CN108862092B - 一种物流终端用小型圆柱坐标机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物流终端用小型圆柱坐标机器人，包括旋转底座部件和升降机构，旋转底座部件的上方设置有导向柱以及升降机构齿条，升降机构包括托架、升降动力头组件和直线轴承，升降动力头组件与托架固定连接，升降动力头组件包括与升降机构齿条啮合的齿轮，直线轴承与导向柱滑动连接，托架与直线轴承固定连接升降动力头组件通过所述齿轮带动升降机构上升和下降；托架上还设置有水平径向移动组件；还包括用于控制旋转底座部件和升降机构动作的控制器；动力头均通过控制器进行自动控制，无需人工参与物件的分拣工作，使得物件的分拣不受人为因素干扰，提高分拣效率，降低劳动强度；构架稳定，结构紧凑，体积小，提高对物件分拣输送效率。

Description

一种物流终端用小型圆柱坐标机器人

技术领域

本发明属于自动化机械技术领域，具体涉及一种物流终端用小型圆柱坐标机器人。

背景技术

在如今的物流行业中，很多物流的终端配送工作仍全部由人工完成，存在劳动强度大、配送效率低等问题，为了提高物流终端配送效率，降低配送成本，满足人们对物流运输的快节奏需求，设计一种物流终端用小型圆柱坐标机器人部分替代人工进行物流快递件的分拣与配送，以提高配送效率，降低配送成本，同时也给“物流配送最后一公里”问题提供了全新的解决思路。

传统的物流用配送机器人多采用直角坐标的运动布置形式，且多布置于大型立体仓库中(如：发明专利：CN101168415A，码垛机；发明专利：CN 107377399A，一种直角坐标机械手物流分拣装置；发明专利：CN1050339889B，直角坐标物流用机器人)，从公开发行的资料中得知，目前在物流运输特别是终端物流配送行业中，还没有一种特别合适的圆柱坐标机器人进行应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种物流终端用小型圆柱坐标机器人，以期望解决现有技术中物流终端配送效率低，人工配送成本高，无法满足人们对物流运输的快节奏需求等问题。本发明无需人工分拣，结构紧凑，整体刚度较强，占地面积较小。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种物流终端用小型圆柱坐标机器人，包括旋转底座部件和升降机构，旋转底座部件的上方设置有导向柱以及升降机构齿条，升降机构包括托架、升降动力头组件和直线轴承，升降动力头组件与托架固定连接，升降动力头组件包括与升降机构齿条啮合的齿轮，直线轴承与导向柱滑动连接，托架与直线轴承固定连接升降动力头组件通过所述齿轮带动升降机构上升和下降；托架上还设置有水平径向移动组件；还包括用于控制旋转底座部件、升降机构以及水平径向移动组件动作的控制器。

旋转底座部件包括底座，底座的中心设置芯轴以及底部轴承，通过底部轴承连接旋转盘，旋转盘的下部还固定连接同步带轮，旋转动力头通过同步带带动同步带轮。

底座上设置有用于张紧同步带的同步带张紧机构。

所述底部轴承采用推力球轴承。

升降机构包括设置在旋转底座部件上方的升降支撑柱，升降机构齿条通过升降支撑柱固定，托架上设置有用于防止齿轮与升降机构齿条脱离的防脱齿机构，防脱齿机构包括导轮，导轮设置在升降支撑柱的外侧，导轮通过导轮支架与托架固定连接，导轮支架安装导轮的一端设置有滑槽，导轮通过导轮轴与滑槽安装，导轮支架安装导轮的末端开设有螺纹孔，通过第二顶紧螺钉调节导轮轴在滑槽中的位置。

水平径向移动组件包括托架上设置的径向轴齿条和两根径向轴直线导轨，径向轴直线导轨上设置径向滑块，水平径向移动组件包括径向动力头，径向动力头的固定端与滑块固定连接，径向动力头的输出端连接有径向移动齿轮，径向移动齿轮与径向轴齿条相互啮合。

水平径向移动组件还包括物件支撑杆和物件导向杆，物件支撑杆和物件导向杆通过背板连接板与径向滑块固定连接。

托架的顶部和底部之间设置有物件定位组件。

导向柱的顶部设置有顶部导向装置，顶部导向装置包括与导向柱固定连接的顶部连接盘，顶部连接盘沿圆周方向设置有V形顶部导向组件，顶部导向组件的开口朝上，顶部导向装置还包括圆形轨道，V形顶部导向组件沿圆形轨道移动。

还包括辅助升降装置，辅助升降装置采用剪叉式升降机构，辅助升降装置底部与托架的底部固定连接。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：旋转底座部件实现本发明在水平方向的旋转动作，升降机构装载物件实现升降移动，水平移动组件在托架上水平往复移动，能够实现物件沿圆柱的径向移动，升降机构中采用直线轴承摩擦阻力小，本发明所有动力头均通过控制器进行自动控制，本发明运行中，全程无需人工参与快递物件的分拣工作，最大限度的保护快递物件的分拣不受人为因素干扰，提高了快递分拣效率，降低了人工劳动强度；同时本发明所述的物流终端用小型圆柱坐标机器人构架稳定，相应的，采用本发明所述机器人的货架沿着圆柱空间布置，空间利用率高，结构紧凑，体积小，提高对物件分拣输送效率。

进一步的，底部轴承采用推力球轴承转动效率高，提供的支撑强度高，安装方便。

进一步的，同步带张紧机构对同步带实现张紧作用，提高同步带传动效率与准确率。

进一步的，导轮支架安装导轮的一端设置有滑槽，导轮通过导轮轴与滑槽安装，导轮支架安装导轮的末端开设有螺纹孔，通过第二顶紧螺钉调节导轮轴在滑槽中的位置，使得导轮对升降机构齿条与齿轮的啮合松紧程度，达到防止脱齿的同时而不影响升降机构齿条与齿轮的传动效率。

进一步的，水平径向移动组件还包括物件支撑杆和物件导向杆，物件支撑杆用于托起物件，物件导向杆用于防止物件偏斜，确保物件顺利进入放置位置。

进一步的，定位组件能限制水平移动组件带动物件的移动位置，使物件被准确传送。

进一步的，顶部导向装置的V形顶部导向组件沿圆形轨道移动，防止顶部连接盘发生水平偏移，并降低旋转过程中的水平跳动。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为旋转底座部件结构示意图；

图3为图2的A-A向半剖示意图；

图4为升降机构结构示意图；

图5为辅助升降装置结构示意图；

图6为物件定位组件结构示意图；

图7为防脱齿装置结构示意图；

图8为图7的局部剖视示意图

图9为径向轴部件结构示意图；

图10为顶部导向装置结构示意图；

图中，1为旋转底座部件，2为升降支撑柱，3为导向柱，4为升降机构，5为顶部导向装置，101为底座，103为轴承下放置板，104为同步带轮，105为芯轴，106为同步带张紧机构，107为旋转动力头，108为同步带，109为轴承盖板，110为线束防护套，111为旋转盘，112为第一顶紧螺钉，401为辅助升降装置，402为物件定位组件，403为托架，404为升降动力头组件，405为径向轴部件，406为直线轴承，407为升降机构担板，4010为底部脚座，4011为托板，4012为支撑轴承，4013为防倾导向槽，4014为子连接板，4015为辅助导向滑块，4016为连接板，4017为剪叉轴，4018为深沟球轴承，4019为剪叉板，4021为上连板，4022为连接杆，4023为定位组件驱动源，4024为悬臂轴连接板，4025为下连板，4026为阻挡杆，4027为阻挡杆直线轴承，4028为辅助装置驱动，4041为第二顶紧螺钉，4042为导轮支架，4043为导轮轴，4044为导轮，4045为导轮套筒，4051为第一导轨连接板，4052为物件导向杆，4053为径向轴齿条，4054为径向轴直线导轨，4055为物件支撑杆，4056为第一连接板，4057横向安装板，4058为第二导轨连接板，4059为连接件，4060为导向杆导轨滑块，4062为径向动力头，501为导向轴承，502为顶部导向轴，503为顶部连接盘，504为导向组件安装座，505为导向销钉，506-位置调整螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种物流终端用小型圆柱坐标机器人，包括旋转底座部件1，旋转底座部件1的顶部通过螺纹连接有四根用于导向的导向柱和一根用于放置升降机构齿条的升降支撑柱2，四根导向柱3沿旋转底座部件1顶部圆周方向均匀设置；升降机构4沿着导向柱3上下移动，导向柱3上均设置有直线轴承406，直线轴承406通过升降机构担板407与升降机构4固定连接，以实现沿竖直方向的直线运动，所述升降机构4还包括托架403、水平径向移动组件405、辅助升降装置401、物件定位组件402以及升降动力头组件；导向柱3的顶端设置有顶部导向装置5，顶部导向装置5通过螺纹与导向柱3的顶端以及升降支撑柱2顶端连接；还包括用于控制旋转底座部件1和升降机构4动作的控制器，控制器用于控制旋转动力头107、升降动力头组件404以及径向动力头4062。

如图2、图3所示，所述旋转底座部件1包括底座101，底座101通过螺纹固定连接轴承下放置板103和芯轴105，轴承的一个安装面与轴承下放置板103接触，所述轴承的另一安装面顶端设置有旋转盘111，球轴承的顶端与旋转盘111底部连接，同时在旋转盘111顶部设置有轴承盖板109，轴承盖板109通过螺纹与芯轴105的上端连接，旋转盘111的中心处设置有均匀布置的螺纹孔，内嵌紧定螺钉用于同步带轮的快速拆卸，轴承盖板109的中心处设置有均匀布置的螺纹孔，内嵌紧定螺钉用于同步带轮的快速拆卸；底座101上通过螺纹连接设置有四组顶紧装置，每组顶紧装置底部设置有螺纹孔，螺纹孔内设置第一顶紧螺钉112，用于顶紧装置位置调节，从而更好地贴合于旋转盘111的底部，防止旋转盘出现变形；

轴承盖板109上部设置有线束防护套110，旋转盘111底部装有同步带轮104，同步带轮104连接有同步带108，底座101上方设置旋转动力头107，旋转动力头107的输出端连接有主动同步带轮，主动同步带轮通过同步带108驱动同步带轮104，进而带动芯轴105旋转，同时安装于底座101上的同步带张紧机构106向同步带108施加张紧力。

如图4所示，升降机构4包括托架403，托架403上设置有径向轴齿条4053和两根径向轴直线导轨4054，径向轴直线导轨4054上设置有型式和大小与其相匹配的径向滑块，导轨连接板包括第一导轨连接板4051及第二导轨连接板；第一导轨连接板4051及第二导轨连接板4058分别通过螺栓与所述径向滑块连接，径向动力头4062的安装端通过螺栓和安装背板安装在第一导轨连接板4051上，径向动力头4062的输出端连接有齿轮，所述齿轮与径向轴齿条4053啮合，第一导轨连接板4051的端面及第二导轨连接板4058的端面同时通过螺栓连接横向安装板4057，横向安装板4057上设置有两根物件担杆4055及导向杆导轨组件；所述径向动力头4062上设置有调节螺钉，用于调节径向动力头4062与径向轴齿条4053之间的啮合间隙；

水平径向移动组件405还包括横向安装板4057、第一连接板4056和第二连接板，横向安装板4057的一端设置有导向杆和导向滑块，其中一根物件导向杆4052与第一连接板4056连接，第一连接板4056通过螺栓与横向安装板4057固定连接，另一根物件导向杆4052通过螺纹与第二连接板连接，第一连接板4056与导向滑块固定连接，导向杆驱动源一端通过连接件4059连接于导向杆导轨滑块4060上，另一端与横向安装板4057固定连接，连接件4059通过螺栓与第一连接板4056固定连接，所述横向是指沿着托架403的短边方向。

辅助升降装置401的底部设置在托架403的下方，辅助升降装置401降至最低位置时，其顶面低于托架403的顶端。

如图5所示，辅助升降装置401采用剪叉式升降平台，托架403的底部设置有辅助导轨滑块副，辅助升降装置401底部的固定端通过底部脚座4010采用螺纹连接固定于托架403底部，升降装置底部的自由端用连接板4016与辅助导向滑轨滑块副连接，连接板4016与辅助导向滑轨滑块副中的辅助导向滑块4015通过螺纹连接，辅助升降装置401还包括两组剪叉组件，剪叉组件包括四个剪叉板4019和八个深沟球轴承4018，剪叉板4019与剪叉板4019之间铰接，剪叉板4019与剪叉轴4017的连接处以及剪叉板4019与剪叉板4019的铰接处均设置轴承，所述辅助升降装置401顶部的托板4011的一端与剪叉组件固定连接，托板4011的另一端底部设置有防倾导向槽4013，剪叉组件顶部的自由端剪叉轴与防倾导向槽4013滑动连接，剪叉组件顶部的自由端剪叉轴上固定安装支撑轴承4012，所述滚动轴承沿防倾导向槽4013往复滚动，辅助升降装置401驱动源的输出固定于托架403上，固定端与剪叉轴4017用子连接板4014固定连接，子连接板4014的一端开孔，剪叉轴4017穿过所述开孔连接子连接板4014，子连接板4014的一端与辅助装置驱动4028的输出端螺纹连接。

如图6所示，物件定位组件402包括定位组件驱动源4023，定位组件驱动源4023末端通过螺纹与悬臂轴连接板4024组件固定连接，悬臂轴连接板4024组件固定安装在托架403上，另一端通过螺纹连接有上连板4021，两根连接杆4022一端通过螺纹连接上连板4021，另一端通过螺纹连接下连板4025，同时下连板4025连接的两根阻挡杆4026穿过设置在升降机构担板407上的一对阻挡杆直线轴承4027。

如图7、图8所示，升降机构动力头404包括升降机构电机安装板，升降机构电机安装板上通过螺栓连接有升降机构电机及防脱齿机构，升降机构电机输出端连接有升降机构齿轮，齿轮与竖直设置的升降机构齿条相互啮合，齿条与升降支撑柱2固定连接，与所述齿轮同一高度设置有导轮4044，防脱齿机构包括导轮4044，导轮4044设置在升降支撑柱2的外侧，导轮4044通过导轮支架4042与托架403固定连接，在齿轮与竖直齿条啮合处，向升降支撑柱2以及齿条施加压力，使齿轮与竖直齿条啮合稳定，防止发生脱齿；导轮支架4042安装导轮的一端设置有滑槽，导轮支架4042安装导轮的末端开设有螺纹孔，通过第二顶紧螺钉4041调节导轮4044在滑槽中的位置，从而改变导轮4044对升降支撑柱2以及齿条的压紧力，导轮4044通过导轮轴4043与导轮支架402固定连接，导轮轴4043与导轮4044之间还设置有导轮套筒4045；导轮4044采用凹槽形导轮，凹槽能够使升降支撑柱2能够卡入导轮中，防止升降过程中升降机构发生水平偏移，提供本发明的运行稳定性与准确性。

如图9所示，水平径向移动组件405包括托架403上设置的径向轴齿条4053和两根径向轴直线导轨4054，径向轴直线导轨4054上设置径向滑块，水平径向移动组件包括径向动力头，径向动力头的固定端与滑块固定连接，径向动力头的输出端连接有径向移动齿轮，径向移动齿轮与径向轴齿条4053相互啮合；水平径向移动组件还包括物件支撑杆4055和物件导向杆4052，物件支撑杆4055和物件导向杆4052通过背板连接板与径向滑块固定连接；

如图10所示，顶部导向装置包括顶部连接盘503，顶部连接盘503上沿圆周方向设置有三组V形顶部导向组件，V形顶部导向组件的开口朝上，每组顶部导向组件通过两个导向销钉505与顶部连接盘503连接，顶部导向装置还包括导向组件安装座504，导向组件安装座504上对称设置有导向轴安装槽，同一组两根顶部导向轴502各自中心线形成30°的夹角α，导向组件安装座504上部侧面开设用于安装顶部导向轴502的螺纹孔，紧固螺栓穿过所述通孔旋入顶部导向轴502的槽型孔中紧固顶部导向轴502；导向轴承501通过顶部导向轴502固定安装，导向组件安装座504的底部还开设螺纹孔，所述螺纹孔的轴线与顶部导向轴502的轴线重合，顶部连接盘503上安装顶部导向组件的对应位置处开设有螺纹孔，螺纹孔中设置用于调整导向组件安装座504的上下位置调整螺钉506，导向组件安装座504的底部的螺纹孔中旋入调整螺钉506，顶部导向轴502上沿径向开设槽型孔，调节顶部同一组导向轴承501的间距，导向组件安装座504与导向销钉505固定连接，销钉用于对导向组件安装座504进行导向和定位。

本发明优选的，导向柱3采用空心轴，升降支撑柱2采用实心轴。

本发明优选的，托架403采用铝型材骨架。

本发明优选的，托板4011采用尼龙托板。

本发明是一种物流终端用小型圆柱坐标机器人，包括旋转底座部件1，旋转底座部件1顶部通过螺纹连接有四根用于导向的导向柱3和一根用于固定升降机构齿条的升降支撑柱2，四根沿旋转盘111的一圆周方向均匀设置。

升降机构4通过升降机构担板407与直线轴承406固定连接，升降机构担板407与直线轴承406通过螺栓连接，升降机构4位于升降支撑柱2内侧；所述升降机构4同时包含辅助升降装置401、物件定位组件402、托架403、升降动力头组件404、水平径向移动组件405。同时四根导向柱3及一根升降支撑柱2另一端通过螺纹连接有顶部导向装置5，以确保在高速旋转过程中机构运行平稳。

正常工作时，根据上位机指令控制，底部旋转座部件1旋转合适设定角度，同时升降机构4沿着升降支撑柱2升至机器最大行程，升降机构4内设的辅助升降装置401工作，托板4011升至最高位置，接受从外部送来的物件，后辅助升降装置401工作，托板4011降至最低位置，将物件当放在两根物件支撑杆4055上，同时安装于导向杆导轨滑块4060上的物件导向杆4052在导向杆驱动源的驱动下进行物件的夹紧工作，同时物件定位组件402内的阻挡杆4026伸出，径向动力头4062带动物件行走指定距离，实现对物件的定位；后根据控制器指令调度，底部旋转座部件1与升降机构4联合移动，物件移送至指定物件放置点后，将物件送出。

Claims (6)

1.一种物流终端用小型圆柱坐标机器人，其特征在于，包括旋转底座部件(1)和升降机构(4)，旋转底座部件(1)的上方设置有导向柱(3)以及升降机构齿条，升降机构(4)包括托架(403)、升降动力头组件(404)和直线轴承(406)，升降动力头组件(404)与托架(403)固定连接，升降动力头组件(404)包括与升降机构齿条啮合的齿轮，直线轴承(406)与导向柱(3)滑动连接，托架(403)与直线轴承固定连接，升降动力头组件(404)通过所述齿轮带动升降机构(4)上升和下降；托架(403)上还设置有水平径向移动组件(405)；还包括用于控制旋转底座部件(1)、升降机构(4)以及水平径向移动组件(405)动作的控制器；旋转底座部件(1)包括底座(101)，底座(101)的中心设置芯轴(105)以及底部轴承，通过底部轴承连接旋转盘(111)，旋转盘(111)的下部还固定连接同步带轮，旋转动力头(107)通过同步带(108)带动同步带轮；升降机构包括设置在旋转底座部件(1)上方的升降支撑柱(2)，升降机构齿条通过升降支撑柱(2)固定，托架(403)上设置有用于防止齿轮与升降机构齿条脱离的防脱齿机构，防脱齿机构包括导轮(4044)，导轮(4044)设置在升降支撑柱(2)的外侧，导轮(4044)通过导轮支架(4042)与托架(403)固定连接，导轮支架(4042)安装导轮的一端设置有滑槽，导轮(4044)通过导轮轴与滑槽安装，导轮支架(4042)安装导轮的末端开设有螺纹孔，通过第二顶紧螺钉(4041)调节导轮轴在滑槽中的位置；水平径向移动组件(405)包括托架(403)上设置的径向轴齿条(4053)和两根径向轴直线导轨(4054)，径向轴直线导轨(4054)上设置径向滑块，水平径向移动组件(405)包括径向动力头(4062)，径向动力头(4062)的固定端与滑块固定连接，径向动力头(4062)的输出端连接有径向移动齿轮，径向移动齿轮与径向轴齿条(4053)相互啮合；导向柱(3)的顶部设置有顶部导向装置(5)，顶部导向装置(5)包括与导向柱(3)固定连接的顶部连接盘，顶部连接盘沿圆周方向设置有V形顶部导向组件，顶部导向组件的开口朝上，顶部导向装置还包括圆形轨道，V形顶部导向组件沿圆形轨道移动。

2.根据权利要求1所述的物流终端用小型圆柱坐标机器人，其特征在于，底座(101)上设置有用于张紧同步带(108)的同步带张紧机构(106)。

3.根据权利要求1所述的物流终端用小型圆柱坐标机器人，其特征在于，所述底部轴承采用推力球轴承。

4.根据权利要求1所述的物流终端用小型圆柱坐标机器人，其特征在于，水平径向移动组件(405)还包括物件支撑杆(4055)和物件导向杆(4052)，物件支撑杆(4055)和物件导向杆(4052)通过背板连接板与径向滑块固定连接。

5.根据权利要求1所述的物流终端用小型圆柱坐标机器人，其特征在于，托架(403)的顶部和底部之间设置有物件定位组件(402)。

6.根据权利要求1所述的物流终端用小型圆柱坐标机器人，其特征在于，还包括辅助升降装置(401)，辅助升降装置(401)采用剪叉式升降机构，辅助升降装置(401)底部与托架(403)的底部固定连接。

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