一种带升降机构的机器人播种和/或分拣系统的制作方法

1.本发明涉及物流技术领域，特别是涉及一种带升降机构的机器人播种和/或分拣系统。


背景技术：

2.在电商仓库系统中，商品出库吞吐量大且商品种类多，目前针对不同订单的商品拣选完全依靠人力完成，工作内容简单且重复性高，不仅耗费大量人力而且劳动强度高。
3.目前，播种式拣选时较为常用的商品拣选方式，播种式拣选是把多份订单(即多个客户的要货需求)集合成一批，先把其中每种商品的数量分别汇总，再逐个品种对所有客户进行分货，形似播种，因此也称其为“商品汇总分播”。因此，播种式拣选的特点是每次都需要处理多份订单或多个客户；操作复杂，难度系数大，适用于订单品种和数量都比较多的拣选。
4.由于播种式拣选能够高效处理成批订单，其完成一份订单的平均时间要少于摘果式拣选，所以当下的各大电商仓储企业，都正在把传统的摘果式拣选方式逐步转变为播种式拣选。然而，播种式拣选有其固有的缺陷：首先，播种式拣选的操作难度大且劳动强度高，由于需要同时处理多个订单，订单间存在各种差别，在不同位置的料框之间频繁切换会让操作人员非常疲劳，因此分拣流程的整体操作难度大；其次，流程的管理非常困难，对分拣流程管理的要求更高，对管理信息系统、人员、规章制度等都有更高的要求。
5.有鉴于此，分拣领域亟需一种能够实现仓库内商品自动出库上线，货物自动拣选到订单箱来代替人力分拣。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种带升降机构的机器人播种和/或分拣系统，用于解决现有技术中的分拣效率低下等问题。
7.为实现上述目的，本发明的第一方面提供一种带升降机构的机器人播种和/或分拣系统，包括：储料单元，用于存多类多件或者单类多件物料；物料输送单元，用于将物料从所述储料单元输出和/或将物料运输至所述储料单元中；视觉分析单元，视觉扫描范围至少包括所述物料输送单元的部分输送段，用于采集被输送物料的物料图像，据以分析并获取物料信息；所述物料信息包括物料的抓取点位置信息、抓取姿态信息和目标位置信息；机器人单元，与所述视觉分析单元通信连接；所述机器人单元接收所述物料的抓取点位置信息和抓取姿态信息，据以抓取所述物料并移送至升降式放料单元；所述升降式放料单元，与所述视觉分析单元通信连接；所述升降式放料单元沿转运货架单元的高度做升降运动，其在接收到所述目标位置信息后将物料提升至目标位置，并向所述转运货架单元中对应的货架放料；所述转运货架单元，设有多层货架，用于将物料转运至下游输送系统。
8.在本发明的较佳实施方式中，所述抓取点位置信息和抓取姿态信息的获取方式包括：所述视觉分析单元通过扫描物料的外形轮廓来获取物料的空间几何信息，据以分析得
到物料的抓取点位置信息和抓取姿态信息。
9.在本发明的较佳实施方式中，所述目标位置信息的获取方式包括如下任一种或两种的组合：方式1)所述视觉分析单元通过扫描物料的外形轮廓获取物料的外形信息，并根据所述外形信息分析得到关联于物料的形状类别的目标位置信息；其中，所述转运货架单元设有多层货架，不同层的货架用于容纳不同形状类别的物料；方式2)所述视觉分析单元通过扫描物料表面的扫描码来读取物料的目标位置信息。
10.在本发明的较佳实施方式中，所述升降式放料单元包括：升降机构；倒料机构，设于所述升降机构上，并由所述升降机构带动做升降运动；所述倒料机构用于承载物料，并在将物料带动至目标位置后将物料倒出；滑道机构，包括多层倾斜向下的滑道，供所述倒料机构倒入物料后滑出。
11.在本发明的较佳实施方式中，所述倒料机构包括翻转机构或者传送带机构；所述翻转机构包括一或多个物料承载部，其在翻转后将物料倒入所述滑道机构；所述传送带机构将物料送入所述滑道机构。
12.在本发明的较佳实施方式中，所述系统还包括：监控装置，用于监控物料是否正确地被放于对应的物料承载部中，以及/或者所述物料承载部在翻转后物料是否被倒入货架，以侦测物料的异常情况；其中，所述异常情况包括物料卡住和/或掉落。
13.在本发明的较佳实施方式中，所述转运货架单元设有多层货架；每层货架的物料承托板倾斜向上设置。
14.在本发明的较佳实施方式中，所述货架的货架格口设有光幕，用于侦测物料是否正确进入对应的格口；其中，所述转运货架单元中每个货架的货架格口设有独立的光幕；或者各列货架的货架格口共用一光幕；或者各行货架的货架格口共用一光幕。
15.在本发明的较佳实施方式中，所述系统还包括：底架，用于承载所述储料单元、物料输送单元、视觉分析单元、机器人单元、升降式放料单元和转运货架单元。
16.在本发明的较佳实施方式中，所述机器人单元在其操作的前向、后向、左向、有向中的一或多个方向上设有所述升降式放料单元和转运货架单元；以及/或者，所述机器人单元操作的左向和右向分别设有所述物料输送单元。
17.在本发明的较佳实施方式中，所述输送单元包括滚筒输送线；所述机器人单元包括：多轴机器人、具有多个旋转关节的机器人或者delta机器人。
18.如上所述，本发明涉及的一种带升降机构的机器人播种和/或分拣系统，具有以下有益效果：本发明实现了完全由自动化设备执行播种作业的功能，不仅作业效率大为提高，而且整个分拣过程的信息可追溯，实现全流程的控制和监管；分拣系统由于引入了机器人单元，大大扩展了设备的分拣能力；分拣系统还大大降低了错误率，避免传统的播种分拣系统中人工作业带来的失误操作或错误投单；而且由于操作人员的减少，作业流程得到了最大程度的精简，使企业的管理成本得到极大的降低。
附图说明
19.图1显示为本发明一实施例中带升降机构的机器人播种和/或分拣系统的俯视图。
20.图2显示为本发明一实施例中机器人播种和/或分拣系统中的升降式放料单元的结构示意图。
21.图3显示为本发明一实施例中的带升降机构的机器人播种和/或分拣系统的侧视图。
具体实施方式
22.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
23.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本技术的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本技术。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
24.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
26.目前，仓储管理中涉及到的拣选方式通常有播种式分拣和摘果式分拣。播种式分拣是把多份订单(即多个客户的要货需求)集合成一批，先把其中每种商品的数量分别汇总，再逐个品种对所有客户进行分货，形似播种；播种式分拣的特点是每次处理多份订单，操作复杂且难度系数大。摘果式分拣是针对每一份订单(即每个客户)进行拣选，拣货人员或设备巡回于各个货物储位，将所需的货物取出，形似摘过；摘果式分拣的特点是每人每次只处理一份订单，简单易操作。
27.然，无论是现有技术中的播种式分拣还是摘果式分拣，都有很多不足之处，摘果式分拣的效率较低，播种式分拣的操作难度大，人力劳动强度高，对分拣流程管理的要求更高，对管理信息系统、人员、规章制度等都有更高的要求。
28.有鉴于此，本发明提供一种带升降机构的机器人播种和/或分拣系统，其旨在提供一种基于机器人的自动拣选方案，实现了完全由自动化设备执行播种作业的功能，不仅作业效率大为提高，而且整个分拣过程的信息可追溯，实现全流程的控制和监管；分拣系统由于引入了机器人单元，大大扩展了设备的分拣能力；分拣系统还大大降低了错误率，避免传
统的播种分拣系统中人工作业带来的失误操作或错误投单；而且由于操作人员的减少，作业流程得到了最大程度的精简，使企业的管理成本得到极大的降低。
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
30.如图1所示，展示了本发明一实施例中带升降机构的机器人播种和/或分拣系统的俯视图。本实施例展示的机器人播种和/或分拣系统具体包括：储料单元11、物料输送单元12、视觉分析单元13、机器人单元14、升降式放料单元15和转运货架单元16。
31.所述储料单元11用于存放多种类型的物料，具体可选用料框或托盘来实现储料功能，本实施例不作限定。应理解的是，本发明中涉及的物料不仅包括电商仓储领域中的快递产品，还包括在生产领域流转的一切材料，如原材料、燃料、零部件、半成品、成品、外协件、边角余料或者废料等。本实施例对物料所属的生产领域也不作限定，包括但不限于：电子材料类物料、光学材料类物料、塑胶材料类物料、金属材料类物料、包装材料类物料或者辅助材料类物料等等。
32.所述物料输送单元12用于将物料从所述储料单元11输出和/或将物料运输至所述储料单元11中。具体来说，储料单元11和物料输送单元12之间的物料传递既可通过人力来完成，也可利用机械器来实现物料自动输送，本实施例不作限定。
33.在本实施例优选的实现方式中，由于输送单元12输送体积和重量各异的多种类型物料，在从储料单元11移送至输送单元12时对输送单元12产生的载荷大小不同，因此输送单元12优选包含但不限于滚筒输送机的滚筒输送线，适于运送各类体积和重量不同的物料(如箱、包、托盘等)，能够运送较重物品，具有非常优秀的抗载荷冲击能力，而且滚筒之间能够进行较好的联接，使输送机能更好地运送复杂性和堆积性的物品。但需说明的是，本实施例中的输送单元12也可使用皮带式运输机、螺旋输送机、板链输送机、网带输送机或者链条输送机等，本实施例未作限定。
34.所述视觉分析单元13的视觉扫描范围至少包括物料输送单元12的部分输送段，优选的视觉扫描范围是机器人正前方的方框范围，例如图1中储料单元11中的位于机器人正前方的方框。具体来说，物料在被输送的过程中，例如从图1中物料输送单元12的右侧部分传输至物料输送单元12的左侧部分，物料途径位于机器人正前方的方框，即视觉分析单元13的视觉扫描区域。视觉分析单元13用于采集被输送物料的物料图像，据以分析并获取物料信息；所述物料信息包括物料的抓取点位置信息、抓取姿态信息和目标位置信息。
35.可选的，视觉分析单元13可以是摄像模组，所述摄像模组包括摄像装置、存储装置和处理装置。所述摄像装置包括但不限于：照相机、视频摄像机、集成有光学系统或ccd芯片的摄像模块、集成有光学系统和cmos芯片的摄像模块等。为提升视觉扫描区域的大小，视觉分析单元13可选用广角镜头或鱼眼镜头，本实施例不作限定。
36.在本实施例可选的实现方式中，所述抓取点位置信息和抓取姿态信息的获取方式为：视觉分析单元13通过扫描物料的外形轮廓来获取物料的空间几何信息(包括但不限于长度、角度或者点线面之间的关系、颜色等信息)，据此分析得到适于抓取该物料的抓取点位置信息和抓取姿态信息，这些信息通过通信网络传送至机器人单元14，机器人单元14即可执行对应的抓取动作。
37.在本实施例可选的实现方式中，所述目标位置信息的获取方式为：视觉分析单元13通过扫描物料的外形轮廓获取物料的外形信息(包括但不限于长方体形状、球体形状或者圆柱体形状等)，并根据所述外形信息分析得到关联于物料的形状类别的目标位置信息；其中，所述转运货架单元设有多层货架，不同层的货架用于容纳不同种类物料。因此，在获取到物料的外形信息后即可分析得到物料的目标位置信息。
38.在本实施例可选的实现方式中，所述目标位置信息的获取方式为：视觉分析单元13通过扫描物料表面的扫描码来读取物料的目标位置信息。举例来说，每个物料的表面都贴附预存有该物料的目标位置信息(如转运货架单元的第n层货架)的扫描码(包括但不限于二维码、一维码或条形码等)，视觉分析单元13扫描解读后即可获取该信息。
39.所述机器人单元14与视觉分析单元13通信连接，用于从视觉分析单元13接收所述物料的抓取点位置信息和抓取姿态信息，据以抓取所述物料并移送至升降式放料单元15。
40.需说明的是，本实施例涉及的机器人单元包括能但不限于：够实现多自由度的多轴机器人(如xyz三轴机器人、四轴机器人、六轴机器人、甚或八轴机器人等)、具有3个旋转关节能够应用于装配作业的scara机器人、或者能够实现高精度拾料的delta机器人等等。而在实际的应用场景中，任何能够实现抓取及运输功能的自动化装置都能应用于本发明的技术方案中。
41.值得注意的是，现有的播种式分拣系统通常都由人工来完成分拣，但由于人力所能承担的重量有限，所以每次大约只能分拣1kg重的产品；而本发明采用的机器人播种和/或分拣系统因机器人优秀的承载能力，至少能够提升2kg及以上重量的产品，从而大大提升了分拣系统的分拣能力。
42.所述升降式放料单元15与所述视觉分析单元13通信连接；所述升降式放料单元15沿转运货架单元16的高度做升降运动，其在接收到所述目标位置信息后将物料提升至目标位置，并向所述转运货架单元16中对应的货架放料。
43.为便于本领域技术人员理解，下文结合图2来对本实施例中的升降式放料单元做进一步的解释与说明。升降式放料单元15设有升降机构151、倒料机构152和滑道机构153。倒料机构152设于升降机构151上，由升降机构151带动后做升降运动；倒料机构152用于承载由机器人单元14移送而来的物料，并在将物料带动至目标位置后将物料倒出。
44.可选的，本实施例中的倒料机构152可采用翻转机构或者小传送带。翻转机构包括一或多个物料承载部，其在翻转后将物料倒入滑道机构153；而小传送带则可以将物料传送至滑道机构153中。以翻转机构为例，如图2所示的升降式放料单元，翻转机构沿箭头c的方向反转后就能将物料倒出。滑道机构153包括多层倾斜向下设置的滑道，供物料在被倒料机构152倒出后沿滑道向下流转至货架上。
45.优选的，所述机器人播种和/或分拣系统还包括一或多个监控装置，例如监控摄像机，这些监控装置用于监控物料是否正确地被放于对应的物料承载部中，以及/或者所述物料承载部在翻转后物料是否被倒入货架，以侦测物料的异常情况，帮助使用者及时发现异常情况。所述的异常情况包括但不限于物料卡住、物料掉落等，本实施例不作具体的限制。
46.优选的，转运货架单元16设有多层货架，每层货架的物料承托板161倾斜向上设置来拖住物料。。更为优选的是，货架的货架格口设有光幕，用于侦测物料是否正确进入对应的格口，从而帮助使用者及时发现物料没有正确进入格口的异常情况。需说明的是，可在转
运货架单元中每个货架的货架格口都设置独立的光幕，以确保每个货架格口都有独立的监控，避免监控漏洞；但为了降低成本，也可使各列货架的货架格口共用一光幕，或者使各行货架的货架格口共用一光幕。
47.在本实施例可选的实现方式中，所述机器人播种和/或拣选系统还包括底架17，作为系统的主体框架，用于承载所述储料单元11、物料输送单元12、视觉分析单元13、机器人单元14、升降式放料单元15和转运货架单元16。
48.在本实施例优选的实现方式中，所述机器人单元14前向、后向、左向、有向中的一或多个方向上设有所述升降式放料单元15和转运货架单元16(即如图1所示的系统布局示意图)，形成一种围绕着机器人单元的格局，使机器人单元能够操作更多的货架，提升拣选效率。
49.在本实施例优选的实现方式中，所述机器人单元14操作的左向和右向分别设有所述物料输送单元12，能够利用两条输送线增加拣选物料，提升拣选效率。
50.应理解的是，出于说明性目的而提供以上示例，并且以上示例不应被理解成是限制性的。同样的，该机器人播种和/或分拣系统可以另外地或替代地包括其它特征或包括较少的特征，而未背离本技术的范围。
51.综上所述，本发明提供的一种带升降机构的机器人播种和/或分拣系统，旨在提供一种基于机器人的自动拣选方案，实现了完全由自动化设备执行播种作业的功能，不仅作业效率大为提高，而且整个分拣过程的信息可追溯，实现全流程的控制和监管；分拣系统由于引入了机器人单元，大大扩展了设备的分拣能力；分拣系统还大大降低了错误率，避免传统的播种分拣系统中人工作业带来的失误操作或错误投单；而且由于操作人员的减少，作业流程得到了最大程度的精简，使企业的管理成本得到极大的降低。因此，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
52.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。