一种集装箱装卸车机器人及其装卸方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种集装箱装卸车机器人及其装卸方法。

背景技术

近年来，随着自动化技术、人工智能领域的飞速发展，机器人被广泛应用于各个制造领域，由于机器人具有减少人工操作、减轻劳动强度、定位精准等优点，在生产制造过程中大大提高了效率。比如移动机器人AGV在生产中用于物品的搬运移动，工业机械臂可用于生产上下料等。

制造业和仓储物流中，经常需要在指定地点完成货物的取放和码垛，比如工厂内物料的转运和装卸车等，这类任务更加复杂。以物料装车为例，需要把仓库内的货物搬运到集装箱内并且码垛，集装箱可能停放在不同位置，而且需要在集装箱内部进行物料码垛。针对比较复杂的取放货任务，通常是人工作业，工作强度大、效率低。单一种类的机器人难以完成以上工作。而现有的复合机器人一般负载较小，无法应用在仓储物流行业取放货场景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种集装箱装卸车机器人及其装卸方法，可用于集装箱内货物的取放和码垛，机器人具有自主导航、自主运动规划、视觉识别、抓取码放等功能，可灵活执行多种复杂搬运码垛任务，与人工装卸车相比，可以提高效率，该机器人可同时具备装车和卸车两种功能，同时具备拆垛和码垛两种功能，并能适用于多种集装箱和物料装卸，具有更好的通用性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种集装箱装卸车机器人，所述机器人包括：

机器人机身主体，包括底座支架和安装于底座支架顶部的机身；

机械臂，安装于所述机身的活动端，所述机械臂上安装有传动部件，用于机械臂的运动；

末端执行器，安装于所述机械臂的末端，用于集装箱内物品的取放；

真空吸附模块，包括真空发生器以及连通于真空发生器的多个真空吸盘，所述真空发生器安装于所述底座支架上，多个所述真空吸盘安装于末端执行器上；

相机模块，包括多个深度相机，多个所述深度相机分别安装于机械臂的末端以及机器人机身主体上，所述相机模块用于识别出集装箱内的货物码放情况以及货物位置，获取箱内货物信息；

激光雷达模块，包括多个激光雷达，所述多个激光雷达均布于机器人机身主体的外部，用于捕捉所述机器人的周围环境信息，还用于机器人自主导航和躲避障碍；

驱动模块，安装于底座支架的底部，用于驱动机器人行走，还用于对机器人的承载；

电源模块，安装于底座支架的边缘，用于为所述机器人进行供电；

控制器模块，安装于底座支架顶部边缘，所述控制器模块分别对接机械臂的传动部件、末端执行器、真空吸附模块、相机模块、激光雷达模块、驱动模块以及电源模块，所述电源模块为控制器模块提供电源，所述控制器模块用于接收上位机的任务指令并将反馈任务状态反馈至上位机；

所述控制器模块上还安装有显示器，用于显示机器人数据信息。

进一步地，所述真空发生器安装于所述底座支架上。

进一步地，所述驱动模块包括多个驱动轮和多个从动轮，所述驱动轮用于机器人的行驶和转向，所述从动轮用于辅助所述驱动轮进行行驶；

所述驱动轮和从动轮上均安装有制动器，用于驱动轮和从动轮停止时保持稳定。

进一步地，所述机器人还包括电控地脚，所述电控地脚安装于机器人机身主体的底部，用于机器人工作时伸出，与地面接触，提升整体稳定性。

进一步地，所述电源模块包括电池和充电板，所述电池安装于底座支架的边缘，用于为机械臂、末端执行器、真空吸附模块、相机模块、激光雷达模块以及驱动模块提供电源；

所述充电板安装于底座支架的边缘，用于为电池充电。

进一步地，所述控制器模块与机械臂上的传动部件、末端执行器以及真空吸附模块进行通信连接，所述控制器模块用于控制机械臂的运动路径和目标位置，还用于控制末端执行器以及真空吸附模块对货物进行抓取放置。

进一步地，所述相机模块将所述箱内货物信息发送至控制器模块；

所述激光雷达模块将所述周围环境信息发送至控制器模块；

所述控制器模块对所述箱内货物信息以及周围环境信息进行处理和分析，获取环境和物料实时信息。

进一步地，所述控制器模块与驱动模块进行通信连接，用于控制机器人行驶和转向。

进一步地，所述底座支架上还安装有机械臂控制器，用于实时监测机械臂的传动部件、末端执行器以及真空吸附模块的运动信息，并反馈至控制器模块。

第二方面，本发明提供一种集装箱装卸车机器人的装卸方法，所述方法包括装车、卸车步骤，其中：

所述装车步骤具体包括以下步骤：

S11：控制器模块接收上位机的任务指令，以获取取货点坐标以及集装箱放货坐标，控制器模块控制驱动模块移动至取货点坐标内，通过算法自主识别定位取货目标，进行货物抓取；

S12：机器人抓取货物后，通过驱动模块移动至集装箱放货坐标，进入集装箱内，通过相机模块识别出集装箱内的货物码放情况以及货物位置，获取箱内货物信息，控制器模块根据箱内货物信息判断货物码放位置，确定货物码放坐标，将货物放置于货物码放坐标内，完成一次货物码放，记录货物码放信息；

S13：控制器模块将所述货物码放信息进行存储，并将货物码放信息实时反馈至上位机；

所述卸车步骤具体包括以下步骤：

S21：控制器模块接收上位机的任务指令，以获取集装箱取货坐标和放货点坐标，控制器模块控制驱动模块移动至集装箱取货坐标，机器人进入集装箱内；

S22：机器人进入集装箱内，通过相机模块识别出集装箱内的货物码放情况以及货物位置，获取箱内货物信息，控制器模块根据箱内货物信息判断货物码放位置，确定货物码放坐标，通过驱动模块移动至货物码放坐标内，抓取货物；

S23：机器人抓取货物后，控制器模块控制驱动模块移动至放货点坐标，放下货物，完成一次货物卸车，记录货物卸车信息；

S24：控制器模块将所述货物卸车信息进行存储，并将货物码放信息实时反馈至上位机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供一种集装箱装卸车机器人，可用于集装箱内货物的取放和码垛，机器人具有自主导航、自主运动规划、视觉识别、抓取码放等功能，可灵活执行多种复杂搬运码垛任务，与人工装卸车相比，可以提高效率，该机器人可同时具备装车和卸车两种功能，同时具备拆垛和码垛两种功能，并能适用于多种集装箱和物料装卸，具有更好的通用性。

2、本发明提供的集装箱装卸车机器人，可以通过自主导航进入集装箱内，可以在集装箱内导航到达指定位置，机器人可自主判断待抓取物料位置，可自主判断待码放位置和空间，机器人可判断集装箱内部空间大小，规划机械臂运动路径，避免发生碰撞，更加安全和智能。

3、本发明提供的集装箱装卸车机器人，可以远程接收上位机的任务指令，并能反馈任务进度。

4、本发明还提供了一种集装箱装卸车机器人的装卸方法，通过该方法的设计，使该集装箱装卸车机器人适用于不同的自动装卸车场景，更具有通用性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明提供的集装箱装卸车机器人的结构示意图；

图2是本发明提供的集装箱装卸车机器人的工作示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1至图2所示，本实施例提供一种集装箱装卸车机器人，机器人包括：

机器人机身主体1，包括底座支架11和机身12，机身12安装于底座支架11的顶部；

机器人机身主体1用于各模块的安装，保持机器人工作稳定；

机械臂2，安装于机身12的活动端，机械臂2上安装有传动部件，用于机械臂2的运动；

末端执行器3，安装于机械臂2的末端，用于集装箱内物品的取放；

该机器人可搭载不同种类的末端执行器3，用于抓取不同种类的货物；

真空吸附模块4，包括真空发生器以及连通于真空发生器的多个真空吸盘，多个真空吸盘安装于末端执行器3上，设置真空吸盘，将真空吸盘安装于末端执行器3上，可用于物品的吸附抓取，从而对物品进行转运；

其中，真空发生器安装于底座支架11上；

相机模块5，包括多个深度相机，多个深度相机分别安装于机械臂2的末端以及机器人机身主体1上，相机模块5用于识别出集装箱内的货物码放情况以及货物位置，获取箱内货物信息；

其中，集装箱内的货物码放情况包括货物码放坐标以及对应的货物码放坐标内的货物码放高度；

激光雷达模块6，包括多个激光雷达61，多个激光雷达61均布于机器人机身主体1的外部，用于捕捉机器人的周围环境信息，还用于机器人自主导航和躲避障碍；

设置多个激光雷达61分布于机器人机身主体1外部，能够覆盖360°扫描范围，其中，多个激光雷达61又可分为外部导航雷达和内部导航雷达，分别用于集装箱外部环境的导航和集装箱内部环境的导航，其中，激光雷达61还兼具避障功能；

驱动模块，安装于底座支架11的底部，用于驱动机器人行走，还用于对机器人的承载；

驱动模块包括多个驱动轮7和多个从动轮8，驱动轮7用于机器人的行驶和转向，从动轮8用于辅助驱动轮7进行行驶；

驱动轮7和从动轮8上均安装有制动器，用于驱动轮7和从动轮8停止时保持稳定，不会因外力或自身工作时的惯性力导致滑动；

电源模块20，安装于底座支架11的边缘，用于为机器人进行供电；

电源模块20包括电池201和充电板202，电池201安装于底座支架11的边缘，用于为机械臂2、末端执行器3、真空吸附模块4、相机模块5、激光雷达模块6以及驱动模块提供电源；

充电板202安装于底座支架11的边缘，用于为电池201充电；

在机器人内部电池201不足时，通过控制器模块30，可自行移动至充电桩处进行充电；

控制器模块30，安装于底座支架11顶部边缘，控制器模块30分别对接机械臂2的传动部件、末端执行器3、真空吸附模块4、相机模块5、激光雷达模块6、驱动模块以及电源模块20，电源模块20为控制器模块30提供电源，控制器模块30用于接收上位机的任务指令并将反馈任务状态反馈至上位机；

控制器模块30上还安装有显示器40，用于显示机器人数据信息；

其中，控制器模块30与机械臂2上的传动部件、末端执行器3以及真空吸附模块4进行通信连接，控制器模块30用于控制机械臂2的运动路径和目标位置，还用于控制末端执行器3以及真空吸附模块4对货物进行抓取放置；

相机模块5将箱内货物信息发送至控制器模块30；

激光雷达模块6将周围环境信息发送至控制器模块30；

控制器模块30对箱内货物信息以及周围环境信息进行处理和分析，获取环境和物料实时信息；

控制器模块30与驱动模块进行通信连接，用于控制机器人行驶和转向；

其中，底座支架11上还安装有机械臂控制器9，用于实时监测机械臂2的传动部件、末端执行器3以及真空吸附模块4的运动信息，并反馈至控制器模块30；

机器人还包括电控地脚10，电控地脚10安装于机器人机身主体1的底部，用于机器人工作时伸出，与地面接触，提升整体稳定性；在机器人行驶时，电控地脚10收起，不影响行驶。

本实施例提供的集装箱装卸车机器人，具有自主导航、自主运动规划、视觉识别、抓取码放等功能，可灵活执行多种复杂搬运码垛任务。

实施例2

本实施例提供一种集装箱装卸车机器人的装卸方法，包括装车、卸车步骤；

其中，装车步骤具体包括以下步骤：

S11：控制器模块30接收上位机的任务指令，以获取取货点坐标以及集装箱放货坐标，控制器模块30控制驱动模块移动至取货点坐标内，通过算法自主识别定位取货目标，进行货物抓取；

S12：机器人抓取货物后，通过驱动模块移动至集装箱放货坐标，进入集装箱内，通过相机模块5识别出集装箱内的货物码放情况以及货物位置，获取箱内货物信息，控制器模块30根据箱内货物信息判断货物码放位置，确定货物码放坐标，将货物放置于货物码放坐标内，完成一次货物码放，记录货物码放信息；

S13：控制器模块30将货物码放信息进行存储，并将货物码放信息实时反馈至上位机。

卸车步骤具体包括以下步骤：

S21：控制器模块30接收上位机的任务指令，以获取集装箱取货坐标和放货点坐标，控制器模块30控制驱动模块移动至集装箱取货坐标，机器人进入集装箱内；

S22：机器人进入集装箱内，通过相机模块5识别出集装箱内的货物码放情况以及货物位置，获取箱内货物信息，控制器模块30根据箱内货物信息判断货物码放位置，确定货物码放坐标，通过驱动模块移动至货物码放坐标内，抓取货物码放坐标内的最上层的货物；

S23：机器人抓取货物后，控制器模块30控制驱动模块移动至放货点坐标，放下货物，完成一次货物卸车，记录货物卸车信息；

S24：控制器模块30将货物卸车信息进行存储，并将货物码放信息实时反馈至上位机。

本实施例中，通过集装箱装卸车机器人的装卸方法，可灵活执行多种复杂搬运码垛任务，适于多场景的使用。

实施例3

本实施例提供了集装箱装卸车机器人的装卸方法，包括装车、卸车步骤，其中：

装车步骤具体包括以下步骤：

S11：控制器模块30接收上位机的任务指令，以获取取货点坐标以及集装箱放货坐标，控制器模块30控制驱动模块移动至取货点坐标内，通过算法自主识别定位取货目标，进行货物输送线的拉取；

S12：机器人拉取货物输送线移动至集装箱放货坐标，进入集装箱内，通过相机模块5识别出集装箱内的货物码放情况以及货物位置，获取箱内货物信息，控制器模块30根据箱内货物信息判断货物码放位置，确定货物码放空间，将货物输送线上的货物码放于货物码放空间内，完成货物码放，记录货物码放信息；

S13：控制器模块30将货物码放信息进行存储，并将货物码放信息实时反馈至上位机。

卸车步骤具体包括以下步骤：

S21：控制器模块30接收上位机的任务指令，以获取集装箱取货坐标和放货点坐标，控制器模块30控制驱动模块移动至集装箱取货坐标，机器人进入集装箱内；

S22：机器人进入集装箱内，通过相机模块5识别出集装箱内的货物码放情况以及货物位置，获取箱内货物信息，控制器模块30根据箱内货物信息判断货物码放位置，确定货物码放坐标，通过驱动模块移动至货物码放坐标内，抓取货物；

S23：机器人抓取货物后，控制器模块30控制驱动模块移动至放货点坐标，将货物放置于货物输送线上流出，完成一次货物卸车，记录货物卸车信息；

S24：控制器模块30将货物卸车信息进行存储，并将货物码放信息实时反馈至上位机。

本实施例中，提供了集装箱装卸车机器人对货物输送线上的货物进行装卸车的方法，同一个设备完成货物的拆码垛，简化物流中的环节，提高运行效率，减少设备数量。

本发明提供了一种集装箱装卸车机器人及其装卸方法，可用于集装箱内货物的取放和码垛，机器人具有自主导航、自主运动规划、视觉识别、抓取码放等功能，可灵活执行多种复杂搬运码垛任务，与人工装卸车相比，可以提高效率，该机器人可同时具备装车和卸车两种功能，同时具备拆垛和码垛两种功能，并能适用于多种集装箱和物料装卸，具有更好的通用性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。