CN108658012A - 抬升机构及应用抬升机构的提升装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抬升机构，安装于提升装置上，所述提升装置包括承载单元，所述抬升机构设置在所述承载单元的底部，所述抬升机构包括驱动组件和抬升组件，所述驱动组件包括轮轴固定块、驱动轮、动力源，所述抬升组件包括丝杆螺母、丝杆，所述丝杆的上端固定连接所述承载单元，行进时：各所述驱动轮与基础表面接触并在基础表面上移动提升装置；抬升时：各所述驱动轮在基础表面上旋转带动所述丝杆螺母相对所述承载单元绕上下方向轴线旋转，以驱动所述丝杆沿上下方向运动抬升所述承载单元。本发明至少具有以下优点：其能够实现各驱动轮的多角度旋转、且在同一驱动组件的动作下实现运输机器人的行进和抬升机构的抬升。

Description

抬升机构及应用抬升机构的提升装置
技术领域
本发明涉及抬升机构技术领域，尤其涉及一种抬升机构及应用抬升机构的提升装置。
背景技术
托盘作为工厂里的物流载体，在工厂物流中占据了重要的部分。目前用于抬升搬运托盘的设备主要有人工操作的手动液压搬运车和电动或燃油叉车。随着机器人技术的发展，出现了用于搬运托盘的全自主导航叉车，能将放置于地面的托盘插起，实现搬运的目的；另一种托盘搬运机器人，是将托盘放置于定制的具有一定高度的托盘架上，搬运机器人潜入到托盘架下方将托盘架连同托盘一并抬起并运送到指定位置。
对于上述的手动液压搬运车和有人驾驶的电动或燃油叉车，为人工操作设备，不满足工厂自动化的要求。对于全自主导航叉车，是由有人驾驶的叉车改造而来，当双叉抬起托盘时，由于托盘的重量集中在叉车的一侧(双叉上)，因而需要对车身进行配重，使得叉车的自重和体积都较大；或者在双叉下方装有支撑轮，但是由于需要安装抬升机构、驱动机构等模块，因此车头部分的体积和重量均较大。并且由于体积结构和尺寸的限制，驱动机构只能安装在叉车的车头一侧，因此不能在原地进行转变，且具有较大的转弯半径。
对于具有一定高度的潜入式自主导航机器人，普遍采用双轮差速或舵轮的驱动形式，但是该种类的机器人高度较高，无法像叉车一样插入到托盘的下方，需要将托盘放置于定制高度的托盘架上，使得机器人能潜入到托盘架下方，再通过机器人自带的顶升功能将托盘架连同上面的托盘抬起并搬运到指定位置。上述的搬运方式，每个托盘都需要配备定值的托盘架，每次在抬升之前都需要将货物放置到托盘架上，降低物流效率，还增加了运输成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种抬升机构及应用抬升机构的提升装置，其能够实现各驱动轮的多角度旋转、且在同一驱动组件的动作下实现运输机器人的行进和抬升机构的抬升。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抬升机构，安装于提升装置上，所述提升装置包括承载单元，所述抬升机构设置在所述承载单元的底部，所述抬升机构包括驱动组件和抬升组件，所述驱动组件包括轮轴固定块、设置在所述轮轴固定块左右两侧的驱动轮、驱动连接所述驱动轮的动力源，所述抬升组件包括固定设置在所述轮轴固定块上的丝杆螺母、沿上下方向延伸的丝杆，所述丝杆的上端固定连接所述承载单元，行进时：各所述驱动轮与基础表面接触并在基础表面上移动提升装置；抬升时：各所述驱动轮在基础表面上旋转带动所述丝杆螺母相对所述承载单元绕上下方向轴线旋转，以驱动所述丝杆沿上下方向运动抬升所述承载单元。
进一步地，所述动力源包括设置在所述轮轴固定块的前后两侧并分别驱动连接所述驱动轮的驱动电机，所述轮轴固定块上设置有信号连接所述驱动电机的电机驱动器。
进一步地，包括用于测量所述丝杆转动的绝对旋转角的导电滑环，所述导电滑环信号连接所述驱动电机。
进一步地，所述导电滑环包括套接并相对所述丝杆螺母固定设置的下半部、套设在所述丝杆上的上半部，所述上半部相对所述下半部转动配合以测量所述丝杆转过的绝对角度。。
一种提升装置，包括承载单元，还包括权利要求1-4任一项所述的并联式抬升机构，且所述并联式抬升结构安装于承载单元底部。
进一步地，所述提升机构还包括设置在所述承载单元底部的柔性调整单元，所述承载单元包括并行设置的第一外壳、第二外壳，扣接所述第一外壳和第二外壳前端的连接板，所述柔性调整单元分别将第一外壳、第二外壳和连接板柔性连接以带动各所述驱动轮抵接地面。
进一步地，所述柔性调整单元包括沿上下方向延伸的线性导向轴、分别套接所述线性导向轴的安装块和压缩弹簧，所述线性导向轴的上端固定连接所述连接板、下端固定设置有下挡板，所述安装块固定连接所述第一外壳或第二外壳，所述压缩弹簧上端抵接所述安装块、下端抵接所述下挡板，所述第一外壳或第二外壳带动所述安装块相对所述连接板沿上下方向运动压缩所述弹簧以带动所述驱动轮抵接地面
进一步地，所述安装块与所述线性导向轴之间设置有连接两者的关节球轴承，所述关节球轴承的轴线与所述线性导向轴的轴线共线，所述安装块与所述线性导向轴之间设置有连接两者润滑导套，所述润滑导套的轴线与所述线性导向轴的轴线共线。
进一步地，所述第二外壳的内侧设置有用于保持两者之间间距的测距传感器，所述第一外壳的内侧和第二外壳的内侧均设置有用于保证所述驱动轮同步动作的同步通讯传感器。
进一步地，所述第一外壳、第二外壳及连接板上设有多个防碰撞传感器和安全传感器，所述第一外壳、第二外壳的下侧分别设置有用于检测地面位置对所述驱动组件进行定位的视觉传感器。
借由上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
1、通过设置有抬升单元，包括驱动组件和抬升组件，使得在同一驱动组件的动作下，实现运输机器人的行进和抬升机构的抬升和下落动作，而无需其它单独的驱动方式来分别实现上述动作，整体结构优化；
2、通过设置有柔性调整单元，当运输机器人运输在不平整的地面时，为了防止第一外壳、第二外壳相对固定连接而导致运输机器人的所有驱动轮不能同时着地，通过设置有柔性调整单元将第一外壳、第二外壳并联在一起，当地面不平整时，位于较低一侧的运输机器人由于自重使得压缩弹簧被压缩，因此较低一侧的运输机器人下移使得该侧的所述驱动轮都能保证着地。
附图说明
图1是本发明的抬升机构分解图；
图2是本发明提升装置的整体结构示意图；
图3是本发明提升装置的整体结构仰视图；
图4是本发明提升装置的前进后退和斜向运动示意图；
图5是本发明提升装置的原地转弯运动示意图；
图6是本发明的柔性调整单元的示意图；
图7是本发明提升装置位于不平整地面时的前视剖视图；
图8是图7中A处的柔性调整单元的放大图。
以上附图中：1、抬升机构；2、柔性调整单元；3、第一外壳；4、第二外壳；5、连接板；6、测距传感器；7、同步通讯传感器；8、防碰撞传感器；9、安全传感器；10、视觉传感器；101、轮轴固定块；102、驱动轮；103、丝杆螺母；104、丝杆；105、驱动电机；106、电机驱动器；107a、下半部；107b、上半部；201、线性导向轴；202、安装块；203、压缩弹簧；204、下挡板；205、关节球轴承；206、润滑导套。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
结合图1所示，本发明公开了一种抬升机构，安装于提升装置上，本发明中，优选的提升装置为运输机器人。所述运输机器人包括承载单元、设置在所述承载单元底部并抵接承载单元的抬升机构1。所述抬升机构1包括驱动组件和抬升组件，所述抬升机构通过同一套驱动组件能够实现抬升功能和驱动功能。所述驱动组件包括轮轴固定块101、设置在轮轴固定块101左右两侧的驱动轮102、驱动连接所述驱动轮102的动力源。本发明中，所述动力源包括设置在所述轮轴固定块101的前后两侧并分别驱动连接所述驱动轮102的驱动电机105，所述轮轴固定块101上设置有信号连接所述驱动电机105的电机驱动器106。通过上述的设置方式，能够精确地控制抬升机构的行进动作。本发明中，优选地所述驱动电机105的输出轴上安装有小同步带轮、所述驱动轮102一侧固定设置有大同步带轮、传动连接小同步带轮和大同步带轮的传送带。通过上述的设置方式，有效地将驱动电机105的驱动力传递至所述驱动轮102上，结构优化、紧凑。所述抬升组件包括设置在所述轮轴固定块101上的丝杆螺母103、沿上下方向延伸的丝杆104。优选地，所述丝杆104的上端部设置有丝杆支撑板，所述丝杆支撑板固定连接所述承载单元。
本发明的抬升机构在行进时：各所述驱动轮102与基础表面接触并在基础表面上移动提升装置；具体的，两所述驱动电机105的输出轴带动小同步带轮转动、通过同步带将所述驱动力传送至大同步带，进而带动所述驱动轮102转动，实现运输机器人的行进动作。本发明的抬升机构在抬升时：各所述驱动轮102在基础表面上旋转带动所述丝杆螺母103相对所述承载单元绕上下方向轴线旋转，以驱动所述丝杆104沿上下方向运动抬升所述承载单元。具体的，所述承载单元对所述抬升机构施加承载力，同时两驱动轮102只绕上下方向轴线旋转(两所述驱动轮沿上下方向上对称的中心轴线)，受力相互抵消，通过丝杆104和所述丝杆螺母103的作用，保证所述承载单元相对所述抬升机构只进行上下方向的运动。两所述驱动轮102绕上下方向的轴线(两所述驱动轮沿上下方向上对称的中心轴线)同步进行360°旋转(360°顺时针或逆时针旋转)，带动所述丝杆螺母103转动以驱动所述丝杆104沿上线方向运动，带动所述承载单元沿上下方向完成抬升和下落动作。
本发明中的抬升单元在进行抬升和下落的过程中，通过丝杆104和丝杆螺母103之间的螺纹连接配合所述驱动轮102的原地旋转实现，在满足不同的抬升需求时，需要对驱动组件的旋转圈数进行精准控制。优选地，所述抬升机构包括用于测量所述丝杆104转动的绝对旋转角的导电滑环，所述导电滑环信号连接所述驱动电机105。所述导电滑环包括套接并相对所述丝杆螺母固定设置的下半部107a、套设在所述丝杆104上的上半部107b，所述上半部107b相对所述下半部107b转动配合以测量所述丝杆104转过的绝对角度(测量所述丝杆螺母103相对于丝杆104转过的绝对角度，即两个所述驱动轮102绕着上下方向轴线转过的角度(两所述驱动轮沿上下方向上对称的中心轴线))。通过上述的设置方式，导电滑环的下半部107b能够跟随轮轴固定块101旋转、同时又能保证导电滑环的上半部107a随着丝杆104沿上下方向运动，因此能够实现对驱动组件所转过的角度和圈数进行精准的测量。
结合图1至图8，本发明公开了一种提升装置，本发明中，所述提升装置优选为运输机器人，包括承载单元和并联式抬升机构，所述并联式抬升机构安装于承载单元的底部。所述承载单元包括并行设置的第一外壳3、第二外壳4，扣接所述第一外壳3和第二外壳4前端的连接板5。本发明中，优选地所述承载单元呈U字型，其中所述第一外壳3和第二外壳4相当于叉车的两个叉臂，保证第一外壳3和第二外壳4能够伸入被抬升物(所述被抬升物包括托盘或放有货物的托盘)的底部，无需像现有叉车一样需要对头部进行配重，也无需像具有一定高度的潜入式自主导航机器人需要为托盘定制托盘放置架，能够显著的提高搬运过程的效率和降低搬运成本。所述提升机构还包括设置在所述承载单元底部的柔性调整单元2，所述柔性调整单元2分别将第一外壳3、第二外壳4和连接板5柔性连接以带动各所述驱动轮102抵接地面。
结合图2所示，本发明的运输机器人设置有四组抬升机构，优选地所述第一外壳3、第二外壳4底部分别设置有两个抬升单元1。通过上述的设置方式，采用八个驱动轮102单独驱动的形式，通过各所述驱动轮102与基础表面接触并在基础表面上移动所述运输机器人。具体地，如图4所示，图中a和b表示运输机器人整体的前进/后退动作：各所述驱动轮102位于前后方向的轴线上，通过控制驱动电机105对应的驱动轮102同时动作，实现运输机器人整体的前进和后退；如图5所示，表示运输机器人整体的转弯动作：首先控制同侧的两组驱动组件往相反的方向运行，使得每个驱动组件绕上下方向的轴线(两所述驱动轮102沿上下方向上对称的中心轴线)旋转过一定角度，即刚好使得对角线的两组驱动组件的连线相重合，两连线的重合点为O点，通过同步控制各所述驱动轮102(保证各所述驱动轮102绕重合点O点转动的角速度相同，靠近O点的四个驱动轮102和远离O点的四个驱动轮102的速度不同)，使得运输机器人整体绕O点做原地转弯；如图4所述，图中c和d表示运输机器人整体的任意方向直行动作：控制同侧的两个驱动组件往相同的方向运行，使得每个所述驱动组件绕上下方向的轴线(两所述驱动轮102沿上下方向上对称的中心轴线)旋转过一定角度，通过同步控制各驱动轮102的动作，即可实现任意方向的执行，对于不同的方向，需要控制驱动轮102旋转至对应的角度即可。
本发明中，所述柔性调整单元2包括沿上下方向延伸的线性导向轴201、分别套接所述线性导向轴201的安装块202和压缩弹簧203，所述安装块202相对所述线性导向轴201可沿上下方向运动。所述线性导向轴201的上端固定连接所述连接板5、下端固定设置有下挡板204，所述安装块202固定连接所述第一外壳3或第二外壳4，所述压缩弹簧203上端抵接所述安装块202、下端抵接所述下挡板204。通过设置有柔性调整单元2，当运输机器人运输在不平整的地面时，为了防止第一外壳3、第二外壳4相对固定连接而导致运输机器人的所有的驱动轮102不能同时着地，通过设置有柔性调整单元2将第一外壳3、第二外壳4并联在一起，形成并联式结构，当地面不平整时，位于较低一侧的运输机器人由于所述第一外壳3或第二外壳4和抬升机构的自重带动所述安装块202沿所述线性导向轴201向下运动，使得压缩弹簧203被压缩，带动整体的驱动组件向下移动，因此较低一侧的运输机器人下移使得该侧的所述驱动轮102都能保证着地，避免驱动轮102空转影响了定位精度。
具体的，结合图7所示，当运输机器人运行在不平整地面时，运输机器人以处于较高一侧为基准(设第一外壳处于较高的一侧)，所述第一外壳3紧贴抵触所述连接板5，第二外壳4和位于第二外壳4一侧的提升机构由于自重作用，带动所述安装块202相对所述连接板5向下运动，形成相对位移差，并压缩所述压缩弹簧203，使得所述第二外壳4带动抬升机构同步向下运动，直至抬升机构的驱动轮102着地，此时由于抬升机构与所述第二外壳4之间为刚性连接，进而保证在驱动轮102着地的时，压缩弹簧203不会再被进一步压缩。由于所述压缩弹簧203下端抵接所述下挡板204，从而也对所述安装块202在上下方向上的位置起到限位作用。
本发明中，优选地所述安装块202与所述线性导向轴201之间设置有连接两者的关节球轴承205，所述关节球轴承205的轴线与所述线性导向轴201的轴线共线。通过上述的设置方式，能够降低线性导向轴201的垂直精度和安装精度的要求，且通过设置有关节球轴承205，当运输机器人存在稍微倾斜的情况时，其也随着倾斜的程度而发生转动，消除了倾斜对驱动轮102的影响。所述安装块202与所述线性导向轴201之间设置有连接两者润滑导套206，所述润滑导套206的轴线与所述线性导向轴201的轴线共线，且所述润滑导套206设置在所述关节球轴承205的内圈里。通过设置有润滑导套206，避免线性导向轴201与关节球轴承205的干摩擦，提高两者的使用寿命。
本发明中，所述连接板5上装有导航激光，实现所述运输导航机器人的全自主导航功能。由于运输机器人能实现全方位的运行，在运行过程中需要保证安全性能，因而所述第一外壳3、第二外壳4及连接板5上设有多个防碰撞传感器8和安全传感器9。优选地所述防碰撞传感器8和安全传感器9分布在前后左右四个方向上，有效地保证了运输机器人运行时的安全性能。所述第一外壳3、第二外壳4的下侧分别设置有用于检测地面位置对所述驱动组件进行定位的视觉传感器10，优选地，所述视觉传感器10上安装有用于与其电连接的充电片，从而实现所述视觉传感器10的自主充电功能。所述视觉传感器10通过地面辅助定位，将信号反馈至控制单元，所述控制单元通过控制第一外壳3和所述第二外壳4的运动，从而控制运输机器人的动作，实现运动机器人的精准定位。
所述第二外壳4的内侧设置有用于保持两者之间间距的测距传感器6，以第一外壳3为基准，通过实时调整第二外壳4的运动状态，保证第二外壳4与第一外壳3保持固定的距离，从而不会使连接板5受力变形。所述第一外壳3的内侧和第二外壳4的内侧均设置有用于保证所述驱动轮102同步动作的同步通讯传感器7，能够使得第一外壳3和第二外壳4能够同步且相互收到对方的运行状态，若产生不同步时，可以通过同步通讯传感器7信号反馈至控制单元，控制单元动作使得第二外壳4跟随上第一外壳3。通过上述的设置方式，能够保证第一外壳3和第二外壳4的同步动作和两者之间的特定距离。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种抬升机构，安装于提升装置上，所述提升装置包括承载单元，其特征在于，所述抬升机构设置在所述承载单元的底部，所述抬升机构包括驱动组件和抬升组件，所述驱动组件包括轮轴固定块、设置在所述轮轴固定块左右两侧的驱动轮、驱动连接所述驱动轮的动力源，所述抬升组件包括固定设置在所述轮轴固定块上的丝杆螺母、沿上下方向延伸的丝杆，所述丝杆的上端固定连接所述承载单元，行进时：各所述驱动轮与基础表面接触并在基础表面上移动提升装置；抬升时：各所述驱动轮在基础表面上旋转带动所述丝杆螺母相对所述承载单元绕上下方向轴线旋转，以驱动所述丝杆沿上下方向运动抬升所述承载单元。
2.如权利要求1所述的抬升机构，其特征在于，所述动力源包括设置在所述轮轴固定块的前后两侧并分别驱动连接所述驱动轮的驱动电机，所述轮轴固定块上设置有信号连接所述驱动电机的电机驱动器。
3.如权利要求2所述的抬升机构，其特征在于，包括用于测量所述丝杆转动的绝对旋转角的导电滑环，所述导电滑环信号连接所述驱动电机。
4.如权利要求3所述的抬升机构，其特征在于，所述导电滑环包括套接并相对所述丝杆螺母固定设置的下半部、套设在所述丝杆上的上半部，所述上半部相对所述下半部转动配合以测量所述丝杆转过的绝对角度。
5.一种提升装置，包括承载单元，其特征在于，还包括权利要求1-4任一项所述的抬升机构，且所述并联式抬升结构安装于承载单元底部。
6.如权利要求5所述的提升装置，其特征在于，所述提升装置还包括设置在承载单元底部的柔性调整单元，所述承载单元包括并行设置的第一外壳、第二外壳，扣接所述第一外壳和第二外壳前端的连接板，所述柔性调整单元分别将第一外壳、第二外壳和连接板柔性连接以带动各所述驱动轮抵接地面。
7.如权利要求6所述的提升装置，其特征在于，所述柔性调整单元包括沿上下方向延伸的线性导向轴、分别套接所述线性导向轴的安装块和压缩弹簧，所述线性导向轴的上端固定连接所述连接板、下端固定设置有下挡板，所述安装块固定连接所述第一外壳或第二外壳，所述压缩弹簧上端抵接所述安装块、下端抵接所述下挡板，所述第一外壳或第二外壳带动所述安装块相对所述连接板沿上下方向运动压缩所述弹簧以带动所述驱动轮抵接地面。
8.如权利要求7所述提升装置，其特征在于，所述安装块与所述线性导向轴之间设置有连接两者的关节球轴承，所述关节球轴承的轴线与所述线性导向轴的轴线共线，所述安装块与所述线性导向轴之间设置有连接两者润滑导套，所述润滑导套的轴线与所述线性导向轴的轴线共线。
9.如权利要求7所述的提升装置，其特征在于，所述第二外壳的内侧设置有用于保持两者之间间距的测距传感器，所述第一外壳的内侧和第二外壳的内侧均设置有用于保证所述驱动轮同步动作的同步通讯传感器。
10.如权利要求7所述的提升装置，其特征在于，所述第一外壳、第二外壳及连接板上设有多个防碰撞传感器和安全传感器，所述第一外壳、第二外壳的下侧分别设置有用于检测地面位置对所述驱动组件进行定位的视觉传感器。
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