应用于物流集散点的自动入柜机器人及入柜方法

摘要

本发明属于物流领域，公开了应用于物流集散点的自动入柜机器人，能够实现在物流集散点的智能入库，快捷且入箱精准，从而使得物流公司大大降低成本的同时，也提高了客户的满意度，包括依次连接的机械臂底座、臂肩座、大臂杆、臂肘座、小臂杆以及机械手，臂肩座能够相对于机械臂底座在水平面转动，大臂杆能够相对于臂肩座在竖直面转动，臂肘座能够相对于大臂杆在竖直面转动，小臂杆能够相对于臂肘座在竖直面绕轴自转，臂腕座能够相对于小臂杆在水平面转动，从而使得机械手能够精准实现空间六自由度抓取快递。本发明还公开了一种快递智能入柜方法，能够更好的通过应用于物流集散点的自动入柜机器人实现快递的智能入箱。

说明书

技术领域

本发明属于物流领域，具体涉及应用于物流集散点的自动入柜机器人及入柜方法。

背景技术

在物流运输过程中，物流集散点是必不可少的设置，一般在物流集散点设置有由多种规格容积的快递收纳箱规则排列形成的快递收纳柜墙，用于暂时收纳快递。

目前，行业内部流程中的分拣封发、快件运输、中转站的分拣封发这三个环节在操作中均已采用先进的物流技术，在物流集散点的快递收纳环节的入柜操作为人力手工入箱或者传送带式传送配合手工入箱。

因此，传统技术的自动化水平低，操作流程粗糙，不仅浪费大量的人力资源，也存在着在业务量井喷时期无法满足客户订单需求的风险，导致物流公司难以兼顾成本及客户满意度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供应用于物流集散点的自动入柜机器人及入柜方法，能够实现在物流集散点的智能入库，快捷且入箱精准，从而使得物流公司大大降低成本的同时，也提高了客户的满意度。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案为：

应用于物流集散点的自动入柜机器人，用于实现快递的智能入箱，快递收纳柜墙具有以预定距离间隔的多个位置识别码，其特征在于，包括：预定车体，包括上端开口的装载箱和设置在装载箱的下方的车轮；以及入柜机构，位于装载箱的近旁，入柜机构包括可拆卸地设置在预定车体上的升降单元及均设置在升降单元上的RFID有源标签和机械臂单元，升降单元用于驱动机械臂单元相对于预定车体提升或者下降，RFID有源标签用于与位置识别码进行通信交互，从而确定距离入柜机构最近的位置识别码所包含的位置信息，机械臂单元包括机械臂底座及安装在机械臂底座上且依次连接的大臂组件、小臂组件以及机械手组件，大臂组件包括臂肩座驱动电机、蜗轮蜗杆机构、臂肩座、大臂驱动电机以及大臂杆，臂肩座驱动电机安装在机械臂底座上，臂肩座的下端通过蜗轮蜗杆机构安装在臂肩座驱动电机的输出轴上，大臂驱动电机安装在臂肩座的上端，大臂杆的一端设置在大臂驱动电机的输出轴上且大臂杆的一端位于臂肩座的上端，臂肩座驱动电机的输出轴和大臂驱动电机的输出轴均水平设置，蜗轮蜗杆机构的输出轴竖直设置，小臂组件包括臂肘座驱动电机、臂肘座、小臂驱动电机以及小臂杆，臂肘座驱动电机安装在大臂杆的另一端上，臂肘座的端部安装在臂肘座驱动电机的输出轴上，小臂驱动电机安装在臂肘座上，小臂杆的一端设置在小臂驱动电机的输出轴上且小臂杆的一端位于臂肘座上，臂肘座驱动电机的输出轴水平设置，小臂驱动电机的输出轴与臂肘座驱动电机的输出轴垂直，机械手组件包括臂腕驱动电机、臂腕座、锥齿轮对以及机械手，臂腕驱动电机安装在小臂杆的另一端上，臂腕座的一端设置在小臂杆的另一端，臂腕驱动电机的输出轴与小臂杆同轴，锥齿轮对的两个锥齿轮分别安装在臂腕驱动电机的输出轴和臂腕座上且两条齿轮轴线相互垂直，机械手安装在臂腕座的另一端，机械手用于对快递进行抓取或释放。

优选地，机械手包括铲取指和紧固指，机械手组件还包括开合驱动电机、双向驱动丝杠以及两个机械指连接块，开合驱动电机安装在臂腕座的另一端且输出轴与臂腕座上的锥齿轮的齿轮轴线平行，双向驱动丝杠安装在开合驱动电机的输出轴上，铲取指和紧固指分别通过两个机械指连接块对称且可移动地设置在双向驱动丝杠上。

进一步地，铲取指具有呈铲形的铲取部，紧固指具有呈多级阶梯形的紧固部，紧固部与铲取部相向设置，当开合驱动电机转动时，紧固部与铲取部相向或者相背运动。

又进一步地，机械手组件还包括设置在铲取部上的压力传感器，压力传感器与开合驱动电机信号连接。

又进一步地，铲取指和紧固指均为刚性材质，并且紧固部上包覆有热塑性合成树脂聚丙烯材料。

优选地，机械手组件还包括设置在臂腕座上的二值化摄像头，快递收纳柜墙的所有快递柜箱具有多个不同的容积，入柜机构还包括4G通信模块。

优选地，升降单元包括升降基座、升降驱动电机、直齿轮对、两个升降驱动轴、剪叉式升降机构以及升降板，升降基座可拆卸地设置在预定车体上，升降驱动电机为同向双输出轴电机，直齿轮对的两个直齿轮分别安装在升降驱动电机的两个输出轴上，两个升降驱动轴分别通过键连接安装在两个直齿轮上，两个升降驱动轴用于从下端驱动剪叉式升降机构，升降板设置在剪叉式升降机构的上端，机械臂底座安装在升降板上。

本发明提供了一种快递智能入柜方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：获取多个不同体积规格的快递，并集中于装载箱内；

步骤S2：将入柜机构与预定车体机械连接；

步骤S3：通过远程控制终端控制应用于物流集散点的自动入柜机器人沿预定路径在快递收纳柜墙的近旁行驶；

步骤S4：远程控制终端控制机械手在装载箱内定位任意一件快递，并作为待入柜快递；

步骤S5：通过二值化摄像头获取待入柜快递的快递体积信息；

步骤S6：当入柜机构经过一个位置识别码时，入柜机构通过4G通信模块获取位置识别码内包含的柜墙位置信息，

步骤S7：入柜机构将包含快递体积信息和柜墙位置信息合并成的开箱请求信息传至远程控制终端，远程控制终端再控制入柜机构的近旁的与待入柜快递的体积对应的快递柜箱开启，并作为待容纳柜箱；

步骤S8：远程控制终端控制入柜机构行驶至待容纳柜箱的近旁，并且机械手对待入柜快递进行向待容纳柜箱的智能入柜，并且远程控制终端在机械手释放待入柜快递后预定时间控制机械手通过铲取指将快递柜箱的箱门关闭；

步骤S9：重复步骤S4-S8，直至入柜机构经过快递收纳柜墙的所有位置识别码。

优选地，在步骤S5中，二值化摄像头在像素层面上获取对待入柜快递的快递体积信息。

优选地，在步骤S7中，以当前识别的位置识别码的位置作为区域请求初始位置，以当前识别的位置识别码包含的快递收纳柜墙的部分区域为请求开箱区域，

远程控制终端对入柜机构的近旁的快递柜箱的开启优先顺序为：在请求开箱区域内，沿快递收纳柜墙的延伸长度依次远离区域请求初始位置的待容纳柜箱的开启优先级依次降低。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.因为本发明的臂肩座通过蜗轮蜗杆机构安装在臂肩座驱动电机的输出轴上，大臂驱动电机安装在臂肩座上，大臂杆设置在大臂驱动电机的输出轴上，臂肩座驱动电机的输出轴和大臂驱动电机的输出轴均水平设置，蜗轮蜗杆机构的输出轴竖直设置，臂肘座驱动电机安装在大臂杆上，臂肘座安装在臂肘座驱动电机的输出轴上，小臂驱动电机安装在臂肘座上，小臂杆设置在小臂驱动电机的输出轴上且小臂杆位于臂肘座上，臂肘座驱动电机的输出轴水平设置，小臂驱动电机的输出轴与臂肘座驱动电机的输出轴垂直，臂腕驱动电机安装在小臂杆上，臂腕座的一端设置在小臂杆上，臂腕驱动电机的输出轴与小臂杆同轴，锥齿轮对的两个锥齿轮分别安装在臂腕驱动电机的输出轴和臂腕座上且两条齿轮轴线相互垂直，臂肩座能够相对于机械臂底座在水平面转动，大臂杆能够相对于臂肩座在竖直面转动，臂肘座能够相对于大臂杆在竖直面转动，小臂杆能够相对于臂肘座在竖直面绕轴自转，臂腕座能够相对于小臂杆在水平面转动，从而使得机械手能够精准实现空间六自由度抓取快递，因此，本发明能够实现在物流集散点的智能入库，快捷且入箱精准，从而使得物流公司大大降低成本的同时，也提高了客户的满意度。

2.因为本发明的机械手包括铲取指和紧固指，机械手组件还包括开合驱动电机、双向驱动丝杠以及两个机械指连接块，开合驱动电机安装在臂腕座的另一端且输出轴与臂腕座上的锥齿轮的齿轮轴线平行，双向驱动丝杠安装在开合驱动电机的输出轴上，铲取指和紧固指分别通过两个机械指连接块对称且可移动地设置在双向驱动丝杠上，当机械手向装载箱内抓取快递时，铲取指用于铲靠至快递包装的端面，紧固指用于配合铲取指对快递进行夹紧抓取，因此，本发明能够简单实现对快递的稳定抓取。

3.因为本发明的铲取指具有呈铲形的铲取部，紧固指具有呈多级阶梯形的紧固部，紧固部与铲取部相向设置，当开合驱动电机转动时，紧固部与铲取部相向或者相背运动，在机械手抓取不同大小的快递时，紧固部上多级阶梯的结构使得只需控制接机械手在快递上的抓取长度不同，机械手就能够同时实现对多种不同宽度的快递的外形形状更好地对应，因此，本发明能够同时实现对多种不同宽度的快递的稳定抓取，提高了本发明的适用性。

4.因为本发明的机械手组件还包括设置在铲取部上的压力传感器，压力传感器与开合驱动电机信号连接，当压力传感器检测到夹持的快递对机械手产生反作用压力的值超出夹持阈值时，压力传感器发出停止夹持信号，开合驱动电机根据停止夹持信号停止，因此，本发明的机械手能够在对快递达到预定的夹持力时停止继续夹持，从而避免因夹持力过大对快递本身造成损伤。

5.因为本发明的铲取指和紧固指均为刚性材质，并且紧固部上包覆有柔性的热塑性合成树脂聚丙烯材料，因此，本发明的机械手在对快递进行抓取的过程中，与快递的表面始终保持柔性接触，从而进一步提高了抓取过程中的无损伤效果。

6.因为本发明的机械手组件还包括设置在臂腕座上的二值化摄像头，快递收纳柜墙的所有快递柜箱具有多个不同的容积，入柜机构还包括4G通信模块，机械手在抓取快递前，先通过二值化摄像头对快递的体积大小进行像素层面上的辨识，再将体积辨识得到的快递体积信息与RFID有源标签对位置识别码进行通信交互得到快递收纳柜墙位置定位信息合并成为开箱请求信息，并通过4G通信模块以信号形式传至远程控制终端，远程控制终端再控制在本发明的近旁的相应容积的快递柜箱开启，因此，本发明能够根据快递的体积与所处快递收纳柜墙的具体位置对应地开启近旁的柜箱进行入箱，从而大大提高快递入箱的效率。

7.因为本发明还提供了一种通过上述的应用于物流集散点的自动入柜机器人配合远程控制终端实施的快递智能入柜方法，因此，能够更好的通过应用于物流集散点的自动入柜机器人实现快递的智能入箱。

附图说明

图1为本发明的实施例的应用于物流集散点的自动入柜机器人的示意图；

图2为本发明的实施例的预定车体的示意图；

图3为本发明的实施例的升降单元的示意图；

图4为本发明的实施例的机械臂单元的示意图；

图5为本发明的实施例机械手组件的示意图；

图6为本发明的实施例的机械指连接块和双向驱动丝杠的配合示意图；以及

图7为本发明的实施例的快递智能入柜方法的步骤示意图。

图中：100、应用于物流集散点的自动入柜机器人，10、预定车体，11、装载箱，12、车轮，13、连接板，20、入柜机构，210、升降单元，211、升降基板，212、直齿轮对，213、剪叉式升降机构，214、升降板，220、机械臂单元，221、机械臂底座，222、大臂组件，2221、臂肩座驱动电机，2222、臂肩座，2223、大臂驱动电机，2224、大臂杆，223、小臂组件，2231、臂肘座，2232、小臂驱动电机，2233、小臂杆，224、机械手组件，2241、臂腕座，2242、双向驱动丝杠，2243、机械指连接块，2244、机械手，22441、铲取指，22441a、铲取部，22442、紧固指，22442a、紧固部，2245、二值化摄像头，S100、快递智能入柜方法。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的应用于物流集散点的自动入柜机器人及入柜方法作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

本实施例中的应用于物流集散点的自动入柜机器人，用于配合远程控制终端实现以箱盒包装的快递对快递收纳柜墙(附图中未示出)的智能入箱，快递收纳柜墙沿直线方向延伸，且具有沿高度方向设置的多层箱柜构造，每层构造均具有沿快递收纳柜墙的延伸长度方向均匀设置的多个快递柜箱，快递收纳柜墙的所有快递柜箱具有多个不同的容积，在快递收纳柜墙的底端，具有沿快递收纳柜墙的延伸长度方向并以预定距离间隔的多个位置识别码，每个位置识别码包含有该位置识别码所在位置近旁的预定区域内的所有快递柜箱距离该位置的标识信息、平面距离以及竖直距离信息，远程控制终端内存储有所有快递柜箱的标识信息、对应的快递柜箱是否被占用以及容积大小的信息。

如图1所示，应用于物流集散点的自动入柜机器人100包括预定车体10和入柜机构20。

如图2所示，预定车体10包括上端开口的装载箱11、设置在装载箱11的下方的车轮12以及安装在装载箱11的底部的一侧的连接板13，装载箱11用于装载需要向快递收纳柜墙入柜的多个以箱盒包装的快递，连接板13用于与入柜机构20机械连接，在本实施例中，预定车体10的数量为多个，且装载量不同，从而能够安装实际需要对不同数量的快递进行装载。

入柜机构20位于装载箱11的近旁，入柜机构20包括RFID有源标签(附图中未示出)、4G通信模块(附图中未示出)、升降单元210和机械臂单元220。

RFID有源标签设置在升降单元210上，用于与位置识别码进行通信交互，从而确定距离入柜机构20最近的位置识别码所包含的对应的区域位置信息，4G通信模块用于与远程控制终端进行通信交互，RFID有源标签与4G通信模块信号连接。

如图1和图3所示，升降单元210可拆卸地设置在预定车体10上，升降单元210用于驱动机械臂单元220相对于预定车体10提升或者下降。

升降单元包括升降基座211、升降驱动电机(附图中未示出)、直齿轮对212、两个升降驱动轴(附图中未示出)、剪叉式升降机构213以及升降板214。

升降基座211可拆卸地设置在预定车体10上，具体地，升降基座211与连接板13通过螺纹连接，在本实施例中，RFID有源标签与4G通信模块均设置在升降基板211上。

升降驱动电机安装在升降基座211上，升降驱动电机为同向双输出轴电机，直齿轮对212的两个直齿轮分别安装在升降驱动电机的两个输出轴上，两个升降驱动轴分别通过键连接安装在两个直齿轮上，两个升降驱动轴用于从下端驱动剪叉式升降机构213，从而剪叉式升降机构213能够相对于升降基座211沿竖直方向舒展或者收拢，升降板214设置在剪叉式升降机构213的上端，从而相对于升降基座211提升或者下降。

如图1和图4所示，机械臂单元220设置在升降单元210上，包括机械臂底座221及安装在机械臂底座221上且依次连接的大臂组件222、小臂组件223以及机械手组件224。

机械臂底座221安装在升降板214上。

大臂组件222包括臂肩座驱动电机2221、蜗轮蜗杆机构(附图中未示出)、臂肩座2222、大臂驱动电机2223以及大臂杆2224。

臂肩座驱动电机2221安装在机械臂底座221上，臂肩座驱动电机2221的输出轴水平设置。

蜗轮蜗杆机构具有水平设置的输入轴和竖直设置的输出轴，臂肩座驱动电机2221的输出轴与蜗轮蜗杆机构的输入轴连接，蜗轮蜗杆机构的输出轴与臂肩座2222的下端连接。

臂肩座2222的下端通过蜗轮蜗杆机构安装在臂肩座驱动电机2221的输出轴上，并且臂肩座2222相对于水平面倾斜设置。

大臂驱动电机2223安装在臂肩座2222的上端，且大臂驱动电机2223的输出轴水平设置，大臂杆2224的一端设置在大臂驱动电机2223的输出轴上且大臂杆2224的一端位于臂肩座2222的上端，当大臂驱动电机2223旋转时，大臂杆2224与臂肩座2222形成的夹角角度增大或者减小，在本实施例中，大臂驱动电机2223的数量为2个，分别位于臂肩座2222的上端的对应两侧，用于共同驱动大臂杆2224进行转动。

小臂组件223包括臂肘座驱动电机(附图中未示出)、臂肘座2231、小臂驱动电机2232以及小臂杆2233。

臂肘座驱动电机安装在大臂杆2224的另一端上，臂肘座2231的端部安装在臂肘座驱动电机的输出轴上，并且臂肘座驱动电机的输出轴水平设置。

小臂驱动电机2232安装在臂肘座2231上，小臂杆2233的一端设置在小臂驱动电机2232的输出轴上且小臂杆的一端位于臂肘座2231上，并且小臂驱动电机2232的输出轴与臂肘座驱动电机的输出轴垂直，当小臂驱动电机2232旋转时，小臂杆2233与臂肘座2231形成的夹角角度增大或者减小。

如图4和图5所示，机械手组件224包括臂腕驱动电机(附图中未示出)、臂腕座2241、开合驱动电机(附图中未示出)、双向驱动丝杠2242、机械指连接块2243、锥齿轮对(附图中未示出)、机械手2244、压力传感器(附图中未示出)、二值化摄像头2245。

臂腕驱动电机安装在小臂杆2233的另一端上，臂腕座2241的一端设置在小臂杆2233的另一端，臂腕驱动电机的输出轴与小臂杆2233同轴。

锥齿轮对的两个锥齿轮分别安装在臂腕驱动电机的输出轴和臂腕座2241上且两条齿轮轴线相互垂直，当臂腕驱动电机旋转时，臂腕座2241以小臂杆2233的另一端为圆心进行转动，且小臂杆2233的轴线垂直于臂腕座2241的转动平面。

如图5和图6所示，开合驱动电机安装在臂腕座2241的另一端且开合驱动电机的输出轴与臂腕座2241上的锥齿轮的齿轮轴线平行。

双向驱动丝杠2242安装在开合驱动电机的输出轴上，机械指连接块2243的数量为2个，分别可移动地设置在双向驱动丝杠2242的两个方向的螺纹部分，并且机械指连接块2243的端部位于臂腕座2241的另一端的外侧。

机械手2244安装在臂腕座2241的另一端，机械手2244用于对快递进行抓取或释放，机械手2244包括铲取指22441和紧固指22442，铲取指22441和紧固指22442分别通过两个机械指连接块2243对称且可移动地设置在双向驱动丝杠2242上。

铲取指22441具有呈铲形的铲取部22441a，紧固指22442具有呈多级阶梯形的紧固部22442a，紧固部22441a与铲取部22442a相向设置，当开合驱动电机转动时，紧固部22441a与铲取部22442a相向或者相背运动。

压力传感器设置在铲取部22441a上，并且压力传感器与开合驱动电机信号连接，当压力传感器上受到的压力值超出预设的夹持阈值时，压力传感器发出停止夹持信号，开合驱动电机根据停止夹持信号停止。

铲取指22441和紧固指22442均为刚性材质，并且紧固部22442a上包覆有柔性的热塑性合成树脂聚丙烯材料，当机械手2244对快递进行抓取时，机械手2244与快递之间为柔性接触。

二值化摄像头2245设置在臂腕座2241上，用于对不同大小的快递进行像素层面上的大小辨识，并且远程控制终端根据二值化摄像头2245对快递大小的识别结果，控制机械手2244对快递的抓取覆盖距离，从而能够使铲取指22441和紧固指22442之间形成与快递大小相应的夹持距离。

如图7所示，一种通过上述的应用于物流集散点的自动入柜机器人100配合远程控制终端实施的快递智能入柜方法S100，包括以下步骤：

步骤S1：获取多个不同体积规格的快递，并集中于装载箱11内。

步骤S2：将入柜机构20与预定车体10机械连接。

具体地，将入柜机构20与预定车体10螺纹连接。

步骤S3：通过远程控制终端控制应用于物流集散点的自动入柜机器人100沿预定路径在快递收纳柜墙的近旁行驶。

具体地，预定路径为与快递收纳柜墙所在平面平行的直线路径，预定路径存储于远程控制终端内，并能够通过人为设定。

步骤S4：远程控制终端控制机械手2244在装载箱11内定位任意一件快递，并作为待入柜快递。

步骤S5：通过二值化摄像头2245获取待入柜快递的快递体积信息。

具体地，通过二值化摄像头2245在像素层面上对待入柜快递的大小进行辨识，从而获取对待入柜快递的快递体积信息。

步骤S6：当入柜机构20经过一个位置识别码时，入柜机构通过4G通信模块获取位置识别码内包含的柜墙位置信息。

具体地，柜墙位置信息包含有该位置识别码所在位置近旁的预定区域内的所有快递柜箱距离该位置的标识信息、平面距离以及竖直距离信息，远程控制终端内存储有所有快递柜箱的标识信息、对应的快递柜箱是否被占用以及容积大小的信息。

步骤S7：入柜机构20通过RFID有源标签与4G通信模块将包含快递体积信息和柜墙位置信息合并成的开箱请求信息传至远程控制终端，远程控制终端再控制入柜机构20的近旁的与待入柜快递的体积对应的快递柜箱开启，并作为待容纳柜箱。

具体地，以当前识别的位置识别码的位置作为区域请求初始位置，以当前识别的位置识别码包含的快递收纳柜墙的部分区域为请求开箱区域；

远程控制终端对入柜机构20的近旁的快递柜箱的开启优先顺序为：在请求开箱区域内，沿快递收纳柜墙的延伸长度依次远离区域请求初始位置的待容纳柜箱的开启优先级依次降低。

若没有任一待容纳柜箱满足入柜要求，则远程控制终端控制入柜机构20继续往下一位置识别码处行驶。

步骤S8：远程控制终端控制入柜机构20行驶至待容纳柜箱的近旁，并且机械手2244对待入柜快递进行向待容纳柜箱的智能入柜，并且远程控制终端在机械手244释放待入柜快递后预定时间控制机械手2244通过铲取指22441将快递柜箱的箱门关闭。

步骤S9：重复步骤S4-S8，直至入柜机构20经过快递收纳柜墙的所有位置识别码。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围，

例如，在上述方法中，循环终止条件为入柜机构20经过快递收纳柜墙的所有位置识别码，但在实际应用中，也可将循环终止条件设为装载箱11内的所有快递均入柜完成。