在吸附的过程中，所述第二机械臂2可通过自由旋转运动使所述吸盘面板31与所述挡板32形成的“′i”覆盖所述物品的两个面，这不仅能提高物品吸附的成功率，还能防止所述待分拣物品在被吸附过程中发生散落。同时，所述控制系统4接收所述待分拣物品的目的地信息，在所述拾取装置3吸附所述待分拣物品之后，所述控制系统4则控制所述第一机械臂1和第二机械臂2将所述待分拣物品放进相应的容器中。

具体地，在一应用例中，待分拣物品被放在低摩擦表面的平台上，所述平台的高度要高于目的地容器口。如将传送带上涂抹teflon材料，该材料为聚四氟乙烯，是一种使用氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。聚四氟乙烯的摩擦系数极低，将其作为待分拣物品装载平台的涂层可以极大限度地降低物品与平台之间的摩擦力，间接提升t形离心力夹持器的吸附成功率，降低物品吸附过程中散落现象发生的概率。此外，第一机械臂设置为以0.5-2hz的频率做周期左右摆动运动，使得第一机械臂的臂方向相对于水平基准线的角度α的图形为正弦波a，请参考附图3，则第一机械臂的角速度的图形为正弦波b。如附图3所示，在t＝0秒时所述第一机械臂的角速度为最大，即是在t＝0为最大角速度点，此时第一机械臂的臂方向相对于水平基准线的角度α＝0，所述t形离心力夹持器3在该时间点通过所述吸盘面板31对所述物品进行吸附。

如果吸盘面板吸附待分拣物品吸附力不够大，在机器人获持所述待分拣物品移动到目的地容器的过程中(即是第一机械臂的臂方向相对于水平基准线的角度从α＝0到α＝90度的过程中)，所述待分拣物品有可能掉落。若设所述第一机械臂在一个1hz的周期时间左右摆动，所述平台的高度高于目的地容器口，具体的，所述平台的平面与目的地容器口之间的距离为35cm，即便吸附力不够，所述物品在四分之一周期内仍旧可以落入目的地容器中，因为在t＝0.25s内的自由落体距离为30cm。在此过程中，所述平台输送待分拣物品的速度必须要精确同步，以确保机械臂通过周期运动分拣物品的效率。

在本申请实施例中，第一机械臂与第二机械臂以肘关节相连，第二机械臂的末端与t形离心力夹持器相连。其中所述第一机械臂绕肩关节做周期性摆动，第二机械臂可绕肘关节做自由旋转运动。也即是第二机械臂在第一机械臂的带动下进行周期性摆动，进而使t形离心力夹持器靠近待分拣物品。在t形离心力夹持器吸附待分拣物品的过程中，第二机械臂还可绕肘关节进行自由旋转来微调t形离心力夹持器与待分拣物品的接触位置以提高物品吸附的成功率。周期性摆动可实现对物品的无间歇分拣，t形离心力夹持器可防止物品在吸附过程中发生散落。在实际的物流系统中，本申请提供一的自动化物品分拣设备可配合高速运转的传送带对待分拣物品进行无间歇的分拣码放工作，提高物流自动化作业的效率。周期性摆动在机械结构上易于操作和实现，分拣效率高，将机械臂的运作速度无限制地接近物理速度极限，进一步提高整个自动化作业的效率。

实施例2

如图5所示，本实施例二提供的自动化物品分拣设备可以应用于具备物品分拣功能的物流系统中。所述自动化物品分拣设备包括第一机械臂1，围绕位于肩关节5的运动轴做周期性摆动(如图3所示)，且通过位于肘关节的连接轴连接第二机械臂2；第二机械臂2，与所述第一机械臂1通过所述肘关节6的连接轴相连接，且围绕所述连接轴可做自由旋转，以便于带动拾取装置3对所述待分拣物品进行拾取和码放；拾取装置3，用于对待分拣物品进行拾取和码放；控制系统4，用于接收所述物品的目的地信息并控制所述第一机械臂1和第二机械臂2按照所述物品的目的地将其放进相应的容器中。

在本实施例中，假设每个目的地都设置两个容器来装载包裹，我们则在工作空间的两侧各放一个。所述物流系统中还包括传送带7，用于传送待分拣物品；容器8，用于装载目的地a的包裹；容器9，用于装载目的地b的包裹；容器10，用于装载目的地c的包裹。

具体地，传送带7上涂抹teflon材料，降低待分拣物品与所述传送带7之间的摩擦力，以便于更好地吸附所述物品。并且，将传送带7的位置设置为高于所述容器的容器口。所述第一机械臂1带动所述第二机械臂22与所述t形离心力夹持器做周期性摆动。当运动至角速度最高点，也即是所述第一机械臂与基准线之间的角度α为零时，所述t形离心力夹持器通过所述t形吸盘31对所述传送带7上的待分拣物品进行吸附，所述第二机械臂2通过肘关节6做自由旋转，可调整t形离心力夹持器与所述物品的接触位置，以便于更准确地吸附所述物品。

当吸附所述物品之后，所述第一机械臂将带动所吸附物品向目的地容器的方向进行移动，在此过程中，所述机械臂与基准线之间的角度α从零度变化至九十度，如果吸附力不够，所述物品可能会发生脱落。本实施例将周期性运动的频率设置为1hz，所述平台的平面与目的地容器口之间的距离设置为35cm，因为在t＝0.25s内的自由落体距离为30cm。因此，即便吸附力不够，所述物品在四分之一的周期内仍旧可以落入目的地容器中。在此过程中，所述平台输送待分拣物品的速度必须要精确同步，以确保机械臂通过周期运动分拣物品的效率。

具体地，如果角速度过大或物品重量较小，在所述吸盘面板31与所述待分拣物品接触的过程中可能会导致所述物品发生位移，而所述挡板32可防止所述物品在此过程中发生散落。当所述t形离心力夹持器将所述待分拣物品吸附成功，所述控制装置4则根据所述待分拣物品的目的地信息控制所述第一机械臂1和所述第二机械臂2将其放至对应的容器中。在本实施例中，无论所述待分拣物品的目的地是什么，由于工作空间的两侧均有所有目的地的容器，因此，所述分拣设备通过周期性摆动可快速地将所述待分拣物品放至邻近一侧的容器中，避免多余的摆动，提高了工作效率。

在本申请实施例二提供的自动化物品分拣设备中，第一机械臂与第二机械臂以肘关节相连，第二机械臂的末端与t形离心力夹持器相连。其中所述第一机械臂绕肩关节做周期性摆动，第二机械臂可绕肘关节做自由旋转运动。也即是第二机械臂在第一机械臂的带动下进行周期性摆动，进而使t形离心力夹持器靠近待分拣物品。在t形离心力夹持器吸附待分拣物品的过程中，第二机械臂还可绕肘关节进行自由旋转来微调t形离心力夹持器与待分拣物品的接触位置以提高物品吸附的成功率。周期性摆动可实现对物品的无间歇分拣，t形离心力夹持器可防止物品在吸附过程中发生散落。其中，周期性摆动在机械结构上易于操作和实现，分拣效率高，将机械臂的运作速度无限制地接近物理速度极限，进一步提高整个自动化作业的效率。

实施例3

在实际的物流系统中，由于各个目的地的包裹数量不同或者分拣任务不同，导致用来装载包裹的容器数量也不同，那么在分拣作业的工作空间中，包裹的摆放也不同。

如图6所示，假设目的地仅有一个容器来装载包裹，则在工作空间两侧依次排列。本实施例三提供的自动化物品分拣设备，包括第一机械臂1，围绕位于肩关节5的运动轴做周期性摆动(如图3所示)，且通过位于肘关节的连接轴连接第二机械臂2；第二机械臂2，与所述第一机械臂1通过所述肘关节6的连接轴相连接，且围绕所述连接轴可做自由旋转，以便于带动拾取装置3对所述待分拣物品进行拾取和码放；拾取装置3，用于对待分拣物品进行拾取和码放；控制系统4，用于接收所述物品的目的地信息并控制所述第一机械臂1和第二机械臂2按照所述物品的目的地将其放进相应的容器中。

本实施例提供的自动化物品分拣设备应用于具备物品分拣功能的物流系统中，还包括传送带7，用于传送待分拣物品；容器8，用于装载目的地a的包裹；容器9，用于装载目的地b的包裹；容器10，用于装载目的地c的包裹；容器11，用于装载目的地d的包裹。

所述第一机械臂1带动所述第二机械臂2与所述t形离心力夹持器做周期性摆动。如图3所示，第一机械臂的臂方向相对于水平基准线的角度α的图形为正弦波a，第一机械臂的角速度的图形为正弦波b。当运动至角速度最高点，也即是t＝0时，所述t形离心力夹持器通过所述吸盘面板31对所述传送带上的待分拣物品进行吸附。所述第二机械臂2通过所述肘关节6做自由旋转，可调整所述t形离心力夹持器与所述物品的接触位置，以便于更准确地吸附所述物品。如果角速度过大或物品重量较小，在所述吸盘面板31与所述待分拣物品接触的过程中可能会导致所述物品发生位移，而所述挡板32可防止所述物品在此过程中发生散落。当所述t形离心力夹持器将所述待分拣物品吸附成功，所述控制装置4则根据所述待分拣物品的目的地信息控制所述第一机械臂1和所述第二机械臂2将其放至对应的容器中。

在本实施例中，所述快速分拣设备可实现同时吸附目的地相同的两个待分拣物品，并将其一起放至容器中。在进行吸附之前，若所述控制系统4判定出所述传送带上的相邻物品属于同一目的地，则控制所述第一机械臂1和所述第二机械臂2在完成吸附一个所述物品之后，继续做周期性摆动。当再次回到角速度最高点时，控制所述t性离心力夹持器对下一个物品进行吸附，待吸附完成之后，所述控制系统4则控制所述第一机械臂1和所述第二机械臂2同时将所述物品和所述物品放至对应的容器中。

在本申请实施例三提供的自动化物品分拣设备中，第一机械臂与第二机械臂以肘关节相连，第二机械臂的末端与t形离心力夹持器相连。其中所述第一机械臂绕肩关节做周期性摆动，第二机械臂可绕肘关节做自由旋转运动。也即是第二机械臂在第一机械臂的带动下进行周期性摆动，进而使t形离心力夹持器靠近待分拣物品。在t形离心力夹持器吸附待分拣物品的过程中，第二机械臂还可绕肘关节进行自由旋转来微调t形离心力夹持器与待分拣物品的接触位置以提高物品吸附的成功率。周期性摆动可实现对物品的无间歇分拣，t形离心力夹持器可防止物品在吸附过程中发生散落。其中，周期性摆动在机械结构上易于操作和实现，分拣效率高，将机械臂的运作速度无限制地接近物理速度极限，进一步提高整个自动化作业的效率。

在以上实施例中，所述物品的目的地数量不限于此，可以是实施例二中的三个目的地，也可以是实施例三中的四个目的地，也可以是其他数量，视具体情况而定。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。