CN108190796A - 一种用于智能叉车的自适应搬运装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于智能叉车的自适应搬运装置，所述搬运装置安装于智能叉车车体的一端，包括平移机构、升降机构、随动锁紧机构、视觉模块以及控制驱动模块。在智能叉车引导下，控制驱动模块利用视觉模块获取被搬运工件的位置和大小信息，自动调控平移机构和升降机构搬取工件，由随动锁紧机构保证搬运过程中升降机构平稳工作，最终将工件自动运至设定位置。本发明能自动调整装置的升降高度和叉指的工作宽度，自动化程度高，承载能力大，工作平稳，能适应智能叉车搬取不同工件的作业需求。

Description

一种用于智能叉车的自适应搬运装置
技术领域
本发明属于机械技术领域，属于智能物流装备，涉及智能叉车，为一种用于智能叉车的自适应搬运装置。
背景技术
随着我国政府的“中国制造2025”强国战略持续推进，无人化工厂、智能工厂对智能物流装备的需求量在不断攀升。作为物流装备的重要组成部分，传统的人工操纵叉车显然难以满足无人化工厂、智能工厂的生产要求。目前，装配于智能叉车的搬运装置，尽管也能实现搬运高度的自动控制，但缺乏对不同工件的自适应能力，且工作不够平稳。面对当前叉车越来越智能化的发展趋势，迫切需要研制用于智能叉车的自动化装备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的智能叉车搬运装置自适应能力差、承载能力小、工作平稳性差等问题。
本发明的技术方案为：一种用于智能叉车的自适应搬运装置，所述自适应搬运装置安装在智能叉车车体上，所述自适应搬运装置包括平移机构、升降机构、随动锁紧机构、视觉模块以及控制模块；视觉模块用于采集叉车前方图像，控制模块用于接收视觉模块采集的信息，进行图像处理后发出控制信号给平移机构、升降机构和随动锁紧机构，所述平移机构在叉车宽度方向上伸展收缩，升降机构通过导杆设置在平移机构上，以所述平移机构为底上下移动，并随平移机构改变宽度，随动锁紧机构设置在平移机构和升降机构之间，随动锁紧机构随升降机构的位置变化而伸展收缩，并通过液压缸在升降机构停止移动时定位锁紧升降机构的位置。
进一步的，所述平移机构包括组合支架、平移叉指一、平移叉指二、驱动装置一以及传动丝杆一；所述组合支架与智能叉车车体底部一端固连，组合支架设有纵梁一、纵梁二、横梁一和横梁二，纵梁一、纵梁二远离智能叉车车体的一端底部设有万向轮；所述的平移叉指一和平移叉指二都呈L型，平移叉指一和平移叉指二的长边以滑动副套装在横梁二上，短边以滑动副套装在横梁一上，平移叉指一和平移叉指二的短边外侧分别固接凸台一和凸台二；所述的驱动装置一固定在纵梁一上，驱动装置一输出轴与传动丝杆一同轴固连；所述的传动丝杆一转动设置在纵梁一和纵梁二上；
所述升降机构包括升降叉指一、升降叉指二、驱动装置二、传动丝杆二、导杆一、驱动装置三、传动丝杆三以及导杆二；所述的升降叉指一和升降叉指二都呈L型，升降叉指一和升降叉指二分别位于平移叉指一和平移叉指二的上方，升降叉指一和升降叉指二的短板外侧分别固接凸台三和凸台四；所述的驱动装置二固定在凸台一的底部，驱动装置二输出轴连接传动丝杠二；所述的传动丝杠二转动设置在凸台一和凸台三上；所述导杆一固定在凸台一上表面，导杆一以滑动副穿过凸台三；所述的驱动装置三固定在凸台二的底部，驱动装置三输出轴连接传动丝杠三；所述的传动丝杠三转动设置在凸台二和凸台四上；所述导杆二固定在凸台二上表面，导杆二以滑动副穿过凸台四；
所述随动锁紧机构包括设置于平移叉指一和升降叉指一之间的随动锁紧机构一，以及设置于平移叉指二和升降叉指二之间的随动锁紧机构二；随动锁紧机构一包括第一连杆支路和第二连杆支路，两个连杆构成菱形伸缩结构，第一连杆支路首端通过固定铰支座一与平移叉指一相连，末端通过固定铰支座二与升降叉指一底部相连；所述的第二连杆支路首端通过滑动铰支座一与平移叉指一相连，末端通过滑动铰支座二与升降叉指一底部相连；所述的滑动铰支座二与液压锁紧缸一活塞杆端部固定，所述的液压锁紧缸一壳体固定在平移叉指一内部；随动锁紧机构二的结构同随动锁紧机构一。
所述传动丝杆一上设有两段旋向相反的传动螺纹，且旋向相反的传动螺纹的螺距相等。
所述的平移叉指一和升降叉指一在长边的相对面的一端都设有滑槽；所述的平移叉指二和升降叉指二在长边的相对面的一端也都设有滑槽，所述滑槽用于设置滑动铰支座。
所述的传动丝杆二、导杆一、传动丝杆三以及导杆二的上端部都设有限位块。
随动锁紧机构中，随动锁紧机构一和随动锁紧机构二对称设置。
所述视觉模块包括第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器；所述的四个传感器分别安装在平移叉指一、平移叉指二、升降叉指一、升降叉指二长边的端部；所述的第一传感器与第二传感器安装在同一高度，所述第三传感器与第四传感器安装在同一高度。
所述控制模块包括处理模块和驱动模块；所述的控制模块安装在智能叉车内，处理模块与驱动模块互连；所述的处理模块与第一传感器、第二传感器、第三传感器及第四传感器相连；所述的驱动模块与驱动装置一、驱动装置二、驱动装置三相连。
本发明的有益效果在于：(1)通过对平移机构、升降机构、视觉模块的协同设计，实现了装置能根据不同工件的位置和形状自动调整搬运高度和工作宽度，增强了装置的自适应能力；(2)通过随动锁紧机构的设置，增强了装置的承载能力和工作平稳性。
附图说明
图1为本发明的整体布局示意图；
图2为本发明的搬运装置示意图；
图3为本发明的组合支架示意图；
图4为本发明的平移机构示意图；
图5为本发明的升降机构与平移机构装接示意图；
图6为本发明的随动锁紧机构一示意图；
图7为本发明的随动锁紧机构二示意图；
图8为本发明的升降机构处于最小搬运高度(Hmin)示意图；
图9为本发明的升降机构处于最小搬运高度(Hmax)示意图；
图10为本发明的平移机构处于最小工作宽度(Bmin)示意图；
图11为本发明的平移滑块一与液压锁紧缸一连接示意图；
图12为本发明的平移滑块三与液压锁紧缸二连接示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例说明本发明的具体实施。
如图1和图2所示，本发明的自适应搬运装置1安装在智能叉车车体2上，所述自适应搬运装置包括平移机构1100、升降机构1200、随动锁紧机构1300、视觉模块1400以及控制模块1500；视觉模块1400用于采集叉车前方图像，控制模块1500用于接收视觉模块1400采集的信息，进行图像处理后发出控制信号给平移机构1100、升降机构1200和随动锁紧机构1300，所述平移机构1100在叉车宽度方向上伸展收缩，升降机构1200通过导杆设置在平移机构1100上，以所述平移机构1100为底上下移动，并随平移机构1100改变宽度，随动锁紧机构1300设置在平移机构1100和升降机构1200之间，随动锁紧机构1300随升降机构1200的位置变化而伸展收缩，并通过液压缸在升降机构1200停止移动时定位锁紧升降机构1200的位置。
如图3和图4所示，平移机构1100由组合支架1101、平移叉指一1102、平移叉指二1103、驱动装置一1104、传动丝杆一1105组成；固接于智能叉车2车体底部一端的组合支架1101设有纵梁一1101-1、纵梁二1101-2、横梁一1101-3、横梁二1101-4，纵梁一1101-1、纵梁二1101-2远离智能叉车2车体的一端底部分别设有万向轮1108；呈L型的平移叉指一1102和平移叉指二1103长边都以滑动副套装在横梁二1101-4上，短边都以滑动副套装在横梁一1101-3上，平移叉指一1102和平移叉指二1103的短边外侧分别固接凸台一1106和凸台二1107，平移叉指一1102和升降叉指一1201在长边的相对端面的一端都设有滑槽；驱动装置一1104固定在纵梁一1101-1外侧，驱动装置一1104输出轴与传动丝杆一1105同轴固连；传动丝杆一1105转动固定在纵梁一1101-1和纵梁二1101-2上。
如图5所示，升降机构1200由升降叉指一1201、升降叉指二1202、驱动装置二1203、传动丝杆二1204、导杆一1205、驱动装置三1206、传动丝杆三1207、导杆二1208组成；呈L型的升降叉指一1201和升降叉指二1202分别位于平移叉指一1102和平移叉指二1103的上方，升降叉指一1201和升降叉指二1202的短板外侧分别固接凸台三1209和凸台四1210，平移叉指二1103和升降叉指二1202在长边的相对端面的一端也都设有滑槽；驱动装置二1203固定在凸台一1106的底部，驱动装置二1203输出轴连接传动丝杠二1204；传动丝杠二1204转动固定在凸台一1106和凸台三1209上；导杆一1205固定在凸台一1106上表面，导杆一1205以滑动副穿过凸台三1209；驱动装置三1206固定在凸台二1107的底部，驱动装置三1206输出轴连接传动丝杠三1207；转动固定在凸台二1107和凸台四1210上的传动丝杠三1207，设有两段旋向相反的传动螺纹，且旋向相反的传动螺纹的螺距相等；导杆二1208固定在凸台二1107上表面，导杆二1208以滑动副穿过凸台四1210；传动丝杆二1204、导杆一1205、传动丝杆三1207以及导杆二1208的上端部都设有限位块1211。
如图6和图7所示，随动锁紧机构1300包括设置于平移叉指一1102和升降叉指一1201之间的随动锁紧机构一，以及设置于平移叉指二1103和升降叉指二1202之间的随动锁紧机构二，随动锁紧机构一和随动锁紧机构二对称设置；本发明实施例的随动锁紧机构中采用了菱形伸缩的结构，随动锁紧机构一包括第一连杆支路1311和第二连杆支路1312，随动锁紧机构二包括第三连杆支路1321和第四连杆支路1322；第一连杆支路1311、第二连杆支路1312、第三连杆支路1321和第四连杆支路1322的连杆的数量和长度相等；第一连杆支路1311与第二连杆支路1312相邻的连杆在中部通过铰链互连；第三连杆支路1321与第四连杆支路1322相邻的连杆在中部通过铰链互连；当第一连杆支路1311、第二连杆支路1312、第三连杆支路1321和第四连杆支路1322的连杆数量为奇数时，固定铰支座一1311-1、滑动铰支座二1312-2、固定铰支座三1321-1和滑动铰支座四1322-2安装在同一垂直截面上，滑动铰支座一1312-1、固定铰支座二1311-2、滑动铰支座三1322-1和固定铰支座四1321-2则安装在另一垂直截面上；当第一连杆支路1311、第二连杆支路1312、第三连杆支路1321和第四连杆支路1322的连杆数量为偶数时，所述的固定铰支座一1311-1、固定铰支座二1311-2、固定铰支座三1321-1和固定铰支座四1321-2安装在同一垂直截面上，滑动铰支座一1312-1、滑动铰支座二1312-2、滑动铰支座三1322-1和滑动铰支座四1322-2则安装在另一垂直截面上。
随动锁紧机构一中，第一连杆支路1311首端通过固定铰支座一1311-1与平移叉指一1102相连，末端通过固定铰支座二1311-2与升降叉指一1201底部相连；第二连杆支路1312首端通过滑动铰支座一1312-1与平移叉指一1102相连，末端通过滑动铰支座二1312-2与升降叉指一1201底部相连；滑动铰支座二1312-1固定在液压锁紧缸1312-3活塞杆端部，液压锁紧缸一1312-3壳体固定在平移叉指一1102内部，滑动铰支座一设置在升降叉指一1201的内部，为此，平移叉指一1102和升降叉指一1201在长边的相对面的一端都设有滑槽，用于设置滑动铰支座，升降机构1200升降时，随动锁紧机构1300的菱形伸缩结构随之通过滑动铰支座在滑槽内的滑动实现变形伸缩，当升降机构1200停止移动时，液压锁紧缸锁紧连接的滑动铰支座的位置，进而实现对升降机构1200的位置的锁紧固定。
随动锁紧机构二的结构同随动锁紧机构一，第三连杆支路1321首端通过固定铰支座三1321-1与平移叉指二1103相连，末端通过固定铰支座四1321-2与升降叉指二1202底部相连；第四连杆支路1322首端通过滑动铰支座三1322-1与平移叉指二1103相连，末端通过滑动铰支座四1322-2与升降叉指二1202底部相连；所述的滑动铰支座三1322-1固定在液压锁紧缸1322-3活塞杆端部，所述的液压锁紧缸二1322-3壳体固定在平移叉指二1103内部。
视觉模块1400用于采集叉车前方图像，由第一传感器1401、第二传感器1402、第三传感器1403和第四传感器1404组成，传感器为视频传感器；第一传感器1401、第二传感器1402、第三传感器1403、第四传感器1404分别安装在平移叉指一1102、平移叉指二1103、升降叉指一1201、升降叉指二1202长边的端部；第一传感器1401与第二传感器1402安装在同一高度，第三传感器1403与第四传感器1404安装在同一高度。这样的设置能够使搬运装置对待搬运的货物尺寸有更精准的定位。
控制模块1500可设置在智能叉车内，用于接收视觉模块1400采集的信息，进行图像处理后发出控制信号，这里的图像处理为现有的机器视觉识别技术，不再详述。控制模块1500由处理模块1510和驱动模块1520组成；处理模块1510和驱动模块1520互连；处理模块1510与第一传感器1401、第二传感器1402、第三传感器1403及第四传感器1404相连，对采集的图像进行识别；驱动模块1520与驱动装置一1104、驱动装置二1203和驱动装置三1206相连，根据识别结果，判断搬运装置需要的高度和宽度，发出控制信号调整搬运装置。
本发明具体的工作流程如下：
(1)在智能叉车带动下，自适应搬运装置接近被搬运的工件。
(2)当被搬运的工件进入视觉模块1400的工作范围时，控制驱动模块1500利用视觉模块获取被搬运工件的位置和大小信息，自动调控平移机构1100和升降机构1200搬取工件，具体步骤如下：
A)根据被搬运工件的信息，控制驱动模块1500启动驱动装置二1203和驱动装置三1206，通过传动丝杠二1204和传动丝杠三1207，在导杆一1205和导杆二1208的约束下，将升降叉指一1201和升降叉指二1202调整到相应高度，同时随动锁紧机构一1310和随动锁紧机构二1320也运行至相应高度；升降叉指一1201和升降叉指二1202的最大、最小的搬运高度如图8和图9所示。
B)根据被搬运工件的大小信息，控制驱动模块1500启动驱动装置一1104，通过传动丝杠一1105，将平移叉指一1102和平移叉指二1103调整到相应刚度；平移叉指一1102和平移叉指二1103的最大、最小的工作宽度如图2和图10所示。
C)在视觉模块1400引导下，自适应搬运装置1搬起工件。
(3)当自适应搬运装置1搬起工件时，随动锁紧机构1300的液压锁紧缸一1312-3和液压锁紧缸二1322-3开始工作，将滑动铰支座一1312-1和滑动铰支座三1322-1锁紧在相应位置，以保证搬运过程中升降机构平稳工作。
(4)在智能叉车2带动下，自适应搬运装置1接近放置工件的目标位置，放下工件，具体步骤如下：
A)控制驱动模块1500控制随动锁紧机构1300，使液压锁紧缸一1312-3和液压锁紧缸二1322-3松开滑动铰支座一1312-1和滑动铰支座三1322-1；
B)控制驱动模块1500启动驱动装置二1203和驱动装置三1206，通过传动丝杠二1204和传动丝杠三1207，在导杆一1205和导杆二1208的约束下，将升降叉指一1201和升降叉指二1202调整到相应高度，放下工件；至此完成一个工件的搬运，若需进行下一个工件的搬运，转至步骤(1)即可。
以上所述仅为本发明涉及的用于智能叉车的自适应搬运装置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 (8)

1.一种用于智能叉车的自适应搬运装置，所述自适应搬运装置(1)安装在智能叉车车体(2)上，其特征是所述自适应搬运装置包括平移机构(1100)、升降机构(1200)、随动锁紧机构(1300)、视觉模块(1400)以及控制模块(1500)；视觉模块(1400)用于采集叉车前方图像，控制模块(1500)用于接收视觉模块(1400)采集的信息，进行图像处理后发出控制信号给平移机构(1100)、升降机构(1200)和随动锁紧机构(1300)，所述平移机构(1100)在叉车宽度方向上伸展收缩，升降机构(1200)通过导杆设置在平移机构(1100)上，以所述平移机构(1100)为底上下移动，并随平移机构(1100)改变宽度，随动锁紧机构(1300)设置在平移机构(1100)和升降机构(1200)之间，随动锁紧机构(1300)随升降机构(1200)的位置变化而伸展收缩，并通过液压缸在升降机构(1200)停止移动时定位锁紧升降机构(1200)的位置。
2.根据权利要求1所述的用于智能叉车的自适应搬运装置，其特征是所述平移机构(1100)包括组合支架(1101)、平移叉指一(1102)、平移叉指二(1103)、驱动装置一(1104)以及传动丝杆一(1105)；所述组合支架(1101)与智能叉车车体(2)底部一端固连，组合支架(1101)设有纵梁一(1101-1)、纵梁二(1101-2)、横梁一(1101-3)和横梁二(1101-4)，纵梁一(1101-1)、纵梁二(1101-2)远离智能叉车车体(2)的一端底部设有万向轮(1108)；所述的平移叉指一(1102)和平移叉指二(1103)都呈L型，平移叉指一(1102)和平移叉指二(1103)的长边以滑动副套装在横梁二(1101-4)上，短边以滑动副套装在横梁一(1101-3)上，平移叉指一(1102)和平移叉指二(1103)的短边外侧分别固接凸台一(1106)和凸台二(1107)；所述的驱动装置一(1104)固定在纵梁一(1101-1)上，驱动装置一(1104)输出轴与传动丝杆一(1105)同轴固连；所述的传动丝杆一(1105)转动设置在纵梁一(1101-1)和纵梁二(1101-2)上；
所述升降机构(1200)包括升降叉指一(1201)、升降叉指二(1202)、驱动装置二(1203)、传动丝杆二(1204)、导杆一(1205)、驱动装置三(1206)、传动丝杆三(1207)以及导杆二(1208)；所述的升降叉指一(1201)和升降叉指二(1202)都呈L型，升降叉指一(1201)和升降叉指二(1202)分别位于平移叉指一(1102)和平移叉指二(1103)的上方，升降叉指一(1201)和升降叉指二(1202)的短板外侧分别固接凸台三(1209)和凸台四(1210)；所述的驱动装置二(1203)固定在凸台一(1106)的底部，驱动装置二(1203)输出轴连接传动丝杠二(1204)；所述的传动丝杠二(1204)转动设置在凸台一(1106)和凸台三(1209)上；所述导杆一(1205)固定在凸台一(1106)上表面，导杆一(1205)以滑动副穿过凸台三(1209)；所述的驱动装置三(1206)固定在凸台二(1107)的底部，驱动装置三(1206)输出轴连接传动丝杠三(1207)；所述的传动丝杠三(1207)转动设置在凸台二(1107)和凸台四(1210)上；所述导杆二(1208)固定在凸台二(1107)上表面，导杆二(1208)以滑动副穿过凸台四(1210)；
所述随动锁紧机构(1300)包括设置于平移叉指一(1102)和升降叉指一(1201)之间的随动锁紧机构一，以及设置于平移叉指二(1103)和升降叉指二(1202)之间的随动锁紧机构二；随动锁紧机构一包括第一连杆支路(1311)和第二连杆支路(1312)，两个连杆构成菱形伸缩结构，第一连杆支路(1311)首端通过固定铰支座一(1311-1)与平移叉指一(1102)相连，末端通过固定铰支座二(1311-2)与升降叉指一(1201)底部相连；所述的第二连杆支路(1312)首端通过滑动铰支座一(1312-1)与平移叉指一(1102)相连，末端通过滑动铰支座二(1312-2)与升降叉指一(1201)底部相连；所述的滑动铰支座二(1312-1)与液压锁紧缸一(1312-3)活塞杆端部固定，所述的液压锁紧缸一(1312-3)壳体固定在平移叉指一(1102)内部；随动锁紧机构二的结构同随动锁紧机构一。
3.根据权利要求2所述的用于智能叉车的自适应搬运装置，其特征是所述传动丝杆一(1105)上设有两段旋向相反的传动螺纹，且旋向相反的传动螺纹的螺距相等。
4.根据权利要求2所述的用于智能叉车的自适应搬运装置，其特征是所述的平移叉指一(1102)和升降叉指一(1201)在长边的相对面的一端都设有滑槽；所述的平移叉指二(1103)和升降叉指二(1202)在长边的相对面的一端也都设有滑槽，所述滑槽用于设置滑动铰支座。
5.根据权利要求2所述的用于智能叉车的自适应搬运装置，其特征是所述的传动丝杆二(1204)、导杆一(1205)、传动丝杆三(1207)以及导杆二(1208)的上端部都设有限位块(1211)。
6.根据权利要求2所述的用于智能叉车的自适应搬运装置，其特征是随动锁紧机构一和随动锁紧机构二对称设置。
7.根据权利要求1所述的用于智能叉车的自适应搬运装置，其特征是所述视觉模块(1400)包括第一传感器(1401)、第二传感器(1402)、第三传感器(1403)和第四传感器(1404)；所述的四个传感器分别安装在平移叉指一(1102)、平移叉指二(1103)、升降叉指一(1201)、升降叉指二(1202)长边的端部；所述的第一传感器(1401)与第二传感器(1402)安装在同一高度，所述第三传感器(1403)与第四传感器(1404)安装在同一高度。
8.根据权利要求1所述的用于智能叉车的自适应搬运装置，其特征是所述控制模块(1500)包括处理模块(1510)和驱动模块(1520)；所述的控制模块(1500)安装在智能叉车内，处理模块(1510)与驱动模块(1520)互连；所述的处理模块(1510)与第一传感器(1401)、第二传感器(1402)、第三传感器(1403)及第四传感器(1404)相连；所述的驱动模块(1520)与驱动装置一(1104)、驱动装置二(1203)、驱动装置三(1206)相连。
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