物流配送智能手抓及分拣系统的制作方法

本发明属于物流快递技术领域，尤其涉及一种智能制造中物流配送智能手抓及分拣系统。

背景技术：

最初的分拣系统是完全基于人力的作业系统，通过人工搜索、搬运货物来完成货物的提取。在这种系统中，书面文件的制作和查找、人工搬运等浪费了巨大的人力物力，作业效率低下，显然无法满足现代化物流配送对速度和准确性的高要求。

随着科学技术的飞速发展，分拣系统中开始运用各种各样的自动化机械设备，计算机控制技术和信息技术成为信息传递和处理的重要手段。虽然在多数的分拣系统中，某些作业环节还需要有人工的参与，但作业强度已越来越小，完全由机械完成分拣作业的自动分拣系统也应运而生。机械化、自动化、智能化成为现代分拣系统的主要特点与发展趋势。

纵观国内外分拣系统的应用情况可以发现，国外的物流配送中心倾向于采用自动化程度很高的分拣系统。而在我国，由于物流业起步晚，分拣系统中人工作业的比例也较高。

就国外进行配送业务的行业或企业来说,自动拣选系统已被广泛应用在医药行业、化妆品制造等行业，如日本资生堂、花王、大木等株式会社；自动分拣机作为自动分拣系统中的关键设备，因其每小时可达6,000-12,000箱的高分拣效率，在日本和欧洲也得到广泛应用：日本的连锁商业(如西友、日生协、高岛屋等)和宅急便(大和、西浓、佐川等)均普遍使用自动分拣机；在日本唱片中心，CD及录像带的新出版品也利用高端的机器人自动分拣机拣货。

与整个物流业的大环境相似，我国在分拣系统和技术方面相对发达国家还比较落后，人工作业的情况仍比较普遍，电子标签、RF技术等辅助拣选系统的生产和使用还不多，自动拣选系统更是寥寥无几。总的来说，我国分拣系统的应用呈现出集约化程度低、自动化系统和设备应用范围不广泛的特点。

尽管自动分拣系统有非常多的优点，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，在发达国家，物流中心、配送中心或流通中心不用自动分拣系统的情况也很普遍。其主要原因有两点：

1、一次性投资巨大，先期投入回收慢。系统的设备复杂，投资和运营成本相当高，需要可靠的货源作保证，也许只有大型生产企业或专业物流公司才有能力投资，小企业则无能为力。

2、系统对商品外包装要求高。为使大部分商品都能用机械进行自动分拣，需要采取诸如推行标准化包装、根据分拣商品统一的包装特性定制分拣机等二次措施。但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的,定制分拣机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差。

特别是第二点，不是每家企业都是从事单一产品或多种产品大批量制造，如果需要实现分拣系统就面临着针对不同产品配置不同的分拣设备，而在大形势下每一套分拣设备已经是很昂贵的投入，如果不能做到通用即柔性化，分拣设备过多成本投入太大，这更是一笔天价，从而使得智能分拣得不到普及，自动化运用无法遍地开花，因此出现分拣系统局限于汽车制造、牛奶生产、芯片、香烟等等规格形状统一的行业。

技术实现要素：

现有的物流智能自动抓取均是对单一零件或多个零件单层进行识别抓取，无论是视觉感应系统还是机器人抓手均比较单一死板且转换节拍的工作量大，柔性化不足。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：设计了整体抓取方案，能够实现多种物料任意抓取，抓手采用电动抓手，实现多物料抓取，一旁更可放置快换工装，极大增加了抓取种类，实现物料抓取的柔性化，物料可杂乱无章的摆放，在物料不自锁且抓手有任意一种姿态能抓取的条件下，无论物料如何偏转以及在三维空间的倾斜角度下均可以实现最优识别抓取，并带有防碰撞功能。

本发明公开了一种物流配送智能手抓，包括手抓组件、手抓臂、距离传感器、识别传感器、力矩调整组件；手抓组件与手抓臂连接，手抓组件具有两个夹持爪，夹持爪上设有压力传感器、力矩调整组件；距离传感器、识别传感器设置在手抓组件上。

距离传感器实时检测手抓下放的高度和手抓与被抓物体的距离；识别传感器识别被抓物体的边界。

力矩调整组件工作范围为小于等于最大力矩的1.5倍。夹持爪上设有运动组件，控制夹持爪对被抓物体的位移滑动检测。

物流配送分拣系统，包括机器人，其特征在于：机器人上安装权利要求1的智能手抓，机器人上还包括视觉感应系统；还包括物料托盘、配送工位。

上述的物流配送分拣系统还包括快换工装，对手抓进行更换，增加抓取种类，实现物料抓取的柔性化。

进一步的，智能手抓还包括电气接口，预留RS485通信接口与机器人通信；还包括机械接口，满足机器人快接速换手抓要求。

进一步地，还包括缓存架，物料托盘与配送框衔接时将物料托盘上的物料抓至缓存架。

本发明具有以下有益效果：本发明的技术方案可以应用在多种类、小批量行业，能够胜任更加繁杂的物料堆叠抓取，更具智能化、柔性化，适用面广。

操作简单，原技术需对产品进行示教，示教过程麻烦且受光线影响较大，经常出现重新示教问题，此方案只需将产品图纸导入即可，示教简单，且受工作环境影响小。

前期将所需操作的物料三维图纸导入系统中，然后将物料托盘中放置此类物料，产品任意摆放也可堆叠；视觉感应系统在系统启动过程中根据抓手外形尺寸和物料间隙自动规避抓手在抓取过程中与其他物料的碰撞可能。

当下个物料托盘过来时(物料B)，即开始第二道上位机命令，根据此物料的外形若可抓取则不需更换抓手，若需更换抓手则自动在快换工装上进行抓手更换。

当托盘内物料即将结束，而配送框还未到现场，则会将物料托盘上的物料抓至缓存架上，以撤出物料托盘，即做到机器人不停歇，保证产量。

附图说明

图1为本发明实施例的物流配送分拣系统示意图。

图2为本发明实施例的智能手抓主视图。

图3为本发明实施例的智能手抓侧视图。

图4为本发明实施例的智能手抓俯视图。

图5为本发明实施例的智能手抓立体图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明。

本实施例的基本配件介绍：

1.1物料托盘形状任意，要求不高，根据大小可调节视觉感应系统扫描次数，图示暂且以传统的定制物料托盘为例。

1.2配送工位制造，可定制也可不做要求不影响此分拣系统的作业，主要取决于配送工位需要。

1.3域安装于不影响配送的机器人任意的工作范围内即可。

1.4为160kg机器人，其大小取决于工件重量大小。

1.5视觉感应系统有二维及三维感应系统，这里以三维举例。

1.6智能手抓是一种新型的电动手抓，如图2-5所示，手抓主要功能是进行零件的抓放动作，包括手抓组件、手抓臂、距离传感器、识别传感器、力矩调整组件；手抓组件与手抓臂连接，手抓组件具有两个夹持爪，夹持爪上设有运动组件，控制夹持爪对被抓物体的位移滑动检测；压力传感器，采用合适夹紧力抓取零件；力矩调整组件，力矩调整组件工作范围为小于等于最大力矩的1.5倍。距离传感器、识别传感器设置在手抓组件上。距离传感器实时检测手抓下放的高度和手抓与被抓物体的距离；识别传感器识别被抓物体的边界。

在运用智能检测和运动控制技术后，该型手抓特有功能：

1)手抓下放过程障碍检测；

具有该功能的智能电动手抓在机器人到达需要被抓夹的零件上方后，能够判断智能手抓下方是否存在障碍物，或者物料车运输过程造成的零件位置偏移、意外掉落的物体,当发现抓夹下方有障碍物后，智能手抓自动调整手抓抓夹的开合位置，主动进行避障功能，如在抓夹开合范围内都无法避开障碍物，则通知机器人，具有此功能智能手抓可以防止手抓下放过程中的撞机风险。

在机器人带动手抓下放过程中，能够实时检测手抓下放的高度和手抓与零件的距离，防止手抓撞击物料盘、障碍物及零件。

2)零件外形识别；

在智能手抓开始夹取零件的过程中，通过传感器能够判别出手抓与被抓取零件的位置，对于摆放位置偏移抓夹中心，智能手抓在抓取过程中能够调整两个抓夹的运行速度，确保零件处于两个夹持爪之间；带手抓抓夹运行与零件距离相等后两边夹持爪同时夹紧零件，防止零件在抓取过程中被拖拽，其允许零件摆放误差不小5cm。

3)夹持力矩自适应调整功能，

在抓取不同零件过程中，可以对零件进行夹持力的智能调节，通过对被抓物体的位移滑动检测以及力反馈检测，采用合适夹紧力抓取零件，最大允许超出额定最大力矩的1.5倍完成零件抓取工作，确保被抓零件不发生意外掉落。

主要技术指标

环境适应性：

工作环境温度：-0℃～40℃；储存环境温度：-20℃～55℃；相对湿度：2℅～98℅(25℃时)；设备不适合工作在雨水直接喷淋场合。

可靠性：

MTBCF：不小于10000小时。

抓夹零件：

零件重量≤60KG，可以根据用户要求进行相应的抓夹设计，满足不同外形零件需求。

重量和外形：

智能手抓重量不超过40Kg。

外形尺寸：180*450*450mm

电气接口：

220VAC 3A

+24VDC 1A

预留RS485通信接口与机器人通信。

机械接口：

按照系统要求进行快接接口设计，满足机器人快接速换手抓要求。

物流配送分拣系统，包括机器人，其特征在于：机器人上安装权利要求1的智能手抓，机器人上还包括视觉感应系统；还包括物料托盘、配送工位。快换工装，对手抓进行更换，增加抓取种类，实现物料抓取的柔性化。还包括电气接口，预留RS485通信接口与机器人通信；机械接口，满足机器人快接速换手抓要求。还包括缓存架，物料托盘与配送框衔接时将物料托盘上的物料抓至缓存架。

本实施例的作业过程解析，见图1：

1、前期将所需操作的物料三维图纸导入系统中，然后将物料托盘中放置此类物料，产品任意摆放也可堆叠

2、视觉感应系统在系统启动过程中会先进行扫描物料、计算出可抓取的数量、工作时间、抓取位置角度等参数并根据抓手外形尺寸和物料间隙自动规避抓手在抓取过程中与其他物料的碰撞可能。

3、机器人接着进行物料抓取

4、当下个物料托盘过来时(物料B)，即开始第二道上位机命令，根据此物料的外形若可抓取则不需更换抓手，若需更换抓手则自动在快换工装上进行抓手更换。

6、当托盘内物料即将结束，而配送框还未到现场，则会将物料托盘上的物料抓至缓存架上，以撤出物料托盘，即做到机器人不停歇，保证产量。

以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。