CN102990664A - 一种具有变胞功能的码垛机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有变胞功能的码垛机，包括控制机构、升举机构和抓取机构。所述码垛机采用力变胞法，在工作过程中其自身的拓扑结构能根据需要自动改变。所述码垛机在进行抓取阶段任务时，其拓扑结构为抓取机构，在进行抬升阶段任务时，其拓扑结构为升举机构。本码垛机能够根据货物的不同尺寸实现变胞功能，进行码垛，电机驱动，连杆传动。本发明能够克服已有产品液压元件加工精度要求高、统码垛方式需要托盘的缺点，并且制造成本低，保养维护方便。

Description

一种具有变胞功能的码垛机

技术领域

本发明属于搬运、码垛机领域，特别是一种具有变胞功能的的码垛机。

背景技术

码垛机广泛应用于大型仓库中货物的搬运及码放，传统的码垛方式要先将货物搬放在木质或塑料质托盘上，再由叉车将托盘连同货物举起、转移、摆放在货架上，在大型仓库中，一般托盘尺寸固定，但货物尺寸不定，且不同货物尺寸相差较大，对于不同的货物，使用同一种托盘必然会造成空间的浪费，货物的托盘属于消耗品，使用过程中易损坏，加大了货物仓储的成本。

现有码垛机有液压驱动式和电机驱动式。液压式码垛机有启动较差、液压油泄漏、工作无力等现象，随着码垛机功能的增加，其液压系统越来越复杂，造成其故障的出现更具有突出性、隐蔽性。传统电机驱动式码垛机的电机安装在机械臂上，这样会导致机械手臂刚性差、惯量大，且关节误差容易累积。本码垛机采用电机驱动，电机安装在车体上，能有效克服液压式码垛机维护保养困难、漏油，以及传统电动式码垛机刚性差、惯量大、关节误差累积等各自缺点。

变胞机构是近二十年机构学领域一项新的发现。变胞机构具有多功能阶段变化特征，多拓扑结构变化特征，多自由度变化特征。此类机构能在不同的状态下改变机构自由度，从而适应不同阶段的功能要求。目前能应用于工程实际的变胞机构还很少。申请号为201110184520.9的专利中提出过一种变胞机构式码垛机器人机构，其原理是利用一个限位块来改变构件数进而实现变胞，但是这种变胞机构只能用于货物的升举阶段，对于货物的抓取，还需要额外的装置配合完成，且该机构需要两台电机配合完成输出所需要的轨迹，又会增加控制系统设计的困难程度。

力变胞是指在待消失运动副的运动方向预先施加一定量的阻止运动的力，如弹簧等，在工作阻力小于该阻止作用力时，则该运动副不产生相对运动，使得被连接的两构件没有相对运动而被固结一个构件作用；当在工作过程中产生的力大于预先设置的阻止力而使变胞构件产生运动时，该机构具有另一种特性，实现变胞机构的功能。这在欠驱动多自由度机构中得到应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够实现变胞功能的码垛机，利用力变胞的方式实现机构的变胞功能，完成货物的抓取、抬升、码放等工作，并且能有效克服液压式码垛机维护保养困难、漏油以及传统电动式码垛机刚性差、惯量大、关节误差累积等的各自缺点。

本发明通过以下技术来达到上述目的：

所述一种具有变胞功能的码垛机，包括控制机构、升举机构和抓取机构。

所述控制机构由车体、第一驱动电机、第二驱动电机、第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆组成，第一主动杆一端通过第一转动副与车体连接，第一主动杆由第一驱动电机驱动，第一驱动电机固定在车体上，第一主动杆另一端通过第一球铰与第一连杆连接，第一连杆另一端通过第二球铰连接在第二连杆上，第二主动杆通过第二转动副与车体连接，第二主动杆由第二驱动电机驱动，第二驱动电机固定在车体上，第二主动杆另一端通过第三球铰与第三连杆连接，第三连杆另一端通过第四球铰连接在第四连杆上。

所述升举机构由车体、支撑臂、弹簧、第一前臂、第二前臂、抓手架组成，支撑臂与车体固联，第一前臂一端通过第三转动副与支撑臂连接，第一前臂另一端通过第四转动副与抓手架连接，第二前臂一端通过第五转动副与支撑臂连接，第二前臂另一端通过第六转动副与抓手架连接，弹簧一端通过第七转动副连接在支撑臂上，弹簧另一端通过第八转动副连接在第一前臂上。

所述抓取机构由第二连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连杆、第十一连杆、第十二连杆、第十三连杆、第十四连杆、第十五连杆、第十六连杆、第一抓手、第二抓手、抓手架组成，第五连杆一端通过第九转动副与抓手架连接，第五连杆另一端通过第十转动副与第六连杆连接，第六连杆另一端通过第十一转动副与第一抓手连接，第七连杆一端通过第十二转动副与抓手架连接，第七连杆另一端通过第十三转动副与第六连杆连接，第八连杆一端通过第十四转动副与抓手架连接，第八连杆另一端通过第十五转动副与第九连杆连接，第九连杆另一端通过第十六转动副与第二抓手连接，第二连杆一端通过第十七转动副与抓手架连接，第二连杆另一端通过第十八转动副与第九连杆连接，第十连杆一端通过第十九转动副与第五连杆连接，第十连杆另一端通过第二十转动副与第八连杆连接，第十一连杆一端通过第二十一转动副与抓手架连接，第十一连杆另一端通过第二十二转动副与第十二连杆连接，第十二连杆另一端通过第二十三转动副与第二抓手连接，第十三连杆一端通过第十四转动副与抓手架连接，第十三连杆另一端通过第十五转动副与第十二连杆连接，第十四连杆一端通过第十六转动副与抓手架连接，第十四连杆另一端通过第十七转动副与第十五连杆连接，第十五连杆另一端通过第十八转动副与第二抓手连接，第四连杆一端通过第十九转动副与抓手架连接，第四连杆另一端通过第二十转动副与第十五连杆连接，第十六连杆一端通过第二十一转动副与第十一连杆连接，第十六连杆另一端通过第二十二转动副与第十四连杆连接。

所述码垛机变胞功能实现方法由以下步骤构成：由弹簧阻止待消失的转动副的转动来实现。弹簧在待消失的第三转动副的转动方向上施加一定量的阻止转动的力，第三转动副不产生相对转动，第一前臂、第二前臂以及抓手架保持在下极限位置，固结成一个变胞构件。码垛机工作时，第一主动杆和第二主动杆转动，推动第二连杆和第四连杆转动，使第一抓手和第二抓手沿水平直线运动，直到抓紧货物时第一抓手和第二抓手到达极限位置，此时第一抓手、第二抓手、抓手架、第二连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连杆、第十一连杆、第十二连杆、第十三连杆、第十四连杆、第十五连杆、第十六连杆固结成一个构件。第一主动杆和第二主动杆继续转动，产生的力将大于弹簧预先设置的阻止力而使变胞构件产生运动，实现力变胞功能，举起货物。

本发明的突出优点在于：

1、利用变胞的方法实现装载时所需的动作，控制简单，保养维护方便，节约能源；

2、采用外副驱动闭链传动的方式，刚性高、承载能力强、误差累积小、控制精度高；

3、驱动电机均安装在车体上，杆件能做成轻杆，运动惯量小，动力学性能好。

附图说明

图1为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第一结构示意图。

图2为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第二结构示意图。

图3为本发明所述具有变胞功能的码垛机的抓取机构第一局部示意图。

图4为本发明所述具有变胞功能的码垛机的抓取机构第二局部示意图。

图5为本发明所述具有变胞功能的码垛机的抓取机构第三局部示意图。

图6为本发明所述具有变胞功能的码垛机的抓取机构第四局部示意图。

图7为本发明所述具有变胞功能的码垛机的抓取机构第五局部示意图。

图8为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第一种变胞结构的机构简图。

图9为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第二种变胞结构的机构简图。

图10为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第一种变胞结构的拓扑图。

图11为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第二种变胞结构的拓扑图。

图12为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第一种工作状态侧视图。

图13为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第一种工作状态正视图。

图14为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第二种工作状态侧视图。

图15为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第二种工作状态正视图。

图16为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第三种工作状态侧视图。

图17为本发明所述具有变胞功能的码垛机的第三种工作状态正视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1和图2，所述控制机构由车体1、第一驱动电机6、第二驱动电机10、第一主动杆7、第二主动杆11、第一连杆8、第二连杆9、第三连杆12、第四连杆13组成，第一主动杆7一端通过第一转动副34与车体1连接，第一主动杆7由第一驱动电机6驱动，第一驱动电机6固定在车体1上，第一主动杆7另一端通过第一球铰35与第一连杆8连接，第一连杆8另一端通过第二球铰36连接在第二连杆9上，第二主动杆11通过第二转动副37与车体1连接，第二主动杆11由第二驱动电机10驱动，第二驱动电机10固定在车体1上，第二主动杆11另一端通过第三球铰38与第三连杆12连接，第三连杆12另一端通过第四球铰39连接在第四连杆13上。

对照图1和图2，所述升举机构由车体1、支撑臂2、弹簧3、第一前臂4、第二前臂5、抓手架64组成，支撑臂2与车体1固联，第一前臂4一端通过第三转动副28与支撑臂2连接，第一前臂4另一端通过第四转动副29与抓手架64连接，第二前臂5一端通过第五转动副30与支撑臂2连接，第二前臂5另一端通过第六转动副31与抓手架64连接，弹簧3一端通过第七转动副32连接在支撑臂2上，弹簧3另一端通过第八转动副33连接在第一前臂4上。

对照图3和图4，所述抓取机构由第二连杆9、第四连杆13、第五连杆14、第六连杆15、第七连杆16、第八连杆18、第九连杆19、第十连杆20、第十一连杆21、第十二连杆22、第十三连杆23、第十四连杆25、第十五连杆26、第十六连杆27、第一抓手17、第二抓手24、抓手架64组成，第五连杆14一端通过第九转动副40与抓手架64连接，第五连杆14另一端通过第十转动副41与第六连杆15连接，第六连杆15另一端通过第十一转动副42与第一抓手17连接，第七连杆16一端通过第十二转动副43与抓手架64连接，第七连杆16另一端通过第十三转动副44与第六连杆15连接，第八连杆18一端通过第十四转动副45与抓手架64连接，第八连杆18另一端通过第十五转动副46与第九连杆19连接，第九连杆19另一端通过第十六转动副47与第二抓手24连接，第二连杆9一端通过第十七转动副48与抓手架64连接，第二连杆9另一端通过第十八转动副49与第九连杆19连接，第十连杆20一端通过第十九转动副50与第五连杆14连接，第十连杆20另一端通过第二十转动副51与第八连杆18连接，第十一连杆21一端通过第二十一转动副52与抓手架64连接，第十一连杆21另一端通过第二十二转动副53与第十二连杆22连接，第十二连杆22另一端通过第二十三转动副54与第二抓手24连接，第十三连杆23一端通过第十四转动副55与抓手架64连接，第十三连杆23另一端通过第十五转动副56与第十二连杆22连接，第十四连杆25一端通过第十六转动副57与抓手架64连接，第十四连杆25另一端通过第十七转动副58与第十五连杆26连接，第十五连杆26另一端通过第十八转动副59与第二抓手24连接，第四连杆13一端通过第十九转动副60与抓手架64连接，第四连杆13另一端通过第二十转动副61与第十五连杆26连接，第十六连杆27一端通过第二十一转动副62与第十一连杆21连接，第十六连杆27另一端通过第二十二转动副63与第十四连杆25连接。

对照图2，第一前臂4与第二前臂5等长平行，构成平行四边形机构，使抓手架64在运动过程中始终保持垂直。

对照图3和图4，第五连杆14、第六连杆15、第七连杆16、第九转动副40、第十转动副41、第十二转动副43、第十三转动副44有特定的尺寸及位置关系，使第五连杆14和第七连杆16转动时，第十一转动副42的轴线的运动轨迹为一条水平的直线。

对照图3和图4，第八连杆18、第九连杆19、第二连杆9、第十四转动副45、第十五转动副46、第十七转动副48以及第十八转动副49有特定的尺寸及位置关系，使第八连杆18、第二连杆9转动时，第十六转动副47的轴线的运动轨迹为一条水平的直线。

对照图3和图4，第五连杆14、第六连杆15、第七连杆16与第八连杆18、第九连杆19、第二连杆9为重复结构，第七连杆16实为一根虚约束杆，其功能在于增加构件的刚度，使构件受力均匀。

对照图3和图4，第九转动副40、第十四转动副45的轴线距离，与第十九转动副50、第二十转动副51的轴线距离相等；第九转动副40、第十九转动副50的轴线距离，与第十四转动副45、第二十转动副51的轴线距离相等，使第五连杆14、第八连杆18、第十连杆20构成平行四边形机构，从而使第五连杆14与第八连杆18同步转动，第七连杆16与第二连杆9同步转动，第六连杆15与第九连杆19同步转动，进而使第一抓手17的运动轨迹为一条水平的直线。

对照图3和图4，第十一连杆21、第十二连杆22、第十三连杆23、第二十一转动副52、第二十二转动副53、第十四转动副55、第十五转动副56有特定的尺寸及位置关系，使第十一连杆21和第十三连杆23转动时，第二十三转动副54的轴线的运动轨迹为一条水平的直线。

对照图3和图4，第十四连杆25、第十五连杆26、第四连杆13、第十六转动副57、第十七转动副58、第十九转动副60以第二十转动副61有特定的尺寸及位置关系，使第十四连杆25、第四连杆13转动时，第十八转动副59的轴线的运动轨迹为一条水平的直线。

对照图3和图4，第十一连杆21、第十二连杆22、第十三连杆23与第十四连杆25、第十五连杆26、第四连杆13为重复结构，第十三连杆23实为一根虚约束杆，其功能在于增加构件的刚度，使构件受力均匀。

对照图3和图4，第二十一转动副52、第十六转动副57的轴线距离，与第二十一转动副62、第二十二转动副63的轴线距离相等；第二十一转动副52、第二十一转动副62的轴线距离，与第十六转动副57、第二十二转动副63的轴线距离相等，使第十一连杆21、第十四连杆25、第十六连杆27构成平行四边形机构，从而使第十一连杆21与第十四连杆25同步转动，第十三连杆23与第四连杆13同步转动，第十二连杆22与第十五连杆26同步转动，进而使第二抓手24的运动轨迹为一条水平的直线。

对照图5、图9、图10、图11和图12，码垛机工作前，弹簧3在待消失的第三转动副28的转动方向上施加一定量的阻止转动的力，第三转动副28不产生相对转动，第一前臂4、第二前臂5以及抓手架64保持在下极限位置，固结成一个变胞构件。

对照图6、图11、图12、图13和图14，码垛机工作时，第一主动杆7和第二主动杆11转动，推动第二连杆9和第四连杆13转动，使第一抓手17和第二抓手24沿水平直线运动，直到抓紧货物第一抓手17和第二抓手24到达极限位置，此时第一抓手17、第二抓手24、抓手架64、第二连杆9、第四连杆13、第五连杆14、第六连杆15、第七连杆16、第八连杆18、第九连杆19、第十连杆20、第十一连杆21、第十二连杆22、第十三连杆23、第十四连杆25、第十五连杆26、第十六连杆27固结成一个构件。

对照图6、图11、图12、图13和图14，第一主动杆7和第二主动杆11继续转动，产生的力将大于弹簧3预先设置的阻止力而使变胞构件产生运动，实现力变胞功能，举起货物。

Claims (1)

1.一种具有变胞功能的码垛机，包括控制机构、升举机构和抓取机构，其特征在于，其结构和连接方式为：

所述控制机构由车体、第一驱动电机、第二驱动电机、第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆组成，第一主动杆一端通过第一转动副与车体连接，第一主动杆由第一驱动电机驱动，第一驱动电机固定在车体上，第一主动杆另一端通过第一球铰与第一连杆连接，第一连杆另一端通过第二球铰连接在第二连杆上，第二主动杆通过第二转动副与车体连接，第二主动杆由第二驱动电机驱动，第二驱动电机固定在车体上，第二主动杆另一端通过第三球铰与第三连杆连接，第三连杆另一端通过第四球铰连接在第四连杆上，

所述升举机构由车体、支撑臂、弹簧、第一前臂、第二前臂、抓手架组成，支撑臂与车体固联，第一前臂一端通过第三转动副与支撑臂连接，第一前臂另一端通过第四转动副与抓手架连接，第二前臂一端通过第五转动副与支撑臂连接，第二前臂另一端通过第六转动副与抓手架连接，弹簧一端通过第七转动副连接在支撑臂上，弹簧另一端通过第八转动副连接在第一前臂上，

所述抓取机构由第二连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连杆、第十一连杆、第十二连杆、第十三连杆、第十四连杆、第十五连杆、第十六连杆、第一抓手、第二抓手、抓手架组成，第五连杆一端通过第九转动副与抓手架连接，第五连杆另一端通过第十转动副与第六连杆连接，第六连杆另一端通过第十一转动副与第一抓手连接，第七连杆一端通过第十二转动副与抓手架连接，第七连杆另一端通过第十三转动副与第六连杆连接，第八连杆一端通过第十四转动副与抓手架连接，第八连杆另一端通过第十五转动副与第九连杆连接，第九连杆另一端通过第十六转动副与第二抓手连接，第二连杆一端通过第十七转动副与抓手架连接，第二连杆另一端通过第十八转动副与第九连杆连接，第十连杆一端通过第十九转动副与第五连杆连接，第十连杆另一端通过第二十转动副与第八连杆连接，第十一连杆一端通过第二十一转动副与抓手架连接，第十一连杆另一端通过第二十二转动副与第十二连杆连接，第十二连杆另一端通过第二十三转动副与第二抓手连接，第十三连杆一端通过第十四转动副与抓手架连接，第十三连杆另一端通过第十五转动副与第十二连杆连接，第十四连杆一端通过第十六转动副与抓手架连接，第十四连杆另一端通过第十七转动副与第十五连杆连接，第十五连杆另一端通过第十八转动副与第二抓手连接，第四连杆一端通过第十九转动副与抓手架连接，第四连杆另一端通过第二十转动副与第十五连杆连接，第十六连杆一端通过第二十一转动副与第十一连杆连接，第十六连杆另一端通过第二十二转动副与第十四连杆连接。

Images