本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，尤其是一種搬運機器人及其搬運工作方法。

背景技術(shù)：

機器人光電搬運競技是一種使用小型機器人的競技項目，通過模擬工業(yè)自動化過程中自動化物流系統(tǒng)的作業(yè)過程來進行比賽并考察參賽機器人的設(shè)計水平，機器人在比賽場地內(nèi)移動， 將不同顏色但相同形狀的物料分類搬運到設(shè)定的目標區(qū)域；比賽記分根據(jù)機器人所放置物料的位置精度（占地面）和數(shù)量確定分值。比賽排名由完成時間和比賽記分共同確定；在這種規(guī)則下，需要一次性運送多個物料，才能提升獲勝機率，但由于小型機器人的動力和結(jié)構(gòu)均較小，在搬運多個物料時，很容易產(chǎn)生物料定位誤差，如能解決這些難題，對于在實際生產(chǎn)中設(shè)計高運載量的小型機器人有所幫助，也是機械運載裝置的一個研究方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種搬運機器人及其搬運工作方法，能以較小體積和動力使小型機器人同時運送、定位和堆疊多個物料，并且能以循跡方式實現(xiàn)多物料點的自動分類儲存搬運和放置。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種搬運機器人及其搬運工作方法，可循地面軌跡線行走并搬運堆疊物料，包括機器人本體，所述搬運機器人包括自走車、循跡組件、承載組件、搬運堆疊組件和控制模塊，所述控制模塊與循跡組件、承載組件、搬運堆疊組件相連；所述循跡組件的探測面指向地面。

所述搬運堆疊組件包括機械手、升降架和堆疊定位件，所述機械手與升降架相連，機械手從地面或轉(zhuǎn)盤處拾取或釋放物料并在升降架驅(qū)動下升降旋停，升降架與轉(zhuǎn)盤和堆疊定位件緊鄰；所述承載組件包括轉(zhuǎn)盤和物料存貯件，所述轉(zhuǎn)盤包括上層板、中層板、旋停定位件和轉(zhuǎn)盤舵機，所述物料存貯件在上層板處環(huán)繞轉(zhuǎn)盤盤心均勻設(shè)置，中層板上設(shè)有物料釋出閥門，所述轉(zhuǎn)盤舵機驅(qū)動上層板轉(zhuǎn)動，當上層板停止轉(zhuǎn)動時，旋停定位件把上層板固定于預(yù)設(shè)位置，使物料存貯件位于機械手夾持位或物料釋出閥門上。

所述堆疊定位件包括一個由兩張桶片圍成的抱桶；當機器人收集物料時，自走車循地面線跡行走，機械手把地面物料拾起，并在升降架的驅(qū)動下把物料放入轉(zhuǎn)盤上的物料存貯件中；當機器人循地面線跡到達物料堆疊點時，轉(zhuǎn)盤把盛有物料的物料存貯件移至物料釋出閥門處，物料釋出閥門打開使物料存貯件內(nèi)物料經(jīng)物料釋出閥門落至堆疊點處，堆疊定位件的桶片合起形成環(huán)箍堆疊點的抱桶，所述抱桶對堆疊狀態(tài)的物料施力以矯正物料堆疊姿態(tài)。

所述抱桶桶片的開合動作由上抱桶舵機和下抱桶舵機驅(qū)動，所述上抱桶舵機對抱桶桶片的上部施力，下抱桶舵機對抱桶桶片的下部施力。

所述物料存貯件為柱形管，所述柱形管垂直于轉(zhuǎn)盤上層板。

所述循跡組件包括位于自走車底部端面的前左部位的前左循跡模塊、前中部位的前中循跡模塊、前右部位的前右循跡模塊、后左部位的后左循跡模塊、后中部位的后中循跡模塊、后右部位的后右循跡模塊、轉(zhuǎn)彎循跡模塊和定點循跡模塊。

所述搬運機器人的循跡方法分為前循跡方法、后循跡方法、轉(zhuǎn)彎循跡方法和定點循跡方法，通過檢查地面的軌跡線來使自走車循地面軌跡線行走。

所述前循跡方法為當自走車往前開時；如果前中循跡模塊尋到軌跡線，前左循跡模塊和前右循跡模塊沒有尋到軌跡線時，則自走車繼續(xù)前進；當前左循跡模塊尋到軌跡線，前右循跡模塊沒有尋到軌跡線時，車身右偏，自走車向左修正前進；當前右循跡模塊尋到軌跡線，前左循跡模塊沒有尋到軌跡線時，車身左偏，自走車向右修正前進；

所述后循跡方法為當自走車后退時；當后中循跡尋到軌跡線，后左循跡和后右循跡沒有尋到軌跡線時，自走車繼續(xù)后退；當后左循跡尋到軌跡線，后右循跡沒有尋到軌跡線時，車身右偏，自走車向左修正后退；當后右循跡尋到軌跡線，后左循跡沒有尋到軌跡線時，車身左偏，自走車向右修正后退。

所述轉(zhuǎn)盤的旋停定位件包括磁性件、霍爾傳感器和校準裝置，所述磁性件設(shè)于物料存貯件處，所述霍爾傳感器設(shè)于自走車上與轉(zhuǎn)盤緊鄰，所述校準裝置包括設(shè)于上層板下端面的定位栓和設(shè)于自走車上的剪形夾，所述剪形夾由定位舵機驅(qū)動，當上層板的定位栓到達剪形夾的夾持范圍且控制模塊啟動停轉(zhuǎn)定位作業(yè)時，剪形夾合起夾持固定定位栓使上層板承載的物料存貯件定位于工作位處。

所述萬向球設(shè)于相鄰的兩個物料存貯件之間且與這兩個物料存貯件的距離相等，所述定位栓與萬向球成對設(shè)置，定位栓位于萬向球的外側(cè)。

所述轉(zhuǎn)盤的旋停定位件的停轉(zhuǎn)定位作業(yè)的工作方法為；當轉(zhuǎn)盤帶動物料存貯件上的磁性件移轉(zhuǎn)至與自走車的霍爾傳感器相對時，霍爾傳感器被觸發(fā)，控制模塊使轉(zhuǎn)盤舵機停機，轉(zhuǎn)盤在其轉(zhuǎn)動慣量作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至定位栓到達剪形夾的夾持范圍，定位舵機驅(qū)動剪形夾合起以夾持定位栓，使上層板承載的物料存貯件定位于工作位處。

當機器人循地面線跡到達物料堆疊點且轉(zhuǎn)盤把盛有物料的物料存貯件移至物料釋出閥門處時，剪形夾合起夾持固定定位栓；當物料釋出閥門打開使物料存貯件內(nèi)物料經(jīng)物料釋出閥門落至堆疊點處時，剪形夾釋放定位栓，上層板以小角度左右往復(fù)擺動兩次以確保物料從物料釋出閥門落下，然后剪形夾再次合起夾持固定定位栓。

本發(fā)明中，所述轉(zhuǎn)盤的旋停定位件包括磁性件、霍爾傳感器和校準裝置，所述磁性件設(shè)于物料存貯件處，所述霍爾傳感器設(shè)于自走車上與轉(zhuǎn)盤緊鄰，所述校準裝置包括設(shè)于上層板下端面的定位栓和設(shè)于自走車上的剪形夾，所述剪形夾由定位舵機驅(qū)動，當上層板的定位栓停于剪形夾的夾持范圍時，剪形夾合起夾持固定定位栓使上層板承載的物料存貯件定位于工作位處；當轉(zhuǎn)盤帶動物料存貯件上的磁性件移轉(zhuǎn)至與自走車的霍爾傳感器相對時，霍爾傳感器被觸發(fā)，控制模塊使轉(zhuǎn)盤舵機停機，轉(zhuǎn)盤在其轉(zhuǎn)動慣量作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至定位栓到達剪形夾的夾持范圍，定位舵機驅(qū)動剪形夾合起以夾持定位栓，使上層板承載的物料存貯件定位于工作位處；由于剪形夾設(shè)于自走車上，因此不受轉(zhuǎn)盤慣量的影響，而且定位時采用合剪動作，使得剪形夾能主動捕獲定位栓來對轉(zhuǎn)盤定位，提升了定位效率，也簡化了定位動作，有助于在小型機器人上實現(xiàn)性能良好的定位功能。

本發(fā)明中，所述抱桶桶片的開合動作由上抱桶舵機和下抱桶舵機驅(qū)動，所述上抱桶舵機對抱桶桶片的上部施力，下抱桶舵機對抱桶桶片的下部施力；該設(shè)計使得桶片上部下部的移動能同步，而且有助于提升抱桶對堆疊物料的環(huán)箍力，提升抱桶對堆疊物料的矯形能力。

本發(fā)明中，所述中層板上設(shè)有以轉(zhuǎn)盤盤心為圓心的圓形萬向球軌道，上層板底面周沿均勻間隔設(shè)置若干萬向球，所述萬向球在中層板的萬向球軌道中運行并對上層板進行支撐；該設(shè)計解決了上層板因在裝載多個物料時容易因重量不均而傾斜的問題，而且能對轉(zhuǎn)盤舵機的載荷進行分擔，提升了機器人在運載物料的穩(wěn)定性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步詳細的說明：

附圖1是本發(fā)明的示意圖；

附圖2是本發(fā)明轉(zhuǎn)盤的上層板的俯視向示意圖；

附圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)盤的中層板的俯視向示意圖；

附圖4是本發(fā)明抱桶的俯視向示意圖；

附圖5是本發(fā)明抱桶與中層板的局部仰視示意圖；

圖中：1-自走車；2-轉(zhuǎn)盤；3-物料存貯件；4-升降架；5-抱桶；6-機械手；7-循跡組件；8-物料釋出閥門；9-萬向球；10-定位栓；11-萬向球軌道；12-剪形夾；13-桶片。

具體實施方式

如圖1、2、3、4、5所示，一種搬運機器人及其搬運工作方法，可循地面軌跡線行走并搬運堆疊物料，包括機器人本體，所述搬運機器人包括自走車1、循跡組件7、承載組件、搬運堆疊組件和控制模塊，所述控制模塊與循跡組件、承載組件、搬運堆疊組件相連；所述循跡組件7的探測面指向地面。

所述搬運堆疊組件包括機械手6、升降架4和堆疊定位件，所述機械手6與升降架4相連，機械手6從地面或轉(zhuǎn)盤2處拾取或釋放物料并在升降架4驅(qū)動下升降旋停，升降架4與轉(zhuǎn)盤2和堆疊定位件緊鄰；所述承載組件包括轉(zhuǎn)盤2和物料存貯件3，所述轉(zhuǎn)盤2包括上層板、中層板、旋停定位件和轉(zhuǎn)盤舵機，所述物料存貯件3在上層板處環(huán)繞轉(zhuǎn)盤2盤心均勻設(shè)置，中層板上設(shè)有物料釋出閥門8，所述轉(zhuǎn)盤舵機驅(qū)動上層板轉(zhuǎn)動，當上層板停止轉(zhuǎn)動時，旋停定位件把上層板固定于預(yù)設(shè)位置，使物料存貯件3位于機械手夾持位或物料釋出閥門上。

所述堆疊定位件包括一個由兩張桶片13圍成的抱桶5；當機器人收集物料時，自走車1循地面線跡行走，機械手6把地面物料拾起，并在升降架4的驅(qū)動下把物料放入轉(zhuǎn)盤2上的物料存貯件3中；當機器人循地面線跡到達物料堆疊點時，轉(zhuǎn)盤把盛有物料的物料存貯件3移至物料釋出閥門8處，物料釋出閥門8打開使物料存貯件3內(nèi)物料經(jīng)物料釋出閥門8落至堆疊點處，堆疊定位件的桶片13合起形成環(huán)箍堆疊點的抱桶5，所述抱桶5對堆疊狀態(tài)的物料施力以矯正物料堆疊姿態(tài)。

所述抱桶桶片13的開合動作由上抱桶舵機和下抱桶舵機驅(qū)動，所述上抱桶舵機對抱桶桶片13的上部施力，下抱桶舵機對抱桶桶片13的下部施力。

所述物料存貯件為柱形管，所述柱形管垂直于轉(zhuǎn)盤上層板。

所述循跡組件7包括位于自走車底部端面的前左部位的前左循跡模塊、前中部位的前中循跡模塊、前右部位的前右循跡模塊、后左部位的后左循跡模塊、后中部位的后中循跡模塊、后右部位的后右循跡模塊、轉(zhuǎn)彎循跡模塊和定點循跡模塊。

所述搬運機器人的循跡方法分為前循跡方法、后循跡方法、轉(zhuǎn)彎循跡方法和定點循跡方法，通過檢查地面的軌跡線來使自走車循地面軌跡線行走。

所述前循跡方法為當自走車往前開時；如果前中循跡模塊尋到軌跡線，前左循跡模塊和前右循跡模塊沒有尋到軌跡線時，則自走車繼續(xù)前進；當前左循跡模塊尋到軌跡線，前右循跡模塊沒有尋到軌跡線時，車身右偏，自走車向左修正前進；當前右循跡模塊尋到軌跡線，前左循跡模塊沒有尋到軌跡線時，車身左偏，自走車向右修正前進；

所述后循跡方法為當自走車后退時；當后中循跡尋到軌跡線，后左循跡和后右循跡沒有尋到軌跡線時，自走車繼續(xù)后退；當后左循跡尋到軌跡線，后右循跡沒有尋到軌跡線時，車身右偏，自走車向左修正后退；當后右循跡尋到軌跡線，后左循跡沒有尋到軌跡線時，車身左偏，自走車向右修正后退。

所述轉(zhuǎn)盤2的旋停定位件包括磁性件、霍爾傳感器和校準裝置，所述磁性件設(shè)于物料存貯件3處，所述霍爾傳感器設(shè)于自走車1上與轉(zhuǎn)盤2緊鄰，所述校準裝置包括設(shè)于上層板下端面的定位栓10和設(shè)于自走車1上的剪形夾12，所述剪形夾12由定位舵機驅(qū)動，當上層板的定位栓10到達剪形夾12的夾持范圍且控制模塊啟動停轉(zhuǎn)定位作業(yè)時，剪形夾12合起夾持固定定位栓10使上層板承載的物料存貯件定位于工作位處。

所述萬向球9設(shè)于相鄰的兩個物料存貯件3之間且與這兩個物料存貯件3的距離相等，所述定位栓10與萬向球9成對設(shè)置，定位栓10位于萬向球9的外側(cè)。

所述轉(zhuǎn)盤的旋停定位件的停轉(zhuǎn)定位作業(yè)的工作方法為；當轉(zhuǎn)盤2帶動物料存貯件3上的磁性件移轉(zhuǎn)至與自走車1的霍爾傳感器相對時，霍爾傳感器被觸發(fā)，控制模塊使轉(zhuǎn)盤舵機停機，轉(zhuǎn)盤2在其轉(zhuǎn)動慣量作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至定位栓到達剪形夾的夾持范圍，定位舵機驅(qū)動剪形夾12合起以夾持定位栓10，使上層板承載的物料存貯件定位于工作位處。

當機器人循地面線跡到達物料堆疊點且轉(zhuǎn)盤把盛有物料的物料存貯件移至物料釋出閥門處時，剪形夾合起夾持固定定位栓；當物料釋出閥門打開使物料存貯件內(nèi)物料經(jīng)物料釋出閥門落至堆疊點處時，剪形夾釋放定位栓，上層板以小角度左右往復(fù)擺動兩次以確保物料從物料釋出閥門落下，然后剪形夾再次合起夾持固定定位栓。

實施例1：

本例采用如圖1所示的小型搬運機器人，機器人尺寸不大于（長） 270毫米×（寬） 160毫米，輪子直徑≤100毫米。

搬運機器人的自走車底盤兩側(cè)設(shè)有兩個驅(qū)動輪，兩個驅(qū)動輪分別由兩個行走步進電機驅(qū)動，行走步進電機由控制模塊控制，自走車底盤前部和后部設(shè)置兩個萬向牛眼輪用于支撐自走車底盤前部和后部，當控制模塊使兩個驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向變化時，自走車進行轉(zhuǎn)向。

自走車前部設(shè)有機械手6，機械手6包括夾松舵機和兩個夾臂，兩個夾臂由夾松舵機驅(qū)動，夾松舵機使夾臂產(chǎn)生抓取動作以抓取物料，還使夾臂產(chǎn)生松開動作以釋放物料；機械手由升降架驅(qū)動而升降，升降架處設(shè)有升降舵機來提升或放下機械手，升降舵機為360°舵機，在升降架上部和下部設(shè)有升降限位開關(guān)來檢測機械手位置，當機械手升降至觸發(fā)升降限位開關(guān)時，升降舵機停轉(zhuǎn)使機械手停止升降運動，此360°舵機與升降限位開關(guān)形成升降閉環(huán)控制，在考慮升降慣量的情況下，升降定位誤差不超過±5mm。

當自走車運動時，升降舵機驅(qū)動機械手升至升降架上部限位開關(guān)后停止，以防止自走車運動時機械手與不相關(guān)物品產(chǎn)生碰撞，當自走車行至物料拾取點時，自走車根據(jù)地面軌跡線調(diào)整車位使物料位于機械手抓取范圍內(nèi)（例如當物料半徑為20MM，物料中軸位于軌跡線交叉點處時，自走車調(diào)整車位使機械手定位于不超出軌跡線交叉點20MM范圍內(nèi)）；升降舵機驅(qū)動機械手降至升降架下部限位開關(guān)，夾松舵機使夾臂產(chǎn)生抓取動作以抓取物料。

本例中，機器人以內(nèi)置可充電電池的為雙電池供電系統(tǒng)為各電機的動力源，電池采用次世代14.8V 3300mah20C瞬間倍率40C的航模電池，可保證機器人穩(wěn)定工作100分鐘左右，因自走車前部有升降架，所以可充電電池設(shè)于自走車后部以平衡車體；為提升機器人的續(xù)航能力，在機器人的儀表顯示上采用低功耗的OLED屏幕，OLED屏大小為0.96寸，其驅(qū)動芯片為SSD1306。

本例中，機器人的各循跡模塊內(nèi)置SEN1595-6尋線傳感器，此傳感器靈敏度高，抗干擾能力強，普通照明燈基本對其無影響；機器人自走車底部裝有高亮白色聚光LED對地面軌跡線進行照明，自走車底盤能部分遮擋外部光線以提升循跡模塊的抗雜散光干擾能力，尋線傳感器的接收管離地距離優(yōu)選為10-20mm，此尋線傳感器接收管對不同反射光的強弱對比處理，只要對白光反射強弱不同即可分辯，差值越大，分辨能力越好，其抗干擾能力強于普通紅外傳感器，可識別機器人自走車尋線比賽中常見的綠白色，黑白色，效果很好。對其它顏色灰度值相差在一定值上的也可以識別，本機器人循跡組件的長距循跡效果達到1000MM內(nèi)循跡誤差不超過循跡燈間距的13MM。

實施例2：

搬運機器人的抱桶由兩個桶片組成，其中一個桶片固定，另一個桶片可水平移動，當機器人上電后，抱桶打開，剪形夾12合起夾持固定定位栓10，使上層板固定不會因機器人行走而晃動。

搬運機器人循地面軌跡線行走，當?shù)竭_軌跡線標識的物料收集位后，機械手夾拾物料，升降架4驅(qū)動機械手，把機械手上的物料放入物料存貯件（柱形管）內(nèi)，當?shù)谝粋€物料放到轉(zhuǎn)盤后，剪形夾打開，轉(zhuǎn)盤舵機以第一個為基準，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤直至下個物料存貯件到達剪形夾處，觸發(fā)停轉(zhuǎn)定位作業(yè)，剪形夾夾住定位栓使轉(zhuǎn)盤固定，等待下一次放置物料。

本例中的物料釋出閥門8由閥門舵機控制其開合，當機器人需放置物料至外部時，閥門舵機打開物料釋出閥門8使物料可以向下釋出，當機器人的自走車正常行駛與拾取物料時，閥門舵機關(guān)閉物料釋出閥門8使物料能可靠安置于物料存貯件3內(nèi)。

當搬運機器人到達到達軌跡線標識的物料堆疊位（軌跡線交叉點）后，轉(zhuǎn)盤把盛有物料的物料存貯件3移至物料釋出閥門8處，物料釋出閥門8打開，使物料存貯件3內(nèi)物料經(jīng)物料釋出閥門8落至堆疊點處，其落下過程中受到物料釋出閥門8和固定桶片的限位使物料在物料堆疊位落點精確（如此才能實現(xiàn)多層物料堆疊，不論釋出物料的數(shù)量是兩個或三個，物料落地后其物料中軸線位置均能精確地定位于軌跡線交叉點處），轉(zhuǎn)盤重復(fù)該步驟以實現(xiàn)物料堆疊，直至堆疊點堆疊層數(shù)達到三層，堆疊定位件的桶片13合起形成環(huán)箍堆疊點的抱桶5，所述抱桶5對堆疊狀態(tài)的物料施力以矯正物料堆疊姿態(tài)。