本發(fā)明涉及物流機械設備技術領域，尤其涉及一種物流機器人系統(tǒng)及其工作方法。

背景技術：

隨著機器人技術的不斷發(fā)展，agv(automatedguidedvehicle)在制造業(yè)自動化領域和自動化倉儲物流系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。全方位移動agv可以沿任意方向平動，以任意半徑旋轉(zhuǎn)，因此非常適合工作在空間狹窄有限、對機動性要求高的場合。其中基于麥克納姆輪的全方位移動agv由于每個輪不需要轉(zhuǎn)向裝置，并以其卓越的全方位移動性能而成為一個研究的熱點。

現(xiàn)有技術中agv的導引方式有電磁導引、磁帶導引、光學導引、激光導引、慣性導引、視覺導引等，但目前的這些導引方式都存在缺陷，例如電磁導引和光學導引對環(huán)境的要求較高、激光導引和慣性導引的設備昂貴成本高、視覺導引效率低下等。

同時，目前市面上普通agv的車輪通常無懸掛結(jié)構或采用非獨立懸掛結(jié)構，不能保證車輪能有效的接觸地面，易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，而麥克納姆輪是通過4個輪子的合力控制運動的方向及速度，一旦有一個輪子脫離地面打滑，就會導致整個力的合成方向和大小，從而導致小車運動失控。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種物流機器人系統(tǒng)及其工作方法，該系統(tǒng)中的自動導引車能快速準確的自動運行到物流場所的各個工位，不受環(huán)境影響，且自動導引車的機械結(jié)構更簡單，路面適應能力更強。

本發(fā)明采用的技術方案是，設計一種物流機器人系統(tǒng)，包括：用在物流場所內(nèi)搬送貨品的自動導引車，自動導引車由車架、固定在車架頂面的置放平臺、安裝在車架底面的四個驅(qū)動輪組件、調(diào)節(jié)驅(qū)動輪組件運動狀態(tài)的控制器構成，驅(qū)動輪組件包含麥克納姆輪和驅(qū)動麥克納姆輪運動的電機。

自動導引車還連接有快速導航系統(tǒng)，快速導航系統(tǒng)包括：物流場所的地面坐標系，間隔鋪設在物流場所內(nèi)各行駛道路上的多個識別碼，讀取并解析識別碼的識別裝置，對物流場所的地面坐標系、所有行駛道路及識別碼進行記錄的地圖模塊，根據(jù)識別裝置解析后的結(jié)果以及地圖模塊向控制器發(fā)送運行指令的主控制模塊。識別裝置安裝在自動導引車上，控制器接收主控制模塊發(fā)送的運送指令，并控制電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。

其中，地圖模塊內(nèi)記錄有各識別碼的坐標及鋪設方向，識別碼包括：邊框、設置在邊框內(nèi)的方向圖標和二維碼，二維碼內(nèi)設有其所在識別碼的坐標，方向圖標內(nèi)設有其所在識別碼的鋪設方向。識別裝置包括：安裝在自動導引車底部用于獲取識別碼的攝像模塊、用于識別二維碼的二維碼解析模塊、用于識別邊框或部分邊框的邊框解析模塊、用于識別方向圖標的方向解析模塊。

優(yōu)選的，邊框與二維碼的中心為同一中心，邊框由可圍成方框的相互連接或不連接四個直角構成，方向圖標由至少一個可標識方向的字母和/或文字和/或圖案構成。

優(yōu)選的，地圖模塊連接有外部輸入裝置。

優(yōu)選的，攝像模塊包括：用于獲取識別碼的攝像頭、及將攝像頭固定在自動導引車上的支架。支架包括水平安裝板和間隔設置的兩個豎直安裝板，兩個豎直安裝板的上端面固定在水平安裝板的一端的端部，攝像頭固定于水平安裝板的另一端的端部，攝像頭的拍攝方向平行于地面。兩個豎直安裝板之間設有反射鏡，且反射鏡與地面之間具有45度夾角，反射鏡的反射面傾斜向下朝向地面，攝像頭的鏡頭與反射鏡的反射面相對。

優(yōu)選的，兩個豎直安裝板的底部設有框型發(fā)光燈，反射鏡位于框型發(fā)光燈的中空部分的上方。

優(yōu)選的，車架由水平固定支架和垂直固定在水平固定支架底面的兩個豎直固定支架構成，兩個豎直固定支架位于水平固定支架底面的中線上。驅(qū)動輪組件還包括：一端鉸接在豎直固定支架上的對頂單縱臂、傾斜連接在對頂單縱臂與水平固定支架之間的減震器，麥克納姆輪鉸接在對頂單縱臂的另一端上，電機設于對頂單縱臂的一側(cè)。四個驅(qū)動輪組件內(nèi)的對頂單縱臂相互平行，同一豎直固定支架上對稱鉸接有兩個對頂單縱臂，且該兩個對頂單縱臂在同一豎直平面內(nèi)上下擺動。

本發(fā)明還提出了一種上述物流機器人系統(tǒng)的工作方法，包括如下步驟：

步驟1、在物流場所里設置一個地面坐標系，在物流場所內(nèi)的各行駛道路上間隔鋪設多個識別碼，預設識別碼的坐標及鋪設方向，地圖模塊對地面坐標系、所有行駛道路及識別碼進行記錄；

步驟2：判斷當前自動導引車是否為啟動狀態(tài)，若是則繼續(xù)下一步驟，若否則跳轉(zhuǎn)至步驟7；

步驟3：安裝在自動導引車上的識別裝置讀取當前位置所對應的識別碼；

步驟4：依次對識別碼中的二維碼、方向圖標以及邊框進行解析，得到自動導引車的絕對坐標、確定車頭方向、當前自動導引車與邊框中心的位置差；若有位置差則根據(jù)絕對坐標和位置差調(diào)整自動導引車與邊框?qū)崿F(xiàn)對中；若無位置差則直接進入下一步驟；

步驟5：原地等待接收任務，直至收到運送指令；

步驟6：自動導引車開始運動；

步驟7：在運動過程中實時判斷自動導引車是動態(tài)定位模塊還是靜態(tài)定位模式；若為動態(tài)定位模式，則執(zhí)行步驟8，若為靜態(tài)定位模式，則執(zhí)行步11；

步驟8：獲取自動導引車相對于地面坐標系處于前進還是后退狀態(tài)，若是前進狀態(tài)，則執(zhí)行步驟9；若是后退狀態(tài)，則執(zhí)行步驟10；

步驟9：僅識別邊框的左下角和右下角，根據(jù)識別結(jié)果調(diào)整自動導引車與邊框?qū)崿F(xiàn)中線對齊；

步驟10：僅識別邊框的左上角和右上角，根據(jù)識別結(jié)果調(diào)整自動導引車與邊框?qū)崿F(xiàn)中線對齊；

步驟11：識別邊框全部，得到當前自動導引車與邊框中心的位置差，調(diào)整自動導引車與邊框?qū)崿F(xiàn)對中。

其中，在步驟3中，當無法讀取識別碼時，自動導引車調(diào)整自己的位置直至可以成功讀取二維碼為止。在步驟11之后，還包括返回至步驟5，等待下一次運送指令。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、利用識別裝置對自動導引車行駛區(qū)域內(nèi)的識別碼進行識別解析，以獲得當前自動導引車的坐標和方向等信息，不受環(huán)境影響，工作更加穩(wěn)定可靠；

2、視覺導引的路徑設置和變更非常簡單方便，路徑的使用與維護成本低；

3、識別碼內(nèi)設置有邊框，自動導引車在行駛過程中僅需要識別一個邊框的部分，縮短了定位時間，保證了小車在高速運動狀態(tài)能夠快速動態(tài)定位；

4、將前后輪鉸接在同一豎直固定支架的兩面上，構成獨創(chuàng)的縱向連桿連接設計，充分利用了小車的內(nèi)部結(jié)構，結(jié)構非常精簡；

5、四個輪子采用獨立懸掛設計，保證各個輪子都與地面充分接觸，避免了現(xiàn)有agv常見的打滑現(xiàn)象；

6、識別裝置內(nèi)的攝像頭平行于地面設置，攝像頭通過反射鏡來讀取地面上的二維碼標簽，這樣降低了相機讀取二維碼標簽的距離，從而降低了自動導引車的高度，提高了自動導引車在運動中的穩(wěn)定性以及節(jié)約空間。

附圖說明

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明進行詳細說明，其中：

圖1是本發(fā)明中自動導引車的立體示意圖；

圖2是本發(fā)明中自動導引車的橫向示意圖；

圖3是本發(fā)明中自動導引車的拆分示意圖；

圖4是本發(fā)明中識別碼的形狀示意圖；

圖5是本發(fā)明中驅(qū)動輪組件的結(jié)構示意圖；

圖6是本發(fā)明中攝像模塊的結(jié)構示意圖；

圖7是本發(fā)明中攝像模塊的支架結(jié)構示意圖；

圖8是本發(fā)明中車架的結(jié)構示意圖；

圖9是本發(fā)明的方法流程圖。

具體實施方式

如圖1、2所示，本發(fā)明提出的物流機器人系統(tǒng)，包括：自動導引車1及與自動導引車1連接的快速導航系統(tǒng)，自動導引車1一般應用在物流場所內(nèi)搬送貨品，自動導引車1在快速導航系統(tǒng)的指令引導下，快速精準的運動到指定位置。

如圖3所示，快速導航系統(tǒng)包括：識別碼2、識別裝置3、地圖模塊和主控制模塊，地圖模塊中預先設置有該物流場所的地面坐標系（x軸、y軸），使該物流場所中的每一個位置都擁有一個絕對坐標，地圖模塊還記錄有物流場所內(nèi)所有行駛道路的相關信息。然后在物流場所內(nèi)的每一條行駛道路上都間隔鋪設多個識別碼2，有一部分識別碼2的鋪設位置正好就是自動導引車1需要取放貨品的位置。識別碼2內(nèi)含有其所處位置的坐標及鋪設方向，在所有識別碼在鋪設以后，地圖模塊中記錄所有識別碼2的坐標及鋪設方向。其中，地圖模塊連接有外部輸入裝置，使用者可通過外部輸入裝置向地圖模塊輸入設定地面坐標系、行駛道路、識別碼等信息。

在較優(yōu)實施例中，如圖4所示，識別碼2包括：邊框21、設置在邊框21內(nèi)的方向圖標22和二維碼23，二維碼23內(nèi)設有其所在識別碼的坐標，方向圖標22內(nèi)設有其所在識別碼2的鋪設方向，需要注意的是，應用在同一場所內(nèi)的所有識別碼2的方向圖標22均是預設好的，可以指向同一個方向，也可以指向不同的方向，例如在該物流場所中，所有識別碼2的方向圖標22均指向y軸的正方形，而二維碼23均位于方向圖標22的下方。

圖4給出了邊框21的一個樣式，即一個黑色方形框。邊框21可以由四個不相互連接的四個直角構成，它們將圍成一個與圖4類似的方框，無論哪樣樣式的四個直角都既可以是倒角的直角也可以是未倒角的直角。圖4還給出了方向圖標22的一個實施例“robu”，其中r、b、u三個字母均可以標識出唯一個方向，因此在識別方向圖標22的時候，任意挑選其中一個即可。在其他實施例中，還可以采用可標識方向的圖案或文字構成，例如一個箭頭“↑”等。當然文字、字母和圖案還可以任何組合使用，這樣的好處在于可以借此印上相應公司的名稱或者商標，便于推廣。識別碼2的二維碼23和邊框21的中心可以為同一個中心，也可以不同中心，當然，較優(yōu)的選擇為同一個中心，具體優(yōu)勢將后續(xù)結(jié)合具體應用過程進行詳細的說明。

識別裝置3包括：攝像模塊、二維碼解析模塊、邊框解析模塊及方向解析模塊，自動導引車1運動時通過攝像模塊對識別碼2進行拍攝，再通過二維碼解析模塊、邊框解析模塊及方向解析模塊對拍攝到的識別碼進行解析，將解析結(jié)果發(fā)送至主控制模塊。主控制模塊內(nèi)預設有指定位置的坐標，接收到解析結(jié)果后根據(jù)地圖模塊及指定位置的坐標進行計算，向自動導引車發(fā)出運送指令，自動導引車根據(jù)運送指令運動。

如圖3、5所示，自動導引車1由車架11、固定在車架11頂面的置放平臺12、安裝在車架11底面的四個驅(qū)動輪組件13、調(diào)節(jié)驅(qū)動輪組件13運動狀態(tài)的控制器構成，驅(qū)動輪組件13包含麥克納姆輪131和驅(qū)動麥克納姆輪131運動的電機132，識別裝置3安裝在自動導引車1上，控制器接收主控制模塊發(fā)送的運送指令，并控制電機132轉(zhuǎn)動狀態(tài)。

如圖6、7所示，識別裝置3內(nèi)的攝像模塊包括：用于獲取識別碼的攝像頭31、及將攝像頭31固定在自動導引車1上的支架。支架包括水平安裝板32和間隔設置的兩個豎直安裝板33，兩個豎直安裝板33的上端面固定在水平安裝板32的一端的端部，攝像頭31固定于水平安裝板32的另一端的端部，攝像頭31的拍攝方向平行于地面。兩個豎直安裝板33之間設有反射鏡34，且反射鏡34與地面之間具有45°夾角，反射鏡34的反射面傾斜向下朝向地面，攝像頭31的鏡頭與反射鏡34的反射面相對。自動導引車1在運動到識別碼2上方時，攝像頭31通過反射鏡34來讀取地面上的識別碼2，再利用圖像處理技術進行特征識別來確定自動導引車1的位置，這樣降低了攝像頭31讀取識別碼2的距離，從而降低自動導引車1的離地高度，節(jié)約攝像模塊的安裝空間，提升自動導引車1在運動中的穩(wěn)定性。較優(yōu)的，兩個豎直安裝板33的底部設有框型發(fā)光燈35，反射鏡34位于框型發(fā)光燈35的中空部分的上方，發(fā)光燈的設置能保證光線不充足的情況下攝像頭31仍能拍攝到識別碼2。

如圖5、8所示，車架11由水平固定支架111和垂直固定在水平固定支架111底面的兩個豎直固定支架112構成，兩個豎直固定支架112位于水平固定支架111底面的中線上。驅(qū)動輪組件13還包括：一端鉸接在豎直固定支架112上的對頂單縱臂133、傾斜連接在對頂單縱臂133與水平固定支架111之間的減震器134，麥克納姆輪131鉸接在對頂單縱臂133的另一端上，電機132設于對頂單縱臂133的一側(cè)，電機132的輸出軸穿過對頂單縱臂133的側(cè)壁與麥克納姆輪131傳動連接，以驅(qū)使麥克納姆輪131正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。四個驅(qū)動輪組件13內(nèi)的對頂單縱臂133相互平行，同一豎直固定支架112上對稱鉸接有兩個對頂單縱臂133，且該兩個對頂單縱臂133在同一豎直平面內(nèi)上下擺動。

在較優(yōu)實施例中，如圖8所示，水平固定支架111的底面呈長方形，為了便于表述，以長方形的長邊方向為縱向、短邊方向為橫向，兩個豎直固定支架112垂直固定在水平固定支架111的底面，且該兩個豎直固定支架112位于水平固定支架111底面的橫向中線上。四個驅(qū)動輪組件13內(nèi)的對頂單縱臂133均縱向設置，同一豎直固定支架112上對稱鉸接有兩個對頂單縱臂133，并且該兩個對頂單縱臂133在同一豎直平面內(nèi)上下擺動。使用時依靠各麥克納姆輪131的方向和速度，產(chǎn)生一個合力矢量從而保證車身在最終的合力矢量的方向上能自由地移動，而不用改變輪子自身的方向，結(jié)構緊湊、運動靈活。各驅(qū)動輪組件13內(nèi)均單獨設置對頂單縱臂133和減震器134，這種獨立懸掛設計結(jié)構，使得每個輪子在行駛中與地面充分接觸，具有超強的路面適應能力，避免打滑現(xiàn)象。

如圖5、8所示，對頂單縱臂133與豎直固定支架112鉸接的具體結(jié)構是，豎直固定支架112由橫向設置的橫板1121和縱向設置的縱板1122構成，縱板1122固定在橫板1121的外端，兩個豎直固定支架內(nèi)的橫板1121連接為一體，以增加車身的結(jié)構強度，兩個橫板1121的中間設有用于安裝攝像模塊的缺口，攝像模塊固定在該缺口內(nèi)，且框型發(fā)光燈35的底面與橫板1121的底面平齊。橫板1121上縱向相對的兩面均設有鉸接耳1123，該鉸接耳1123與縱板1122平行，鉸接耳1123和縱板1122上設有位置對齊的鉸接孔。對頂單縱臂133上遠離麥克納姆輪131的一端設有鉸接座135，鉸接座135上設有橫向設置的通孔，對頂單縱臂133通過一橫穿縱板1122、鉸接座135及鉸接耳1123的銷軸鉸接在豎直固定支架112上。同一側(cè)的兩個驅(qū)動輪組件13鉸接在橫板1121的縱向相對面上，形成獨創(chuàng)的縱向連接結(jié)構，充分利用了小車的內(nèi)部空間及結(jié)構，使用的機械部件少，且行駛更穩(wěn)定可靠。

如圖9所示，本發(fā)明還提出了一種上述物流機器人系統(tǒng)的工作方法，下面進行詳細描述。

首先在物流場所里設置一個地面坐標系，在物流場所內(nèi)的各行駛道路上間隔鋪設多個識別碼，預設識別碼的坐標及鋪設方向，地圖模塊對地面坐標系、所有行駛道路及識別碼進行記錄。

在具體導航自動自動導引車時，先判斷當前自動導引車是否為啟動狀態(tài)。

若是啟動狀態(tài)，則安裝在自動導引車上的識別裝置讀取當前位置所對應的識別碼，這個步驟當中，可能因為一些原因?qū)е伦詣訉б嚨奈恢貌⒎钦脤χR別碼，這樣攝像頭可能拍不到識別碼，因此，我們根據(jù)識別裝置是否可以成功解析二維碼來進行區(qū)分，若是識別裝置無法成功解析二維碼，說明位置偏離較遠，需要調(diào)整自動導引車前后左右移動來尋找當前最近的一個識別碼，直至找到這個最近的識別碼為止，也就是說可以成功解析二維碼，攝像頭可以拍到。因此，攝像模塊獲取到識別碼之后，解析的順序依次為二維碼、方向圖標、方框。

當二維碼的中心和方框的中心不重合時，這里可能會出現(xiàn)一種情況，就是可以成功解析二維碼，但是很可能攝像頭無法拍到方框的全部，在識別二維碼之后，識別完方向圖標，會發(fā)現(xiàn)方框無法完整識別，此時，還需要調(diào)整自動導引車，直到方框最后可以完整識別。而方框的中心和二維碼中心重合時，將大大減少這種幾率，而且即便發(fā)生上述情況，由于獲取了方框的部分信息，以及直到了方框的中心位置，也可以進行下一步工作。

上述掃描二維碼進行解析可以得到自動導引車所在場所的絕對坐標（x，y），然后識別方向圖標可以確定當前車頭的方向，識別方框可以知道當前自動導引車與識別碼中心的位置差，若是存在位置差，則需要根據(jù)絕對坐標和位置差調(diào)整自動導引車與邊框?qū)崿F(xiàn)對中（正好與邊框前后左右對齊）。

實現(xiàn)了對中以后，則原地等待接收任務，直至收到運送指令，例如，去坐標為（x’、y’）的該點取貨。

自動導引車根據(jù)運送指令開始運動，在運動過程中需要實時判斷自動導引車是動態(tài)定位模式還是靜態(tài)定位模式。

若為動態(tài)定位模式，說明當前自動導引車處于運動狀態(tài)，從主控制模塊發(fā)出的運送指令中獲取自動導引車接下來是相對于車頭處于前進狀態(tài)還是后退狀態(tài)，若是前進狀態(tài)，僅識別邊框的左下角和右下角，根據(jù)識別結(jié)果調(diào)整自動導引車與邊框?qū)崿F(xiàn)中線對齊，即走到行駛道路的中心，沒有偏離。若是后退狀態(tài)，僅識別邊框的左上角和右上角，根據(jù)識別結(jié)果調(diào)整自動導引車與邊框?qū)崿F(xiàn)中線對齊。需要強調(diào)的是，本發(fā)明的根據(jù)識別結(jié)果調(diào)整自動導引車中線對齊在一個較優(yōu)實施例中，并非是立即執(zhí)行完全對齊，識別結(jié)果給出一個偏移量，控制模塊在后續(xù)的行駛過程中慢慢地多次進行偏移補償，逐步實現(xiàn)中線對齊，該較優(yōu)實施例比立即執(zhí)行完全對齊的實施例來說，不會影響自動導引車的行駛速度，縱觀自動導引車的整個行駛路程，保證它基本沿著行駛路線的中線運行，提高了運送效率。

可以看出，在自動導引車運行的過程當中，本發(fā)明所解析的內(nèi)容相當?shù)纳伲虼怂俣确浅？臁８鶕?jù)多次試驗對比數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在相同的cpu計算資源下，現(xiàn)有技術中的掃描二維碼的方式需要耗時至少50毫秒才能解析一個二維碼，而本發(fā)明僅耗時16毫秒，由于識別速度的加快，自動導引車的行駛速度可以達到2米/秒，既快速又精確，可以充分滿足快速物流的要求。

若為靜態(tài)模式，說明自動導引車已經(jīng)運動到目標位置（x’、y’）附近且已停止，需要準確停在該點進行取貨，由于已經(jīng)得知了目標坐標位置（x’、y’），所以不需要再掃描二維碼，只需要識別邊框全部，得到當前自動導引車與邊框中心的位置差，調(diào)整自動導引車與邊框?qū)崿F(xiàn)對中，即正好停在了目標位置處。

完成了一次運送以后，根據(jù)情況可以結(jié)束，也可以繼續(xù)原地等待下一次運送指令。

本發(fā)明使用的識別碼中，二維碼僅起到在靜態(tài)時定位的作用，確定偏移量及方向的工作都由邊框及方向圖標完成，大大提高了攝像頭定位的速度，有利于在高速運動狀態(tài)下對小車位置進行定位及糾偏。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。