CN116281261A - 一种货物全自动装车机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种货物全自动装车机及其控制方法，属于装卸设备技术领域，解决了装车机存在装配难度高和操作失误的问题，本发明包括依次连接的进料输送机构、主输送机构和次输送机构；进料输送机构、主输送机构和次输送机构内部均分别安装有输送伺服电机，输送伺服电机均分别连接有链轮，链轮上安装有驱动皮带；进料输送机构连接有行走动力机构，行走动力机构上安装有主旋转机构，主旋转机构上安装主输送机构，主输送机构与主旋转机构之间还连接有主输送摆动机构，行走动力机构内安装有主输送平移机构，主输送平移机构与主旋转机构连接；主输送机构连接有次输送机构。本发明结合视觉相机和雷达控制各机构协同运动，能够全自动精准装车码垛。

Description

一种货物全自动装车机及其控制方法

技术领域

本发明属于装卸设备技术领域，具体涉及一种货物全自动装车机及其控制方法。

背景技术

自动装车机是一种新型的、专业的装卸车设备，可配备液压升降、移动脚轮等进行操作，是一种操作起来比较人性化的自动化物流运输设备，自动装车机主要应用于邮政、快递、机场、码头、医药、化工、烟草等行业。

国内许多厂家都采用人工装车，由于现阶段日益增长的人工成本，以及中国目前老龄化程度日益加重的因素，传统生产原材料的工厂进行装车时耗费的人力成本很大，不能解决在需要大批量装车时人力跟不上需求的问题，且人工装车劳动强度大，装车人员多，效率低，软物料装袋后需在厂内多次倒运。而自动装车机可克服上述缺点，为生产厂家带来可观的经济效益。

现有的自动装车机仍然需要人工进行操作，虽然相比纯人工装车已经大幅度提升了工作效率，但自动化程度仍未达到预期，多数操作需要人的目视和判断，机器操作难度高，工作效率无法进一步提高，同时也难以避免由于人工操作可能造成的失误。

发明内容

本发明的目的在于：

为解决现有技术中的自动装车机自动化程度未能达到全自动，仍然需要人工操作，导致存在装配难度高和操作失误的问题，提供一种货物全自动装车机及其控制方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种货物全自动装车机，包括依次连接的进料输送机构、主输送机构和次输送机构；所述进料输送机构、主输送机构和次输送机构内部均分别安装有输送伺服电机，所述输送伺服电机均分别连接有链轮，所述链轮均分别连接有主动滚筒，所述主动滚筒上均分别安装有驱动皮带；

所述进料输送机构的底部安装有滚轮，进料输送机构连接有行走动力机构，所述行走动力机构上安装有主旋转机构，所述主旋转机构上安装主输送机构，主输送机构与主旋转机构之间还连接有主输送摆动机构，行走动力机构内安装有主输送平移机构，所述主输送平移机构与主旋转机构连接；

所述主输送机构连接有次输送机构，所述次输送机构连接有与主输送机构铰接连接的次输送摆动机构，所述次输送摆动机构还连接有次输送旋转机构。

进一步地，所述主旋转机构包括主旋转伺服电机，所述主旋转伺服电机连接有主旋转行星减速机，所述主旋转行星减速机连接有旋转齿轮组；

所述主输送平移机构包括与主旋转机构连接的安装板，所述安装板连接有平移液压杆。

进一步地，所述主输送摆动机构包括一对主摆动液压缸，所述主摆动液压缸的两端分别与主输送机构的底部和主旋转机构铰接连接。

进一步地，所述次输送摆动机构包括一对次摆动液压缸，所述次摆动液压缸的两端分别与主输送机构和次输送机构铰接连接；

所述次输送旋转机构包括次旋转伺服电机，所述次旋转伺服电机连接有次旋转行星减速机。

进一步地，所述次输送机构上还安装有3D快照图像分析相机；行走动力机构上安装有连接支架，所述连接支架与进料输送机构固定连接，连接支架上安装有3D辅助导航视觉相机；

行走动力机构的两端分别安装有激光避障雷达，所述主旋转机构上安装有至少两个安全雷达传感器。

一种货物全自动装车机控制方法，使用上述的货物全自动装车机，包括如下步骤：

A、当需要装车的货车到位以后，装车机在左右两侧的3D测量视觉相机的导航下移动到车体内，并结合车身前后两个激光雷达，及两侧的小型方形雷达进行辅助避障；

B、当装车机接近货车箱体内尽头时，装车机停止前进，随后由搭载在次输送机构下方的3D快照图像分析相机，对所需码垛工位进行拍照图像处理，转换成3D数据，即模拟量数据；

C、3D数据结合3D快照图像分析相机的AMR的安全***的I/O模块后传递给PLC，PLC传递相应控制命令给执行机构，进入等待物料上机阶段；

D、当物料由前端输送到进料输送机构时，物料触发进料输送机构上的第一光电传感器，信号传到PLC，由PLC驱动控制信号给前端进料输送机构停止输送；

E、主输送平移机构和主输送摆动机构根据当前视觉相机和激光雷达扫描到的实时场景，控制机构位置姿态调整缩回到初始位置，将主输送机构复位，并触发第一接近开关的到位感应信号；

F、第一接近开关信号反馈到PLC，并执行命令使进料输送机构继续输送，直到输送到主输送机构并触发第二光电传感器；

G、第二光电传感器激发后，主输送机构停止；次输送摆动机构和次输送旋转机构运动，将次输送机构调平至初始位置并触发第二接近开关的到位感应信号；

H、第二接近开关通过信号反馈到PLC，执行主输送机构继续输送命令，当物料经主输送机构过渡到次输送机构触发第三光电传感器后，次输送机构停止；

I、所有机构根据视觉相机与激光雷达的实时反馈，结合控制命令进行位置姿态调整，使次输送机构终端姿态到达正确位置后，次输送机构继续输送物料直到激发第四光电传感器，完成一次码垛装车，继续循环直到装车码垛完毕。

进一步地，装车机对物料的装车顺序为从下至上，从中往右和从中往左，从车体内部逐步往外进行装车；当物料装完一层后，装车机的行走动力机构驱动其后退，然后再开始进行装车。

进一步地，主输送平移机构由液压缸进行驱动，使其上所有的输送面进行整体的平移；在物料输送到进料输送机构位置时，主输送平移机构将主输送机构缩回到初始位置；在进行末端输送进行装车码垛时，主输送平移机构将主输送机构伸出。

进一步地，主旋转机构与次输送旋转机构的旋转角度相同、方向相反，末端次输送机构的皮带输送方向与货车箱体左右两面平行。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明配置有视觉扫描和激光雷达，使得自动装车机可进行独立自主前行、后退、转弯、终端姿态调整；搭配运动学算法实现设备自主进行装车，根据被装车空间大小和终端输入的装车物料数量进行全自动化的装车，其技术前沿性广，实用价值高，为打通月台最后一关装车自动化给予了强力的保障。当采用了全自动装车机后，无论是对人力成本的控制，还是杜绝发生人员安全隐患，都能达到较好的效果，特别是在大批量单品种物料装车时，全自动装车机的优势格外明显，而全自动化设备可以保证产能，并实现企业效益的稳定。

本发明全自动装车机用于装车码垛，特别是针对箱体式车型，能够填补传统桁架机械手或工业机械人只能装车无顶盖车型的劣势，可装车也可卸车，一机两用。制造装配难度小，设备成本低，能源利用率高。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明进料输送机构结构图；

图3为本发明主输送机构结构组成图；

图4为本发明次输送机构结构图；

图5为本发明行走动力机构结构图；

图6为本发明主旋转机构结构图；

图7为本发明主输送平移机构结构图；

图8为本发明主输送摆动机构结构图；

图9为本发明次输送摆动机构结构图；

图10为本发明次输送旋转机构结构图。

图中标记：1-进料输送机构，2-主输送机构，3-次输送机构，4-行走动力机构，5-主旋转机构，6-主输送平移机构，7-主输送摆动机构，8-次输送摆动机构，9-次输送旋转机构，10-3D快照图像分析相机，11-3D辅助导航视觉相机，12-激光避障雷达，13-安全雷达传感器。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一种货物全自动装车机，通过自身各区域段皮带输送机的配合，能够将物料有效、准确地传达到终端输送皮带处，再结合设备的视觉算法、激光雷达算法、动力学控制算法，控制全自动装车机的独立行走，以及各输送段位置的调整。本发明采用了视觉导航加视觉三维建模，通过激光雷达辅助导航自动装车机，从而使物料精准的输送到准确位置。

如图1所示，本发明包括依次连接的进料输送机构1、主输送机构2和次输送机构3；进料输送机构1、主输送机构2和次输送机构3内部均分别安装有输送伺服电机，输送伺服电机均分别连接有链轮，链轮均分别连接有主动滚筒，主动滚筒上均分别安装有驱动皮带；进料输送机构1的底部安装有滚轮，进料输送机构1连接有行走动力机构4，行走动力机构4上安装有主旋转机构5，主旋转机构5上安装主输送机构2，主输送机构2与主旋转机构5之间还连接有主输送摆动机构7，行走动力机构4内安装有主输送平移机构6，主输送平移机构6与主旋转机构5连接；主输送机构2连接有次输送机构3，次输送机构3连接有与主输送机构2铰接连接的次输送摆动机构8，次输送摆动机构8还连接有次输送旋转机构9。

主输送平移机构6是由液压缸驱动进行的，使其所有的输送面进行整体的平移，包括主输送机构2、次输送机构3。在物料送到进料输送机构1时，主输送平移机构6将其主输送机构2缩回到初始位置，但在进行末端输送进行装车码垛时，主输送平移机构6将其主输送机构2伸出。

主旋转机构5由伺服电机控制，通过齿轮组和与之配套的主旋转行星减速机传递大扭力转矩，从而实现自动装车机所有输送机构的整体左右旋转。次输送旋转机构9由伺服电机控制，通过次旋转行星减速机输出端与次输送机构3连接，从而实现自动装车机末端次输送机构3的旋转。

次输送旋转机构9由伺服电机控制，通过行星减速机输出端与次输送机构3连接，从而实现自动装车机末端次输送机构3的旋转。次输送摆动机构8控制其次输送机构3独立上下摆动的机构。本发明所有机构动作的最终执行姿态和动作的连贯性，搭配视觉算法、激光雷达算法、和运动控制算法可实现动作的连贯。

如图2所示的是进料输送机构1，是整个设备的输送起始端。内部由伺服电机通过链轮驱动其主动滚筒旋转，主动滚筒依靠摩擦力驱动皮带运转，从而输送物料前行。

如图3所示的是主输送机构2，是整个设备的输送中端。内部由伺服电机通过链轮驱动其主动滚筒旋转，主动滚筒依靠摩擦力驱动皮带运转，从而输送物料前行。另外此部分还与主旋转机构5、主输送平移机构6相连接，使其具有在垂直方向摆动和水平方向旋转的功能。为了物料由进料输送机构1顺利过渡到主输送机构2上，物料在到达进料输送机构1时，***执行命令通过主输送平移机构6和主输送摆动机构7把主输送机构2复位。其中主输送机构2和次输送机构3是连接在一起的。

如图4所示的是次输送机构3，是整个设备的输送末端。内部由伺服电机通过链轮驱动其主动滚筒旋转，主动滚筒依靠摩擦力驱动皮带运转，从而输送物料前行。另外此部分还与次输送摆动机构8、次输送旋转机构9相连接，使其具有在垂直方向摆动和水平方向旋转的功能。为了物料由主输送机构2顺利过渡到次输送机构3上，物料在到达主输送机构2时，***执行命令通过次输送摆动机构8和次输送旋转机构9把次输送机构3复位。当物料到达主输送机构2上的皮带面且传感器反馈信号给PLC后，***将根据当前视觉相机和激光雷达扫描到的实时场景，控制主输送平移机构6和主输送摆动机构7作出相应的位置姿态调整。当物料到达次输送机构3上的皮带面且传感器反馈信号给PLC后，***将根据当前视觉相机和激光雷达扫描到的实时场景，控制主输送平移机构6、主输送摆动机构7、次输送摆动机构8、次输送旋转机构9协同作出相应的位置姿态调整，以此完成装车码垛。

如图5所示的是行走动力机构4，是整个设备的自主行走的部分，为履带式结构。分别由两台电机独立控制两条履带运转。

如图6所示的是主旋转机构5，由一台伺服电机通过一台行星减速机和一对齿轮组，完成对主输送机构2、次输送机构3、主输送摆动机构7、次输送摆动机构8、次输送旋转机构9的整体旋转，且在结构上还与主输送平移机构6连接，同样对上述所有机构完成整体平移。

如图7所示的主输送平移机构6，是驱动主输送机构2、次输送机构3、主输送摆动机构7、次输送摆动机构8、次输送旋转机构9整体进行前后位移的机构，由液压杆和相应安装板组成。

如图8所示的主输送摆动机构7，由一对同种规格的液压缸组成，固定在主旋转机构5的底板上，通过液压缸的升降从而控制主输送机构2、次输送机构3、次输送摆动机构8、次输送旋转机构9的整体上下摆动。

如图9所示的次输送摆动机构8，同样由一对同种规格的液压缸组成，通过液压缸的升降从而控制次输送机构3的上下摆动。

如图10所示的次输送旋转机构9，通过伺服电机与行星减速机驱动次输送摆动机构8、次输送旋转机构9进行旋转。通过其轴上两端法兰分别固定在主输送机构2的两侧钣金上。

本发明全自动装车机的工作原理如下：

物料输送到进料输送机构1时，主输送平移机构6将其主输送机构2缩回到初始位置；主输送摆动机构7将主输送机构2调平至初始位置；主旋转机构5将主输送机构2旋转回归到初始位置，使物料能准确进入到主输送机构2的皮带输送面上；当物料进入到主输送机构2的皮带输送面上时；次输送摆动机构8将其次输送机构3调平至初始位置；次输送旋转机构9将其次输送机构3调平至初始位置，当物料到达次输送机构3上方的皮带输送面时，主旋转机构5、主输送摆动机构7、主输送平移机构6、次输送摆动机构8、次输送旋转机构9，根据视觉相机和激光雷达捕捉到的信息，经信息处理后转化为控制命令，同一时间执行联动，完成装车动作。

根据上述的设备工作原理，本发明的全自动装车机控制方法与逻辑如下：

A、当需要装车的货车到位以后，装车机在左右两侧的3D测量视觉相机的导航下移动到车体内，并结合车身前后两个激光雷达，及两侧的小型方形雷达进行辅助避障；

B、当装车机接近货车箱体内尽头时，装车机停止前进，随后由搭载在次输送机构3下方的3D快照图像分析相机10，对所需码垛工位进行拍照图像处理，转换成3D数据，即模拟量数据；

C、3D数据结合3D快照图像分析相机10的AMR的安全***的I/O模块后传递给PLC，PLC传递相应控制命令给执行机构，进入等待物料上机阶段；

AMR的安全***包含安全PLC和安全激光扫描仪两大模块，基于ernet/IP CIPSafety,由于其继承了SICK相关的工业安全总线协议，其附加的安全协议检查和确保传输数据的完整性机制，使得安全***更强。该***是改进SICK EFI接口已获成功的成果，借助该***可以实现自动导航车(AGV)、机器人和其他高要求应用的智能安全防护。通过基于工业以太网的网络技术EFI-pro可以在所有涉及的通信层之间迅速交换和传输安全及非安全数据，实现安全信号、诊断信息、导航数据等的一体化集成。

AMR的安全***的I/O模块让SICK安全传感器与安全PLC之间，仅通过2根接线就实现了高级扩展功能，让连接与控制变得高效、便捷、简单。

D、当物料由前端输送到进料输送机构1时，物料触发进料输送机构1上的第一光电传感器，信号传到PLC，由PLC驱动控制信号给前端进料输送机构1停止输送；

E、主输送平移机构6和主输送摆动机构7根据当前视觉相机和激光雷达扫描到的实时场景，控制机构位置姿态调整缩回到初始位置，将主输送机构2复位，并触发第一接近开关的到位感应信号；

F、第一接近开关信号反馈到PLC，并执行命令使进料输送机构1继续输送，直到输送到主输送机构2并触发第二光电传感器；

G、第二光电传感器激发后，主输送机构2停止；次输送摆动机构8和次输送旋转机构9运动，将次输送机构3调平至初始位置并触发第二接近开关的到位感应信号；

H、第二接近开关通过信号反馈到PLC，执行主输送机构2继续输送命令，当物料经主输送机构2过渡到次输送机构3触发第三光电传感器后，次输送机构3停止；

I、所有机构根据视觉相机与激光雷达的实时反馈，结合控制命令进行位置姿态调整，使次输送机构3终端姿态到达正确位置后，次输送机构3继续输送物料直到激发第四光电传感器，完成一次码垛装车，继续循环直到装车码垛完毕。

本发明的全自动装车机每装完一次物料，***都将根据视觉相机与激光雷达的实时反馈，对所有机构的位置姿态做出调整，以此来满足装车的灵活需求。

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 (9)

1.一种货物全自动装车机，其特征在于，包括依次连接的进料输送机构（1）、主输送机构（2）和次输送机构（3）；所述进料输送机构（1）、主输送机构（2）和次输送机构（3）内部均分别安装有输送伺服电机，所述输送伺服电机均分别连接有链轮，所述链轮均分别连接有主动滚筒，所述主动滚筒上均分别安装有驱动皮带；

所述进料输送机构（1）的底部安装有滚轮，进料输送机构（1）连接有行走动力机构（4），所述行走动力机构（4）上安装有主旋转机构（5），所述主旋转机构（5）上安装主输送机构（2），主输送机构（2）与主旋转机构（5）之间还连接有主输送摆动机构（7），行走动力机构（4）内安装有主输送平移机构（6），所述主输送平移机构（6）与主旋转机构（5）连接；

所述主输送机构（2）连接有次输送机构（3），所述次输送机构（3）连接有与主输送机构（2）铰接连接的次输送摆动机构（8），所述次输送摆动机构（8）还连接有次输送旋转机构（9）。

2.根据权利要求1所述的一种货物全自动装车机，其特征在于，所述主旋转机构（5）包括主旋转伺服电机，所述主旋转伺服电机连接有主旋转行星减速机，所述主旋转行星减速机连接有旋转齿轮组；

所述主输送平移机构（6）包括与主旋转机构（5）连接的安装板，所述安装板连接有平移液压杆。

3.根据权利要求1所述的一种货物全自动装车机，其特征在于，所述主输送摆动机构（7）包括一对主摆动液压缸，所述主摆动液压缸的两端分别与主输送机构（2）的底部和主旋转机构（5）铰接连接。

4.根据权利要求1所述的一种货物全自动装车机，其特征在于，所述次输送摆动机构（8）包括一对次摆动液压缸，所述次摆动液压缸的两端分别与主输送机构（2）和次输送机构（3）铰接连接；

所述次输送旋转机构（9）包括次旋转伺服电机，所述次旋转伺服电机连接有次旋转行星减速机。

5.根据权利要求1所述的一种货物全自动装车机，其特征在于，所述次输送机构（3）上还安装有3D快照图像分析相机（10）；

所述行走动力机构（4）上安装有连接支架，所述连接支架与进料输送机构（1）固定连接，连接支架上安装有3D辅助导航视觉相机（11）；

行走动力机构（4）的两端分别安装有激光避障雷达（12），所述主旋转机构（5）上安装有至少两个安全雷达传感器（13）。

6.一种货物全自动装车机控制方法，使用权利要求1-5任一所述的货物全自动装车机，其特征在于，包括如下步骤：

A、当需要装车的货车到位以后，装车机在左右两侧的3D测量视觉相机的导航下移动到车体内，并结合车身前后两个激光雷达，及两侧的小型方形雷达进行辅助避障；

B、当装车机接近货车箱体内尽头时，装车机停止前进，随后由搭载在次输送机构（3）下方的3D快照图像分析相机（10），对所需码垛工位进行拍照图像处理，转换成3D数据，即模拟量数据；

C、3D数据结合3D快照图像分析相机（10）的AMR的安全***的I/O模块后传递给PLC，PLC传递相应控制命令给执行机构，进入等待物料上机阶段；

D、当物料由前端输送到进料输送机构（1）时，物料触发进料输送机构（1）上的第一光电传感器，信号传到PLC，由PLC驱动控制信号给前端进料输送机构（1）停止输送；

E、主输送平移机构（6）和主输送摆动机构（7）根据当前视觉相机和激光雷达扫描到的实时场景，控制机构位置姿态调整缩回到初始位置，将主输送机构（2）复位，并触发第一接近开关的到位感应信号；

F、第一接近开关信号反馈到PLC，并执行命令使进料输送机构（1）继续输送，直到输送到主输送机构（2）并触发第二光电传感器；

G、第二光电传感器激发后，主输送机构（2）停止；次输送摆动机构（8）和次输送旋转机构（9）运动，将次输送机构（3）调平至初始位置并触发第二接近开关的到位感应信号；

H、第二接近开关通过信号反馈到PLC，执行主输送机构（2）继续输送命令，当物料经主输送机构（2）过渡到次输送机构（3）触发第三光电传感器后，次输送机构（3）停止；

I、所有机构根据视觉相机与激光雷达的实时反馈，结合控制命令进行位置姿态调整，使次输送机构（3）终端姿态到达正确位置后，次输送机构（3）继续输送物料直到激发第四光电传感器，完成一次码垛装车，继续循环直到装车码垛完毕。

7.根据权利要求6所述的一种货物全自动装车机控制方法，其特征在于，装车机对物料的装车顺序为从下至上，从中往右和从中往左，从车体内部逐步往外进行装车；当物料装完一层后，装车机的行走动力机构（4）驱动其后退，然后再开始进行装车。

8.根据权利要求6所述的一种货物全自动装车机控制方法，其特征在于，主输送平移机构（6）由液压缸进行驱动，使其上所有的输送面进行整体的平移；在物料输送到进料输送机构（1）位置时，主输送平移机构（6）将主输送机构（2）缩回到初始位置；在进行末端输送进行装车码垛时，主输送平移机构（6）将主输送机构（2）伸出。

9.根据权利要求6所述的一种货物全自动装车机控制方法，其特征在于，主旋转机构（5）与次输送旋转机构（9）的旋转角度相同、方向相反，末端次输送机构（3）的皮带输送方向与货车箱体左右两面平行。

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