CN107434226A - 搬运机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种搬运机器人，包括车体、托盘、驱动托盘相对于车体升降以及旋转的升降旋转单元；升降旋转单元包括升降套筒、驱动装置、与车体转动配合的内套筒、以及制动单元，升降套筒相对于内套筒周向固定且轴向滑动配合，驱动装置包括原动件、由原动件驱动的升降套筒驱动组件、以及内套筒驱动组件；制动单元可在使内套筒相对于车体固定的工作状态以及随动自由状态之间切换。本发明的搬运机器人的升降旋转单元可带动托盘相对于车体单向无限旋转，且可旋转任意角度，搬运机器人执行任务时可无限制动作，搬运机器人自身无需单独调整动作，提高搬运效率；且本发明的搬运机器人的升降旋转单元结构可靠稳固，可承受大负载。

Description

搬运机器人
技术领域
本发明涉及智能仓储物流领域，特别是涉及一种搬运机器人。
背景技术
随着电子商务的爆炸性增长，电商的仓储分拣工作量也大幅增加，目前，很多电商仓库中都配备了搬运机器人以实现仓库的自动化无人化搬运物品，从而降低人工成本，缩短出库时间，提高仓储分拣效率。
当前市面上出现的几种搬运机器人的总体动作流程大致相当，但实现形式差别较大，搬运机器人的核心是升降旋转单元，可以顶升货架并在搬运机器人原地转向时反向补偿使货架相对于地面保持不动；当前的搬运机器人的升降旋转单元主要具有旋转角度固定且无法连续单向回转等缺点，仓储机器人每单向旋转一定角度需要在空载情况下原地回转回来以继续进行任务，影响总体效率。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种升降旋转单元可连续单向转动且转动角度不受限制的搬运机器人。
技术方案：为实现上述目的，本发明的搬运机器人包括车体、托盘、驱动所述托盘相对于所述车体升降以及旋转的升降旋转单元；所述升降旋转单元包括升降套筒、驱动装置、与所述车体转动配合的内套筒、以及制动单元，所述升降套筒相对于所述内套筒周向固定且轴向滑动配合，所述驱动装置包括原动件、由原动件驱动的升降套筒驱动组件、以及可选地在随动自由状态以及由原动件驱动运动的工作状态两种状态间切换的内套筒驱动组件；所述制动单元可在使内套筒相对于车体固定的工作状态以及随动自由状态之间切换；同一时间内，所述内套筒驱动组件以及制动单元两者中其中之一处于工作状态，另外一者处于随动自由状态。
进一步地，所述升降套筒驱动组件包括与车体转动连接的驱动套筒，所述驱动套筒与所述升降套筒之间为螺纹副配合或凸轮副配合或滚珠丝杆副配合；驱动套筒由原动件直接或间接驱动。
进一步地，所述驱动套筒上设置有至少一组沿驱动套筒的周向延伸的凸轮型面，所述升降套筒上固定有与凸轮型面成凸轮副配合的第一滚轮；所述凸轮型面包括低位水平段、倾斜段以及高位水平段。
进一步地，所述驱动套筒上固定有第一齿轮，所述第一齿轮与第一主动齿轮啮合，第一主动齿轮由原动件驱动转动。
进一步地，所述内套筒驱动组件包括固定在内套筒的第二齿轮，所述第二齿轮与第二主动齿轮啮合，第二主动齿轮通过第一离合器建立其与所述原动件的连接。
进一步地，所述制动单元包括第二离合器，所述内套筒通过第二离合器直接或间接地建立其与所述车体的连接。
进一步地，所述制动单元包括第二离合器以及与所述第二齿轮具有传动关系的制动齿轮，所述制动齿轮通过第二离合器安装在所述车体上。
进一步地，所述车体包括基板以及设置在基板对称两侧的两个主动轮，基板上还设置有多个从动轮。
进一步地，还包括相机组件，所述相机组件包括镜头朝上设置的第一相机以及镜头朝下设置的第二相机。
进一步地，所述内套筒的外壁上开有至少一条沿其轴向延伸的导向槽，所述升降套筒上安装有与所述导向槽数量相等的第二滚轮，所述第二滚轮伸入所述导向槽中且可沿导向槽滚动。
有益效果：本发明的搬运机器人的升降旋转单元可带动托盘相对于车体单向无限旋转，且可旋转任意角度，搬运机器人执行任务时可无限制动作，搬运机器人自身无需单独调整动作，提高搬运效率；且本发明的搬运机器人的升降旋转单元结构可靠稳固，可承受大负载。
附图说明
附图1为搬运机器人的总体结构图；
附图2为搬运机器人的总体剖视图；
附图3为升降旋转单元、驱动装置以及制动单元三者的组合结构图；
附图4为滚轮组件的结构图。
各序号所指代的名称如下：
1车体；2托盘；3升降旋转单元；4相机组件；11基板；12主动轮；13从动轮；31内套筒；32升降套筒；33驱动装置；34制动单元；35滚轮组件；36感应片；37电滑环；38电子限位开关；31-1导向槽；33-1原动件；33-2第二主动齿轮；33-3挡块；33-4驱动套筒；33-5第一止推单元；33-6第一齿轮；33-7第一主动齿轮；33-8第二齿轮；33-9交叉滚子轴承；33-10第二止推单元；33-11驱动主轴；第一离合器33-12；33-4-1凸轮型面；34-1第二离合器；34-2制动齿轮；34-3过渡齿轮；35-1第一滚轮；35-2第二滚轮；35-3滚轮支架；41第一相机；42第二相机；43环形光源；44条形光源；45中空立柱、46第一相机安装板、47第二相机安装板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1-附图3所示的搬运机器人，包括车体1、托盘2、驱动所述托盘2相对于所述车体1升降以及旋转的升降旋转单元3、以及相机组件4。
所述车体1包括基板11以及设置在基板11对称两侧的两个主动轮12，基板11上还对称设置有多个从动轮13。具体地，主动轮12设置在基板11宽度方向的两侧且位于基板11长度方向的中间位置，从动轮13有4个，对称设置在基板11的四角位置处。两个主动轮13可独立转动，使得车体1不仅可以前进后退，还可以通过两者的差速实现车体1的转弯、原地旋转等动作。
所述升降旋转单元3包括升降套筒32、用于驱动升降套筒32的升降运动的驱动装置33、与所述车体1转动配合的内套筒31、以及制动单元34，托盘2固定安装在升降套筒32的上端，所述升降套筒32相对于所述内套筒31周向固定且轴向滑动配合，所述驱动装置33包括原动件33-1、由原动件33-1驱动的升降套筒驱动组件、以及可选地在随动自由状态以及由原动件33-1驱动运动的工作状态两种状态间切换的内套筒驱动组件；所述制动单元34可在使内套筒31相对于车体固定的工作状态以及随动自由状态之间切换；同一时间内，所述内套筒驱动组件以及制动单元34两者中其中之一处于工作状态，另外一者处于随动自由状态。
具体地，所述升降套筒驱动组件包括与车体1转动连接的驱动套筒33-4，所述驱动套筒33-4与所述升降套筒32之间为螺纹副配合或凸轮副配合或滚珠丝杆副配合；驱动套筒33-4由原动件33-1直接或间接驱动。在第一种实施例中，驱动套筒33-4与升降套筒32之间为螺纹副配合，驱动套筒33-4的内壁上以及升降套筒32的外壁上均设置有螺纹，当驱动套筒33-4转动，升降套筒32可在螺纹副的作用下上升或下降。在另一个实施例中，驱动套筒33-4与升降套筒32之间为丝杠螺母副配合，结构与螺纹副配合类似，只是驱动套筒33-4与升降套筒32之间设置有滚珠。
本实例中采用的是第三种实施方式，即驱动套筒33-4与升降套筒32之间为凸轮副配合，具体如下：
所述驱动套筒33-4上设置有至少一组(本实施例中为3组)沿驱动套筒33-4的周向延伸的凸轮型面33-4-1，所述凸轮型面33-4-1包括低位水平段、倾斜段以及高位水平段。升降套筒32上安装有与所述凸轮型面33-4-1数量相等的滚轮组件35，如附图4所示，滚轮组件35包括第一滚轮35-1、第二滚轮35-2以及滚轮支架35-3，所述第一滚轮35-1与第二滚轮35-2均安装在滚轮支架35-3上，第一滚轮35-1与凸轮型面33-4-1成凸轮副配合，第二滚轮35-2伸入升降套筒32的内部，内套筒31上开有与滚轮组件35数量相等的导向槽31-1，导向槽31-1沿内套筒31的轴向延伸，第二滚轮35-2可沿导向槽31-1滚动，这样可以使升降套筒32与内套筒31之间保持周向相对固定轴向可相对滑动的关系，且升降套筒32通过第一滚轮35-1与驱动套筒33-4之间的凸轮副关系可以实现升降，当第一滚轮35-1与凸轮型面33-4-1的低位水平段或高位水平段接触时，升降套筒32以及安装在升降套筒32顶部的托盘2也对应处于低位或高位状态。驱动套筒33-4上位于凸轮型面33-4-1高位水平段尽头的位置设置有挡块33-3，用于防止系统失控时，驱动套筒33-4转多了导致升降套筒32坠落。
所述驱动套筒33-4上固定有第一齿轮33-6，所述第一齿轮33-6与第一主动齿轮33-7啮合，第一主动齿轮33-7由原动件33-1驱动转动。第一齿轮33-6的下端面与车体1的基板11上端面之间设置有第一止推单元33-5，第一止推单元33-5可以是止推铜垫或止推轴承，本实施例中采用的是止推铜垫，止推铜垫固定在基板11上。驱动套筒33-4与内套筒31之间设置有交叉滚子轴承33-9，交叉滚子轴承33-9的外圈压在驱动套筒33-4内部挡肩33-4-2(驱动套筒33-4内下端用于安装轴承部分与上部分内孔之间由于孔径不同所形成的台阶，用于安装轴承部分的孔径较大)与第一齿轮33-6之间，内套筒31的下部分与交叉滚子轴承33-9的内圈配合，且内套筒31的下部分较上部分细，下部分与上部分之间具有轴肩，该轴肩压住交叉滚子轴承33-9内圈的上端。
所述内套筒驱动组件包括固定在内套筒31上的第二齿轮33-8，所述第二齿轮33-8与第二主动齿轮33-2啮合，第二主动齿轮33-2通过第一离合器33-12建立其与所述原动件33-1的连接，具体方法为，驱动装置33包含驱动主轴33-11，第一主动齿轮33-7固定在驱动主轴33-11上，第二主动齿轮33-2通过第一离合器33-12安装在驱动主轴33-11上，驱动主轴33-11由原动件33-1直接驱动，此处原动件33-1为减速电机。第二齿轮33-8设置在基板11之下，对应地内套筒31的下端穿过所述基板11延伸到基板11的下端，第二齿轮33-8的上端面与基板11的下端面之间设置有第二止推单元33-10，第二止推单元33-10可以是止推铜垫或止推轴承，本实施例中采用的是止推铜垫，止推铜垫固定在基板11上，且第二止推单元33-10的内孔与内套筒31下部分的外端为转动配合关系。
上述由升降套筒32、驱动套筒33-4、交叉滚子轴承33-9、内套筒31、第一止推单元33-5、第二止推单元33-10组成的搬运机器人主体具有稳固、可承受重载、可承受倾覆力矩的特征，极其稳定可靠。
所述制动单元34包括第二离合器34-1以及与所述第二齿轮33-8具有传动关系的制动齿轮34-2，所述制动齿轮34-2通过第二离合器34-1安装在所述车体1上，本实施例中，第二齿轮33-8与制动齿轮34-2之间还设置有一个与基板11转动连接的过渡齿轮34-3。
旋转状态下，第二主动齿轮33-2通过第一离合器33-12与驱动主轴33-11保持相对固定，原动件33-1的动力可传递到第二主动齿轮33-2，从而传递到内套筒31，由于升降套筒32相对于内套筒31周向固定，因此内套筒31可带动升降套筒32同步转动，又由于升降套筒32通过驱动套筒33-4保持在一定高度，因此需要驱动套筒33-4同步转动，而驱动主轴33-11带动第二主动齿轮33-2转动时，第一主动齿轮33-7也在转动，因此驱动套筒33-4是随升降套筒32同步转动的。此时第二离合器34-1处于分开状态，制动齿轮34-2处于随动自由状态，随着第二齿轮33-8的转动而转动。
升降套筒32升降状态下，需要保持内套筒31不动，此时第二离合器34-1处于合上状态，制动齿轮34-2相对于基板11不动，第一离合器33-12处于分开状态，第二主动齿轮33-2处于随动自由状态。
还包括相机组件4，所述相机组件4包括镜头朝上设置的第一相机41以及镜头朝下设置的第二相机42。配合第一相机41设置有环形光源43，环形光源43与第一相机41同轴设置，配合第二相机42设置有条形光源44，条形光源44起到侧向打光作用，防止二维码过度反光影响识别，值得注意的是，设置在货架下端的二维码采用的是较为粗糙的纸印刷，因此采用条形光源43照射，设置在地面上的二维码由于容易积灰，需要经常打扫，因此使用的是光滑的纸印刷，或者在二维码上覆盖有塑料膜，容易反光，因此使用条形光源44进行侧打光。
为了保证机械系统的安全，在内套筒31上设置有电子限位开关38，驱动套筒33-4上安装有与电子限位开关38配合使用的感应片36，由于内套筒31有可能相对于基板11连续单向转动，因此需要为电子限位开关38配备电滑环37，相机组件4的第一相机41与第二相机42之间空隙中设置有一个中空立柱45用于安装电滑环37，电滑环37的内圈相对于中空立柱45固定，电滑环37外圈相对于内套筒31周向固定。中空立柱45的两端分别安装第一相机安装板46以及第二相机安装板47，且中空立柱45相对于基板11固定。第一相机41的数据线从中空立柱45的中间走。
针对该搬运机器人配置有环境探测系统与控制系统，环境探测系统包含激光雷达、红外线传感器、超声传感器中的一种、多种或全部，控制系统包括上位机与下位机，如此可实现搬运机器人的智能控制。
本发明的搬运机器人的升降旋转单元可带动托盘相对于车体单向无限旋转，且可旋转任意角度，搬运机器人执行任务时可无限制动作，搬运机器人自身无需单独调整动作，提高搬运效率；且本发明的搬运机器人的升降旋转单元结构可靠稳固，可承受大负载。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.搬运机器人，其特征在于：包括车体、托盘、驱动所述托盘相对于所述车体升降以及旋转的升降旋转单元；所述升降旋转单元包括升降套筒、驱动装置、与所述车体转动配合的内套筒、以及制动单元，所述升降套筒相对于所述内套筒周向固定且轴向滑动配合，所述驱动装置包括原动件、由原动件驱动的升降套筒驱动组件、以及可选地在随动自由状态以及由原动件驱动运动的工作状态两种状态间切换的内套筒驱动组件；所述制动单元可在使内套筒相对于车体固定的工作状态以及随动自由状态之间切换；同一时间内，所述内套筒驱动组件以及制动单元两者中其中之一处于工作状态，另外一者处于随动自由状态。
2.根据权利要求1所述的搬运机器人，其特征在于：所述升降套筒驱动组件包括与车体转动连接的驱动套筒，所述驱动套筒与所述升降套筒之间为螺纹副配合或凸轮副配合或滚珠丝杆副配合；驱动套筒由原动件直接或间接驱动。
3.根据权利要求2所述的搬运机器人，其特征在于：所述驱动套筒上设置有至少一组沿驱动套筒的周向延伸的凸轮型面，所述升降套筒上固定有与凸轮型面成凸轮副配合的第一滚轮；所述凸轮型面包括低位水平段、倾斜段以及高位水平段。
4.根据权利要求2或3所述的搬运机器人，其特征在于：所述驱动套筒上固定有第一齿轮，所述第一齿轮与第一主动齿轮啮合，第一主动齿轮由原动件驱动转动。
5.根据权利要求1-3任一项所述的搬运机器人，其特征在于：所述内套筒驱动组件包括固定在内套筒上的第二齿轮，所述第二齿轮与第二主动齿轮啮合，第二主动齿轮通过第一离合器建立其与所述原动件的连接。
6.根据权利要求1-3任一项所述的搬运机器人，其特征在于：所述制动单元包括第二离合器，所述内套筒通过第二离合器直接或间接地建立其与所述车体的连接。
7.根据权利要求5所述的搬运机器人，其特征在于：所述制动单元包括第二离合器以及与所述第二齿轮具有传动关系的制动齿轮，所述制动齿轮通过第二离合器安装在所述车体上。
8.根据权利要求1所述的搬运机器人，其特征在于：所述车体包括基板以及设置在基板对称两侧的两个主动轮，基板上还设置有多个从动轮。
9.根据权利要求1-3任一项所述的搬运机器人，其特征在于：还包括相机组件，所述相机组件包括镜头朝上设置的第一相机以及镜头朝下设置的第二相机。
10.根据权利要求1-3任一项所述的搬运机器人，其特征在于：所述内套筒的外壁上开有至少一条沿其轴向延伸的导向槽，所述升降套筒上安装有与所述导向槽数量相等的第二滚轮，所述第二滚轮伸入所述导向槽中且可沿导向槽滚动。
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