CN109877799B - 一种全向移动式集装箱码垛机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全向移动式集装箱码垛机器人。包括靠板、与所述靠板连接并分别从所述靠板左侧和右侧向前延伸的两个支撑臂、置于支撑臂内侧的四个多级起升叉车门架和置于支撑臂下侧的四个双驱轮子部件。支撑臂为可伸缩式，实现不同型号集装箱的搬运；多级起升叉车门架可以实现集装箱的四层堆码；四个双驱轮子部件实现机器人的全方位移动。本发明具有零转弯半径、运动灵活、实现集装箱的多层堆码、提高空间利用率及机器人寿命等优点。

Description

一种全向移动式集装箱码垛机器人

技术领域

本发明涉及一种集装箱的搬运车，尤其是涉及一种全向移动式集装箱码垛机器人。

背景技术

目前集装箱的码垛作业一般由传统叉车完成，而传统叉车包括货叉和车体，目前叉车的主要结构类型为货叉位于车体的前方致使叉车系整体长度偏长，对于大型集装箱搬运时转弯不方便。另一方面，悬臂梁结构的货叉单端受力，而货叉一般又较长，会在货叉的受力处出现较大的应力集中，减少货叉寿命。且目前集装箱叉车堆码层数较低，使堆场面积和高度的利用率低。

发明内容

本发明以集装箱搬运、码垛为背景，针对传统的集装箱叉车存在转弯半径大、运动灵活性差、货叉寿命低和空间利用率低等问题，本发明的目的在于提供一种可实现全向移动的适应多种集装箱型号的E形叉车，采用双驱轮子部件，实现叉车的全向运动；通过抱臂间的液压缸的可伸缩完成对多种尺寸型号的集装箱的适应；结合带有可伸缩式货叉的多级叉车门架系统，实现多层集装箱的搬运与码垛。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括靠板、支撑臂、多级起升叉车门架和独驱双驱轮子部件；左右两个支撑臂分别连接在靠板的两侧并分别从靠板左右两侧向车前方延伸，每个支撑臂内侧面开设有竖直的条形凹槽，多级起升叉车门架安装于支撑臂条形凹槽中；集装箱位于靠板前方并位于左右两个支撑臂之间，被多级起升叉车门架支承抬升；支撑臂底部均安装有双驱轮子部件，双驱轮子部件将支撑臂支撑连接于地面；每个支撑臂包括固定支撑臂、支撑臂伸缩杆和可动支撑臂；可动支撑臂通过支撑臂伸缩杆与固定支撑臂一端可伸缩地连接，两个支撑臂的固定支撑臂另一端分别固定安装于靠板左右对称两侧，两个支撑臂的可动支撑臂向车前方延伸，通过支撑臂伸缩杆的伸缩来调节支撑臂整体长度以适应不同尺寸的集装箱。

所述的多级起升叉车门架包括门架底座、外门架、二级液压伸缩缸、中门架、起升链条、货叉、叉架、起升链轮、内门架和侧向滚轮；外门架固定于支撑臂的条形凹槽中，中门架通过滚轮滑道机构安装在外门架中并上下相对自由移动，内门架通过滚轮滑道机构安装在中门架中并上下相对自由移动，叉架通过滚轮滑道机构安装在内门架中并上下相对自由移动；所述的滚轮滑道机构包括侧向滚轮和条形滑槽，叉架、内门架、和中门架两侧均安装有侧向滚轮；内门架、中门架和外门架内侧米开设有条形滑槽；起升链轮安装于内门架顶部，起升链轮上绕有起升链条，起升链条一端固定在中门架顶部，另一端固定在叉架顶部，货叉安装在叉架底部并可水平伸缩移动。

所述的双驱轮子部件包括轮子、轮子叉架、阻尼器、减震弹簧、转向无刷直流电机、转向编码器、转向L形减速器、驱动编码器、驱动无刷直流电机、驱动L形减速器；轮子铰接安装在轮子叉架上，驱动无刷直流电机和驱动L形减速器均固定安装在轮子叉架上，驱动编码器和驱动无刷直流电机连接；转向无刷直流电机安装在转向L形减速器的顶部，转向编码器和转向无刷直流电机安连接；转向L形减速器下端外壁经阻尼器和减震弹簧连接到轮子叉架顶端，转向无刷直流电机输出轴经转向L形减速器和轮子叉架同步连接。

所述的固定支撑臂和可动支撑臂内侧面中央均开设有竖直的条形凹槽，每个条形凹槽均安装有一个多级起升叉车门架。

所述的固定支撑臂和可动支撑臂底部均安装有一个双驱轮子部件，四个双驱轮子部件独立驱动。

所述的叉架底部设有滑槽，货叉通过电磁机构安装在滑槽中，货叉通过电磁控制实现在叉架中的伸缩滑动。

所述靠板上设有驾驶操作室，驾驶操作室朝向前方的一侧设置视窗。

所述机器人用于承载搬运集装箱。

本发明用于承载搬运目标集装箱。支撑臂为可伸缩式，实现不同型号集装箱的搬运；多级起升叉车门架可以实现集装箱的四层堆码；四个双驱轮子部件实现叉车的全方位移动。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明相比于传统叉车，能够在当前位置沿着任意方向的路径移动，具有零转弯半径、运动灵活及空间利用率高等优点。

2、本发明通过带有可伸缩式货叉的多级叉车门架系统，可以实现集装箱的四层堆码，提高空间利用率；且减少货叉应力集中，提高货叉寿命。

3、本发明的双驱轮子部件设计巧妙，结构简单，制造方便，易于工程实现。

附图说明

图1是本发明的叉车三维图。

图2是本发明的叉车支撑臂展开示意图。

图3是本发明的多级叉车门架位于最低处三维爆炸图。

图4是本发明的多级叉车门架位于最低处的侧视图。

图5是本发明的多级叉车门架起升到最高处三维爆炸图。

图6是本发明的多级叉车门架起升到最高处的侧视图。

图7是本发明的双驱轮子部件三维图。

图8是多级叉车门架系统的工作过程状态图。

图中：1、靠板，2、支撑臂，3、多级起升叉车门架，4、双驱轮子部件，1.1、驾驶操作室，1.2、视窗，2.1、固定支撑臂，2.2、支撑臂伸缩杆，2.3、可动支撑臂，3.1、门架底座，3.2、外门架，3.3、二级液压伸缩缸，3.4、中门架，3.5、起升链条，3.6、货叉，3.7、叉架，3.8、起升链轮，3.9、内门架，3.10、侧向滚轮，4.1、轮子，4.2、轮子叉架，4.3、阻尼器，4.4、减震弹簧，4.5、转向无刷直流电机，4.6、转向编码器，4.7、转向L形减速器，4.8、驱动编码器，4.9、驱动无刷直流电机，4.10驱动L形减速器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括靠板1、支撑臂2、多级起升叉车门架3和独驱双驱轮子部件4；左右两个支撑臂2分别连接在靠板1的两侧并分别从靠板1左右两侧向车前方延伸，每个支撑臂2内侧面开设有竖直的条形凹槽，多级起升叉车门架3安装于支撑臂2条形凹槽中；集装箱位于靠板1前方并位于左右两个支撑臂2之间，被多级起升叉车门架3支承抬升。

如图1所示，靠板1上设有驾驶操作室1.1，驾驶操作室1.1朝向前方的一侧设置视窗1.2，驾驶员在驾驶操作室1.1中通过视窗1.2看到两支撑臂2中间的空间。视窗1.2为透明材料制成。

如图2所示，支撑臂2底部均安装有双驱轮子部件4，双驱轮子部件4将支撑臂2支撑连接于地面；每个支撑臂2包括固定支撑臂2.1、支撑臂伸缩杆2.2和可动支撑臂2.3；可动支撑臂2.3通过支撑臂伸缩杆2.2与固定支撑臂2.1一端可伸缩地连接，支撑臂伸缩杆2.2平行于车前方向，两个支撑臂2的固定支撑臂2.1另一端分别固定安装于靠板1左右对称两侧，两个支撑臂2的可动支撑臂2.3向车前方延伸，支撑臂2通过支撑臂伸缩杆2.2的伸缩来调节支撑臂2整体长度以适应不同尺寸的集装箱。

固定支撑臂2.1和可动支撑臂2.3内侧面中央均开设有竖直的条形凹槽，每个条形凹槽均安装有一个多级起升叉车门架3。

如图3～图6所示，多级起升叉车门架3包括门架底座3.1、外门架3.2、二级液压伸缩缸3.3、中门架3.4、起升链条3.5、货叉3.6、叉架3.7、起升链轮3.8、内门架3.9和侧向滚轮3.10；外门架3.2固定于支撑臂2的条形凹槽中，中门架3.4通过滚轮滑道机构安装在外门架3.2中并上下相对自由移动，内门架3.9通过滚轮滑道机构安装在中门架3.4中并上下相对自由移动，叉架3.7通过滚轮滑道机构安装在内门架3.9中并上下相对自由移动；门架底座3.1固定于外门架3.2底部，二级液压伸缩缸3.3缸体安装在门架底座上3.1，二级液压伸缩缸3.3缸杆固定在内门架3.9上；中门架3.4安装在外门架3.2上并通过侧向滚轮3.10在外门架3.2设有的滑道上移动；内门架3.9安装在中门架3.4上，并通过侧向滚轮3.10在中门架3.4设有的滑道上移动；叉架3.7连接在内门架3.9上，并通过侧向滚轮3.10在内门架3.9设有的滑道上移动。

滚轮滑道机构包括侧向滚轮3.10和条形滑槽，叉架3.7、内门架3.9、和中门架3.4两侧均安装有侧向滚轮3.10；内门架3.9、中门架3.4和外门架3.2内侧米开设有条形滑槽；起升链轮3.8安装于内门架3.9顶部，起升链轮3.8上绕有起升链条3.5，起升链条3.5一端固定在中门架3.4顶部，另一端固定在叉架3.7顶部，货叉3.6安装在叉架3.7底部并可水平伸缩移动。叉架3.7底部设有滑槽，在叉架内设置有电磁伸缩杆机构，电磁伸缩杆的活动端固定连接在货叉3.6的滑槽内；当电磁伸缩机构控制伸缩杆动作时，即可带动货叉3.6运动从而实现货叉3.6在叉架中的伸缩运动；叉车门架系统在未提升集装箱时，电磁伸缩杆处于收缩状态，使得货叉也处于收缩状态。

如图8所示，多级叉车门架系统工作过程：集装箱位于两抱臂2中间时，多级门架系统的货叉3.6伸出到集装箱底部，此时门架系统状态如图8(a)所示；然后二级液压伸缩缸3.3中的第一级液压缸工作，推动内门架3.9向上运动，同时通过起升链条3.5拉动货叉3.6向上运动从而提升集装箱；二级液压伸缩缸3.3中的第一级液压缸到达极限位置时，门架系统状态如图8(b)所示；接着二级液压伸缩缸3.3中的第二级液压缸工作，继续推动内门架3.9向上运动，同时通过起升链条3.5另一端拉动中门架3.4向上运动，使得集装箱能够继续提升，此过程门架系统状态如图8(c)所示；当二级液压伸缩缸3.3中的第二级液压缸到达极限位置时，门架系统达到最大提升高度位置，此时门架系统状态如图8(d)所示。

如图7所示，双驱轮子部件4包括轮子4.1、轮子叉架4.2、阻尼器4.3、减震弹簧4.4、转向无刷直流电机4.5、转向编码器4.6、转向L形减速器4.7、驱动编码器4.8、驱动无刷直流电机4.9、驱动L形减速器4.10；轮子4.1铰接安装在轮子叉架4.2上，驱动无刷直流电机4.9和驱动L形减速器4.10均固定安装在轮子叉架4.2上，驱动编码器4.8和驱动无刷直流电机4.9连接；驱动无刷直流电机4.9的输出端经驱动L形减速器4.10驱动轮子4.1的滚动旋转，由驱动编码器4.8检测驱动无刷直流电机4.9的转速；转向无刷直流电机4.5安装在转向L形减速器4.7的顶部，转向编码器4.6和转向无刷直流电机4.5安连接；转向L形减速器4.7下端外壁经阻尼器4.3和减震弹簧4.4连接到轮子叉架4.2顶端，转向无刷直流电机4.5输出轴经转向L形减速器4.7和轮子叉架4.2同步连接；转向无刷直流电机4.5的输出端经转向L形减速器4.7驱动轮子叉架4.2的轮子叉架4.2水平面旋转，由转向编码器4.6检测转向无刷直流电机4.5的转速。

具体实施中，轮子叉架4.2上方和转向L形减速器4.7之间连接有4个相互平行的阻尼器4.3和1个减震弹簧4.4，起到减震作用。

固定支撑臂2.1和可动支撑臂2.3底部均安装有一个双驱轮子部件4，组成四角的四个双驱轮子部件4。

通过驱动无刷直流电机4.9控制四个双驱轮子部件4中的轮子叉架4.2的旋转方向，进而控制调整轮子4.1的滚动方向。通过转向无刷直流电机4.5控制各个双驱轮子部件4中的轮子4.1本身旋转带动主要由支撑臂2构成机器人的刚性体结构水平面平移和自转。

当控制驱动无刷直流电机4.9驱动四个双驱轮子部件4中的轮子4.1的滚动方向相同时，四个轮子4.1都平行时，即形成四个双驱轮子部件4中的轮子形成长方形布置，转向无刷直流电机4.5控制轮子4.1本身旋转带动两侧支撑臂2刚性体结构水平平移前进或者后退。

当控制驱动无刷直流电机4.9驱动四个双驱轮子部件4中的轮子4.1的滚动方向不同，对角的两个轮子4.1平行时，即形成四个双驱轮子部件4中的轮子4.1形成菱形布置，转向无刷直流电机4.5控制轮子4.1本身旋转带动两侧支撑臂2刚性体结构水平面自转。

本发明的工作过程如下：

装货过程：首先机器人移动到集装箱附近的预定地点，靠板1的驾驶操作室1.1正对集装箱，通过支撑臂伸缩杆2.2控制固定支撑臂2.1和可动支撑臂2.3距离相分离，并通过四个双驱轮子部件4带动机器人向集装箱移动，使得集装箱位于左右两个支撑臂2之间，左右两个支撑臂2的固定支撑臂2.1和可动支撑臂2.3均位于集装箱侧方。两个支撑臂2之间的距离正好为一个集装箱的宽度。

此时开始，多级起升叉车门架3位于最低处，如图3和图4所示。多级起升叉车门架3中，通过二级液压伸缩缸3.3带动叉架3.7从地面抬升到集装箱底面，叉架3.7接触到集装箱底面后二级液压伸缩缸3.3继续驱动工作支撑集装箱抬起。抬起后，再通过四个双驱轮子部件4搬动机器人移动，实现装货搬运。

机器人可启动四个独驱双驱轮子部件4在不改变车体姿态的情况下实现灵活的全向行走，可以更快速地拾取集装箱，相比于传统机器人，本发明的机器人可在当前位置沿着任意方向的路径移动，具有零转弯半径、运动灵活及空间利用率高等优点，提高了机器人的装货效率。

卸货过程为装货过程的反向过程，本发明采用四个独立驱动的轮子，实现机器人的全向运动，自动化程度高。

由此实施可见，本发明具有零转弯半径、运动灵活、实现集装箱的多层堆码、提高空间利用率及机器人寿命等优点。

Claims (5)

1.一种全向移动式集装箱码垛机器人，其特征在于：包括靠板(1)、支撑臂(2)、多级起升叉车门架(3)和独驱双驱轮子部件(4)；左右两个支撑臂(2)分别连接在靠板(1)的两侧并分别从靠板(1)左右两侧向车前方延伸，每个支撑臂(2)内侧面开设有竖直的条形凹槽，多级起升叉车门架(3)安装于支撑臂(2)条形凹槽中；集装箱位于靠板(1)前方并位于左右两个支撑臂(2)之间，被多级起升叉车门架(3)支承抬升；支撑臂(2)底部均安装有双驱轮子部件(4)，双驱轮子部件(4)将支撑臂(2)支撑连接于地面；每个支撑臂(2)包括固定支撑臂(2.1)、支撑臂伸缩杆(2.2)和可动支撑臂(2.3)；可动支撑臂(2.3)通过支撑臂伸缩杆(2.2)与固定支撑臂(2.1)一端可伸缩地连接，两个支撑臂(2)的固定支撑臂(2.1)另一端分别固定安装于靠板(1)左右对称两侧，两个支撑臂(2)的可动支撑臂(2.3)向车前方延伸，通过支撑臂伸缩杆(2.2)的伸缩来调节支撑臂(2)整体长度以适应不同尺寸的集装箱；

所述的多级起升叉车门架(3)包括门架底座(3.1)、外门架(3.2)、二级液压伸缩缸(3.3)、中门架(3.4)、起升链条(3.5)、货叉(3.6)、叉架(3.7)、起升链轮(3.8)、内门架(3.9)和侧向滚轮(3.10)；外门架(3.2)固定于支撑臂(2)的条形凹槽中，中门架(3.4)通过滚轮滑道机构安装在外门架(3.2)中并上下相对自由移动，内门架(3.9)通过滚轮滑道机构安装在中门架(3.4)中并上下相对自由移动，叉架(3.7)通过滚轮滑道机构安装在内门架(3.9)中并上下相对自由移动；所述的滚轮滑道机构包括侧向滚轮(3.10)和条形滑槽，叉架(3.7)、内门架(3.9)、和中门架(3.4)两侧均安装有侧向滚轮(3.10)；内门架(3.9)、中门架(3.4)和外门架(3.2)内侧面开设有条形滑槽；起升链轮(3.8)安装于内门架(3.9)顶部，起升链轮(3.8)上绕有起升链条(3.5)，起升链条(3.5)一端固定在中门架(3.4)顶部，另一端固定在叉架(3.7)顶部，货叉(3.6)安装在叉架(3.7)底部并可水平伸缩移动；

所述的双驱轮子部件(4)包括轮子(4.1)、轮子叉架(4.2)、阻尼器(4.3)、减震弹簧(4.4)、转向无刷直流电机(4.5)、转向编码器(4.6)、转向L形减速器(4.7)、驱动编码器(4.8)、驱动无刷直流电机(4.9)、驱动L形减速器(4.10)；轮子(4.1)铰接安装在轮子叉架(4.2)上，驱动无刷直流电机(4.9)和驱动L形减速器(4.10)均固定安装在轮子叉架(4.2)上，驱动编码器(4.8)和驱动无刷直流电机(4.9)连接；转向无刷直流电机(4.5)安装在转向L形减速器(4.7)的顶部，转向编码器(4.6)和转向无刷直流电机(4.5)安连接；转向L形减速器(4.7)下端外壁经阻尼器(4.3)和减震弹簧(4.4)连接到轮子叉架(4.2)顶端，转向无刷直流电机(4.5)输出轴经转向L形减速器(4.7)和轮子叉架(4.2)同步连接。

2.根据权利要求1所述的一种全向移动式集装箱码垛机器人，其特征在于：所述的固定支撑臂(2.1)和可动支撑臂(2.3)内侧面中央均开设有竖直的条形凹槽，每个条形凹槽均安装有一个多级起升叉车门架(3)。

3.根据权利要求1所述的一种全向移动式集装箱码垛机器人，其特征在于：所述的固定支撑臂(2.1)和可动支撑臂(2.3)底部均安装有一个双驱轮子部件(4)，四个双驱轮子部件(4)独立驱动。

4.根据权利要求1所述的一种全向移动式集装箱码垛机器人，其特征在于：所述的叉架(3.7)底部设有滑槽，货叉(3.6)通过电磁机构安装在滑槽中，货叉(3.6)通过电磁控制实现在叉架(3.7)中的伸缩滑动。

5.根据权利要求1所述的一种全向移动式集装箱码垛机器人，其特征在于：所述靠板(1)上设有驾驶操作室(1.1)，驾驶操作室(1.1)朝向前方的一侧设置视窗(1.2)。

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