CN110712977B - 一种智能货物搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于货物搬运机器人领域，尤其涉及一种智能货物搬运机器人，它包括底座、驱动轮、铲板和动力模块等，其中具有移动装置的楔形底座被对称安装于其底部的两个驱动轮驱动，驱动轮内部具有与控制系统连接的移动转向结构；相对于传统的全自动机器人通过对放置货物的货架的整体搬运，本发明可以达到对散落不同地点的货物的精准操作；相对于传统全自动机器人通过机器臂对散落不同地点的货物的操作，本发明在满足搬运散落货物需求的同时，其结构简单且制造成本较低。相对于传统的半自动机器人依靠人工实现货物装载，本发明可以实现机器人的装载，本发明工作效率较高。

Description

一种智能货物搬运机器人

技术领域

本发明属于货物搬运机器人领域，尤其涉及一种智能货物搬运机器人。

背景技术

企业供应链管理(SCM)的仓储配送环节中越来越多地用到智能的货物搬运机器人，传统的货物搬运机器人主要分为两种：全自动机器人和半自动机器人。全自动机器人可以实现对货物的装载、搬运和卸载的全程自动化转移。传统的全自动化机器人主要通过两种方式对货物实现搬运转移，一种是机器人运动至放置货物的货架下方并通过对放置货物的货架整体搬运来实现对货物的搬运转移，这种方式只适合对货物批量搬运，无法对散落不同地点的货物直接分拣搬运；另一种是通过安装于机器人上的自动机器臂对散落不同地点的货物进行装载、搬运和卸载；此种方式中机器臂的运行所需控制系统较复杂，设备生产成本较高。

而半自动机器人无法实现货物搬运的完全自动化，必须先通过人工把货物向机器人上进行装载，然后再通过机器人把货物搬运至目的地并进行卸载，此种方式对散落的货物的装载搬运效率较低。

针对上述传统全自动或半自动机器人在搬运货物中存在的缺点，有必要设计一种可以将散落的货物进行自动装载、搬运和卸载的智能机器人。

本发明设计一种智能货物搬运机器人解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种智能货物搬运机器人，它是采用以下技术方案来实现的。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或者位置关系，仅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设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种智能货物搬运机器人，其特征在于：它包括底座、驱动轮、齿条、铲板、轴A、滑块A、齿轮C、涡卷弹簧、弹簧A、摆销、摆板、滑块C、导轨、弹簧B、电磁铁、缠线轮、轴B、动力模块、细钢丝，其中具有移动装置的楔形底座被对称安装于其底部的两个驱动轮驱动，驱动轮内部具有与控制系统连接的移动转向结构；铲板一端的摆孔中固装有轴A，轴A的两端分别旋转配合有滑块A；两个滑块A同步沿楔形底座斜面倾斜方向滑动于底座斜面上；滑块A上安装有驱动其沿底座斜面向下滑动的弹簧A；轴A上安装有对其旋转复位的涡卷弹簧；位于底座内并发挥杠杆作用的L型摆板的一端与带动摆板绕运动支点摆动的滑块C铰接，摆板的另一端与铲板的下板面配合以带动铲动货物的铲板发生绕轴A的高频振动；与摆板滑动且旋转配合的摆销作为摆板的摆动支点，且摆销随滑块A同步运动；摆销与轴A平行；滑块C沿垂直于楔形底座斜面的方向滑动于底座内的导轨中；铁质的滑块C下端与位于其下方的电磁铁配合；滑块C上安装有对其复位的弹簧B。

安装在底座上且与底座旋转配合的轴B的两端对称安装有两个缠线轮，缠绕于缠线轮上的细钢丝的一端与同侧的滑块A连接；平行于轴A的轴B与安装在底座上的动力模块的输出轴传动连接；旋转的缠线轮通过缠绕于其上的细钢丝拉动相应滑块A沿底座斜面向上运动；安装在轴A两端的两个齿轮C分别与对称安装在底座两侧的两个齿条配合。

作为本技术的进一步改进，上述底座的底部对称安装有四个万向轮，四个万向轮在保证机器人整体平稳移动的同时对底座形成稳定的支撑。

作为本技术的进一步改进，上述涡卷弹簧具有两个，且两个涡卷弹簧对称安装于轴A的两端，使得在铲板绕轴A相对于滑块摆动时，铲板的两侧所受的恢复力均等，保证铲板的运动平稳性。滑块A上与轴A旋转配合的轴孔内壁上周向开有环槽；两个涡卷弹簧分别位于相应滑块A上的环槽内；涡卷弹簧一端与轴A连接，另一端与相应滑块A上环槽的内壁连接。环槽为涡卷弹簧提供一定的容纳空间，减小涡卷弹簧在轴A上所占据的空间，使得设备的结构更加紧凑。

作为本技术的进一步改进，每个上述滑块A的底部都安装有梯形导块，两个梯形导块分别滑动于楔形底座斜面上的两个梯形导槽内；两个弹簧A分别位于两个梯形导槽内；弹簧A一端相应滑块A上的梯形导块连接，另一端与相应梯形导槽的内壁连接；弹簧A为拉伸弹簧。梯形导槽与梯形导块的配合对滑块A沿底座斜面的滑动发挥定位导向作用，防止滑动中的滑块A脱离底座；同时，梯形导槽为弹簧A提供容纳空间，减小弹簧A挤占底座上更多的空间，使得设备结构更加紧凑。

作为本技术的进一步改进，上述弹簧B为拉伸弹簧；位于导轨内的弹簧B一端与导轨内壁连接，另一端与滑块C的上端面连接；滑块C两侧对称安装有两个导向块B，两个导向块B分别滑动于导轨内壁上的两个导向槽B中。导向块B与导向槽B的配合对滑块C沿导轨的滑动发挥定位导向作用，防止滑动的滑块C在运动过程中脱离导轨。

作为本技术的进一步改进，上述底座的底面中部开有安装槽B；电磁铁通过安装座安装在安装槽B中，摆板位于安装槽B中；底座斜面中部开有滑槽A，滑槽A与安装槽B竖直相通；摆板一端穿过滑槽A与铲板的下板面配合；滑槽A中滑动有滑块B，且滑块B的运动与滑块A同步；摆销旋转并滑动于摆板上的滑槽B中，安装在滑块B下端面的连接块穿过摆板上的滑槽C与摆销固连；与滑块B同步运动的连接块滑动于滑槽C中；滑块B上安装有轴套；轴套与轴A旋转配合，且轴套位于铲板一端中部的安装槽C内；滑块B两侧对称安装有两个导向块A，两个导向块A分别滑动于滑槽A内壁上的两个导向槽A中。

作为本技术的进一步改进，上述楔形底座的较高矩形侧面上开有安装槽A，轴B位于安装槽A内；动力模块安装在安装槽A内；底座的较高矩形侧面上端对称安装有两个U型座，每个U型座上安装有定滑轮A；安装槽A内两侧对称安装有两个定滑轮B；每个缠线轮上缠绕的细钢丝一次绕过同侧的定滑轮B和定滑轮A与相应滑块A连接；轴B中部安装有齿轮B，齿轮B与安装在动力模块输出轴上的齿轮A啮合；动力模块的输出轴被与之旋转配合的支撑座支撑。定滑轮A与定滑轮B避免细钢丝与底座之间发生接触摩擦，且变滑动摩擦为滚动摩擦，有效减小细钢丝在运动过程中受到的摩擦力，最大限度地延长细钢丝的使用寿命。

作为本技术的进一步改进，上述弹簧A的弹性系数大于涡卷弹簧的弹性系数；在预拉伸的弹簧A通过滑块和轴A带动铲板沿底座斜面向下运动过程中，铲板的末端先与地面接触并相互作用，使得铲板绕轴A发生相对于滑块的向上摆动，以适应铲板在铲动货物时相对于底座的运动；如果弹簧A的弹性系数小于涡卷弹簧的弹性系数，在涡卷弹簧阻止下，弹簧A不足以带动铲板相对于底座的运动，从而导致铲板不能对货物进行铲动装载；只用当弹簧A的弹性系数大于涡卷弹簧的弹性系数时，才能使得预拉伸的弹簧A克服涡卷弹簧的阻碍并相对于底座发生运动，进而实现对货物的铲动装载。

作为本技术的进一步改进，当电磁铁断电时，上述摆板中倾斜滑槽B的上端与楔形底座上端斜面之间的距离小于倾斜滑槽B的下端与楔形底座上端斜面之间的距离；如果当电磁铁断电时，滑槽B的上端与楔形底座上端斜面之间的距离大于或等于倾斜滑槽B的下端与楔形底座上端斜面之间的距离，那么，在铲板沿底座斜面向下运动过程中，由于铲板末端与地面相互作用，使得铲板同时绕轴A相对于滑块A发生上摆，所以铲板下板面与摆板一端之间的距离逐渐增大；又由于摆板上与滑块C铰接的一端在电磁铁的作用下绕摆销摆动的频率和幅度是恒定的，所以随着摆销的移动，摆板上与铲板配合的一端的摆动幅度会发生明显的减小，导致摆板上与铲板配合的一端的摆动不会与铲板接触并带动铲板发生抖动，使得铲板在铲动货物时的辅助其铲动货物的抖动动作失效，不利于铲板对货物的有效铲动装载。只有在电磁铁断电时滑槽B的上端与楔形底座上端斜面之间的距离小于倾斜滑槽B的下端与楔形底座上端斜面之间的距离，在摆销的移动导致摆板上作用于铲板的一端的摆动幅度逐渐减小的情况下，摆销对摆板上作用于铲板的一端进行拉动，使得摆板上作用于铲板的一端逐渐靠近铲板，有效减小铲板沿底座斜面向下运动过程中铲板与摆板一端所产生的距离，使得摆板在电磁铁作用下始终能对铲板产生作用，带动铲板产生抖动；便于铲板对货物进行有效的铲动装载。

作为本技术的进一步改进，上述铲板上安装有轴A的一端的端面为弧面，且此弧面的圆心轴线与轴A的中心轴线重合，当铲板绕轴A摆动时，由于铲板上安装有轴A的一端的端面为弧面，且此弧面的圆心轴线与轴A的中心轴线重合，使得底座斜面不对摆动的铲板形成干涉。楔形底座的上端斜面上开有与铲板的摆动配合的活动槽，活动槽避免了铲板上安装有轴A的一端上的弧面在铲板摆动过程发生于底座斜面的摩擦，有利于铲板的顺利摆动。

相对于传统的货物搬运机器人，本发明通过铲板对目标货物进行铲动，在铲板对货物进行铲动过程中，控制系统控制电磁铁以恒定频率进行反复断电通电，使得电磁铁通过与之配合的滑块C带动与滑块C铰接的摆板以恒定的频率发生绕摆销的往复摆动，且摆板上与滑块C铰接的一端的摆动幅度恒定；随着摆销的移动，摆板末端摆动幅度逐渐减小，铲板与摆板末端的相对距离增大，铲板与摆板末端的作用点逐渐靠近轴A，这三种情况的综合变化使得持续运动的铲板在铲动货物过程中对货物的簸动幅度保持在一个合理的有效范围内，有利于向货物底部运动的铲板通过对货物的簸动使得货物逐渐向铲板的中部移动，提高铲板向机器人上装载货物的效率。本发明对散落于不同地点的货物进行装载、搬运和卸载的综合移动；相对于传统的全自动机器人通过对放置货物的货架的整体搬运，本发明可以达到对散落不同地点的货物的精准操作；相对于传统全自动机器人通过机器臂对散落不同地点的货物的操作，本发明在满足搬运散落货物需求的同时，其结构简单且制造成本较低。相对于传统的半自动机器人依靠人工实现货物装载，本发明可以实现机器人的装载，本发明工作效率较高；本发明结构简单，具有较好的使用效果。

附图说明

图1是搬运机器人及其剖面示意图。

图2是底座、轴B、缠线轮、齿轮B、齿轮A及动力模块配合剖面示意图。

图3是铲板、轴A、轴套、滑块A及底座配合剖面示意图。

图4是轴A、涡卷弹簧、滑块A、梯形导块及底座配合剖面示意图。

图5是齿条、齿轮C、滑块A、细钢丝及定滑轮A配合示意图。

图6是滑块B、连接块、摆销、摆板、滑块C及电磁铁配合两个视角的剖面示意图。

图7是弹簧A及底座配合剖面示意图。

图8是铲板、轴A、滑块A、齿轮C、轴套、滑块B及摆销配合示意图。

图9是底座、驱动轮及万向轮配合两个视角的示意图。

图10是底座、驱动轮及万向轮配合两个视角的剖面示意图。

图11是摆板及滑块C配合及其剖面示意图。

图12是铲板示意图。

图13是铲板及活动槽配合剖面示意图。

图14是滑块A及其剖面示意图。

图15是铲板与摆板相对运动状态示意图。

图16是导轨及其剖面示意图。

图中标号名称：1、底座；2、安装槽A；3、滑槽A；4、导向槽A；5、安装槽B；6、梯形导槽；7、万向轮；8、驱动轮；9、齿条；10、定滑轮A；11、活动槽；12、铲板；13、安装槽C；14、轴A；15、滑块A；16、环槽；17、梯形导块；18、齿轮C；19、涡卷弹簧；20、弹簧A；21、轴套；22、滑块B；23、导向块A；24、连接块；25、摆销；26、摆板；27、滑槽B；28、滑槽C；29、滑块C；30、导向块B；31、导轨；32、导向槽B；33、弹簧B；34、电磁铁；35、安装座；36、定滑轮B；37、缠线轮；38、轴B；39、齿轮B；40、齿轮A；41、动力模块；42、细钢丝；43、支撑座；44、U型座；45、摆孔。

具体实施方式

附图均为本发明实施的示意图，以便于理解结构运行原理。具体产品结构及比例尺寸根据使用环境结合常规技术确定即可。

如图1所示，它包括底座1、驱动轮8、齿条9、铲板12、轴A14、滑块A15、齿轮C18、涡卷弹簧19、弹簧A20、摆销25、摆板26、滑块C29、导轨31、弹簧B33、电磁铁34、缠线轮37、轴B38、动力模块41、细钢丝42，其中如图9、10所示，具有移动装置的楔形底座1被对称安装于其底部的两个驱动轮8驱动，驱动轮8内部具有与控制系统连接的移动转向结构；如图3、12所示，铲板12一端的摆孔45中固装有轴A14，轴A14的两端分别旋转配合有滑块A15；如图1所示，两个滑块A15同步沿楔形底座1斜面倾斜方向滑动于底座1斜面上；如图4、7所示，滑块A15上安装有驱动其沿底座1斜面向下滑动的弹簧A20；轴A14上安装有对其旋转复位的涡卷弹簧19。如图1、6、11所示，位于底座1内并发挥杠杆作用的L型摆板26的一端与带动摆板26绕运动支点摆动的滑块C29铰接，摆板26的另一端与铲板12的下板面配合以带动铲动货物的铲板12发生绕轴A14的高频振动；与摆板26滑动且旋转配合的摆销25作为摆板26的摆动支点，且摆销25随滑块A15同步运动；如图1所示，摆销25与轴A14平行；如图1、6所示，滑块C29沿垂直于楔形底座1斜面的方向滑动于底座1内的导轨31中；铁质的滑块C29下端与位于其下方的电磁铁34配合；滑块C29上安装有对其复位的弹簧B33。

如图2、3、4所示，安装在底座1上且与底座1旋转配合的轴B38的两端对称安装有两个缠线轮37，缠绕于缠线轮37上的细钢丝42的一端与同侧的滑块A15连接；平行于轴A14的轴B38与安装在底座1上的动力模块41的输出轴传动连接；如图4、7所示，旋转的缠线轮37通过缠绕于其上的细钢丝42拉动相应滑块A15沿底座1斜面向上运动；如图3、5、8所示，安装在轴A14两端的两个齿轮C18分别与对称安装在底座1两侧的两个齿条9配合。

如图9、10所示，上述底座1的底部对称安装有四个万向轮7，四个万向轮7在保证机器人整体平稳移动的同时对底座1形成稳定的支撑。

如图3、4所示，上述涡卷弹簧19具有两个，且两个涡卷弹簧19对称安装于轴A14的两端，使得在铲板12绕轴A14相对于滑块摆动时，铲板12的两侧所受的恢复力均等，保证铲板12的运动平稳性。如图14所示，滑块A15上与轴A14旋转配合的轴孔内壁上周向开有环槽16；如图4、14所示，两个涡卷弹簧19分别位于相应滑块A15上的环槽16内；涡卷弹簧19一端与轴A14连接，另一端与相应滑块A15上环槽16的内壁连接。环槽16为涡卷弹簧19提供一定的容纳空间，减小涡卷弹簧19在轴A14上所占据的空间，使得设备的结构更加紧凑。

如图3、4所示，每个上述滑块A15的底部都安装有梯形导块17如图3、4、10所示，；两个梯形导块17分别滑动于楔形底座1斜面上的两个梯形导槽6内；如图7所示，两个弹簧A20分别位于两个梯形导槽6内；弹簧A20一端相应滑块A15上的梯形导块17连接，另一端与相应梯形导槽6的内壁连接；弹簧A20为拉伸弹簧。梯形导槽6与梯形导块17的配合对滑块A15沿底座1斜面的滑动发挥定位导向作用，防止滑动中的滑块A15脱离底座1；同时，梯形导槽6为弹簧A20提供容纳空间，减小弹簧A20挤占底座1上更多的空间，使得设备结构更加紧凑。

如图6所示，上述弹簧B33为拉伸弹簧；位于导轨31内的弹簧B33一端与导轨31内壁连接，另一端与滑块C29的上端面连接；如图11所示，滑块C29两侧对称安装有两个导向块B30；如图6、16所示，两个导向块B30分别滑动于导轨31内壁上的两个导向槽B32中。导向块B30与导向槽B32的配合对滑块C29沿导轨31的滑动发挥定位导向作用，防止滑动的滑块C29在运动过程中脱离导轨31。

如图9、10所示，上述底座1的底面中部开有安装槽B5；如图1、6所示，电磁铁34通过安装座35安装在安装槽B5中，摆板26位于安装槽B5中；如图9、10所示，底座1斜面中部开有滑槽A3，滑槽A3与安装槽B5竖直相通；如图1所示，摆板26一端穿过滑槽A3与铲板12的下板面配合；如图1、6、8所示，滑槽A3中滑动有滑块B22，且滑块B22的运动与滑块A15同步；摆销25旋转并滑动于摆板26上的滑槽B27中，安装在滑块B22下端面的连接块24穿过摆板26上的滑槽C28与摆销25固连；如图6所示，与滑块B22同步运动的连接块24滑动于滑槽C28中；如图1、8所示，滑块B22上安装有轴套21；轴套21与轴A14旋转配合，且轴套21位于铲板12一端中部的安装槽C13内；如图8所示，滑块B22两侧对称安装有两个导向块A23；如图6所示，两个导向块A23分别滑动于滑槽A3内壁上的两个导向槽A4中。

如图9、10所示，上述楔形底座1的较高矩形侧面上开有安装槽A2；如图1、2、3所示，轴B38位于安装槽A2内；动力模块41安装在安装槽A2内；如图1、5、9所示，底座1的较高矩形侧面上端对称安装有两个U型座44，每个U型座44上安装有定滑轮A10；如图2所示，安装槽A2内两侧对称安装有两个定滑轮B36；如图2、3所示，每个缠线轮37上缠绕的细钢丝42一次绕过同侧的定滑轮B36和定滑轮A10与相应滑块A15连接；轴B38中部安装有齿轮B39，齿轮B39与安装在动力模块41输出轴上的齿轮A40啮合；动力模块41的输出轴被与之旋转配合的支撑座43支撑。定滑轮A10与定滑轮B36避免细钢丝42与底座1之间发生接触摩擦，且变滑动摩擦为滚动摩擦，有效减小细钢丝42在运动过程中受到的摩擦力，最大限度地延长细钢丝42的使用寿命。

如图7所示，上述弹簧A20的弹性系数大于涡卷弹簧19的弹性系数，在预拉伸的弹簧A20通过滑块和轴A14带动铲板12沿底座1斜面向下运动过程中，铲板12的末端先与地面接触并相互作用，使得铲板12绕轴A14发生相对于滑块的向上摆动，以适应铲板12在铲动货物时相对于底座1的运动；如果弹簧A20的弹性系数小于涡卷弹簧19的弹性系数，在涡卷弹簧19阻止下，弹簧A20不足以带动铲板12相对于底座1的运动，从而导致铲板12不能对货物进行铲动装载；只用当弹簧A20的弹性系数大于涡卷弹簧19的弹性系数时，才能使得预拉伸的弹簧A20克服涡卷弹簧19的阻碍并相对于底座1发生运动，进而实现对货物的铲动装载。

如图15a所示，当电磁铁34断电时，上述摆板26中倾斜滑槽B27的上端与楔形底座1上端斜面之间的距离小于倾斜滑槽B27的下端与楔形底座1上端斜面之间的距离；如果当电磁铁34断电时，滑槽B27的上端与楔形底座1上端斜面之间的距离大于或等于倾斜滑槽B27的下端与楔形底座1上端斜面之间的距离，那么如图15b所示，在铲板12沿底座1斜面向下运动过程中，由于铲板12末端与地面相互作用，使得铲板12同时绕轴A14相对于滑块A15发生上摆，所以铲板12下板面与摆板26一端之间的距离逐渐增大；又由于摆板26上与滑块C29铰接的一端在电磁铁34的作用下绕摆销25摆动的频率和幅度是恒定的，所以随着摆销25的移动，摆板26上与铲板12配合的一端的摆动幅度会发生明显的减小，导致摆板26上与铲板12配合的一端的摆动不会与铲板12接触并带动铲板12发生抖动，使得铲板12在铲动货物时的辅助其铲动货物的抖动动作失效，不利于铲板12对货物的有效铲动装载。只有在电磁铁34断电时滑槽B27的上端与楔形底座1上端斜面之间的距离小于倾斜滑槽B27的下端与楔形底座1上端斜面之间的距离，在摆销25的移动导致摆板26上作用于铲板12的一端的摆动幅度逐渐减小的情况下，摆销25对摆板26上作用于铲板12的一端进行拉动，使得摆板26上作用于铲板12的一端逐渐靠近铲板12，有效减小铲板12沿底座1斜面向下运动过程中铲板12与摆板26一端所产生的距离，使得摆板26在电磁铁34作用下始终能对铲板12产生作用，带动铲板12产生抖动；便于铲板12对货物进行有效的铲动装载。

如图13所示，上述铲板12上安装有轴A14的一端的端面为弧面，且此弧面的圆心轴线与轴A14的中心轴线重合，当铲板12绕轴A14摆动时，由于铲板12上安装有轴A14的一端的端面为弧面，且此弧面的圆心轴线与轴A14的中心轴线重合，使得底座1斜面不对摆动的铲板12形成干涉。如图10、13所示，楔形底座1的上端斜面上开有与铲板12的摆动配合的活动槽11，活动槽11避免了铲板12上安装有轴A14的一端上的弧面在铲板12摆动过程发生于底座1斜面的摩擦，有利于铲板12的顺利摆动。

本发明中驱动轮8内部的移动转向结构采用现有技术，例如两个驱动轮8中具有驱动其旋转的电机和差速器机构。

本发明中涡卷弹簧19的作用是，保证在铲板12铲动装载货物过程中，铲板12的末端始终保持与地面的紧贴，有利于铲板12末端有效地插入货物与地面之间对货物实现有效的铲动。

本发明中动力模块41采用现有技术并与控制系统电连接；具有移动转向功能的驱动轮8与控制系统电连接。

本发明中处于停止运行状态的动力模块41处于自锁状态，使得两个细钢丝42保持对两个滑块A15的拉动状态。

本发明的工作流程：在初始状态，铲板12的下板面与楔形底座1的斜面接触，铲板12完全放置于底座1上。安装在滑块A15上的梯形导块17距离相应梯形导槽6上端的距离等于铲板12由初始状态绕轴A14摆至完全卸载状态时齿轮C18与相应齿条9的啮合行程。两个弹簧A20和弹簧B33均处于预拉伸状态。每个缠线轮37上均缠绕有若干圈细钢丝42，缠线轮37上所缠绕的若干圈细钢丝42的总长度大于滑块A15有初始状态沿底座1斜面向下运动的最大距离。摆板26上与铲板12配合的一端与铲板12下板面接触。导向块B30位于相应导向槽的顶端，滑块C29与电磁铁34之间具有一定间距。动力模块41处于自锁状态，使得滑块A15在弹簧A20和细钢丝42的共同作用下保持静止。

在初始状态，摆板26上与铲板12配合的末端与铲板12下板面具有一定距离；涡卷弹簧19处于形变状态，使得铲板12与底座1斜面紧贴。此时，两个齿轮C18刚好不与相应齿条9啮合。

当用本发明对散落的货物进行装载、搬运和卸载时，控制系统先控制本发明向货物靠近，机器人根据其上所安装的传感器对目标货物的识别，靠近目标货物并保持与货物合适的距离，再自动调整与货物的相对位置，使得机器人上的铲板12末端与目标货物相对。对货物识别、靠近货物并调整与货物相对位置这一系列操作过程中，安装在底座1底部的两个驱动轮8在控制系统的控制下对机器人实现自动移动和转向。

当机器人上的铲板12末端与目标货物相对时，停止驱动轮8的运行；然后，控制系统控制动力模块41运行，安装于动力模块41输出轴上的齿轮A40通过齿轮B39和轴B38带动两个缠线轮37同步旋转，两个缠线轮37同步对缠绕于其上的细钢丝42进行放送，在预拉伸的两个弹簧A20的作用下，两个滑块A15沿楔形底座1的斜面向下滑动；两个滑块A15通过轴A14带动铲板12和轴套21同步运动，轴套21通过滑块B22和连接块24带动摆销25同步运动；摆销25沿滑槽B27相对于摆板26滑动；由于摆板26中倾斜滑槽B27的上端与楔形底座1上端斜面之间的距离小于倾斜滑槽B27的下端与楔形底座1上端斜面之间的距离，所以在摆销25运动随滑块B22斜向下运动过程中，摆销25带动摆板26绕摆板26与滑块C29的铰接点进行上摆，摆板26的末端逐渐靠近铲板12下板面。

当铲板12的末端到达地面时，摆板26的末端与铲板12的下板面接触，此时控制系统控制机器人整体进一步向目标货物靠近。在机器人持续靠近货物的过程中，当铲板12末端与货物底部接触时，控制系统开始控制机器人的驱动轮8运行，驱动轮8带动整个机器人向货物移动，同时控制系统控制电磁铁34以恒定的频率进行通电和断电；当电磁铁34通电时，电磁铁34产生磁性并对铁质的滑块C29进行吸引，滑块C29沿导轨31向下滑动；滑块C29带动与之铰接的摆板26绕摆销25摆动，发挥杠杆作用的摆板26的末端绕摆销25上翘并向上推动铲板12绕轴A14向上摆动，两个涡卷弹簧19进一步发生形变并储能，弹簧B33被进一步拉伸并储能；当电磁铁34快速断电时，在弹簧B33的复位作用下，滑块C29沿导轨31向上快速瞬间复位，滑块C29带动与之铰接的摆板26绕摆销25快速回摆，摆板26的末端瞬间解除对铲板12的向上推动；在两个涡卷弹簧19的复位作用下，铲板12绕轴A14回摆，铲板12的末端快速到达地面；由于在对货物进行铲动时，机器人整体的持续靠近货物且铲板12在两个滑块A15的带动下持续相对底座1斜向下运动，所以每次在电磁铁34断电后，铲板12末端绕轴A14快速回摆至地面后，铲板12与底座1上斜面的夹角就增大一些，导致涡卷弹簧19随铲板12与底座1斜面之间夹角的增大而进一步发生形变并储能，使得铲板12末端在电磁铁34断电时，都能快速绕轴A14回摆至地面，保证铲板12末端始终对货物底部进行铲动。

在铲板12对货物铲动过程中，在以恒定频率通电和断电的电磁铁34、弹簧B33和两个涡卷弹簧19的共同作用下，滑块C29通过绕移动的摆销25摆动的摆板26带动铲板12绕轴A14进行往复高频率的上下摆动；铲板12对其所铲动的货物向上进行簸动后，在涡卷弹簧19的复位作用下，铲板12瞬间回摆并脱离位于空中的货物，此时，由于货物与机器人完全分离，使得机器人继续向货物靠近不收到阻碍，在货物重新落至铲板12上前，机器人可以快速运动一定距离，使得货物相对于铲板12发生由铲板12末端斜向上向铲板12中部的运动，使得货物在每次被铲板12簸动后落至铲板12上的位置更进一步地靠近铲板12的中部。

随着机器人的持续向被铲板12铲动并簸动的货物的底部运动，货物逐渐地被铲板12簸动至铲板12的中部；在此过程中，动力模块41持续运行，两个弹簧A20持续带动两个滑块A15沿楔形底座1的上斜面向下运动，两个滑块A15通过轴A14持续带动铲板12和轴套21同步运动，轴套21通过滑块B22和连接块24持续带动摆销25沿摆板26上的滑槽B27持续向摆板26的末端运动；摆板26的实际摆动支点持续发生改变；由于滑块C29被电磁铁34吸引时沿导轨31运动的行程恒定，所以滑块C29带动摆板26上与滑块C29铰接的一端绕摆销25摆动的幅度恒定不变；当摆销25沿摆板26上的滑槽B27持续向摆板26的末端运动过程中，摆板26上与铲板12配合的末端的摆动幅度逐渐减小，使得摆板26末端对铲板12的推动幅度减小，从而导致铲板12的簸动幅度减小，使得铲板12对货物的簸动效果不佳。但是，由于在此过程中，两个滑块A15通过一系列传动带动铲板12相对底座1发生相对运动，使得铲板12下板面与摆板26末端相互作用点持续发生改变，铲板12下板面与摆板26末端相互作用点逐渐靠近摆轴，使得摆板26绕轴A14摆动相同角度所需的摆板26末端的摆动幅度减小，此种情况有效地弥补了摆板26末端在铲板12铲动货物过程中其摆动幅度逐渐减小所导致的铲板12的簸动幅度的减小，使得铲板12的在铲动货物过程中对货物的簸动幅度保持在一个合理有效的范围内，有利于货物铲板12的中部的装载；同时，由于电磁铁34断电时，摆板26中倾斜滑槽B27的上端与楔形底座1上端斜面之间的距离小于倾斜滑槽B27的下端与楔形底座1上端斜面之间的距离，摆销25的运动导致摆板26与铲板12配合的一端也在逐渐地拉近与铲板12下板面之间的距离，使得摆板26末端对铲板12向上推动的实际距离增大，进一步弥补了摆板26末端在铲板12铲动货物过程中其摆动幅度逐渐减小所导致的铲板12的簸动幅度的减小的问题，使得铲板12的在铲动货物过程中对货物的簸动幅度保持在一个合理有效的范围内。

当货物在铲板12的铲动和簸动下到达铲板12的中部时，控制系统对电磁铁34进行断电，电磁铁34停止运行，铲板12停止绕轴A14的往复摆动，在两个涡卷弹簧19作用下，铲板12末端瞬间回摆至地面，此时涡卷弹簧19的静态形变量达到最大；同时控制系统控制动力模块41反向运行，动力模块41通过一系列传动带动两个缠线轮37反向旋转并对缠绕于其上的细钢丝42进行缠绕回收，两个细钢丝42分别拉动两个滑块A15沿楔形底座1的上斜面向上运动；两个滑块A15同步一系列传动带动铲板12向初始位置运动，涡卷弹簧19的持续释放能量并逐渐恢复初始状态，摆板26逐渐绕轴A14向楔形底座1的上斜面回摆，轴A14通过滑块B22和连接块24带动摆销25向初始位置方向运动；在铲板12下板面与底座1上斜面重新紧贴之前，铲板12的末端始终紧贴地面。

在铲板12复位过程中，两个滑块A15通过一系列传动带动摆销25复位，随着摆板26支点的复位，摆板26绕其与滑块C29的铰接点向初始状态回摆，两个弹簧A20再次被拉伸并储能。当铲板12恢复初始状态时，两个弹簧A20和两个涡卷弹簧19同时恢复初始状态，此时控制系统继续保持动力模块41的反向运行，两个滑块A15在相应细钢丝42的拉动下继续沿底座1斜面向上运动；两个滑块A15继续通过一系列传动带动铲板12和摆销25同步运动，两个弹簧C被进一步拉伸并储能；摆销25沿摆板26上的滑槽B27斜向上运动，摆板26的摆动支点逐渐靠近摆板26与滑块C29的铰接点，摆板26的末端绕其与滑块C29的铰接点向下摆动，摆板26的末端与铲板12下板面之间的距离开始逐渐增大；同时，两个齿轮C18分别开始与相应齿条9啮合并相互作用，两个齿轮C18通过轴A14带动铲板12绕轴A14中心轴线相对于底座1向上摆动，两个涡卷弹簧19反向发生形变并储能；当铲板12摆至水平位置时，控制系统接收到相关感应器的感知铲板12达到水平位置的信号并控制动力模块41停止运行。由于停止运行的动力模块41处于自锁状态，所以此时动力模块41输出轴上的齿轮A40不会在外力作用下发生旋转，进而使得缠绕于两个缠线轮37上的细钢丝42对两个滑块A15形成持续紧绷拉动，保证齿轮C18与相应齿条9的位置不发生相对变化，使得铲板12保持水平位置不动，进而使得处于水平状态的铲板12对位于其上的货物在到达目的地前形成有效托举，货物不会在机器人运动过程中滑落。

然后控制系统在相关传感器的指引下控制两个驱动轮8移动转向并带动机器人到达目标位置时，控制系统通过获取相关感应器对目标位置的感应信号来控制驱动轮8停止运行，同时控制系统控制动力模块41继续反向运行；反向运行的动力模块41通过一系列传动带动两个缠线轮37继续反向旋转，两个缠线轮37对相应细钢丝42进行缠绕，两个细钢丝42同时继续拉动两个滑块A15沿底座1斜面向上运动，两个弹簧A20继续被进一步拉伸并储能；两个滑块A15带动轴A14继续同步运动，两个齿轮C18继续与相应齿条9相互作用，两个齿轮C18通过轴A14带动铲板12继续绕轴A14中心轴线向上摆动并发生反向倾斜，两个涡卷弹簧19继续反向形变并储能；当铲板12的反向倾斜角度增大到一定值时，货物开始从铲板12的中部斜向下滑动。

随着铲板12倾斜角度的增大，货物逐渐下滑；当货物完全脱离铲板12并落至目标位置后，铲板12倾斜角度达到最大，此时控制系统控制动力模块41正向运行；动力模块41通过一系列传动带动两个缠线轮37对缠绕其上的细钢丝42进行放送，在两个弹簧A20的复位作用下，两个滑块A15通过一系列传动带动铲板12和摆销25向初始位置运动，摆板26在摆销25的带动下绕其与滑块C29的铰接点向初始状态回摆；同时两个齿条9同时带动相应齿轮C18反向旋转，两个齿轮C18通过轴A14带动铲板12绕轴A14中心轴线向初始状态回摆，两个涡卷弹簧19释放能量并逐渐恢复初始状态。

当铲板12回摆至初始状态时，控制系统控制动力模块41停止运行，至此机器人对货物的装载、搬运和卸载结束。

上述流程中，控制系统都是在接收到了相关传感器的感应信号后才控制驱动轮8或动力模块41或电磁铁34运行。

本发明中机器人根据其上所安装的传感器对目标货物的识别，靠近目标货物并保持与货物合适的距离，再自动调整与目标货物的相对位置这一系列操作采用机器人现有技术。

为了保证本发明更顺利地装载、搬运和卸载货物，可以在本发明上适当增设更多的传感器。例如：感知铲板12有无铲到货物的传感器或感知铲板12因货物太重而不能对货物进行铲起的传感器。

本发明中利用电磁铁34与发挥杠杆作用的摆板26的配合来带动铲动货物的铲板12进行往复高频簸动而不是采用单一振动源与铲板12直接配合来带动铲动货物的铲板12进行往复高频簸动，主要是由铲板12的运动特征决定的，本发明中的铲板12是通过其相对于底座1斜面向下的运动来对目标货物进行铲动；在铲板12对货物进行铲动过程中，由于其末端与地面接触，使得运动过程中的铲板12与本发明中存在的摆板26末端或单一振动源之间的距离逐渐增大；采用电磁铁34、滑块C29、摆板26和可移动的摆销25的配合时，本发明中的电磁铁34与滑块C29的相互作用频率恒定，使得摆板26上与滑块C29铰接的一端绕摆销25的摆动频率和幅度是恒定的；随着摆销25的移动，摆板26末端摆动幅度逐渐减小，铲板12与摆板26末端的相对距离增大，铲板12与摆板26末端的作用点逐渐靠近轴A14，这三种情况的综合变化使得持续运动的铲板12在铲动货物过程中对货物的簸动幅度保持在一个合理的有效范围内，有利于铲板12对其铲动的货物进行有效地簸动，便于货物较容易并快速到达铲板12的中部并完成对货物的装载操作。而如果采用单一振动源与铲板12的直接配合，那么单一振动源为了保证与之距离逐渐增大的铲板12的振动幅度和振动频率，单一振动源必须持续不断地改变其振动频率和振动幅度；单一振动源振动频率和振动幅度的持续变化一方面增加了控制系统的复杂性，另一方面其振动频率和振动幅度的持续变化会大大地缩短振动源本身的寿命，增加设备维护成本。而采用电磁铁34与摆动支点变化的摆板26的配合时，电磁铁34输入单一，其对控制系统的要求较简单，且使用寿命较长维护方便简单，成本较低。

综上所述，本发明的有益效果为：本发明通过铲板12对目标货物进行铲动，在铲板12对货物进行铲动过程中，控制系统控制电磁铁34以恒定频率进行反复断电通电，使得电磁铁34通过与之配合的滑块C29带动与滑块C29铰接的摆板26以恒定的频率发生绕摆销25的往复摆动，且摆板26上与滑块C29铰接的一端的摆动幅度恒定；随着摆销25的移动，摆板26末端摆动幅度逐渐减小，铲板12与摆板26末端的相对距离增大，铲板12与摆板26末端的作用点逐渐靠近轴A14，这三种情况的综合变化使得持续运动的铲板12在铲动货物过程中对货物的簸动幅度保持在一个合理的有效范围内，有利于向货物底部运动的铲板12通过对货物的簸动使得货物逐渐向铲板12的中部移动，提高铲板12向机器人上装载货物的效率。本发明对散落于不同地点的货物进行装载、搬运和卸载的综合移动；相对于传统的全自动机器人通过对放置货物的货架的整体搬运，本发明可以达到对散落不同地点的货物的精准操作；相对于传统全自动机器人通过机器臂对散落不同地点的货物的操作，本发明在满足搬运散落货物需求的同时，其结构简单且制造成本较低。相对于传统的半自动机器人依靠人工实现货物装载，本发明可以实现机器人的装载，本发明工作效率较高。

Claims (10)

1.一种智能货物搬运机器人，其特征在于：它包括底座、驱动轮、齿条、铲板、轴A、滑块A、齿轮C、涡卷弹簧、弹簧A、摆销、摆板、滑块C、导轨、弹簧B、电磁铁、缠线轮、轴B、动力模块、细钢丝，其中具有移动装置的楔形底座被对称安装于其底部的两个驱动轮驱动，驱动轮内部具有与控制系统连接的移动转向结构；铲板一端的摆孔中固装有轴A，轴A的两端分别旋转配合有滑块A；两个滑块A同步沿楔形底座斜面倾斜方向滑动于底座斜面上；滑块A上安装有驱动其沿底座斜面向下滑动的弹簧A；轴A上安装有对其旋转复位的涡卷弹簧；位于底座内并发挥杠杆作用的L型摆板的一端与带动摆板绕运动支点摆动的滑块C铰接，摆板的另一端与铲板的下板面配合以带动铲动货物的铲板发生绕轴A的高频振动；与摆板滑动且旋转配合的摆销作为摆板的摆动支点，且摆销随滑块A同步运动；摆销与轴A平行；滑块C沿垂直于楔形底座斜面的方向滑动于底座内的导轨中；铁质的滑块C下端与位于其下方的电磁铁配合；滑块C上安装有对其复位的弹簧B；

安装在底座上且与底座旋转配合的轴B的两端对称安装有两个缠线轮，缠绕于缠线轮上的细钢丝的一端与同侧的滑块A连接；平行于轴A的轴B与安装在底座上的动力模块的输出轴传动连接；旋转的缠线轮通过缠绕于其上的细钢丝拉动相应滑块A沿底座斜面向上运动；安装在轴A两端的两个齿轮C分别与对称安装在底座两侧的两个齿条配合。

2.根据权利要求1所述的一种智能货物搬运机器人，其特征在于：上述底座的底部对称安装有四个万向轮。

3.根据权利要求1所述的一种智能货物搬运机器人，其特征在于：上述涡卷弹簧具有两个，且两个涡卷弹簧对称安装于轴A的两端；滑块A上与轴A旋转配合的轴孔内壁上周向开有环槽；两个涡卷弹簧分别位于相应滑块A上的环槽内；涡卷弹簧一端与轴A连接，另一端与相应滑块A上环槽的内壁连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能货物搬运机器人，其特征在于：每个上述滑块A的底部都安装有梯形导块，两个梯形导块分别滑动于楔形底座斜面上的两个梯形导槽内；两个弹簧A分别位于两个梯形导槽内；弹簧A一端相应滑块A上的梯形导块连接，另一端与相应梯形导槽的内壁连接；弹簧A为拉伸弹簧。

5.根据权利要求1所述的一种智能货物搬运机器人，其特征在于：上述弹簧B为拉伸弹簧；位于导轨内的弹簧B一端与导轨内壁连接，另一端与滑块C的上端面连接；滑块C两侧对称安装有两个导向块B，两个导向块B分别滑动于导轨内壁上的两个导向槽B中。

6.根据权利要求1所述的一种智能货物搬运机器人，其特征在于：上述底座的底面中部开有安装槽B；电磁铁通过安装座安装在安装槽B中，摆板位于安装槽B中；底座斜面中部开有滑槽A，滑槽A与安装槽B竖直相通；摆板一端穿过滑槽A与铲板的下板面配合；滑槽A中滑动有滑块B，且滑块B的运动与滑块A同步；摆销旋转并滑动于摆板上的滑槽B中，安装在滑块B下端面的连接块穿过摆板上的滑槽C与摆销固连；与滑块B同步运动的连接块滑动于滑槽C中；滑块B上安装有轴套；轴套与轴A旋转配合，且轴套位于铲板一端中部的安装槽C内；滑块B两侧对称安装有两个导向块A，两个导向块A分别滑动于滑槽A内壁上的两个导向槽A中。

7.根据权利要求1所述的一种智能货物搬运机器人，其特征在于：上述楔形底座的较高矩形侧面上开有安装槽A，轴B位于安装槽A内；动力模块安装在安装槽A内；底座的较高矩形侧面上端对称安装有两个U型座，每个U型座上安装有定滑轮A；安装槽A内两侧对称安装有两个定滑轮B；每个缠线轮上缠绕的细钢丝一次绕过同侧的定滑轮B和定滑轮A与相应滑块A连接；轴B中部安装有齿轮B，齿轮B与安装在动力模块输出轴上的齿轮A啮合；动力模块的输出轴被与之旋转配合的支撑座支撑。

8.根据权利要求1所述的一种智能货物搬运机器人，其特征在于：上述弹簧A的弹性系数大于涡卷弹簧的弹性系数。

9.根据权利要求1或6所述的一种智能货物搬运机器人，其特征在于：当电磁铁断电时，上述摆板中倾斜滑槽B的上端与楔形底座上端斜面之间的距离小于倾斜滑槽B的下端与楔形底座上端斜面之间的距离。

10.根据权利要求1所述的一种智能货物搬运机器人，其特征在于：上述铲板上安装有轴A的一端的端面为弧面，且此弧面的圆心轴线与轴A的中心轴线重合；楔形底座的上端斜面上开有与铲板的摆动配合的活动槽。

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