本发明公开了一种自动换筐搬运机器人及控制方法，涉及自动装备领域。由移动小车、多筐贮放架、筐体取送机器人组成。三直角坐标机器人带动下方的两个内托叉上升，通过料筐的折口将生产作业区满料的料筐抬起并将料筐凸边放置到多筐贮放架内的托条上；三直角坐标机器人进而带动上方两个外托叉伸出，通过料筐的凸边将多筐贮放架托盘上的空料筐抬起送至生产作业区，仅利用内外托叉在单台直角坐标机器人的上下布置和料筐的上凸边、下折口结构配合，实现了一机的空筐、满筐自动更换和多筐体的自动搬运，结构与控制简便，满足了农业的水果、蔬菜及食用菌采收和工业生产中的大量筐体更换与现场转运作业需要。
1.一种自动换筐搬运机器人，其特征在于：由移动小车（3）、多筐贮放架（4）、筐体取送机器人组成；多筐贮放架（4）安装于移动小车（3）的前方，筐体取送机器人安装于移动小车（3）的后方，多筐贮放架（4）的中心线和筐体取送机器人的中心线在俯视平面内重合，多筐贮放架（4）的中心线和筐体取送机器人的中心线与车体行进方向平行；
所述筐体取送机器人包括三直角坐标机器人（8）、两个外托叉（2）和两个内托叉（1），两个外托叉（2）在两个内托叉（1）的上方，两个外托叉（2）和两个内托叉（1）沿筐体取送机器人的中心线对称，两个外托叉（2）由三直角坐标机器人（8）带动实现竖直、水平横向和水平纵向的对称移动，两个内托叉（1）由三直角坐标机器人（8）带动实现竖直、水平横向和水平纵向的对称移动；
所述多筐贮放架（4）包括框架、托盘（9）和多个托条组，托盘（9）水平安装于框架的上方，每个托条组含有两个对称固定于框架上的托条（7），托条（7）的方向与多筐贮放架（4）的中心线平行，各托条组在竖直方向均匀分布，各托条组的间距大于料筐（6）的高度H；
所述料筐（6）形状为口大底小，料筐（6）的上部具有对称的凸边（11），料筐（6）的中部具有对称的折口（10），对称的折口（10）的距离小于对称的凸边（11）的距离。
2.根据权利要求1所述的一种自动换筐搬运机器人的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，移动小车（3）向生产作业放筐位（5）移动，直至生产作业放筐位到达生产作业放筐位（5）的后方，并使多筐贮放架（4）的中心线和生产作业放筐位（5）的中心线在俯视平面内重合；
步骤二，收到换筐命令后，三直角坐标机器人（8）带动两个内托叉（1）伸出，两个内托叉（1）伸到在生产作业放筐位（5）的满料的料筐（6）的折口（10）下方；
步骤三，三直角坐标机器人（8）再带动两个内托叉（1）上升，两个内托叉（1）通过折口（10）将在生产作业放筐位（5）的满料的料筐（6）抬起；
步骤四，三直角坐标机器人（8）再带动两个内托叉（1）下降并进入多筐贮放架（4），将满料的料筐（6）的凸边（11）放置到托条（7）上，完成一次满料的料筐（6）的取放，而后两个内托叉（1）缩回；
步骤五，三直角坐标机器人（8）进而带动两个外托叉（2）伸出，两个外托叉（2）伸到托盘（9）上的最上方空的料筐（6）的凸边（11）下方，进而两个外托叉（2）托起空的料筐（6）并将空的料筐（6）送至生产作业放筐位（5）处放下，而后两个外托叉（2）缩回；
步骤六，如此往复，直至多筐贮放架（4）贮放满满料的料筐（6）；
步骤七，移动小车（3）启动，将满料的料筐（6）送至集中处理区；
步骤八，三直角坐标机器人（8）带动两个内托叉（1）伸出，两个内托叉（1）伸到托条（7）上满料的料筐（6）的折口（10）下方；
步骤九，三直角坐标机器人（8）再带动两个内托叉（1）上升，两个内托叉（1）通过折口（10）将托条（7）上满料的料筐（6）抬起并放到集中处理区，然后两个内托叉（1）缩回；
步骤十，三直角坐标机器人（8）进而带动两个外托叉（2）伸出，两个外托叉（2）伸到集中处理区的空的料筐（6）的凸边（11）下方，进而两个外托叉（2）托起空的料筐（6）并将空的料筐（6）送至托盘（9）上放下，而后两个外托叉（2）缩回；
步骤十一，如此往复，直至托盘（9）上放满空的料筐（6），再进行下一周期的料筐（6）更换和自动搬运。
一种自动换筐搬运机器人及控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及自动装备领域，特别涉及一种自动换筐搬运机器人及控制方法。
背景技术
[0002] 农业的水果、蔬菜及食用菌采收和工业生产中，均存在大量的筐体更换与现场转运作业，劳动强度大且对生产效率具有决定性影响，实现筐体更换与转运的自动化具有重要的意义。现有的各类自动搬运车辆仅解决了拣取和运输问题，而作业中频繁的满筐和空筐调换仍需人工来实现。Yawei Zhan等开发了智能果箱转运系统（Yawei Zhang, Yunxiang Ye, Zhaodong Wang, Matthew E. Taylor, Geoffrey A. Hollinger, and Qin Zhang. Intelligent In-Orchard Bin-Managing System for Tree Fruit Production. In Proceedings of the Robotics in Agriculture workshop (at ICRA), May 2015.），也仅能实现地面果箱的拣取搬运。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种自动换筐搬运机器人及控制方法，以实现一机的空筐、满筐自动更换和多筐体的自动搬运。
[0004] 为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
[0005] 一种自动换筐搬运机器人，其特征在于：由移动小车（3）、多筐贮放架（4）、筐体取送机器人组成。多筐贮放架（4）安装于移动小车（3）的前方，筐体取送机器人安装于移动小车（3）的后方，多筐贮放架（4）的中心线和筐体取送机器人的中心线在俯视平面内重合，多筐贮放架（4）的中心线和筐体取送机器人的中心线与车体行进方向平行。
[0006] 所述筐体取送机器人包括三直角坐标机器人（8）、两个外托叉（2）和两个内托叉（1），两个外托叉（2）在两个内托叉（1）的上方，两个外托叉（2）和两个内托叉（1）沿筐体取送机器人的中心线对称，两个外托叉（2）由三直角坐标机器人（8）带动实现竖直、水平横向和水平纵向的对称移动，两个内托叉（1）由三直角坐标机器人（8）带动实现竖直、水平横向和水平纵向的对称移动。
[0007] 所述多筐贮放架（4）包括框架、托盘（9）和多个托条组，托盘（9）水平安装于框架的上方，每个托条组含有两个对称固定于框架上的托条（7），托条（7）的方向与多筐贮放架（4）的中心线平行，各托条组在竖直方向均匀分布，各托条组的间距大于料筐（6）的高度H。
[0008] 所述料筐（6）的口大底小，料筐（6）的上部具有对称的凸边（11），料筐（6）的中部具有对称的折口（10），对称的折口（10）的距离小于对称的凸边（11）的距离。
[0009] 所述的自动换筐搬运机器人的控制方法，其特征在于由以下步骤构成：
[0010] 步骤一，移动小车（3）向生产作业放筐位（5）移动，直至生产作业放筐位到达生产作业放筐位（5）的后方，并使多筐贮放架（4）的中心线和生产作业放筐位（5）的中心线在俯视平面内重合；
[0011] 步骤二，收到换筐命令后，三直角坐标机器人（8）带动两个内托叉（1）伸出，两个内托叉（1）伸到在生产作业放筐位（5）的满料的料筐（6）的折口（10）下方；
[0012] 步骤三，三直角坐标机器人（8）再带动两个内托叉（1）上升，两个内托叉（1）通过折口（10）将在生产作业放筐位（5）的满料的料筐（6）抬起；
[0013] 步骤四，三直角坐标机器人（8）再带动两个内托叉（1）下降并进入多筐贮放架（4），将满料的料筐（6）的凸边（11）放置到托条（7）上，完成一次满料的料筐（6）的取放，而后内托叉（1）缩回；
[0014] 步骤五，三直角坐标机器人（8）进而带动两个外托叉（2）伸出，两个外托叉（2）伸到托盘（9）上的最上方空的料筐（6）的凸边（11）下方，进而两个外托叉（2）托起空的料筐（6）并将空的料筐（6）送至生产作业放筐位（5）处放下，而后两个外托叉（2）缩回；
[0015] 步骤六，如此往复，直至多筐贮放架（4）贮放满满料的料筐（6）；
[0016] 步骤七，移动小车（3）启动，将满料的料筐（6）送至集中处理区；
[0017] 步骤八，三直角坐标机器人（8）带动两个内托叉（1）伸出，两个内托叉（1）伸到托条（7）上满料的料筐（6）的折口（10）下方；
[0018] 步骤九，三直角坐标机器人（8）再带动两个内托叉（1）上升，两个内托叉（1）通过折口（10）将托条（7）上满料的料筐（6）抬起并放到集中处理区，然后两个内托叉（1）缩回；
[0019] 步骤十，三直角坐标机器人（8）进而带动两个外托叉（2）伸出，两个外托叉（2）伸到集中处理区的空的料筐（6）的凸边（11）下方，进而两个外托叉（2）托起空的料筐（6）并将空的料筐（6）送至托盘（9）上放下，而后两个外托叉（2）缩回；
[0020] 步骤十一，如此往复，直至托盘（9）上放满空的料筐（6），再进行下一周期的料筐（6）更换和自动搬运。
[0021] 本发明具有有益效果。本发明利用内外托叉在单台直角坐标机器人的上下布置和料筐的上凸边、下折口结构配合，实现了一机的空筐、满筐自动更换和多筐体的自动搬运，结构与控制简便，满足了农业的水果、蔬菜及食用菌采收和工业生产中的大量筐体更换与现场转运作业需要。
附图说明
[0022] 图1为自动换筐搬运的俯视示意图。
[0023] 图2为自动换筐搬运的侧视示意图。
[0024] 图3为多筐贮放架结构示意图。
[0025] 图4为托盘结构示意图。
[0026] 图中，1.内托叉，2.外托叉，3.移动小车，4. 多筐贮放架，5.生产作业放筐位，6.料筐，7.托条，8.三直角坐标机器人，9.托盘，10.折口，11.凸边
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案做过一步详细说明。
[0028] 如图1及图2所示，自动换筐搬运机器人由移动小车3、多筐贮放架4、筐体取送机器人组成。多筐贮放架4安装于移动小车3的前方，筐体取送机器人安装于移动小车3的后方，多筐贮放架4的中心线和筐体取送机器人的中心线在俯视平面内重合，多筐贮放架4的中心线和筐体取送机器人的中心线与车体行进方向平行。
[0029] 其中筐体取送机器人包括三直角坐标机器人8、两个外托叉2和两个内托叉1，两个外托叉2在两个内托叉1的上方，两个外托叉2和两个内托叉1沿筐体取送机器人的中心线对称，两个外托叉2由三直角坐标机器人9带动实现竖直、水平横向和水平纵向的对称移动，两个内托叉1由三直角坐标机器人8带动实现竖直、水平横向和水平纵向的对称移动。
[0030] 如图3所示，其中多筐贮放架4包括框架、托盘9和多个托条组，托盘9水平安装于框架的上方，每个托条组含有两个对称固定于框架上的托条7，托条7的方向与多筐贮放架4的中心线平行，各托条组在竖直方向均匀分布，各托条组的间距大于料筐6的高度H。
[0031] 如图4所示，其中料筐6的口大底小，料筐6的上部具有对称的凸边11，料筐6的中部具有对称的折口10，对称的折口10的距离小于对称的凸边11的距离。
[0032] 本发明的自动换筐搬运机器人的控制流程为：
[0033] （1）移动小车3向生产作业放筐位5移动，直至生产作业放筐位到达生产作业放筐位5的后方，并使多筐贮放架4的中心线和生产作业放筐位5的中心线在俯视平面内重合；
[0034] （2）收到换筐命令后，三直角坐标机器人8带动两个内托叉1伸出，两个内托叉1伸到在生产作业放筐位5的满料的料筐6的折口10下方；
[0035] （3）三直角坐标机器人8再带动两个内托叉1上升，两个内托叉1通过折口10将在生产作业放筐位5的满料的料筐6抬起；
[0036] （4）三直角坐标机器人8再带动两个内托叉1下降并进入多筐贮放架4，将满料的料筐6的凸边11放置到托条7上，完成一次满料的料筐6的取放，而后内托叉1缩回；
[0037] （5）三直角坐标机器人8进而带动两个外托叉2伸出，两个外托叉2伸到托盘9上的最上方空的料筐6的凸边11下方，进而两个外托叉2托起空的料筐6并将空的料筐6送至生产作业放筐位5处放下，而后两个外托叉2缩回；
[0038] （6）如此往复，直至多筐贮放架4贮放满满料的料筐6；
[0039] （7）移动小车3启动，将满料的料筐6送至集中处理区；
[0040] （8）三直角坐标机器人8带动两个内托叉1伸出，两个内托叉1伸到托条7上满料的料筐6的折口10下方；
[0041] （9）三直角坐标机器人8再带动两个内托叉1上升，两个内托叉1通过折口10将托条7上满料的料筐6抬起并放到集中处理区，然后两个内托叉1缩回；
[0042] （10）三直角坐标机器人8进而带动两个外托叉2伸出，两个外托叉2伸到集中处理区的空的料筐6的凸边11下方，进而两个外托叉2托起空的料筐6并将空的料筐6送至托盘9上放下，而后两个外托叉2缩回；
[0043] （11）如此往复，直至托盘9上放满空的料筐6，再进行下一周期的料筐6更换和自动搬运。
[0044] 步骤2中，当面向人工操作的生产作业时，料筐6装满后，由人工按动换筐键发出换筐命令；而在全自动生产作业中，则由自动计数或传感器检测来判断料筐6装满并发出换筐命令。
