CN108527351B - 一种仓储机器人及其机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械臂，包括支架、驱动电机、主动齿轮、从动齿轮、主动臂、定位转轴、第一同步带轮组、第一固定轴、第一支撑轴、定位轴承、第一支撑轴承、第二同步带轮组、从动臂、第二支撑轴、第二支撑轴承和末端执行器。当驱动电机旋转时，主动齿轮旋转，从而使得安装了从动齿轮的主动臂在驱动下发生旋转。由于所述第一同步带轮组的大带轮固定在主动臂的壳体上，从而使得第一同步带轮组的小带轮产生反转，因从动臂的壳体与第一支撑轴固定，从而使得从动臂反转，实现机械臂的伸缩运动，从而使得末端执行器沿着径向运动。同时本发明还公开一种仓储机器人，包括移动式底盘、机架和机械臂，该机械臂具有上述有益效果。

Description

一种仓储机器人及其机械臂

技术领域

本发明涉及一种机器人技术领域，特别是关于一种仓储机器人及其机械臂。

背景技术

仓储是现代物流的一个重要组成部分，在物流系统中起着至关重要的作用，是厂商研究和规划的重点。高效合理的仓储可以帮助厂商加快物资流动的速度，降低成本，保障生产的顺利进行，并可以实现对资源有效控制和管理。仓储的发展经历了不同的历史时期和阶段，从原始的人工仓储到智能仓储，通过各种高新技术对仓储的支持，仓储的效率得到了大幅度的提高。

随着仓储技术的不断发展，对于货物的快速拆解以及高效搬运的需求越来越大。然而，目前对于大件货物直接由叉车机器人进行拣货及搬运，而对于中小货物基本上仍然是采取人工拆卸、输送带输送搬运的方式作业，特别是箱式包装的中件货物(包装箱长宽高尺寸在200～600mm之间)都是整齐码放到托盘上再存放到仓库货架上，这一类货物的拣货基本全部都是靠人工完成，当货物有一定重量时，这样的工作模式，给工人造成的劳动强度巨大，而且拣货效率也不是很高。

因此，如何设计一种灵活伸缩式机械臂提高拣货效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种机械臂，其自动化程度高，能够有效地提高拣货效率。

本发明的另一目的是提供一种包括上述机械臂的仓储机器人。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种机械臂，其特征在于：它包括固定端动力输入机构以及与其连接的手臂伸缩机构；所述固定端动力输入机构包括支架、第一驱动电机和主动齿轮；所述支架第一端连接所述第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴上设置有所述主动齿轮，由所述主动齿轮将动力输入到所述手臂伸缩机构上；所述支架第二端设置有用于连接所述手臂伸缩机构的轴孔；所述手臂伸缩机构包括主动臂和一个以上的从动臂；所述主动臂与所述固定端动力输入机构连接，所述主动臂的输出端与所述从动臂连接，相邻所述从动臂首尾相连，位于最末端的所述从动臂的输出端与末端执行器连接；所述主动臂包括第一壳体、从动齿轮、第一支撑轴、第一固定轴、第一支撑轴承和第一同步带轮组；所述第一同步带轮组由第一大带轮、第一小带轮和第一传动皮带构成；所述第一壳体的第一端端部外侧设置有所述从动齿轮，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合传动，进而由所述主动齿轮带所述动第一壳体进行转动；所述定位转轴穿设在所述第一壳体的第一端，且所述定位转轴两端固定在所述轴孔内；位于所述第一壳体的第二端设置有空心的所述第一支撑轴，所述第一支撑轴上端部位于所述第一壳体外；所述第一固定轴通过所述第一支撑轴承套装在所述第一支撑轴内，且所述第一固定轴上部穿过所述第一壳体形成第一延伸部；位于所述定位转轴与所述第一支撑轴之间设置有所述第一同步带轮组，所述第一同步带轮组中的所述第一大带轮固定在所述定位转轴上，所述第一小带轮与所述第一支撑轴固定连接。

进一步，所述从动臂包括第二壳体、第二同步带轮组、第二支撑轴、第二固定轴和第二支撑轴承；所述第二同步带轮组由第二大带轮、第二小带轮和第二传动皮带构成；所述第二壳体的第一端下部与所述主动臂中的所述第一支撑轴上端部固定连接，由所述第一支撑轴带动所述第二壳体进行转动；所述第一固定轴的第一延伸部设置在所述第二壳体的第一端内，且位于所述第一固定轴的端部设置有所述第二同步带轮组中的所述第二小带轮位于所述第二壳体的第二端设置有空心的所述第二支撑轴，所述第二支撑轴上端部位于所述第二壳体外；所述第二固定轴通过所述第二支撑轴承套装在所述第二支撑轴内，且所述第二固定轴上部穿过所述第二壳体形成第二延伸部；所述第二同步带轮组中的所述第二大带轮与所述第二支撑轴固定连接。

进一步，所述第一同步带轮组中的第一大带轮与所述第一小带轮传动比为2:1；所述第二同步带轮组中的所述第二小带轮与所述第二大带轮的传动比为1:2。

进一步，所述第一壳体和第二壳体中部都设置有张紧轮机构。

进一步，所述张紧轮机构包括框架、连接支架、张紧轮和预紧螺栓；所述框架安装于所述第二壳体内部，所述张紧轮安装于所述连接支架上，所述框架上开设有用于安装所述连接支架的安装槽，在所述框架的安装槽内开设有用于与所述预紧螺栓配合的螺纹孔，且所述预紧螺栓与所述连接支架相抵接。

进一步，所述第二支撑轴上端部与相邻的所述从动臂壳体下部固定连接，以带动相邻的所述从动臂动作；或所述第二支撑轴上端部与末端执行器固定连接。

进一步，所述固定端动力输入机构还包括减速器固定架、电机转接座、轴承、电机延长轴和第一谐波减速器；所述支架第一端螺纹连接所述减速器固定架，所述电机转接座通过螺纹连接到所述减速器固定架上；所述轴承设置在所述电机转接座内，所述轴承内圈与所述电机延长轴相连，所述第一驱动电机的输出轴穿入所述电机延长轴，再与所述电机转接座螺纹连接；所述第一驱动电机的输出轴经所述第一谐波减速器连接所述主动齿轮。

进一步，所述定位转轴包括上转轴、下转轴、交叉滚子轴承和轴承压板；所述上转轴、下转轴为同心设置，两者端部分别安装在所述支架的所述轴孔内，所述上转轴、下转轴分别通过所述交叉滚子轴承、轴承压板与所述第一壳体的上部、下部连接。

一种仓储机器人，其包括上述机械臂。

进一步，所述机器人还包括移动式底盘、机架、升降机构和末端执行器；所述移动底盘上设置有所述机架，所述升降机构背部与所述机架固定，且所述升降机构一端位于所述移动底盘上部，另一端沿着所述机架高度方向延伸至所述机架的外部；所述机械臂的固定端动力输入机构固定在所述升降机构的滑块上，所述机械臂的末端设置有所述末端执行器。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明在第一驱动电机旋转时，主动齿轮旋转，从而使得安装了从动齿轮的主动臂在驱动下发生旋转。由于第一同步带轮组的大带轮固定在主动臂的壳体上，从而使得第一同步带轮组的小带轮产生反转，因从动臂的壳体与第一支撑轴固定，从而使得从动臂反转，实现机械臂的伸缩运动，从而使得末端执行器沿着径向运动。本发明所提供的机械臂自动化程度高，能够有效地提高拣货效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明机械臂的整体结构示意图；

图2是本发明机械臂的剖视图；

图3是本发明机械臂的固定端输入机构结构示意图；

图4是本发明机械臂的主动臂结构示意图；

图5是本发明机械臂的从动臂结构示意图；

图6是本发明仓储机器人结构示意图；

图7是本发明仓储机器人机械臂抬起伸出时的结构示意图；

图8是本发明仓储机器人机械臂抓取货物时的结构示意轴测视图；

图9是本发明仓储机器人的移动底盘结构示意图；

图10是本发明末端执行器结构示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明提供一种机械臂，其包括固定端动力输入机构100和手臂伸缩机构。固定端动力输入机构100通过支撑轴与手臂伸缩机构连接。其中：

如图3所示，固定端动力输入机构100包括支架101、减速器固定架102、电机转接座103、轴承104、电机延长轴105、第一驱动电机106、第一谐波减速器107和主动齿轮108；第一驱动电机106采用伺服电机。支架101第一端螺纹连接减速器固定架102，电机转接座103通过螺纹连接到减速器固定架102上。轴承104设置在电机转接座103内，轴承104内圈与电机延长轴105相连，第一驱动电机106的输出轴穿入电机延长轴105，再与电机转接座103螺纹连接。第一驱动电机106的输出轴与第一谐波减速器107连接，主动齿轮108螺纹连接在第一谐波减速器107上，由主动齿轮108将动力输入到手臂伸缩机构上。支架101第二端设置有用于连接手臂伸缩机构的轴孔109。其中，轴承采用深沟球轴承。

如图4、图5所示，手臂伸缩机构包括主动臂200和一个以上的从动臂300。主动臂200与固定端动力输入机构100连接，主动臂200的输出端与从动臂300连接，相邻从动臂300首尾相连，位于最末端的从动臂300的输出端与末端执行器4连接(如图2所示)。其中：

如图4所示，主动臂200包括第一壳体201、从动齿轮202、第一支撑轴203、轴承压板204、第一固定轴205、第一支撑轴承206和第一同步带轮组；第一同步带轮组由第一大带轮207、第一小带轮208和第一传动皮带构成，从动齿轮202采用不完全齿轮。

第一壳体201的第一端端部外侧设置有从动齿轮202，从动齿轮202与固定端动力输入机构100中的主动齿轮108啮合传动，进而由主动齿轮108带动第一壳体201进行转动。定位转轴穿设在第一壳体201的第一端，且定位转轴两端固定在支架101第二端的轴孔109内。位于第一壳体201的第二端设置有空心的第一支撑轴203，第一支撑轴203上端部位于第一壳体201外，并通过轴承压板204与第一壳体201连接；第一固定轴205通过第一支撑轴承206套装在第一支撑轴203内，且第一固定轴205上部穿过第一壳体201形成第一延伸部。位于定位转轴与第一支撑轴203之间设置有第一同步带轮组，第一同步带轮组中的第一大带轮207固定在定位转轴上，第一小带轮208与第一支撑轴203固定连接；由于第一大带轮207固定设置在定位转轴上，当第一壳体201转动时，经第一大带轮207与第一小带轮208之间的第一传动皮带带动第一小带轮208转动，进而将动力传输至第一支撑轴203。

上述实施例中，定位转轴包括上转轴209、下转轴210、交叉滚子轴承211和轴承压板204；上转轴209、下转轴210为同心设置，两者端部分别安装在支架101的轴孔109内，且上转轴209、下转轴210分别通过交叉滚子轴承211、轴承压板204与第一壳体201的上部、下部连接。

上述各实施例中，第一支撑轴承206采用深沟球轴承。

上述各实施例中，第一同步带轮组中的第一大带轮207与第一小带轮208传动比为2:1。

如图5所示，从动臂300包括第二壳体301、第二同步带轮组、第二支撑轴302、轴承压板303、第二固定轴304和第二支撑轴承305；第二同步带轮组由第二大带轮306、第二小带轮307和第二传动皮带构成。

第二壳体301的第一端下部与主动臂200中的第一支撑轴203上端部固定连接，由第一支撑轴203带动第二壳体301进行转动。第一固定轴205的第一延伸部设置在第二壳体301的第一端内，且位于第一固定轴205的端部固定设置有第二同步带轮组中的第二小带轮307。位于第二壳体301的第二端设置有空心的第二支撑轴302，第二支撑轴302上端部位于第二壳体301外，并通过另一轴承压板303与第二壳体301连接；第二固定轴304通过第二支撑轴承305套装在第二支撑轴302内，且第二固定轴304上部穿过第二壳体301形成第二延伸部。第二同步带轮组中的第二大带轮306与第二支撑轴302固定连接；由于第二小带轮307固定设置在第一固定轴205上，当第二壳体301转动时，经第二小带轮307与第二大带轮306之间的第二传动皮带带动第二大带轮306转动，进而将动力传输至第二支撑轴302。

上述各实施例中，第二支撑轴承305采用交叉滚子轴承。

上述各实施例中，第二支撑轴302上端部与相邻的从动臂300壳体下部固定连接，以带动相邻的从动臂300动作；或第二支撑轴302上端部与末端执行器4固定连接。

上述各实施例中，第二同步带轮组中的第二小带轮307与第二大带轮306的传动比为1:2。

上述各实施例中，位于第一壳体201和第二壳体301中部还都设置有张紧轮机构308，用于调节传动皮带的张紧度(如图5所示)。张紧轮机构308包括框架、连接支架、张紧轮和预紧螺栓；框架安装于壳体内部，张紧轮安装于连接支架上，框架上开设有用于安装连接支架的安装槽，在框架的安装槽内开设有用于与预紧螺栓配合的螺纹孔，且预紧螺栓与连接支架相抵接。

使用时，当驱动第一驱动电机106旋转时，主动齿轮108旋转，从而使得安装了从动齿轮202的主动臂200在驱动下发生旋转。由于第一同步带轮组中的第一大带轮207固定在定位转轴上，从而使得第一小带轮208产生反转，因从动臂300的第二壳体301下部与第一支撑轴203固定，从而使得从动臂300反转。根据转动关系，为保证从动臂300与主动臂200在主动臂200旋转90°后能保持直线方向，需满足从动臂300转过的角度为主动臂200转过角度的2倍，使得同步带轮组中的大带轮与小带轮的齿数比为2：1。实现了机械臂的伸缩运动，从而使得末端执行器4沿着径向运动。

如图6～图8所示，本发明提供一种仓储机器人，其包括上述实施例中的机械臂，以及末端执行器4、移动底盘5、机架6和升降机构7。由于仓储机器人采用了上述机械臂，故能实现在密集堆放在托盘上没有缝隙的箱式货垛中将单件货物进行快速拆解和搬运的功能。移动底盘5上设置有机架6，升降机构7背部与机架6固定，且升降机构7一端位于移动底盘5上部，另一端沿着机架高度方向延伸至机架6的外部。机械臂的固定端动力输入机构100固定在升降机构7的滑块上，机械臂的末端设置有末端执行器4。

如图9所示，移动底盘5包括前桥架51、后桥架52、全向轮53、伺服电机54和减速器55。前桥架51和后桥架52构成底座，全向轮53通过支承座固定在底座上。伺服电机54输出端通过减速器55与全向轮53连接，且伺服电机54由外部控制设备控制全向轮53进行全向移动。在一个优选的实施例中，全向轮53采用四个，相应的，伺服电机54和减速器55也都采用四个。

如图10所示，末端执行器4包括连接板41、安装筒42、第二驱动电机43、第二谐波减速器44、吸盘安装板45和吸盘46。连接板41一端与从动臂300中的第二支撑轴302上端部固定连接，连接板41另一端与安装筒42一端连接。安装筒42内设置有第二驱动电机43，第二驱动电机43输出端经第二谐波减速器44与吸盘安装板45连接，吸盘安装板45上设置有多个吸盘46；第二谐波减速器44和吸盘安装板45设置在安装筒42外部。

其中，第二驱动电机43采用伺服电机，且该伺服电机固定在电机转接座47上，电机转接座47设置在安装筒42另一端，该伺服电机输出轴伸出电机转接座47，且电机转接座47与电机输出轴之间设置有深沟球轴承48。伸出电机转接座47的伺服电机输出轴与第二谐波减速器44连接。

上述各实施例中，可以采用两个机械臂携带两个末端执行器4，也可以采用一个机械臂携带一个末端执行器4。

综上所述，本发明仓储机器人的使用方法包括以下步骤：

(1)在移动底盘5的带动下，整体携带末端执行器4的机械臂的仓储机器人接近货垛8；

(2)机械臂在升降机构7与第一驱动电机106的驱动下进行高度与长度的调节，使得末端执行器4紧贴在待拆卸目标货物的四周；

(3)真空吸附设备启动，使得货物被产生的负压吸附在吸盘46上；

(4)机械臂抬高使待拆卸目标货物11脱离整体货垛8；

(5)外部控制设备控制移动底盘5移动，将待拆卸目标货物搬运离开。

上述各实施例仅用于说明本发明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种机械臂，其特征在于：它包括固定端动力输入机构以及与其连接的手臂伸缩机构；

所述固定端动力输入机构包括支架、第一驱动电机和主动齿轮；所述支架第一端连接所述第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴上设置有所述主动齿轮，由所述主动齿轮将动力输入到所述手臂伸缩机构上；所述支架第二端设置有用于连接所述手臂伸缩机构的轴孔；

所述手臂伸缩机构包括主动臂和一个以上的从动臂；所述主动臂与所述固定端动力输入机构连接，所述主动臂的输出端与所述从动臂连接，相邻所述从动臂首尾相连，位于最末端的所述从动臂的输出端与末端执行器连接；

所述主动臂包括第一壳体、从动齿轮、第一支撑轴、第一固定轴、第一支撑轴承和第一同步带轮组；所述第一同步带轮组由第一大带轮、第一小带轮和第一传动皮带构成；所述第一壳体的第一端端部外侧设置有所述从动齿轮，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合传动，进而由所述主动齿轮带动所述第一壳体进行转动；定位转轴穿设在所述第一壳体的第一端，且所述定位转轴两端固定在所述轴孔内；位于所述第一壳体的第二端设置有空心的所述第一支撑轴，所述第一支撑轴上端部位于所述第一壳体外；所述第一固定轴通过所述第一支撑轴承套装在所述第一支撑轴内，且所述第一固定轴上部穿过所述第一壳体形成第一延伸部；位于所述定位转轴与所述第一支撑轴之间设置有所述第一同步带轮组，所述第一同步带轮组中的所述第一大带轮固定在所述定位转轴上，所述第一小带轮与所述第一支撑轴固定连接。

2.如权利要求1所述机械臂，其特征在于：所述从动臂包括第二壳体、第二同步带轮组、第二支撑轴、第二固定轴和第二支撑轴承；所述第二同步带轮组由第二大带轮、第二小带轮和第二传动皮带构成；

所述第二壳体的第一端下部与所述主动臂中的所述第一支撑轴上端部固定连接，由所述第一支撑轴带动所述第二壳体进行转动；所述第一固定轴的第一延伸部设置在所述第二壳体的第一端内，且位于所述第一固定轴的端部设置有所述第二同步带轮组中的所述第二小带轮位于所述第二壳体的第二端设置有空心的所述第二支撑轴，所述第二支撑轴上端部位于所述第二壳体外；所述第二固定轴通过所述第二支撑轴承套装在所述第二支撑轴内，且所述第二固定轴上部穿过所述第二壳体形成第二延伸部；所述第二同步带轮组中的所述第二大带轮与所述第二支撑轴固定连接。

3.如权利要求2所述机械臂，其特征在于：所述第一同步带轮组中的第一大带轮与所述第一小带轮传动比为2:1；所述第二同步带轮组中的所述第二小带轮与所述第二大带轮的传动比为1:2。

4.如权利要求2所述机械臂，其特征在于：所述第一壳体和第二壳体中部都设置有张紧轮机构。

5.如权利要求4所述机械臂，其特征在于：所述张紧轮机构包括框架、连接支架、张紧轮和预紧螺栓；所述框架安装于所述第二壳体内部，所述张紧轮安装于所述连接支架上，所述框架上开设有用于安装所述连接支架的安装槽，在所述框架的安装槽内开设有用于与所述预紧螺栓配合的螺纹孔，且所述预紧螺栓与所述连接支架相抵接。

6.如权利要求4所述机械臂，其特征在于：所述第二支撑轴上端部与相邻的所述从动臂壳体下部固定连接，以带动相邻的所述从动臂动作；或所述第二支撑轴上端部与末端执行器固定连接。

7.如权利要求1所述机械臂，其特征在于：所述固定端动力输入机构还包括减速器固定架、电机转接座、轴承、电机延长轴和第一谐波减速器；所述支架第一端螺纹连接所述减速器固定架，所述电机转接座通过螺纹连接到所述减速器固定架上；所述轴承设置在所述电机转接座内，所述轴承内圈与所述电机延长轴相连，所述第一驱动电机的输出轴穿入所述电机延长轴，再与所述电机转接座螺纹连接；所述第一驱动电机的输出轴经所述第一谐波减速器连接所述主动齿轮。

8.如权利要求1至4任一项所述机械臂，其特征在于：所述定位转轴包括上转轴、下转轴、交叉滚子轴承和轴承压板；所述上转轴、下转轴为同心设置，两者端部分别安装在所述支架的所述轴孔内，所述上转轴、下转轴分别通过所述交叉滚子轴承、轴承压板与所述第一壳体的上部、下部连接。

9.一种仓储机器人，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的机械臂。

10.如权利要求9所述的机器人，其特征在于：还包括移动底盘、机架、升降机构和末端执行器；所述移动底盘上设置有所述机架，所述升降机构背部与所述机架固定，且所述升降机构一端位于所述移动底盘上部，另一端沿着所述机架高度方向延伸至所述机架的外部；所述机械臂的固定端动力输入机构固定在所述升降机构的滑块上，所述机械臂的末端设置有所述末端执行器。

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