CN109623773B - 一种搭载机械臂的智能视觉搬运车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，底座安装在车体上，转盘可绕自身轴线回转地设置在底座上，第一臂的一端枢接于底座上，第二臂枢接于第一臂的另一端上，第三臂的一端可绕自身轴线回转地设置在第二臂上，第四臂枢接于第三臂的另一端上，抓手设置于第四臂上；转盘自身的回转轴线垂直于底座，第一臂两端的枢接轴均平行于底座，第三臂自身的回转轴线垂直于自身的枢接轴；转盘上安装有连接第一臂的枢接轴的辅助装置，第一臂上安装有连接第二臂的枢接轴的辅助装置，辅助装置能够在相应的臂沿重力方向活动时通过内部阻尼部件提供辅助作用力从而减少驱动该臂的驱动电机的能耗。本发明具有的有益效果：减少驱动电机的能耗，延长电源续航时间。

Description

一种搭载机械臂的智能视觉搬运车

技术领域

本发明属于智能小车技术领域，具体涉及一种搭载机械臂的智能视觉搬运车。

背景技术

随着智能技术的不断发展，越来越多的产品变得更加智能化，这也促进了不同领域的产品跨领域结合的现象，其中比较普遍的是智能车辆。在传统车辆的基础上搭载更多的，功能各不相同的装置，例如具有视觉功能的小车，能够根据捕捉到的运行画面自动调整线路，实现壁障、跟随等功能，再例如搭载机械臂的小车，能够根据内部程序实现物品的上下车搬运，或者机械臂的机动化应用等功能。搭载机械臂的视觉车辆则兼具前面两者的优势，灵活智能地应用于车间、仓库等场合，大大提高工作效率，减少人工成本，减少用工风险。然而，这类车辆也存在诸多问题需要进一步解决。

传统的机械臂是固定在地面上进行工作的，其动力直接来源于市政电网，因而不存在续航方面的问题。但是将其固定到车辆的车体上之后便会面临续航问题，原因是车辆本身需要根据需要而移动，因此不能直接从市政电网取电，而是需要通过配备车载电源的方式解决供电问题。搭载机械臂的车辆的电源不仅要满足车辆运行的要求，还要承担起为机械臂供电的任务，因此续航问题便成了这类车辆最重要的问题。然而机械臂在运行过程中，经常需要启停控制，这无疑会加剧电能的消耗，而且对于主要用于搬运操作的机械臂，由于其在搬运物品的过程中，物品质量较大且力臂较长，因此需要较大的输出扭矩，如此一来便会进一步加剧电能的消耗。

对于上述问题，并不能单纯的通过增加电池容量来解决，还要通过一些辅助手段来减少物品搬运过程中的电能消耗，延长续航时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，利用带有阻尼的缓冲装置对负载较大的臂加以缓冲辅助，在此基础上还进一步通过液压制动装置实现悬停制动控制，减少驱动电机的能耗，延长电源续航时间。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，包括车体和设置在车体上的机械臂，机械臂包括底座、转盘、第一臂、第二臂、第三臂、第四臂、抓手和若干驱动电机；

底座安装在车体上，转盘可绕自身轴线回转地设置在底座上，第一臂的一端枢接于底座上，第二臂枢接于第一臂的另一端上，第三臂的一端可绕自身轴线回转地设置在第二臂上，第四臂枢接于第三臂的另一端上，抓手设置于第四臂上；

转盘自身的回转轴线垂直于底座，第一臂两端的枢接轴均平行于底座，第三臂自身的回转轴线垂直于自身的枢接轴；

转盘上安装有连接第一臂的枢接轴的辅助装置，第一臂上安装有连接第二臂的枢接轴的辅助装置，辅助装置能够在相应的臂沿重力方向活动时通过内部阻尼部件提供辅助作用力从而减少驱动该臂的驱动电机的能耗。

作为优选方案，

辅助装置包括壳体、滑套、固定盘、扭簧、转套和锁紧机构；壳体与相应的驱动电机相连，同时与连接驱动电机的枢接轴转动连接并使其穿过壳体与相应的臂抗扭连接，滑套沿轴向滑动地设置在壳体内，固定盘设置于壳体内并抗扭安装在相应的枢接轴上，转套通过轴承安装在滑套内壁，扭簧作为阻尼部件套设在枢接轴外周，其一端与固定盘抗扭连接，另一端与转套抗扭连接；锁紧机构能够周向锁紧转套。

作为优选方案，

锁紧机构包括气缸、拨叉和锁销，气缸固定设置在壳体外侧，拨叉转动安装在壳体相对驱动电机侧的另一端，锁销滑动设置在壳体上与拨叉相同的一侧，转套朝向锁销的一侧周向设置有若干销孔，气缸能够通过拨叉驱动锁销插入或拔出销孔。

作为优选方案，

滑套与壳体通过花键连接。

作为优选方案，

还包括液压制动装置，液压制动装置能够制动第一臂。

作为优选方案，

液压制动装置包括液压缸、制动盘、连杆、油箱、油泵和换向阀；

液压缸的底部枢接在转盘上，其推杆枢接连杆的一端，制动盘抗扭安装在第一臂的枢接轴上，其盘面枢接连杆的另一端，油泵和油箱均设置在车体上，液压缸的两个油口分别连接换向阀的两个油口，换向阀的另外两个油口分别连接油泵和油箱。

作为优选方案，

连杆在制动盘上的枢接点在制动盘的径向可调节设置。

作为优选方案，

液压制动装置包括液压缸、曲臂、连杆、油箱、油泵和换向阀；

液压缸的底部枢接在转盘上，其推杆枢接连杆的一端，曲臂的一端抗扭安装在第一臂的枢接轴上，其另一端枢接连杆的另一端，油泵和油箱均设置在车体上，液压缸的两个油口分别连接换向阀的两个油口，换向阀的另外两个油口分别连接油泵和油箱。

作为优选方案，

连杆在曲臂上的枢接点在曲臂的长度方向可调节设置。

作为优选方案，

液压制动装置还包括第一开关阀和第二开关阀，液压缸的两个油口还分别通过第一开关阀和第二开关阀连接油箱。

本发明具有的有益效果：利用带有阻尼的缓冲装置对负载较大的臂加以缓冲辅助，在此基础上还进一步通过液压制动装置实现悬停制动控制，减少驱动电机的能耗，延长电源续航时间。

附图说明

图1是本发明一个优选实施例的结构示意图；

图2是图1所示实施例中缓冲装置的结构立体图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4是图1所示实施例中缓冲装置的结构右视图；

图5是图4中A-A线的结构剖视图；

图6是图1所示实施例中液压制动装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至6所示，一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，包括车体1和设置在车体1上的机械臂2，机械臂2包括底座3、转盘4、第一臂5、第二臂6、第三臂7、第四臂8、抓手9和若干驱动电机。底座3安装在车体1上，转盘4可绕自身轴线回转地设置在底座3上，第一臂5的一端枢接于底座3上，第二臂6枢接于第一臂5的另一端上，第三臂7的一端可绕自身轴线回转地设置在第二臂6上，第四臂8枢接于第三臂7的另一端上，抓手9设置于第四臂上。转盘4自身的回转轴线垂直于底座3，第一臂5两端的枢接轴均平行于底座3，第三臂7自身的回转轴线垂直于自身的枢接轴。转盘4上安装有连接第一臂5的枢接轴的辅助装置，第一臂5上安装有连接第二臂6的枢接轴的辅助装置，辅助装置能够在相应的臂沿重力方向活动时通过内部阻尼部件提供辅助作用力从而减少驱动该臂的驱动电机的能耗。

当机械臂2抓取物品将其转移到车体1上或将车体1上的物品转移到码垛区时，枢接轴平行于底座3的臂通常需要较大的扭矩，而第一臂5输出的扭矩最大，因此在转移物品的过程中，当驱动电机需要沿物品所受重力方向驱动相应的臂转动时，缓冲装置开始起作用，具体地，当第一臂5或第二臂6带动物体向其重力方向转动时，缓冲装置的阻尼对臂加以缓冲，此时驱动电机可以调低扭矩使臂在阻尼和驱动电机双重作用下达到指定位置，以此减少驱动电机的电能消耗。待物品转移结束后，缓冲装置解除作用，使机械臂2继续抓取物品。上述过程反复进行从而减少电能消耗。

作为优选方案，辅助装置包括壳体10、滑套14、固定盘16、扭簧15、转套12和锁紧机构；壳体10与相应的驱动电机相连，同时与连接驱动电机的枢接轴11转动连接并使其穿过壳体10与相应的臂抗扭连接，滑套14沿轴向滑动地设置在壳体10内，固定盘16设置于壳体10内并抗扭安装在相应的枢接轴11上，转套12通过轴承22安装在滑套14内壁，扭簧15作为阻尼部件套设在枢接轴11外周，其一端与固定盘16抗扭连接，另一端与转套12抗扭连接；锁紧机构能够周向锁紧转套12。更具体地，锁紧机构包括气缸18、拨叉20和锁销19，气缸18固定设置在壳体10外侧，拨叉20转动安装在壳体10相对驱动电机侧的另一端，锁销19滑动设置在壳体10上与拨叉20相同的一侧，转套12朝向锁销19的一侧周向设置有若干销孔13，气缸18能够通过拨叉20驱动锁销19插入或拔出销孔13。在进行辅助驱动时，枢接轴11带动固定盘16同时转动，此时固定盘16通过扭簧15带动转套12转动，在转套12转动的过程中，由于其上的销孔13会与锁销19对齐，导致锁销19在气缸18的作用下插入销孔13中从而将转套12锁住，此时枢接轴11继续转动则会使扭簧15开始蓄力，此时驱动电机的扭矩相应减小，最终臂在扭簧15和驱动电机的共同作用下达到指定位置。物品被放下后，机械臂2的负荷消除，此时扭簧15具有一定的弹性势能，因此在臂复位时可以提供复位的动力，这个过程中，机械臂2自身的刹车装置可以对臂进行相应的制动避免其在巨大的势能作用下快速复位，或者通过驱动电机提供相反的扭矩来抵消该势能，从而使臂以合适的速度复位。此时即可使气缸18复位，驱动锁销19拔出销孔13，此时机械臂2可以抓取其它位置的物品。如果物品位置与上一个物品位置相差不大，则可以维持第一臂5的缓冲装置为锁定状态而令第二臂6的缓冲装置为解除状态从而更好地驱动第二臂6及其上的其它臂进行动作。扭簧15无论正转还是反转均能够产生弹性势能，因此解决臂转反转两种状态时的缓冲助力问题。由于销孔13的数量为多个，因此锁销19插入不同位置的销孔13就会使扭簧15产生不同大小的弹性势能，从而便于根据实际情况自动调节的功能。

作为优选方案，滑套14与壳体10通过花键连接。由于扭簧15毕竟能够卷积产生势能，而且也会在轴向发生一定伸缩，因此保持滑套14可以轴向移动从而使扭簧15在释放势能时能够充分地释放势能，从而减少疲劳程度，延长使用寿命。

作为优选方案，该智能视觉搬运车还包括液压制动装置，液压制动装置能够制动第一臂5。第一臂5需要输出最大的扭矩，在有些情况下需要对伸缩臂2进行悬停从而转移物品，悬停过程中驱动电机自身的刹车装置需要持续工作，因此消耗大量电能，减少续航时间。为此，需要液压制动装置将第一臂5锁死，取代刹车装置实现悬停时电能的消耗。具体地，液压制动装置包括液压缸25、制动盘23、连杆24、油箱、油泵29和换向阀28。液压缸25的底部枢接在转盘4上，其推杆枢接连杆24的一端，制动盘23抗扭安装在第一臂5的枢接轴上，其盘面枢接连杆24的另一端，油泵29和油箱均设置在车体1上，液压缸25的两个油口分别连接换向阀28的两个油口，换向阀28的另外两个油口分别连接油泵29和油箱。

制动时，第一臂5以前述方式保持悬停姿态，此时换向阀28处于非工作状态，液压缸25两个腔的油路处于阻断状态，此时液压缸25处于锁定状态，同时将连杆24和制动盘23锁死。此时由于油泵29和换向阀28均无需工作，因此不需要消耗电能即可锁死第一臂5使其完成悬停过程中的锁定要求。由于锁定状态不需要消耗电能，因此油泵29和液压缸25均可以采用小型化装置。除此之外，当第一臂5需要转动的时候，油泵29可以启动，同时切换换向阀28使液压缸25处于相应的工况，从而辅助驱动电机驱动第一臂5转动，减少驱动电机对电能的消耗。由此可以看出，液压制动装置不仅能够实现制动，而且还能作为驱动装置辅助驱动电机工作。而液压装置本身具有能力密度大的特点，因此可以减小驱动电机额定扭矩，选用更小型的驱动电机，从而在减少扭力输出的同时也降低其重量。

作为优选方案，连杆24在制动盘23上的枢接点在制动盘23的径向可调节设置，以此来改变液压缸25的驱动力，使其保持合适的动力输出。

作为上述液压制动装置的一个替代例，液压制动装置包括液压缸25、曲臂、连杆24、油箱、油泵29和换向阀28。液压缸25的底部枢接在转盘4上，其推杆枢接连杆24的一端，曲臂的一端抗扭安装在第一臂5的枢接轴上，其另一端枢接连杆24的另一端，油泵29和油箱均设置在车体1上，液压缸25的两个油口分别连接换向阀28的两个油口，换向阀28的另外两个油口分别连接油泵29和油箱。

作为优选方案，连杆24在曲臂上的枢接点在曲臂的长度方向可调节设置。

作为优选方案，液压制动装置还包括第一开关阀26和第二开关阀27，液压缸25的两个油口还分别通过第一开关阀26和第二开关阀27连接油箱。当无需该装置对第一臂5转动进行助力时，即可打开第一开关阀26和第二开关阀27，使液压缸25的两个腔处于自由进回油状态，此时液压缸25的推杆移动不在受到很大阻力，同时由于机械臂2的速度并不高，因此不会使油路中产生较大的阻尼，从而减少克服油压阻尼所额外消耗的电能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，包括车体（1）和设置在所述车体（1）上的机械臂（2），其特征在于：

所述机械臂（2）包括底座（3）、转盘（4）、第一臂（5）、第二臂（6）、第三臂（7）、第四臂（8）、抓手（9）和若干驱动电机；

所述底座（3）安装在所述车体（1）上，所述转盘（4）可绕自身轴线回转地设置在所述底座（3）上，所述第一臂（5）的一端枢接于所述底座（3）上，所述第二臂（6）枢接于所述第一臂（5）的另一端上，所述第三臂（7）的一端可绕自身轴线回转地设置在所述第二臂（6）上，所述第四臂（8）枢接于所述第三臂（7）的另一端上，所述抓手（9）设置于所述第四臂上；

所述转盘（4）自身的回转轴线垂直于所述底座（3），所述第一臂（5）两端的枢接轴均平行于所述底座（3），所述第三臂（7）自身的回转轴线垂直于自身的枢接轴；

所述转盘（4）上安装有连接所述第一臂（5）的枢接轴的辅助装置，所述第一臂（5）上安装有连接所述第二臂（6）的枢接轴的辅助装置，所述辅助装置能够在相应的臂沿重力方向活动时通过内部阻尼部件提供辅助作用力从而减少驱动该臂的驱动电机的能耗；

所述辅助装置包括壳体（10）、滑套（14）、固定盘（16）、扭簧（15）、转套（12）和锁紧机构；所述壳体（10）与相应的驱动电机相连，同时与连接所述驱动电机的枢接轴（11）转动连接并使其穿过所述壳体（10）与相应的臂抗扭连接，所述滑套（14）沿轴向滑动地设置在所述壳体（10）内，所述固定盘（16）设置于所述壳体（10）内并抗扭安装在相应的枢接轴（11）上，所述转套（12）通过轴承（22）安装在所述滑套（14）内壁，所述扭簧（15）作为所述阻尼部件套设在所述枢接轴（11）外周，其一端与所述固定盘（16）抗扭连接，另一端与所述转套（12）抗扭连接；所述锁紧机构能够周向锁紧所述转套（12）；

所述锁紧机构包括气缸（18）、拨叉（20）和锁销（19），所述气缸（18）固定设置在所述壳体（10）外侧，所述拨叉（20）转动安装在所述壳体（10）相对所述驱动电机侧的另一端，所述锁销（19）滑动设置在所述壳体（10）上与所述拨叉（20）相同的一侧，所述转套（12）朝向所述锁销（19）的一侧周向设置有若干销孔（13），所述气缸（18）能够通过所述拨叉（20）驱动所述锁销（19）插入或拔出所述销孔（13）。

2.根据权利要求1所述的一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，其特征在于：

所述滑套（14）与所述壳体（10）通过花键连接。

3.根据权利要求1所述的一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，其特征在于：

还包括液压制动装置，所述液压制动装置能够制动所述第一臂（5）。

4.根据权利要求3所述的一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，其特征在于：

所述液压制动装置包括液压缸（25）、制动盘（23）、连杆（24）、油箱、油泵（29）和换向阀（28）；

所述液压缸（25）的底部枢接在所述转盘（4）上，其推杆枢接所述连杆（24）的一端，所述制动盘（23）抗扭安装在所述第一臂（5）的枢接轴上，其盘面枢接所述连杆（24）的另一端，所述油泵（29）和所述油箱均设置在车体（1）上，所述液压缸（25）的两个油口分别连接所述换向阀（28）的两个油口，所述换向阀（28）的另外两个油口分别连接所述油泵（29）和所述油箱。

5.根据权利要求4所述的一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，其特征在于：

所述连杆（24）在所述制动盘（23）上的枢接点在所述制动盘（23）的径向可调节设置。

6.根据权利要求3所述的一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，其特征在于：

所述液压制动装置包括液压缸（25）、曲臂、连杆（24）、油箱、油泵（29）和换向阀（28）；

所述液压缸（25）的底部枢接在所述转盘（4）上，其推杆枢接所述连杆（24）的一端，所述曲臂的一端抗扭安装在所述第一臂（5）的枢接轴上，其另一端枢接所述连杆（24）的另一端，所述油泵（29）和所述油箱均设置在车体（1）上，所述液压缸（25）的两个油口分别连接所述换向阀（28）的两个油口，所述换向阀（28）的另外两个油口分别连接所述油泵（29）和所述油箱。

7.根据权利要求6所述的一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，其特征在于：

所述连杆（24）在所述曲臂上的枢接点在所述曲臂的长度方向可调节设置。

8.根据权利要求4至7任一所述的一种搭载机械臂的智能视觉搬运车，其特征在于：

所述液压制动装置还包括第一开关阀（26）和第二开关阀（27），所述液压缸（25）的两个油口还分别通过所述第一开关阀（26）和第二开关阀（27）连接所述油箱。