CN111017804A - 一种智能移动转运***及其转运方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于仓库物流领域，并具体公开了一种智能移动转运***及其转运方法。该***包括取货装置、监测装置、控制装置、驱动装置以及电源装置，其中：取货装置实现取放货物的同时能够适应斜坡取货通道；监测装置获取周边环境和前方环境的图像、智能移动转运***的俯仰角度，以及货叉的举升高度和俯仰角度；控制装置用于规划移动路径和取货路径，并确定货叉需要的举升高度和俯仰角度；驱动装置驱动智能移动转运***进行移动。本发明能够根据陀螺仪获取的坡度信息对货叉进行举升和俯仰，以此保证智能移动转运***能够平稳地在斜坡上运行，同时能够通过获取周边环境图像和前方环境图像准确规划移动路径和取货路径，从而实现货物的自动装卸。

Description

一种智能移动转运***及其转运方法
技术领域
本发明属于仓库物流领域，更具体地，涉及一种智能移动转运***及其转运方法。
背景技术
随着自动化仓储物流的发展，市场对智能AGV这类轮式机器人的需求日渐增加，轮式机器人拥有运动简单且速度快的特点，配以自动导航***和智能识别***，便可在自动化车间仓库进行智能工作。智能AGV的工作场合一般为平整的地面，但在一些特殊的工况中，需要这类轮式机器人进行爬坡工作，例如在周转箱配送车与仓库之间存在斜坡取货通道时，这时就需要机器人小车能够平稳地在坡上运行，不会失稳或者冲出坡道。
经调研发现，现有的仓库物流大多采用人工装卸货，存在工作效率低下、错误率高、管理混乱等问题。且往往存在货物堆放杂多、环境干扰大、配送车辆规格不一、内部空间狭小等限制因素，而自动装卸货需要实现周转箱从配送车到仓库的运输、定位、摆放等全过程，现有的“自动装卸货技术”只能实现特定规格取货空间的装卸，或需要人工搬运至取货空间外再进行自动装卸。对于适应多种规格取货空间、货物的定位和准确摆放功能，现有技术方案难以满足仓库物流的需求。
因此，对于仓库物流无人化运行关键技术研究，开发一种智能移动转运***，用于满足仓库的无人化作业需求，对于提高仓库智能化程度与货物运输效率意义重大。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种智能移动转运***及其转运方法，该***根据仓库环境复杂、机器人智能化程度不高的问题，相应设计了取货装置、监测装置和控制装置，从而能够根据斜坡取货通道的坡度调节货叉的举升高度和俯仰角度，并根据周边环境和前方环境规划移动路径和取货路径，以此适应复杂路况的同时实现全自动化取放货物，因而尤其适用于自动化仓储的应用场合。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种智能移动转运***，该***包括取货装置、监测装置、控制装置、驱动装置以及为上述装置供电的电源装置，其中：
所述取货装置包括货叉、举升模块和俯仰模块，所述货叉安装在所述智能移动转运***的前部，起承载货物的作用，所述举升模块用于带动所述货叉沿竖直方向移动，所述俯仰模块用于带动所述货叉相对于水平面进行上下旋转，以此实现取放货物的同时能够适应斜坡取货通道；
所述监测装置包括激光导航仪、深度相机、陀螺仪、举升传感器和俯仰传感器，工作时利用安装在所述智能移动转运***顶部的激光导航仪获取周边环境的图像，用于移动路径的规划工作，并利用安装在所述货叉顶部的深度相机获取前方环境的图像，用于取货路径的规划工作，同时根据所述陀螺仪获取所述智能移动转运***的俯仰角度，从而确定所述斜坡取货通道的坡度，利用所述举升传感器和俯仰传感器分别获取所述货叉的举升高度和俯仰角度；
所述控制装置用于规划所述移动路径和取货路径，并确定处于所述斜坡取货通道时所述货叉需要的举升高度和俯仰角度；所述驱动装置根据所述移动路径和取货路径驱动所述智能移动转运***进行移动，从而实现智能移动转运。
作为进一步优选地，所述智能移动转运***还包括操作装置，用于显示所述智能移动转运***的运行状态并实现手动运行控制。
作为进一步优选地，所述操作装置包括触摸显示屏、急停按钮和控制手柄，所述触摸显示屏用于显示运行状态，同时提供操作界面实现运行控制，所述控制手柄用于进行远程手动控制，所述急停按钮用于突发情况下的紧急制动。
作为进一步优选地，所述取货装置还包括对称安装在所述货叉左右两侧的辅助货叉，用于承载货物从而防止货物因重心不稳而倾倒。
作为进一步优选地，所述监测装置还包括安装在所述智能移动转运***前部的防撞仪，用于实时扫描周边环境是否存在异物，从而防止碰撞的发生。
作为进一步优选地，所述驱动装置包括直线电机、转向电机和舵轮，其中所述直线电机用于执行水平移动，所述转向电机用于执行转向。
按照本发明的另一方面，提供了一种利用上述智能移动转运***进行转运的方法，该方法包括如下步骤：
S1以所述智能移动转运***的初始位姿为原点，采用激光反光板定位方式，利用所述激光导航仪扫描周边反光板从而建立反光板坐标系，在所述反光坐标系内规划移动路径并根据其移动到取货通道前；
S2根据所述陀螺仪获取的俯仰角度调整自身位姿，然后沿所述取货通道进入取货空间；
S3当所述激光导航仪扫描到的反光板数目低于预设值时，自动切换为激光SLAM定位方式，建立轮廓坐标系并继续前进直至完全进入取货空间；
S4根据所述深度相机获取的前方图像识别出待取货物，同时自动切换为视觉SLAM定位方式，建立货物坐标系并规划取货路径；
S5根据所述货物坐标系中的取货路径进行取货，以所述智能移动转运***在所述轮廓坐标系中的坐标为闭环控制量，避免与取货空间壁发生干涉；
S6待所述取货装置举升货物后自动切换为激光SLAM定位方式，根据所述智能移动转运***在所述轮廓坐标系中的位姿自动规划退出路径；
S7根据所述步骤S6规划的退出路径沿所述取货通道退出所述取货空间；
S8当所述激光导航仪扫描到的反光板数目低于预设值时，自动切换为所述激光反光板定位方式，根据所述反光板坐标系中的路径前往放货点，完成放货动作。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明针对仓库环境复杂、存在斜坡取货通道的问题，相应设计了举升模块和俯仰模块，从而根据陀螺仪获取的坡度信息对货叉进行举升和俯仰调节，以此保证智能移动转运***能够平稳地在斜坡上运行，同时根据仓库内部空间混乱、狭小的问题，相应设置了激光导航仪和深度相机，能够通过获取周边环境图像和前方环境图像准确规划移动路径和取货路径，从而实现货物的自动装卸；
2.同时，本发明通过设计操作装置，能够实时显示运行状态并提供手动运行控制平台，在提高智能移动转运***可靠性的同时实现远程手动控制，为用户提供多样性选择；
3.此外，本发明还通过设置辅助货叉和防撞仪，能够进一步提高智能转运***的稳定性，防止倾倒或碰撞等事故的发生；
4.本发明提供的智能移动转运方法提供了激光反光板定位、激光SLAM定位和视觉SLAM定位三种定位方式，并根据工作状态进行自动切换，从而有效提高了移动路径和取货路径的规划精度，极大地提高了仓库智能化程度，实现了全自动货物转运。
附图说明
图1是按照本发明优选实施例构建的智能移动转运***的立体结构示意图；
图2是按照本发明优选实施例构建的取货装置的结构示意图；
图3是本发明提供的智能移动转运***进行多指标全过程控制的控制原理图；
图4是利用本发明提供的智能移动转运***执行上坡取货任务的流程图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
10-驱动装置，20-取货装置，21-货叉，22-辅助货叉，23-举升模块，24-俯仰模块，31-激光导航仪，32-深度相机，33-陀螺仪，34-举升传感器，35-俯仰传感器，36-防撞仪，41-触摸显示屏，42-控制手柄，43-急停按钮，50-控制装置，60-电源装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提供了一种智能移动转运***，该***包括取货装置20、监测装置、控制装置50、驱动装置10以及为上述装置供电的电源装置60，其中：
如图2所示，取货装置20包括货叉21、辅助货叉22、举升模块23和俯仰模块24，货叉21安装在智能移动转运***的前部，起承载货物的作用，辅助货叉22对称安装在货叉21两侧，用于承载货物从而防止货物因重心不稳而倾倒，举升模块23用于带动货叉21沿竖直方向上升或下降，俯仰模块24用于带动货叉21相对于水平面进行上下旋转，以此实现取放货物的同时适应斜坡取货通道；
监测装置包括激光导航仪31、深度相机32、陀螺仪33、举升传感器34和俯仰传感器35，工作时利用安装于智能移动转运***顶部的激光导航仪31获取周边环境的图像，用于移动路径的规划工作，并利用安装于货叉21顶部的深度相机32获取前方环境的图像，用于取货路径的规划工作，同时根据陀螺仪33获取智能移动转运***的俯仰角度α，确定斜坡取货通道的坡度，并利用举升传感器34和俯仰传感器35分别获取货叉21的举升高度z和俯仰角度β；
控制装置50包括工控机和运动控制卡，如图3所示，激光导航仪31采集到的点云信息M＝{(xi,yi)}(i＝1,2,3,…)和深度相机32采集到的点云信息N＝{(ai,bi)}(i＝1,2,3,…)经过工控机的计算处理，得到智能移动转运***在各坐标系中的位姿(x,y,θ)，以此规划移动路径和取货路径，计算出直线行驶的距离L与转向角度γ，同时通过陀螺仪33获取的俯仰角度α经过工控机的计算处理，得到处于斜坡取货通道时货叉21需要的举升高度z和俯仰角度β；
驱动装置10根据移动路径和取货路径驱动智能移动转运***进行移动，从而实现智能移动转运，其包括直线电机、转向电机和舵轮，利用直线电机执行水平移动，利用转向电机执行转向。
进一步，智能移动转运***还包括操作装置，用于显示智能移动转运***的运行状态并实现手动运行控制，其包括触摸显示屏41、控制手柄42和急停按钮43，触摸显示屏41用于显示运行状态，同时提供操作界面实现运行控制，控制手柄42用于操作人员进行远程手动控制，急停按钮43用于突发情况下的紧急制动。
进一步，监测装置还包括安装在智能移动转运***前部的防撞仪36，用于实时扫描周边环境是否存在异物，从而防止碰撞的发生。
本发明提供的智能移动转运***采用三种定位方式，分别为激光反光板定位、激光SLAM定位和视觉SLAM定位，其中激光反光板定位利用激光导航仪31扫描工作环境中固定的反光板，从而进行自主建图定位，建立的坐标系为反光板坐标系P，智能移动转运***在反光板坐标系中的位姿为(xP,yP,θP)；激光SLAM定位利用激光导航仪31扫描周边环境的点云信息，剔除反光板及误差较大的点云数据后，提取取货空间轮廓信息，建立轮廓坐标系Q，智能移动转运***在轮廓坐标系中的位姿为(xQ,yQ,θQ)；视觉SLAM定位利用深度相机32获取前方环境的图像，从中识别货物，并建立货物坐标系R，智能移动转运***在货物坐标系中的位姿为(xR,yR,θR)。
按照本发明的另一方面，如图4所示，提供了一种利用上述智能移动转运***进行转运的方法，该方法包括如下步骤：
S1以智能移动转运***的初始位姿为原点，采用激光反光板定位方式，利用激光导航仪31扫描周边反光板从而建立反光板坐标系，在反光坐标系内规划移动路径并根据其移动到取货通道前；
S2根据陀螺仪33获取的俯仰角度调整自身位姿，然后沿取货通道进入取货空间；
S3当激光导航仪31扫描到的反光板数目低于预设值时，自动切换为激光SLAM定位方式，建立轮廓坐标系并继续前进直至完全进入取货空间；
S4根据深度相机32获取的前方图像识别出待取货物，同时自动切换为视觉SLAM定位方式，建立货物坐标系并规划取货路径；
S5根据货物坐标系中的取货路径进行取货，以智能移动转运***在轮廓坐标系中的坐标为闭环控制量，避免与取货空间壁发生干涉；
S6待取货装置20举升货物后自动切换为激光SLAM定位方式，根据智能移动转运***在轮廓坐标系中的位姿自动规划退出取货空间的路径；
S7根据步骤S6规划的路径沿取货通道退出取货空间；
S8当激光导航仪31扫描到的反光板数目低于预设值时，切换为激光反光板定位方式，根据反光板坐标系中的路径前往放货点，完成放货动作。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能移动转运***，其特征在于，该***包括取货装置(20)、监测装置、控制装置(50)、驱动装置(10)以及为上述装置供电的电源装置(60)，其中：
所述取货装置(20)包括货叉(21)、举升模块(23)和俯仰模块(24)，所述货叉(21)安装在所述智能移动转运***的前部，起承载货物的作用，所述举升模块(23)用于带动所述货叉(21)沿竖直方向移动，所述俯仰模块(24)用于带动所述货叉(21)相对于水平面进行上下旋转，以此实现取放货物的同时能够适应斜坡取货通道；
所述监测装置包括激光导航仪(31)、深度相机(32)、陀螺仪(33)、举升传感器(34)和俯仰传感器(35)，工作时利用安装在所述智能移动转运***顶部的激光导航仪(31)获取周边环境的图像，用于移动路径的规划工作，并利用安装在所述货叉(21)顶部的深度相机(32)获取前方环境的图像，用于取货路径的规划工作，同时根据所述陀螺仪(33)获取所述智能移动转运***的俯仰角度，从而确定所述斜坡取货通道的坡度，利用所述举升传感器(34)和俯仰传感器(35)分别获取所述货叉(21)的举升高度和俯仰角度；
所述控制装置(50)用于规划所述移动路径和取货路径，并确定处于所述斜坡取货通道时所述货叉(21)需要的举升高度和俯仰角度；所述驱动装置(10)根据所述移动路径和取货路径驱动所述智能移动转运***进行移动，从而实现智能移动转运。
2.如权利要求1所述的智能移动转运***，其特征在于，所述智能移动转运***还包括操作装置，用于显示所述智能移动转运***的运行状态并实现手动运行控制。
3.如权利要求1所述的智能移动转运***，其特征在于，所述操作装置包括触摸显示屏(41)、控制手柄(42)和急停按钮(43)，所述触摸显示屏(41)用于显示运行状态，同时提供操作界面实现运行控制，所述控制手柄(42)用于进行远程手动控制，所述急停按钮(43)用于突发情况下的紧急制动。
4.如权利要求1所述的智能移动转运***，其特征在于，所述取货装置(20)还包括对称安装在所述货叉(21)左右两侧的辅助货叉(22)，用于承载货物从而防止货物因重心不稳而倾倒。
5.如权利要求1所述的智能移动转运***，其特征在于，所述监测装置还包括安装在所述智能移动转运***前部的防撞仪(36)，用于实时扫描周边环境是否存在异物，从而防止碰撞的发生。
6.如权利要求1～5任一项所述的智能移动转运***，其特征在于，所述驱动装置(10)包括直线电机、转向电机和舵轮，其中所述直线电机用于执行水平移动，所述转向电机用于执行转向。
7.一种利用如权利要求1～6任一项所述的智能移动转运***进行转运的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1以所述智能移动转运***的初始位姿为原点，采用激光反光板定位方式，利用所述激光导航仪(31)扫描周边反光板从而建立反光板坐标系，在所述反光坐标系内规划移动路径并根据其移动到取货通道前；
S2根据所述陀螺仪(33)获取的俯仰角度调整自身位姿，然后沿所述取货通道进入取货空间；
S3当所述激光导航仪(31)扫描到的反光板数目低于预设值时，自动切换为激光SLAM定位方式，建立轮廓坐标系并继续前进直至完全进入取货空间；
S4根据所述深度相机(32)获取的前方图像识别出待取货物，同时自动切换为视觉SLAM定位方式，建立货物坐标系并规划取货路径；
S5根据所述货物坐标系中的取货路径进行取货，以所述智能移动转运***在所述轮廓坐标系中的坐标为闭环控制量，避免与取货空间壁发生干涉；
S6待所述取货装置(20)举升货物后自动切换为激光SLAM定位方式，根据所述智能移动转运***在所述轮廓坐标系中的位姿自动规划退出路径；
S7根据所述步骤S6规划的退出路径沿所述取货通道退出所述取货空间；
S8当所述激光导航仪(31)扫描到的反光板数目低于预设值时，自动切换为所述激光反光板定位方式，根据所述反光板坐标系中的路径前往放货点，完成放货动作。
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