机械手、具有该机械手的仓储机器人及仓储系统的制作方法

本发明涉及仓储技术领域，尤其涉及一种机械手、具有该机械手的仓储机器人及仓储系统。

背景技术：

智能仓储是物流过程的一个环节，智能仓储的应用，保证了货品仓库管理各个环节数据输入的速度和准确性，确保企业及时准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制企业库存。通过科学的编码，还可方便地对库存货品的批次、保质期等进行管理。

目前，智能仓储是在仓库内设置多个货架，货架上放置有周转箱，货品放在周转箱内，仓储机器人根据无线指令的订单将货品所在周转箱从对应货架上取下，搬运至员工处理区，工作人员在员工处理区挑拣、扫描商品。现有仓储机器人上的机械手一般采用直接拖拉周转箱的方式实现周转箱的搬运，周转箱在拖拉的过程中与货架、仓储机器人储货装置存在摩擦阻力，容易造成货架、仓储机器人不稳定，使得货架、仓储机器人机身只能建的比较矮；还有的机械手采用将机械手伸入周转箱下方然后向上托起的方式搬运周转箱，这种方式需要货架在每个储货位的下方都预留供机械手插入的空间，这样就会减少货架的利用率。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种机械手、具有该机械手的仓储机器人及仓储系统，其能够在搬运周转箱过程中避免周转箱与货架、仓储机器人储货装置产生摩擦阻力，保证货架、仓储机器人稳定，且货架的储货位下方无需预留供机械手插入的空间，提高货架的利用率。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的机械手，包括左右对称设置的抓取机构，所述抓取机构包括货叉以及用于驱动货叉左右移动的第一驱动机构，所述货叉包括卡爪以及可带动卡爪前后移动的移动机构。

在本方案中，机械手抓取周转箱时，先将左右两个卡爪移动到周转箱左右两侧，然后将两个卡爪相互靠近卡在周转箱两侧的凹槽内，接着通过升降设备带动机械手上升将周转箱托起，使周转箱不与货架或仓储机器人上的储货装置接触，之后将周转箱放到储货装置或货架上。

在搬运周转箱过程中，周转箱与货架、仓储机器人储货装置不接触，保证货架、仓储机器人稳定，由于机械手的卡爪从周转箱两侧抓取周转箱，货架的储货位下方无需预留供机械手插入的空间，提高货架的利用率。

作为优选，所述移动机构包括从外至内依次设置的第一横板、第二横板、第三横板和第四横板，所述第一横板上设有与第二横板匹配的第一导轨，所述第二横板可沿第一导轨滑动，所述第二横板上设有与第三横板匹配的第二导轨，所述第三横板可沿第二导轨滑动，所述第三横板上设有与第四横板匹配的第三导轨，所述第四横板可沿第三导轨滑动，所述第二横板朝向第一横板的一面设有沿前后走向的第一齿条，所述第一横板上设有与第一齿条啮合的第一齿轮以及驱动第一齿轮转动的驱动模块，所述移动机构还包括第一同步带、第二同步带、第三同步带、第四同步带，所述第二横板后端设有第一同步带轮，所述第二横板前端设有第二同步带轮，所述第一同步带一端与第一横板前端固定连接，所述第一同步带绕过第一同步带轮，所述第一同步带另一端与第三横板前端固定连接，所述第二同步带一端与第一横板后端固定连接，所述第二同步带绕过第二同步带轮，所述第二同步带另一端与第三横板后端固定连接，所述第三横板后端设有第三同步带轮，所述第三横板前端设有第四同步带轮，所述第三同步带一端与第二横板前端固定连接，所述第三同步带绕过第三同步带轮，所述第三同步带另一端与第四横板前端固定连接，所述第四同步带一端与第二横板后端固定连接，所述第四同步带绕过第四同步带轮，所述第四同步带另一端与第四横板后端固定连接，所述卡爪设置在第四横板内侧。

驱动模块驱动第一齿轮转动，第一齿轮带动第一齿条前后水平移动，第一齿条带动第二横板前后水平移动，第二横板通过第一同步带、第二同步带带动第三横板同步前后水平移动，第三横板通过第三同步带、第四同步带带动第四横板同步前后水平移动，从而实现第二横板、第三横板、第四横板三级联动。

由于第二横板、第三横板、第四横板三级联动伸出/缩回，从而使卡爪能够伸到机械手前方货架的储货位处抓取该储货位上的周转箱，也能够伸到前方货架后侧紧贴其的货架的储货位处抓取该储货位上的周转箱，即机械手能够隔着一个货架抓取该货架后侧紧贴其的货架上的周转箱。

这样的话，在仓储区域可以将4排货架相互紧贴对齐放置作为一个货架组，相邻货架组之间留有供仓储机器人通行的过道。仓储机器人要抓取货架组中内侧货架上的目标周转箱时，只需要先将与其紧贴的外侧货架上对应储货位上的周转箱取下放到仓储机器人上，然后机械手穿过对应储货位抓取目标周转箱，将目标周转箱放到仓储机器人上，再把之前取下的外侧货架上的周转箱放回原位即可。

由于现有的机械手都只能抓取面前货架上的周转箱而不能隔着一个货架抓取后侧货架上的周转箱，所以目前仓储区域都是将两排货架相互紧贴放置的，本方案的机械手的结构能够在仓储区域实现4排货架相互紧贴对齐放置，大大提高了仓储区域的利用率。

作为优选，所述卡爪包括若干个水平设置的第一承重板，所述第一承重板顶面设有向上凸起的限位条。

周转箱左右两侧与第一承重板对应位置设有供第一承重板插入的凹槽，凹槽顶部设有与限位条匹配的限位槽。

机械手抓取周转箱时，先将左右两个卡爪移动到周转箱左右两侧，然后将两个卡爪相互靠近直至第一承重板插入周转箱两侧对应的凹槽内，接着通过升降设备带动机械手向上移动一段距离，使得第一承重板上的限位条插入对应凹槽顶部的限位槽，同时第一承重板将周转箱向上托起使周转箱与货架不接触，完成周转箱的抓取。

第一承重板上的限位条插入周转箱上对应限位槽的目的是：当机械手在抓取周转箱后出现故障异常时，两个货叉会相互远离，而由于第一承重板上的限位条插入周转箱上对应限位槽，货叉相互远离会受阻，周转箱不会掉落，而如果没有这样设置，在机械手出现故障异常时，周转箱会掉落。

作为优选，所述卡爪包括若干个水平设置的第二承重板。周转箱左右两侧与第二承重板对应位置设有供第二承重板插入的凹槽，第二承重板用于托起周转箱。第一承重板为两个，第二承重板位于两个第一承重板之间。

作为优选，所述机械手还包括设置在前后两侧的识别机构，所述识别机构包括第一摄像头和测距传感器。

识别机构位于货叉下方。取货时，第一摄像头用于识别货架上的周转箱上的二维码，从而能够确定机械手与周转箱的位置关系以及确认是否是需要抓取的周转箱，第一摄像头对准周转箱上的二维码后，测距传感器检测周转箱与机械手之间的距离，便于精确控制机械手伸出取下周转箱。

本发明的仓储机器人，包括上述的机械手。

本发明的仓储系统，包括上述的仓储机器人，还包括位于仓储区域内的多个并排设置的货架组，相邻货架组之间留有供仓储机器人通行的过道，所述货架组包括n个并排设置的货架，所述n为3或4，所述n个货架相互紧贴并对齐，所述货架上设有多个用于放置周转箱的储货位，所述货架组中的n个货架上位置对应的储货位前后相互连通，所述仓储机器人还包括可放置多个周转箱的储货装置。

在本方案中，在仓储区域可以将3或4排货架相互紧贴对齐放置作为一个货架组，相邻货架组之间留有供仓储机器人通行的过道。当仓储机器人要抓取货架组中内侧货架上的目标周转箱时，先将与该内侧货架紧贴的外侧货架上位于目标周转箱正前方的储货位上的周转箱取下放到仓储机器人上，然后机械手穿过该储货位抓取目标周转箱，将目标周转箱放到仓储机器人上，再把之前取下的外侧货架上的周转箱放回原位。同理，当仓储机器人要将目标周转箱放到货架组中内侧货架上的目标储货位时，先将与该内侧货架紧贴的外侧货架上位于目标储货位正前方的储货位上的周转箱取下放到仓储机器人上，然后机械手将目标周转箱放入目标储货位，再把之前取下的外侧货架上的周转箱放回原位。

目前仓储区域都是将两排货架相互紧贴放置的，而本方案的仓储系统在仓储区域将3或4排货架相互紧贴对齐放置作为一个货架组，大大提高了仓储区域的利用率。

作为优选，所述移动机构可带动卡爪伸出的最大长度≥两个周转箱的长度。移动机构可带动卡爪从过道伸出到货架组中与该过道相邻的最外侧货架上的储货位处以及与该最外侧货架紧贴的内侧货架上的储货位处。

作为优选，所述储货装置包括多个从上至下并排设置的放货机构，所述放货机构包括托板以及用于驱动托板左右移动的第二驱动机构。

托板用于存放周转箱，第二驱动机构可带动托板左右移动。当机械手需要将某个托板上的周转箱取出时，该托板上方的托板都移开使得该托板上方无遮挡，机械手将该托板上的周转箱取出，然后之前移开的托板都回到原位。同理，当机械手需要将周转箱放置到某个托板上时，该托板上方的托板都移开使得该托板上方无遮挡，等机械手放完周转箱后，之前移开的托板都回到原位。

当机械手需要从货架上较低位置取周转箱或要将周转箱放到货架上较低位置时，将相应的托板移开使得机械手取货或放货不会受到托板的阻碍，之后移开的托板都回到原位。仓储机器人通过对各个托板的独立移动控制，使得机械手在工作的时候，可以通过控制相应托板移动不阻碍机械手工作。

作为优选，所述仓储机器人还包括移动底盘，所述移动底盘上设有架体，所述储货装置、机械手都设置在架体上，所述架体上还设有可带动机械手竖直升降的升降机构，所述机械手位于储货装置上方，所述移动底盘底部设有第二摄像头。

仓储机器人通过升降机构带动机械手升降，机械手用于将储货装置上的周转箱取下放到仓储区域的货架上，或者将仓储区域的货架上的周转箱取下放到储货装置上。

第二摄像头用于识别仓储区域地面上的导向线或导航二维码，帮助仓储机器人定位，配合移动底盘，实现在仓储区域自由移动。

移动底盘包括底盘，底盘底部设有两个行走模块，行走模块包括驱动轮以及驱动驱动轮转动的行走电机，底盘底面四角还设有万向轮。通过行走电机驱动驱动轮运动，从而控制移动底盘在地面上自由移动。

储货装置、机械手、升降机构都位于移动底盘的上方空间，减小了仓储机器人在移动过程中占用的空间，使得仓储区域可以更密集的存放更多的货架，提高了仓储区域的空间利用率。

作为优选，所述移动底盘的左右两侧都设有避障传感器。

本发明的有益效果是：(1)能够在搬运周转箱过程中避免周转箱与货架、仓储机器人储货装置产生摩擦阻力，保证货架、仓储机器人稳定，从而使得货架、仓储机器人机身可以建的更高，且货架的储货位下方无需预留供机械手插入的空间，提高了货架的利用率。(2)机械手通过设置与周转箱两侧限位槽配合的第一承重板，避免机械手故障异常时周转箱掉落。(3)在仓储区域将3或4排货架相互紧贴对齐放置作为一个货架组，大大提高了仓储区域的利用率。

附图说明

图1是机械手的俯视图；

图2是机械手的前视图；

图3是机械手的仰视图；

图4是货叉的结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是图4的后视图；

图7是仓储机器人的结构示意图；

图8是仓储机器人的前视图；

图9是移动底盘的结构示意图；

图10是周转箱的结构示意图；

图11是仓储机器人工作状态的示意图。

图中：1、货叉，2、第一承重板，3、限位条，4、第一横板，5、第二横板，6、第三横板，7、第四横板，8、第一齿条，9、第一齿轮，10、驱动模块，11、第一同步带，12、第二同步带，13、第三同步带，14、第四同步带，15、第一同步带轮，16、第二同步带轮，17、第三同步带轮，18、第四同步带轮，19、第二承重板，20、第一摄像头，21、测距传感器，22、机械手，23、货架，24、托板，25、移动底盘，26、架体，27、升降机构，28、第二摄像头，29、避障传感器，30、周转箱，31、凹槽，32、限位槽，33、驱动电机，34、第二齿轮，35、第二齿条，36、第四导轨，37、滑块，38、底盘，39、驱动轮，40、行走电机，41、万向轮。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本实施例的机械手，如图1、图2、图3、图4、图5、图6，包括左右对称设置的抓取机构，抓取机构包括货叉1以及用于驱动货叉1左右移动的第一驱动机构，货叉1包括卡爪以及可带动卡爪前后移动的移动机构，移动机构包括从外至内依次设置的第一横板4、第二横板5、第三横板6和第四横板7，第一横板4上设有与第二横板5匹配的第一导轨，第二横板5可沿第一导轨滑动，第二横板5上设有与第三横板6匹配的第二导轨，第三横板6可沿第二导轨滑动，第三横板6上设有与第四横板7匹配的第三导轨，第四横板7可沿第三导轨滑动，第二横板5朝向第一横板4的一面设有沿前后走向的第一齿条8，第一横板4上设有与第一齿条8啮合的第一齿轮9以及驱动第一齿轮9转动的驱动模块10，移动机构还包括第一同步带11、第二同步带12、第三同步带13、第四同步带14，第二横板5后端设有第一同步带轮15，第二横板5前端设有第二同步带轮16，第一同步带11一端与第一横板4前端固定连接，第一同步带11绕过第一同步带轮15，第一同步带11另一端与第三横板6前端固定连接，第二同步带12一端与第一横板4后端固定连接，第二同步带12绕过第二同步带轮16，第二同步带12另一端与第三横板6后端固定连接，第三横板6后端设有第三同步带轮17，第三横板6前端设有第四同步带轮18，第三同步带13一端与第二横板5前端固定连接，第三同步带13绕过第三同步带轮17，第三同步带13另一端与第四横板7前端固定连接，第四同步带14一端与第二横板5后端固定连接，第四同步带14绕过第四同步带轮18，第四同步带14另一端与第四横板7后端固定连接，卡爪包括设置在第四横板7内侧的两个第一承重板2和三个第二承重板19，第一承重板2、第二承重板19都水平设置，三个第二承重板19位于两个第一承重板2之间，第一承重板2顶面设有向上凸起的限位条3，周转箱30左右侧面都设有五个位置与第一承重板2、第二承重板19一一对应的凹槽31，其中与第一承重板2对应的凹槽31顶部设有与限位条3匹配的限位槽32。

在本方案中，机械手抓取周转箱时，先将左右两个卡爪移动到周转箱左右两侧，然后将两个卡爪相互靠近直至第一承重板、第二承重板插入周转箱两侧对应的凹槽内，接着通过升降设备带动机械手向上移动一段距离，使得第一承重板上的限位条插入对应凹槽顶部的限位槽，同时第一承重板、第二承重板将周转箱向上托起使周转箱与货架不接触，完成周转箱的抓取。

第一承重板上的限位条插入周转箱上对应限位槽的目的是：当机械手在抓取周转箱后出现故障异常时，两个货叉会相互远离，而由于第一承重板上的限位条插入周转箱上对应限位槽，货叉相互远离会受阻，周转箱不会掉落，而如果没有这样设置，在机械手出现故障异常时，周转箱会掉落。

驱动模块驱动第一齿轮转动，第一齿轮带动第一齿条前后水平移动，第一齿条带动第二横板前后水平移动，第二横板通过第一同步带、第二同步带带动第三横板同步前后水平移动，第三横板通过第三同步带、第四同步带带动第四横板同步前后水平移动，从而实现第二横板、第三横板、第四横板三级联动。

由于第二横板、第三横板、第四横板三级联动伸出/缩回，从而使卡爪能够伸到机械手前方货架的储货位处抓取该储货位上的周转箱，也能够伸到前方货架后侧紧贴其的货架的储货位处抓取该储货位上的周转箱，即机械手能够隔着一个货架抓取该货架后侧紧贴其的货架上的周转箱。

这样的话，在仓储区域可以将4排货架相互紧贴对齐放置作为一个货架组，相邻货架组之间留有供仓储机器人通行的过道。仓储机器人要抓取货架组中内侧货架上的目标周转箱时，只需要先将与其紧贴的外侧货架上对应储货位上的周转箱取下放到仓储机器人上，然后机械手穿过对应储货位抓取目标周转箱，将目标周转箱放到仓储机器人上，再把之前取下的外侧货架上的周转箱放回原位即可。

由于现有的机械手都只能抓取面前货架上的周转箱而不能隔着一个货架抓取后侧货架上的周转箱，所以目前仓储区域都是将两排货架相互紧贴放置的，本方案的机械手的结构能够在仓储区域实现4排货架相互紧贴对齐放置，大大提高了仓储区域的利用率。

机械手还包括设置在前后两侧的识别机构，识别机构包括第一摄像头20和测距传感器21。

识别机构位于货叉下方。取货时，第一摄像头用于识别货架上的周转箱上的二维码，从而能够确定机械手与周转箱的位置关系以及确认是否是需要抓取的周转箱，第一摄像头对准周转箱上的二维码后，测距传感器检测周转箱与机械手之间的距离，便于精确控制机械手伸出取下周转箱。

第一驱动机构包括驱动电机33、第二齿轮34、第二齿条35以及对称设置在货叉1前后两侧的第四导轨，第四导轨36沿左右走向设置，第四导轨36上设有可沿第四导轨36滑动的滑块37，滑块37与货叉1固定连接，第二齿条35与货叉1固定连接，第二齿条35与第四导轨36相互平行，第二齿轮34与第二齿条35啮合，驱动电机33用于驱动第二齿轮34转动。

驱动电机驱动第二齿轮转动，第二齿轮驱动第二齿条左右水平移动，第二齿条带动货叉左右水平移动。

本实施例的仓储机器人，如图7所示，包括上述的机械手22。

本实施例的仓储系统，如图7、图8、图9、图10、图11所示，包括上述的仓储机器人，还包括位于仓储区域内的多个并排设置的货架组，相邻货架组之间留有供仓储机器人通行的过道，货架组包括n个并排设置的货架23，n为3或4，n个货架相互紧贴并对齐，货架23上设有多个用于放置周转箱30的储货位，货架组中的n个货架23上位置对应的储货位前后相互连通，移动机构可带动卡爪伸出的最大长度≥两个周转箱30的长度。

仓储机器人还包括移动底盘25和可放置多个周转箱30的储货装置，移动底盘25上设有架体26，储货装置、机械手22都设置在架体26上，架体26上还设有可带动机械手22竖直升降的升降机构27，机械手22位于储货装置上方，移动底盘25底部设有第二摄像头28，移动底盘25的左右两侧都设有避障传感器29，储货装置包括多个从上至下并排设置的放货机构，放货机构包括托板24以及用于驱动托板24左右移动的第二驱动机构。

在本方案中，移动机构可带动卡爪从过道伸出到货架组中与该过道相邻的最外侧货架上的储货位处以及与该最外侧货架紧贴的内侧货架上的储货位处。

托板用于存放周转箱，第二驱动机构可带动托板左右移动。当机械手需要将某个托板上的周转箱取出时，该托板上方的托板都移开使得该托板上方无遮挡，机械手将该托板上的周转箱取出，然后之前移开的托板都回到原位。同理，当机械手需要将周转箱放置到某个托板上时，该托板上方的托板都移开使得该托板上方无遮挡，等机械手放完周转箱后，之前移开的托板都回到原位。

当机械手需要从货架上较低位置取周转箱或要将周转箱放到货架上较低位置时，将相应的托板移开使得机械手取货或放货不会受到托板的阻碍，之后移开的托板都回到原位。仓储机器人通过对各个托板的独立移动控制，使得机械手在工作的时候，可以通过控制相应托板移动不阻碍机械手工作。

仓储机器人通过升降机构带动机械手升降，机械手用于将储货装置上的周转箱取下放到仓储区域的货架上，或者将仓储区域的货架上的周转箱取下放到储货装置上。

第二摄像头用于识别仓储区域地面上的导向线或导航二维码，帮助仓储机器人定位，配合移动底盘，实现在仓储区域自由移动。

在仓储区域可以将3或4排货架相互紧贴对齐放置作为一个货架组，相邻货架组之间留有供仓储机器人通行的过道。当仓储机器人要抓取货架组中内侧货架上的目标周转箱时，先将与该内侧货架紧贴的外侧货架上位于目标周转箱正前方的储货位上的周转箱取下放到一个空闲托板上，然后机械手穿过该储货位抓取目标周转箱，将目标周转箱放到另一个空闲托板上，再把之前取下的外侧货架上的周转箱放回原位。同理，当仓储机器人要将目标周转箱放到货架组中内侧货架上的目标储货位时，先将与该内侧货架紧贴的外侧货架上位于目标储货位正前方的储货位上的周转箱取下放到一个空闲托板上，然后机械手将目标周转箱放入目标储货位，再把之前取下的外侧货架上的周转箱放回原位。

如图11所示，仓储区域将4排货架相互紧贴对齐放置作为一个货架组，仓储机器人可抓取货架组中内侧货架储货位上的周转箱。

目前仓储区域都是将两排货架相互紧贴放置的，而本方案的仓储系统在仓储区域将3或4排货架相互紧贴对齐放置作为一个货架组，大大提高了仓储区域的利用率。

移动底盘上还设有控制器和无线通信模块，控制器分别与移动底盘、机械手、升降机构、第二摄像头、避障传感器、第二驱动机构、无线通信模块电连接。控制器用于控制整个仓储机器人工作，无线通信模块用于接收管理中心发送的无线指令。

移动底盘包括底盘38，底盘38底部设有两个行走模块，行走模块包括驱动轮39以及驱动驱动轮39转动的行走电机40，底盘38底面四角还设有万向轮41。通过行走电机驱动驱动轮运动，从而控制移动底盘在地面上自由移动。

储货装置、机械手、升降机构都位于移动底盘的上方空间，减小了仓储机器人在移动过程中占用的空间，使得仓储区域可以更密集的存放更多的货架，提高了仓储区域的空间利用率。