CN107954372A - 一种用于智能制造车间的无人操作叉车 - Google Patents

一种用于智能制造车间的无人操作叉车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于智能制造车间的无人操作叉车，包括车体、两个车头和控制系统，车体包括底板和至少一对驱动轮，每个驱动轮的动力输入端均依次连接有伺服驱动电机和编码器，伺服驱动电机和编码器与控制系统连接；底板上顶面设有水平导轨，底板下底面的两端各设有至少一个水平伸缩液压缸；车头包括行驶支撑装置和升降装置，行驶支撑装置包括支架和至少一对辅助轮，辅助轮对称安装在支架的底部两侧，升降装置安装在支架的前端面上；支架通过底部的水平滑轨安装在车体的水平导轨上，水平伸缩液压缸的活塞杆驱动车头在车体上移动；两个车头之间连接有伸缩连拉杆。叉车在搬运过程中无需进行调头操作，方便控制，且抗纵向倾覆能力强。

Description

一种用于智能制造车间的无人操作叉车
技术领域
本发明涉及一种叉车，尤其是一种用于智能制造车间的无人操作叉车，属于智能物流装备领域。
背景技术
随着我国政府“中国制造2025”战略的颁布，国内制造业转型升级在不断推进，无人化工厂、智慧工厂、智能制造工厂等成为了今后重点发展的方向。面对当前用工成本不断升高的发展趋势，国内好多制造车间基于先进的机器人技术，在机床上成功引入了一些专用的上下料工业机械手，但如何实现现有车间不同机床之间工件自动运输的问题显得尤为突出。若在现有的机床之间架设自动运输线，其造价太高；若采用现有的叉车，则存在行驶控制复杂、抗纵向倾覆能力差、搬运工件适应能力差等问题，迫切需要研制一种用于智能制造车间的无人操作叉车。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的无人叉车只有单侧货叉结构，搬运过程中需调头，行驶控制复杂，且货叉结构抗纵向倾覆能力差等问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于智能制造车间的无人操作叉车，包括可行驶的车体、两个分别安装在车体两端的车头和用于控制车体行驶的控制系统：
所述车体包括底板和至少一对驱动轮，驱动轮对称安装在底板的底部两侧，每个驱动轮的动力输入端均依次连接有伺服驱动电机和编码器，伺服驱动电机和编码器与控制系统连接；底板上顶面设有水平导轨，底板下底面的两端各设有至少一个水平伸缩液压缸；
所述车头包括行驶支撑装置和升降装置，所述行驶支撑装置包括支架和至少一对辅助轮，辅助轮对称安装在支架的底部两侧，所述升降装置安装在支架的前端面上；所述支架通过底部的水平滑轨安装在车体的水平导轨上，水平伸缩液压缸的活塞杆驱动车头在车体上移动；
两个车头之间连接有伸缩连拉杆。
进一步，所述行驶支撑装置的支架的前端面设有两个竖直导轨，所述升降装置包括升降支架、叉指一、叉指二、横梁、传动丝杠和两个竖直伸缩液压缸；所述升降支架通过竖直滑轨安装在竖直导轨上，所述两个垂直伸缩液压缸分别固定在支架前端面的两侧，垂直伸缩液压缸的活塞杆连接升降支架两侧边缘，驱动升降支架在支架上移动；所述横梁固定安装在升降支架的下端；所述传动丝杠安装在横梁的上方并转动安装在升降支架上，传动丝杠动力输入端连接驱动电机三，驱动电机三固定在升降支架内孔中；所述传动丝杠上设有两端旋向相反的螺纹，分别与叉指一和叉指二以螺纹副相连，所述叉指一和叉指二以滑动副套装在横梁上。
升降装置采用两个竖直液压升降缸控制，增大了装置的承载能力。传动丝杠以相反的螺纹与叉指一和叉指二螺纹副连接，可调整叉指一和叉指二之间的距离以适应需搬物体的大小，增强了叉车的工作适应性。
进一步，所述车体的底板上顶面设有水平导轨一、水平导轨二、水平导轨三和水平导轨四，下底面上设有水平伸缩液压缸一、水平伸缩液压缸二、水平伸缩液压缸三和水平伸缩液压缸四；水平导轨一和水平导轨二对称安装于底板上顶面的前端，所述水平导轨三和水平导轨四对称安装于底板上顶面的后端；所述水平伸缩液压缸一和水平伸缩液压缸二对称安装于底板下底面的前端，所述水平伸缩液压缸三和水平伸缩液压缸四对称安装于底板下底面的后端。
为每个车头设置两条平行的水平导轨和两个水平伸缩液压缸，能够提高车头移动时的稳定性。
进一步，所述可伸缩连拉杆的数量为两根，增强叉车纵向抗倾覆能力。
进一步，所述控制系统包括控制器、两个摄像头模块、两个红外传感器模块和RFID读写模块，所述控制器安装在车体的底板上，所述两个摄像头模块分别安装在两个车头的支架顶部，所述两个红外传感器模块分别安装在两个车头的支架前端面的下底部，所述RFID读写模块安装在车体的底板下底面的中央位置；所述两个摄像头模块、两个红外传感器模块和RFID读写模块均与控制器电性连接，控制器并与伺服驱动电机、编码器和驱动电机三通过电线连接。
红外传感器模块和RFID读写模块用于在线获取叉车的位置信息，控制器用于控制叉车行驶到需搬运货物位置，摄像头模块用于拍摄欲搬运货物的大小信息，控制器用于控制车头前后移动和升降装置的升降，并调整叉指一和叉指二之间的距离以适应货物大小，实现叉车的智能化，提高工作效率并提高适应能力。
进一步，所述车体的底板上顶面的中间位置安装有立柱，所述控制器安装在立柱顶端。控制器通过立柱安装在车体中，充分利用车体上部空余空间，相比于直接安装在底板上，更方便拆卸。
本发明的有益效果在于：(1)在车体两端各设置一个带有货叉结构的车头，使叉车在搬运过程中无需进行调头操作，方便控制；(2)在车体的两端设置水平伸缩液压缸，利用水平伸缩液压缸驱动车头前后移动以适应货物的位置，在搬运货物时无需控制车体前后行进进行调整；(3)两个车头之间连接伸缩连拉杆，增强了整车纵向抗倾覆能力，保证行驶过程中平稳。
附图说明
图1为本发明的整体布局示意图；
图2为本发明的图1的底部视图；
图3为本发明的车体示意图；
图4为本发明的图3的底部视图；
图5为本发明的行驶支撑装置与升降装置连接示意图；
图6为本发明的行驶支撑装置示意图；
图7为本发明的图6的底向模型视图；
图8为本发明的升降装置示意图；
图9为本发明的图8左侧视图。
图中标记：
1000.车体，1001.底板，1002.驱动轮一，1003.驱动轮二，1004.支撑座一，1005.伺服驱动电机一，1006.编码器一，1007.支撑座二，1008.伺服驱动电机二，1009.编码器二，1010.水平导轨一，1011，水平导轨二，1012.水平导轨三，1013.水平导轨四，1014.水平伸缩液压缸一，1015.水平伸缩液压缸二，1016.水平伸缩液压缸三，1017.水平伸缩液压缸四，1018.支柱；
2000.车头，2100.行驶支撑装置，2101.支架，2102.辅助轮一，2103.辅助轮二，2104.支座一，2105.支座二，2106.竖直导轨，2107.水平滑轨一，2108.水平滑轨二，2109.液压油箱，2110.电池，2200.升降装置，2201.升降支架，2202.叉指一，2203.叉指二，2204.横梁，2205.传动丝杠，2206.驱动电机三，2207.竖直伸缩液压缸，2208.竖直滑轨，2300.伸缩连拉杆；
3000.控制系统，3100.控制器，3200.摄像头模块，3300.红外传感器模块，3400.RFID读写模块。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的用于智能制造车间的无人操作叉车作进一步详细描述。下文将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。
如图1所示，本发明的用于智能制造车间的无人操作叉车，包括车体1000、两个分别安装于车体1000两端的车头2000以及用于控制车体行驶的控制系统3000。在车体两端各设置一个带有货叉结构的车头，使整车在搬运过程中无需进行调头操作，方便控制。
本实施例中，车体1000的结构如图3和图4所示，车体1000包括底板1001、驱动轮一1002和驱动轮二1003；底板1001上顶面的前端对称装有水平导轨一1010和水平导轨二1011，后端对称装有水平导轨三1012和水平导轨四1013；底板1001下底面的前端对称装有水平伸缩液压缸一1014和水平伸缩液压缸二1015，后端对称装有水平伸缩液压缸三1016和水平伸缩液压缸四1017；驱动轮一1002和驱动轮二1003分别通过支撑座一1004和支撑座二1007安装在底板1001中间两侧，驱动轮一1002动力输入端依次接有伺服驱动电机一1005和编码器一1006，驱动轮二1003动力输入端依次接有伺服驱动电机二1008和编码器二1009。
本实施例中，以车体的前进方向将两个车头称为前车头和后车头，前车头安装在水平导轨一1010和水平导轨二1011上，与水平伸缩液压缸一1014和水平伸缩液压缸二1015的活塞杆相连；后车头安装于水平导轨三1012和水平导轨四1013上，与水平伸缩液压缸三1016和水平伸缩液压缸四1017的活塞杆相连。
本实施例提供的无人操作叉车，车体的底板两端设置水平伸缩液压缸，利用水平伸缩液压缸驱动车头前后移动以适应货物的位置，在搬运货物时无需控制车体前后行进进行调整。
本实施例提供的无人操作叉车，车体为每个车头设置两条平行的水平导轨和两个水平伸缩液压缸，也可只设置一条水平导轨和一个水平伸缩液压缸，而为每个车头设置两条以上平行的水平滑轨和两个以上水平伸缩液压缸，能够提高车头移动时的稳定性。
上述实施例中，驱动轮设有两个，也可根据车体的底板大小设置两对以上驱动轮，对称地安装在底板的两侧，从而相应地在每个驱动轮的动力输入端设置伺服驱动电机和编码器。每个驱动轮采用单个电机独立驱动，能够取消部分或全部机械传动系统，简化传动路线，实现更好的驱动控制，从而获得比集中驱动更高的驱动效率。
本实施例中，前车头与后车头结构相同，以前车头为例，结构如图5所示，前车头2000包括行驶支撑装置2100和升降装置2200。
如图6和图7所示，行驶支撑装置2100包括支架2101、辅助轮一2102、辅助轮二2103，辅助轮一2102和辅助轮二2103分别通过支座一2104和支座二2105对称安装在支架2101的两侧。支架2101的底部设有水平滑轨一2107和水平滑轨二2108，支架2101前端面上设有两个竖直导轨2106。前车头通过水平滑轨一2107和水平滑轨二2108安装在车体的水平导轨一1010和水平导轨二1011上，支架2101前端面下边沿与水平伸缩液压缸一1014和水平伸缩液压缸二1015的活塞杆相连；同样，后车头通过水平滑轨安装于车体的水平导轨三1012和水平导轨四1013上，支架前端面下边沿与水平伸缩液压缸三1016和水平伸缩液压缸四1017的活塞杆相连。
上述实施例中，车头的辅助轮设有两个，也可根据支架大小设置两对以上的驱动轮，对称地安装在支架的两侧。
如图8和图9所示，升降装置2200包括升降支架2201、叉指一2202、叉指二2203、横梁2204、传动丝杠2205和两个竖直伸缩液压缸2207。升降支架2201通过竖直滑轨2208安装在支架的竖直导轨2106上。两个竖直伸缩液压缸2207分别固定在支架2101前端面的两侧。升降支架2201包括两个平行的竖架和连接在两竖架之间的横架，两个竖架位于横架相同一侧的一端分别背向垂直延伸形成支撑部，竖直伸缩液压缸的活塞杆连接升降支架2201两侧的支撑部，驱动升降支架2201在竖直导轨2106上移动。横梁2204固定安装在升降支架2201的两个竖架之间并位于横架的下方，传动丝杠2205转动安装在升降支架2201的两个竖架之间并位于横梁2204与横架之间。传动丝杠2205动力输入端连接驱动电机三2206，驱动电机三2206固定在升降支架2201内孔中。传动丝杠2205上设有两端旋向相反的螺纹，分别与叉指一2202和叉指二2203以螺纹副相连，叉指一2202和叉指二2203以滑动副套装在横梁2204上。
本实施例提供的无人操作叉车，升降装置采用两个竖直伸缩液压缸控制，增大了装置的承载能力。传动丝杠以相反的螺纹与叉指一和叉指二螺纹副连接，可调整叉指一和叉指二之间的距离以适应需搬物体的大小，增强了叉车的工作适应性。
本实施例中，如图1所示，两个车头之间连接有两根伸缩连拉杆2300，伸缩连拉杆的一端连接在前车头顶部，另一端连接在后车头的顶部。
本实施例提供的无人操作叉车，两个车头之间连接有伸缩连接杆，增强了整车纵向抗倾覆能力，保证行驶过程中平稳。
本实施例中，控制系统3000包括控制器3100、两个摄像头模块3200、两个红外传感器模块3300和RFID读写模块3400。如图3所示，控制器3100安装在车体的底板1001中间位置的立柱1018上。如图1所示，两个摄像头模块3200分别安装在两个车头的支架2101顶部。如图6所示，两个红外传感器模块3300分别安装在两个车头的支架2101前端面的下底部。如图2所示，RFID读写模块3400安装在车体的底板1001下底面的中央位置。两个摄像头模块3200、两个红外传感器模块3300和RFID读写模块3400均与控制器3100电性连接，控制器3100并与伺服驱动电机一1005、编码器一1006、伺服驱动电机二1008、编码器二1009和驱动电机三2206通过电线连接。
本实施例提供的无人操作叉车，红外传感器模块和RFID读写模块用于获取叉车的位置信息，控制器用于控制叉车行驶到待搬运货物位置和需安放货物位置，摄像头模块用于拍摄欲搬运货物的大小信息，控制器用于控制车头前后移动和升降装置的升降，并调整叉指一和叉指二之间的距离以搬运货物。
本实施例中，无人操作叉车还包括液压油箱2109和电池2110，如图6所示，液压油箱2109和电池2110安装在车头的支架2101上。水平伸缩液压缸一1014、水平伸缩液压缸二1015、水平伸缩液压缸三1016、水平伸缩液压缸四1017和两个垂直伸缩液压缸2207都与液压油箱2109相连，控制器3100与电池2110相连。
本发明的用于智能制造车间的无人操作叉车工作时，具体的工作流程如下：
(1)控制器通过红外传感器模块和RFID读写模块获取叉车的位置信息，控制伺服驱动电机一和伺服驱动电机二，驱动驱动轮一和驱动轮二，使无人操作叉车接近待搬运货物；
(2)当无人操作叉车接近待搬运货物时，控制器控制车头搬起箱体，具体步骤如下：
2.1)若是前车头接近待搬运货物，控制器首先根据前车头的摄像头模块获取待搬运货物的大小信息，控制驱动电机三，通过传动丝杠将叉指一和叉指二调整到相应的间距；接着在前车头的红外传感器模块引导下，控制水平伸缩液压缸一和水平伸缩液压缸二，推动前车头的叉指一和叉指二插入待搬运货物下部；最后控制前车头的竖直伸缩液压缸，提升升降装置，搬起货物；
2.2)若是后车头接近待搬运货物，控制器首先根据后车头的摄像头模块获取待搬运货物的大小信息，控制驱动电机三，通过传动丝杠将叉指一和叉指二调整到相应的间距；接着在后车头的红外传感器模块引导下，控制水平伸缩液压缸一和水平伸缩液压缸二，推动后车头的叉指一和叉指二插入待搬运货物下部；最后控制后车头的竖直伸缩液压缸，提升升降装置，搬起货物；
(3)控制器根据需安放货物位置的工位信息，通过红外传感器模块和RFID读写模块，控制伺服驱动电机一和伺服驱动电机二，驱动驱动轮一和驱动轮二，使无人操作叉车接近目标位置，然后根据上述步骤(2)的逆过程，将被搬运的箱体放下；至此完成一个载有工件的箱体的搬运过程。
以上所述仅为本发明涉及的用于智能制造车间的无人操作叉车的一个较佳实施案例，但本发明的实施范围并不局限于此例。

Claims (6)

1.一种用于智能制造车间的无人操作叉车，包括可行驶的车体(1000)、两个分别安装在车体两端的车头(2000)和用于控制车体行驶的控制系统(3000)，其特征在于：
所述车体(1000)包括底板(1001)和至少一对驱动轮(1002、1003)，驱动轮对称安装在底板的底部两侧，每个驱动轮的动力输入端均依次连接有伺服驱动电机(1005、1008)和编码器(1006、1009)，伺服驱动电机(1005、1008)和编码器(1006、1009)与控制系统(3000)连接；底板(1001)上顶面设有水平导轨，底板(1001)下底面的两端各设有至少一个水平伸缩液压缸；
所述车头(2000)包括行驶支撑装置(2100)和升降装置(2200)，所述行驶支撑装置(2100)包括支架(2101)和至少一对辅助轮(2102、2103)，辅助轮(2102、2103)对称安装在支架(2101)的底部两侧，所述升降装置(2200)安装在支架(2101)的前端面上；所述支架(2101)通过底部的水平滑轨(2107、2108)安装在车体的水平导轨上，水平伸缩液压缸的活塞杆驱动车头在车体上移动；
两个车头(2000)之间连接有伸缩连拉杆(2300)。
2.根据权利要求1所述的用于智能制造车间的无人操作叉车，其特征在于，所述行驶支撑装置(2100)的支架(2101)前端面设有两个竖直导轨(2106)，所述升降装置(2200)包括升降支架(2201)、叉指一(2202)、叉指二(2203)、横梁(2204)、传动丝杠(2205)和两个竖直伸缩液压缸(2207)；所述升降支架(2201)通过竖直滑轨(2208)安装在竖直导轨(2106)上，所述两个垂直伸缩液压缸(2207)分别固定在支架(2101)前端面的两侧，垂直伸缩液压缸的活塞杆连接升降支架(2201)两侧边缘，驱动升降支架在支架上移动；所述横梁(2204)固定安装在升降支架(2201)上，所述传动丝杠(2205)安装在横梁(2204)的上方并转动安装在升降支架(2201)上，传动丝杠(2205)动力输入端连接驱动电机三(2206)，驱动电机三(2206)固定在升降支架(2201)内孔中；所述传动丝杠(2205)上设有两端旋向相反的螺纹，分别与叉指一(2202)和叉指二(2203)以螺纹副相连，所述叉指一(2202)和叉指二(2203)以滑动副套装在横梁(2204)上。
3.根据权利要求1或2所述的用于智能制造车间的无人操作叉车，其特征在于，所述车体的底板(1001)上顶面设有水平导轨一(1010)、水平导轨二(1011)、水平导轨三(1012)和水平导轨四(1013)，下底面上设有水平伸缩液压缸一(1014)、水平伸缩液压缸二(1015)、水平伸缩液压缸三(1016)和水平伸缩液压缸四(1017)；水平导轨一(1010)和水平导轨二(1011)对称安装于底板(1001)上顶面的前端，所述水平导轨三(1012)和水平导轨四(1013)对称安装于底板(1001)上顶面的后端；所述水平伸缩液压缸一(1014)和水平伸缩液压缸二(1015)对称安装于底板(1001)下底面的前端，所述水平伸缩液压缸三(1016)和水平伸缩液压缸四(1017)对称安装于底板(1001)下底面的后端。
4.根据权利要求1所述的用于智能制造车间的无人操作叉车，其特征在于，所述可伸缩连拉杆(2300)的数量为两根。
5.根据权利要求2所述的用于智能制造车间的无人操作叉车，其特征在于，所述控制系统(3000)包括控制器(3100)、两个摄像头模块(3200)、两个红外传感器模块(3300)和RFID读写模块(3400)，所述控制器(3100)安装在车体的底板(1001)上，所述两个摄像头模块(4100)分别安装在两个车头的支架(2101)顶部，所述两个红外传感器模块(4200)分别安装在两个车头的支架(2101)前端面的下底部，所述RFID读写模块(4300)安装在车体的底板(1001)下底面的中央位置；所述两个摄像头模块(3200)、两个红外传感器模块(3300)和RFID读写模块(3400)均与控制器(3100)电性连接，控制器(3100)并与伺服驱动电机(1005、1008)、编码器(1006、1009)和驱动电机三(2206)通过电线连接。
6.根据权利要求5所述的用于智能制造车间的无人操作叉车，其特征在于，所述车体的底板(1001)上顶面的中间位置安装有立柱(1018)，所述控制器(3000)安装在立柱(1018)顶端。
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