货架单元、货架、货物分拣系统和货物分拣方法技术领域
本发明涉及仓储技术领域，特别涉及一种货架单元、货架、货物分拣系统和货物分
拣方法。
背景技术
在仓储业，亚马逊的利用Kiva机器人分拣货物的货物分拣系统使货物分拣从传统
的人到货拣模式升级至货到人拣模式。
该货物分拣系统提供一种新型的自动化订单履行方案。通过使用数以百计的移动
机器人(Kiva机器人)、可移动的货架、工作站和复杂的控制软件，完成配送中心的拣选、包
装和输送作业。其主要设备有存储设备及搬运设备(Kiva机器人)。该货物分拣系统的存储
设备采用的是移动式塑料架(Pods)。根据存储性质的不同，该货物分拣系统中的存储设备
分为存货货架(Inventory Pods)和输送货架(Shipping Pods)两种。
存货货架类似一个具有四条腿的1米见方的方桌形，由金属材料制成。存货货架的
上平面放置托盘，托盘承载商品。Kiva机器人搬运托盘时，连同此存货货架和托盘一起顶升
并且行进。
输送货架是一个1米见方的多层搁板货架，货架下方带有四个支腿。搬运时，Kiva
机器人可以钻入输送货架下方的空间，顶升输送货架并且行进。
在实现本发明的过程中，设计人员发现，以上现有技术的货物分拣系统存在如下
不足之处：
1、机器人在搬运托盘前必须先将一个存货货架顶在其上方，缺少了这一道工序，
就无法搬运托盘。
2、运营过程中，不仅要管理托盘，还需要管理存货货架，管理成本较高。
3、若整托商品存储在高位货架上，托盘下架后必须使用专门的设备把整托商品搬
到Kiva机器人上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种货架单元、货架、货物分拣系统和货物分拣方法，旨在
实现机器人搬运托盘时，无需连同存货货架一起搬运，从而提高机器人的有效载重率。
本发明第一方面提供一种货架单元，所述货架单元包括中空且前侧敞开的主支撑
结构和支撑于所述主支撑结构上的中空且前侧敞开的托盘承载结构，所述托盘承载结构包
括用于支撑托盘的托盘承载面，所述货架单元具有中空区域和与所述中空区域连通的前侧
敞口，其中，所述前侧敞口、所述中空区域和所述托盘承载面设置为：承载有托盘的机器人
能够从所述前侧敞口进入所述中空区域，并且在所述中空区域将所述托盘放置于所述托盘
承载面上；空载的所述机器人能够在所述中空区域从所述托盘承载面上取下并承载所述托
盘，并且承载有所述托盘的所述机器人能够从所述前侧敞口驶出所述中空区域。
优选地，所述主支撑结构包括间隔设置的四个支腿，所述四个支腿包括设置于左
前方的左前支腿、设置于右前方的右前支腿、设置于左后方的左后支腿和设置于右后方的
右后支腿，所述托盘承载结构与所述四个支腿分别连接。
优选地，所述左前支腿、所述左后支腿与所述托盘承载结构形成供空载的所述机
器人通过的出入口；和/或，所述右前支腿、所述右后支腿与所述托盘承载结构形成供空载
的所述机器人通过的出入口；和/或，所述右后支腿、所述左后支腿与所述托盘承载结构形
成供空载的所述机器人通过的出入口。
优选地，所述托盘承载结构包括三根连接梁，所述三根连接梁包括连接于所述左
前支腿和左后支腿的上部的左连接梁、连接于所述右前支腿和右后支腿上部的右连接梁和
连接于所述左后支腿和右后支腿上部的后连接梁，所述托盘承载面至少包括所述左连接梁
的顶面、所述右连接梁的顶面与所述后连接梁的顶面中前两者。
优选地，所述左连接梁、所述右连接梁与所述后连接梁形成门框式梁。
优选地，所述门框式梁由整块板材切割形成。
优选地，所述货架单元还包括连接于所述主支撑结构与所述托盘承载结构之间的
辅助支撑结构。
优选地，所述辅助支撑结构包括连接于所述主支撑结构与所述托盘承载结构之间
的加强杆，所述加强杆、所述主支撑结构与所述托盘承载结构形成三角结构。
优选地，所述货架单元还包括连接部，所述连接部用于使两个以上所述货架单元
组合形成组合货架。
优选地，所述连接部包括连接孔或卡接结构。
优选地，所述连接部包括设置于所述主支撑结构上的连接孔，所述连接孔设置于
所述主支撑结构的1/3高度附近和/或2/3高度附近。
本发明第二方面提供一种货架，所述货架包括本发明第一方面中任一项所述的货
架单元。
优选地，所述货架为组合货架，所述组合货架包括两个以上所述货架单元，所述货
架单元的前侧敞口朝向所述组合货架的外侧。
优选地，所述组合货架中相邻的所述货架单元固定连接。
优选地，所述组合货架的两个以上货架单元形成一列货架单元列，其中，所述一列
货架单元列的各所述货架单元的前侧敞口的朝向相同；或者，所述一列货架单元列包括第
一货架单元组和第二货架单元组，所述第一货架单元组的各所述货架单元的前侧敞口朝向
第一方向，所述第二货架单元组的各所述货架单元的前侧敞口朝向与所述第一方向相反的
第二方向。
优选地，所述组合货架的两个以上货架单元形成并排设置的两列货架单元列，两
列所述货架单元列中第一列货架单元列的各所述货架单元的前侧敞口朝向第一方向，两列
所述货架单元列中第二列货架单元列的各所述货架单元的前侧敞口朝向与所述第一方向
相反的第二方向。
本发明第三方面提供一种货物分拣系统，包括机器人和货架，所述货架为本发明
第二方面中任一项所述的货架，其中，承载有托盘的所述机器人能够从所述货架的货架单
元的前侧敞口进入所述货架单元的中空区域，并在所述中空区域将所述托盘放置于所述货
架单元的托盘承载面上；空载的所述机器人能够在所述中空区域从所述托盘承载面上取下
并承载所述托盘，并且承载有所述托盘的所述机器人能够从所述前侧敞口驶出所述中空区
域。
本发明第四方面提供一种货物分拣方法，利用本发明第三方面所述的货物分拣统
分拣货物，所述货物分拣方法包括：承载有托盘的所述机器人从所述货架单元的前侧敞口
进入所述货架单元的中空区域，在所述中空区域将所述托盘放置于所述货架单元的托盘承
载面上；空载的所述机器人在所述中空区域将所述托盘从所述货架单元的托盘承载面上取
下并承载于所述机器人上，承载有托盘的所述机器人从所述货架单元的前侧敞口驶出所述
中空区域。
基于本发明提供的货架单元、货架、货物分拣系统和货物分拣方法，货架单元包括
中空且前侧敞开的主支撑结构和支撑于主支撑结构上的中空且前侧敞开的托盘承载结构，
托盘承载结构包括用于支撑托盘的托盘承载面，货架单元具有中空区域和与中空区域连通
的前侧敞口，其中，前侧敞口、中空区域和托盘承载面设置为：承载有托盘的机器人能够从
前侧敞口进入中空区域，并且在中空区域将托盘放置于托盘承载面上；空载的机器人能够
在中空区域从托盘承载面上取下并承载托盘，并且承载有托盘的机器人能够从前侧敞口驶
出中空区域。可见，货架单元的前侧敞口、中空区域和托盘承载面的设置使得机器人搬运托
盘及其上的货物时，无需连同存货货架一起搬运，从而能够提高机器人的有效载重率。
本发明的货架、货物分拣系统和货物分拣方法均具有本发明的货架单元具有的优
点。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其
优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发
明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的货架单元的立体结构示意图。
图2为本发明实施例的货架的立体结构示意图。
图3为图2所示的货架中沿左右方向连接的两个货架单元的连接结构示意图。
图4为图2所示的货架中四个货架单元的连接结构示意图。
图5为本发明实施例的货物分拣系统的立体结构示意图。
图6为本发明实施例的货物分拣方法中机器人向货架单元放置托盘的流程示意
图。
图7为本发明实施例的货物分拣方法中机器人从货架单元取出托盘的流程示意
图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下
对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使
用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提
下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表
达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部
分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方
法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明
书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而
不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号
和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附
图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、
“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特
征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位
之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器
件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下
方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和
“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并
且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
在以下对货架单元的描述中，所称的“前”指的是货架单元的前侧敞口所在的一
侧；“后”指的是与“前”相对的一侧，“左”和“右”指的是从前向后观察时形成的左右方向。
上、下指的是货架单元处于工作状态时的上、下方向。并且，本文描述的方向与图1的方向一
致。
如图1所示，本实施例的货架单元100包括中空且前侧敞开的主支撑结构110和支
撑于主支撑结构110上的中空且前侧敞开的托盘承载结构120。托盘承载结构120包括用于
支撑托盘的托盘承载面。货架单元100具有中空区域130和与中空区域130连通的前侧敞口
140。其中，前侧敞口140、中空区域130和托盘承载面设置为：承载有托盘的机器人300能够
从前侧敞口140进入中空区域130，并且在中空区域130将托盘放置于托盘承载面上；空载的
机器人300能够在中空区域130从托盘承载面上取下并承载托盘，并且承载有托盘的机器人
300能够从前侧敞口140驶出中空区域130。
可见，货架单元的前侧敞口140、中空区域130和托盘承载面的设置使得机器人300
搬运托盘及其上的货物时，无需连同存货货架一起搬运，从而能够提高机器人300的有效载
重率。其中有效载重率指商品重量与总载重的比值。
如图1所示，主支撑结构110包括间隔设置的四个支腿。四个支腿包括设置于左前
方的左前支腿111、设置于右前方的右前支腿112、设置于左后方的左后支腿113和设置于右
后方的右后支腿114。托盘承载结构120与四个支腿分别连接。主支撑结构110设置为四个支
腿的形式，结构简单，支撑稳定，可以减轻货架单元100的整体重量，还为在货架单元100的
左、右和后侧面提供后述的出入口150提供了便利条件。
其中，左前支腿111、左后支腿113与托盘承载结构120形成供空载的机器人300通
过的出入口150；和/或，右前支腿112、右后支腿114与托盘承载结构120形成供空载的机器
人300通过的出入口150；和/或，右后支腿114、左后支腿113与托盘承载结构120形成供空载
的机器人300通过的出入口150。该设置使得空载状态的机器人300可以更自由地进出货架
单元100的中空区域130，减少空载机器人300进出货架单元100或更换货架单元100时花费
的时间、占用的通道，从而可以提高控制灵活性、提高工作效率。
如图1所示，托盘承载结构120包括三根连接梁。三根连接梁包括连接于左前支腿
111和左后支腿113的上部的左连接梁121、连接于右前支腿112和右后支腿114上部的右连
接梁122和连接于左后支腿113和右后支腿114上部的后连接梁123。托盘承载面至少包括左
连接梁121的顶面、右连接梁122的顶面与后连接梁123的顶面中前两者。本实施例中，托盘
承载面包括左连接梁121的顶面、右连接梁122的顶面与后连接梁123的顶面。
如图1所示，左连接梁121、右连接梁122与后连接梁123形成门框式梁。该门框式梁
由整块板材切割形成。该设置使得托盘承载面平整，托盘及其上的货物可以稳定地放置于
托盘承载面上。另外，加工简单，与主支撑结构110连接方便。
优选地，货架单元100还包括连接于主支撑结构110与托盘承载结构120之间的辅
助支撑结构。
如图1所示，本实施例中，辅助支撑结构包括连接于主支撑结构110与托盘承载结
构120之间的加强杆171，加强杆171、主支撑结构110与托盘承载结构120形成三角结构。该
设置使得货架单元的整体稳定性较好，且整体重量较轻。具体地，每根支腿与对应的连接梁
之间都设置不同方向的两根加强杆171。
另外，货架单元100还包括连接部，连接部用于使两个以上货架单元组合形成组合
货架。连接部可以包括连接孔或卡接结构。
当然，连接部可以不是必需的，为了实现不同的货架单元的连接，也可以设置U型
卡子、抱箍等外部连接结构将不同的货架单元连接在一起。
本实施例中，连接部包括设置于主支撑结构110上的连接孔。设置连接孔可以采用
销或螺纹连接结构连接不同的货架单元，连接和拆卸均较为方便，连接件易获得。
如图1至图3所示，本实施例中连接孔优选地设置于主支撑结构110的1/3高度附近
和/或2/3高度附近。连接孔设置于该位置可以使由货架单元组成的货架的结构较为稳定。
如图1所示，本实施例中，连接孔包括用于将两个货架单元100从左右方向连接在
一起的第一连接孔161。第一连接孔161的方向沿货架单元100的左右方向设置。连接孔还包
括用于将两个货架单元100的后侧连接在一起的第二连接孔162。第二连接孔162的轴线沿
货架单元100的前后方向设置。
其中，四个支腿上均设有第一连接孔161。左后支腿113和右后支腿114上还设置有
第二连接孔162。
为使货架单元100坚固、轻便，主支撑结构110、托盘承载结构120和输助支撑结构
可以均采用冷轧钢制作。
本实施例的货架单元100适于单层存放一个托盘。
如图2至图5所示，本实施例还提供一种货架，货架包括前述的货架单元100。
本实施例中，货架为组合货架，组合货架包括两个以上货架单元100，货架单元100
的前侧敞口140朝向组合货架的外侧。
优选地，组合货架中相邻的货架单元100固定连接。如图2至图5所示，本实施例中，
相邻的货架单元100通过螺纹连接结构200固定连接。
本实施例中，螺纹连接结构200包括螺栓和与螺栓配合的螺母。螺栓穿过相应的连
接孔后用螺母进行连接。螺栓的长度不宜过长，防止机器人300通过出入口时与螺栓发生干
涉。为保证连接强度。螺栓和螺母的材质可以选用低碳合金钢。
在其它实施例中，也可以通过销、卡子、抱箍等将相邻的货架单元100固定连接在
一起。
在一个实施例中，组合货架的两个以上货架单元100可以形成一列货架单元列。一
列货架单元列的各货架单元100的前侧敞口140的朝向可以全部相同。或者，一列货架单元
列包括第一货架单元组和第二货架单元组，第一货架单元组的各货架单元100的前侧敞口
140朝向第一方向，第二货架单元组的各货架单元100的前侧敞口140朝向与第一方向相反
的第二方向。其中，第一货架单元组的各货架单元100可以全部相邻，也可以和第二货架单
元组的各货架单元100交叉设置。该设置使得组合货架的设置及机器人300的控制均较为灵
活。
本实施例中，如图2或图5所示，组合货架的两个以上货架单元100形成并排设置的
两列货架单元列，两列货架单元列中第一列货架单元列的各货架单元100的前侧敞口140朝
向第一方向，两列货架单元列中第二列货架单元列的各货架单元100的前侧敞口140朝向与
第一方向相反的第二方向。该设置可以更加充分地利用仓储空间；同时，两列货架单元列采
用背靠背的组合形式，使组合货架的结构更加稳定。
本实施例中优选地，第一列货架单元列与第二列货架单元列对称设置。如图2和图
5所示，第一列货架单元列中各货架单元100和第二列货架单元列中各货架单元100在垂直
于列的方向上一一对应地对齐设置。
本实施例还提供一种货物分拣系统，包括机器人300和前的货架。其中，承载有托
盘的机器人300能够从货架的货架单元100的前侧敞口140进入货架单元100的中空区域
130，并在中空区域130将托盘放置于货架单元100的托盘承载面上。空载的机器人300能够
在中空区域130从托盘承载面上取下并承载托盘，并且承载有托盘的机器人300能够从前侧
敞口140驶出中空区域130。机器人300是地面移动搬运机器人。
本发明的货物分拣系统中，货架的货架单元100作为最小单元采用框架型结构，由
四个支腿作为支撑点。货架单元100的后侧通过后连接梁123加强整个货架单元100及货架
的稳定性。左连接梁121的顶面、右连接梁122的顶面和后连接梁123的顶面形成具有三条货
架支撑带的托盘承载面，可使托盘稳定地承载于托盘承载面上。货架单元100的前侧敞口
140可以方便承载托盘的机器人300直接驶入中空区域130。位于货架单元100的左、右侧面
和后侧面的出入口150方便空载机器人300行驶换位。在货架单元100的四个支腿上，分别设
置可连接其它货架单元100的连接孔，通过螺纹连接结构200可以达到多个货架单元100组
成货架时结构稳定、排列整齐。
本发明的货物分拣系统中，货架不需要固定在地面上，可以实现在平面仓库内的
轻松布局。并且能够使在地面移动的机器人300直接搬运托盘而无需借助存货货架和专门
的取放托盘设备等其他设备。由于机器人300可以直接搬运托盘，使得机器人300与堆垛机、
托盘穿梭车等设备的衔接环节更加通畅。
本实施例还提供一种货物分拣方法。该货物分拣方法利用前述的货物分拣统分拣
货物。货物分拣方法包括：承载有托盘的机器人300从货架单元100的前侧敞口140进入货架
单元100的中空区域130，在中空区域130将托盘放置于货架单元100的托盘承载面上；空载
的机器人300在中空区域130将托盘从货架单元100的托盘承载面上取下并承载于机器人
300上，承载有托盘的机器人300从货架单元100的前侧敞口140驶出中空区域130。
如图6所示，本实施例中，机器人300将托盘放置于货架单元100的托盘承载面上的
具体过程如下：
承载有托盘的机器人300移动至货架单元100的前侧敞口140前，面向货架单元
100，准备驶入中空区域130；
机器人300举升托盘至超过托盘承载面的高度；
机器人300承载着托盘从前侧敞口140驶入货架单元100的中空区域130，到位后停
止；
机器人300在中空区域140放下托盘，将托盘置于托盘承载面上，机器人300状态变
为空载，并调整姿态准备驶出；
空载的机器人300从前侧敞口140或货架单元100的某一出入口150驶出中空区域
130。
如图7所示，本实施例中，机器人300将托盘从货架单元100的托盘承载面上取出的
具体过程如下：
空载的机器人300从货架单元100的前侧敞口140或货架单元100的某一出入口150
驶入中空区域130，到位后停止；
机器人300在中空区域140顶升托盘，使托盘高于托盘承载面的高度。
机器人300调整姿态，面向货架单元100的前侧敞口140准备驶出。
承载有托盘的机器人300从货架单元100的前侧敞口140驶出中空区域130。
机器人300调低托盘高度，调整姿态，将托盘移动至目的地。
根据以上描述可知，本发明上述实施例具有以下技术效果至少之一：
1、机器人不需要顶升存货货架一起移动，而是可以直接顶升托盘，从而提高了机
器人的有效载重率。
2、整个运营过程减少了存货货架的管理，有效降低运营成本。
3、机器人可以直接顶升托盘并进行搬运，与其他设备的接驳更加便利。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽
管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然
可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发
明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。