CN112429447A - 一种用于危险场所的自平衡仓储机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，包括自平衡结构，自平衡结构包括底板、旋转中心柱、平衡调节组和平衡板；底板表面中部通过旋转中心柱和平衡板中部连接，旋转中心柱顶部和平衡板中部铰接；底板表面通过多个平衡调节组和平衡板连接，平衡调节组包括电机座、电机、滚珠丝杆副、连接座和调节柱，电机通过电机座设置在底板表面，连接座通过滚珠丝杆副和电机联轴器连接，调节柱一端和连接座铰接，调节柱另一端和平衡板铰接，电机联轴器转动时带动调节柱转动。采用本方案，通过调整平衡板相对水平在任意方向的角度，保证物料相对支撑面静止，即保证了物料的安全，特别是在军品制造工厂中运输危险品时，具有重要的安全意义。

Description

一种用于危险场所的自平衡仓储机器人

技术领域

本发明涉及物资转运设备领域，具体涉及一种用于危险场所的自平衡仓储机器人。

背景技术

随着“中国制造2025”、“美国工业互联网”、“德国工业4.0”、“日本机器人战略”等各国国家战略的实施，对制造智能化、物流智能化和工厂智能化提出了新的要求，作为智能工厂重要组成部分的智能仓储系统相关技术也有了一定的发展。相对于普通的民用制造工厂而言，专门用于生产我国军需装备的军品制造工厂因多处于火炸药粉尘等易燃易爆的危险环境，因此对其提出了更高的安全性要求，这类危险环境中使用的智能仓储系统更需要对物料搬运安全性设计做更多的考虑，以确保军品制造工厂的安全生产。

基于此机理，国内外设计出了不同的物资转运系统，如实用新型申请号为：CN201821613440.4，实用新型创造名称为一种自平衡搬运小车，它包括车架、行走装置、搬运装置及自平衡装置等组成，其自平衡装置上设有电机、丝杠、电池组、自校正开关及配重块等装置，其自校正开关装置上设置有带触点并装有导电液的盒体，通过导电液检测车体倾斜情况并连通相关触点，再通过电机丝杠等传动装置调节配重块位置，达到自动调整自身中心位置以适应各种货物的搬运工作；但使用本装置在运输过程中寻在以下缺点：1、该专利主要针对小车加货物组成的整体重心倾斜问题，通过自动调整整体重心的方式确保小车不发生倾斜甚至影响搬运。并不能确保所搬运货物内部的物料安全，比如：用该小车搬运装着玻璃瓶的托盘时，当调整重心后可能存在托盘倾斜情况，在行进过程中甚至在调整时，托盘内玻璃瓶可能发生碰撞导致玻璃瓶损坏；2、该专利自平衡装置中第一电机的正反转带中配重块沿靠近或远离叉臂的方向移动，从而调整小车的重心。而在小车行进的左右方向的倾斜情况未考虑，但在实际物料搬运过程中，物料在水平两个方向上都有翻滚的可能，该技术不能满足克服两个方向翻滚的需求；3、此方案无法运用到易燃易爆的危险环境中，否则会带来极大的危险性。

进一步优化物资转运设备的结构设计，无疑对优化物资转运设备的装配工艺和安全性能具有重要意义。

发明内容

为解决上述提出的进一步优化物资转运设备的结构设计，无疑对优化物资转运设备的装配工艺和安全性能具有重要意义问题，本发明提供了一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，采用本方案，能通过调整平衡板相对水平在任意方向的角度，及调整物料支撑面的角度，经过计算后角度合适的情况下，即可保证物料相对支撑面静止，即保证了物料的安全，特别是在军品制造工厂中运输易燃易爆的危险品时，具有重要的安全意义。

本发明采用的技术方案为：一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，包括自平衡结构，所述自平衡结构包括底板、旋转中心柱、平衡调节组和平衡板；

所述平衡板位于底板上方，所述底板表面中部通过旋转中心柱和平衡板中部连接，所述旋转中心柱顶部和平衡板中部铰接；

所述底板表面通过多个平衡调节组和平衡板连接，所述平衡调节组包括电机座、电机、滚珠丝杆副、连接座和调节柱，所述电机通过电机座设置在底板表面，所述连接座通过滚珠丝杆副和电机联轴器连接，所述调节柱一端和连接座铰接，所述调节柱另一端和平衡板铰接，所述电机联轴器转动时带动调节柱转动。

本方案具体运作时，在自平衡结构上运输搬运火药柱等危险物料，在其启动或停止的加速或减速过程中，物料因为惯性的原因，其相当于受一个与加速或减速方向相反的惯性力，使物料可能发生翻转甚至碰撞，为避免这种情况，需在此过程中抵消这部分惯性力；本方案通过在底板和平衡板之间设置旋转中心柱和多个平衡调节组，通过旋转中心柱和多个平衡调节组来调节平衡板，使物料始终保持平衡，其中多个平衡调节组优选为四个，四个平衡调节组均布在底板四周，而旋转中心柱优选设置在底板和平衡板的中心位置处，旋转中心柱和四个平衡调节组中的调节柱顶部均为圆形结构，在平衡板底部开有与之相配合的圆形槽，此时平衡调节组和旋转中心柱均和调节板铰接，通过平衡调节组和旋转中心柱的相互配合，可使平衡板转动的同时，还能朝任意方向倾斜。

工作原理：在自平衡结构带着物料在向右加速过程中，控制左侧两个平衡调节组中的电机正向转动，使其对应的调节柱顶升平衡板左侧高度，同时控制右侧两个平衡调节组中的电机反向转动，使其对应的调节柱降低平衡板右侧高度，此时平衡板与加速方向成一定角度，因这个角度使在自平衡结构上物料的重力沿自平衡结构加速方向具有和惯性力相等的分力，并随着自平衡结构加速度的变化而动态调整平衡板和加速方向的角度大小，使物料在整个过程中所受合力始终为零，即物料相对于取货结构保持静止，从而保证了物料的安全。

同理，在自平衡结构带着物料减速的过程中，动态控制电机调整平衡板与减速方向的角度使物料重力在减速方向的分力与惯性力大小相同且方向相反，即可保证物料在减速过程中相对于自平衡结构保持相对静止。

同时，可分别控制一号到四号电机使其对应的调节柱顶升或降低平衡板四个角的高度，因此可调整平衡板相对于水平面任意方向的夹角，可保证在多向复合运动过程中始终保证物料重力在平衡板上的分力抵消惯性力影响，从而保证物料相对于货箱保持静止，即保证了物料无翻转或碰撞的风险。

进一步的，还包括设置在底板表面的多个直线导轨副，所述直线导轨副沿底板长度方向设置，所述直线导轨副上设置滑块，所述连接座一端和滚珠丝杆副滑动连接，所述连接座另一端通过滑块和直线导轨副滑动连接，所述连接座可沿底板长度方向滑动。

本方案具体运作时，在底板表面设置多个直线导轨副，优选为两个相互平行的直线导轨副，使左右两侧的连接座均能和直线导轨副连接，使连接座可沿底板长度方向滑动，用于调节连接座的支撑位置和调节柱的初始支撑高度。

进一步的，还包括设置在平衡板上方的取货结构，所述取货结构和平衡板滑动连接，所述取货结构可沿平衡板长度方向滑动用于装卸货物。

本方案具体运作时，在平衡板上设置取货结构，取货结构可沿平衡板长度方向滑动，在取货结构向外部滑动时，能取下货架上的货物并置于取货结构上，在反向滑动收回取货结构，完成一次取货进程。

工作原理：在取货结构托住物料托盘底部向后方缩回的加速过程中，控制自平衡结构后方的两个电机正向转动，使其对应的调节柱顶升平衡板后端高度，同时控制自平衡结构前方的两个电机反向转动，使其对应的调节柱降低平衡板前端高度，此时平衡板与取货结构缩回的加速方向成一定角度，因这个角度使在取货结构上物料的重力沿缩回加速方向具有和惯性力相等的分力，并在整个过程中动态调整这个角度的大小，从而保证物料相对于取货结构保持静止。同理，在缩回的减速过程中反向动态调整平衡板的夹角，使物料相对于取货结构保持静止，因此确保物料安全。

进一步的，所述取货结构包括第一滑动板和第二滑动板，所述第一滑动板和平衡板滑动连接，所述第二滑动板和第一滑动板滑动连接，所述第一滑动板和第二滑动板均可沿平衡板长度方向滑动。

本方案具体运作时，将取货结构分为第一滑动板和第二滑动板，第一滑动板和第二滑动板之间可相对滑动，取货结构为仓储机器人上常见的双向伸缩货叉结构形式，可沿两个方向伸出或收缩，其通过螺钉安装到自平衡结构上，可从两侧的货架上取出或放入货物。取货结构可更顺畅的在两侧货架提取货物，还可同时进行，且能够用于加长取货结构的长度。

进一步的，还包括竖向轨道、上轨道和下轨道，所述自平衡结构和竖向轨道滑动连接，所述自平衡结构可沿竖向轨道长度方向滑动，所述竖向轨道上端和上轨道滑动连接，所述竖向轨道下端和下轨道滑动连接，所述上轨道和下轨道相互平行，所述竖向轨道可沿下轨道长度方向滑动。

本方案具体运作时，通过设置竖向轨道，使自平衡结构沿竖向轨道长度方向滑动，便于通过调节自平衡结构的高度来取出或存放货物，而设置上轨道和下轨道，使竖向轨道上端和上轨道滑动连接，下端和下轨道滑动连接，上轨道和下轨道朝同一方向平行设置，此时可带动竖向轨道左右移动，竖向轨道带动自平衡结构将货物运送到指定位置；其中上轨道和下轨道分别通过螺钉固定在相应需布置仓储系统的场地内，下轨道由多段安装有直线导轨和齿条安装的轨道底座拼接而成，分别与竖向轨道底部上的滑块和齿轮相连，为竖向轨道导引方向并起支撑作用；上轨道由多段L型板拼接而成，被竖向轨道顶部通过两组导向轮夹住，主要起辅助导向并防止竖向轨道侧倾的作用；竖向轨道安装在上轨道和下轨道组件之间，可沿上轨道和下轨道的长度方向行进到仓储系统中相应货物存储位置，并将货物取出或放在货架存储位置之后，再沿上轨道和下轨道运动，实现货物在仓储系统内的搬运功能。

进一步的，还包括设置在竖向轨道上的电控柜，所述电控柜用于感应和控制自平衡结构的自我调节。

本方案具体运作时，电控柜通过螺钉安装到竖向轨道侧面或背面上，是本装置的控制系统，本装置中所有的电机和传感器等电气元器件都与其连接并加以控制。

进一步的，为控制自平衡结构为搬运货物发生的运动，设置为：还包括升降电机和平移电机，所述升降电机设置在竖向轨道上用于控制自平衡结构沿竖向轨道长度方向滑动，所述平移电机设置在竖向轨道上用于控制竖向轨道沿下轨道长度方向滑动。

进一步的，为防止在突然断电情况下给自平衡结构带来异常运动，设置为：所述升降电机和平移电机均设置有刹车装置。

进一步的，因本方案常运用在易燃易爆的危险环境中，为保证设备的安全性，所有电机均采用防爆伺服电机，所有传感器也选用通过认证的防爆型传感器，所有线缆全部独自穿在防爆软管内，电控柜采用取得防爆证书的隔爆型电控柜，设置为：所述电机、电控柜、升降电机和平移电机均具有防爆功能。

进一步的，为保证本装置运行过程中不会因摩擦产生电流火花，设置为：本装置所有结构均采用导静电材质或表面作导静电处理。

本发明具有以下有益效果：

本方案提供了一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，采用本方案，能通过调整平衡板相对水平在任意方向的角度，及调整物料支撑面的角度，经过计算后角度合适的情况下，即可保证物料相对支撑面静止，即保证了物料的安全，特别是在军品制造工厂中运输易燃易爆的危险品时，具有重要的安全意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人的结构示意图；

图2为本发明提供的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人的局部示意图；

图3为本发明提供的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人的自平衡结构的结构示意图；

图4为本发明提供的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人的自平衡结构的爆炸图；

图5为本发明提供的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人的前后移动时自平衡结构的调整图；

图6为本发明提供的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人的装卸物料时自平衡结构的调整图；

图中附图标记为：1-自平衡结构，2-取货结构，3-竖向轨道，4-上轨道，5-下轨道，6-电控柜，7-升降电机，8-平移电机，11-底板，12-旋转中心柱，13-平衡调节组，14-平衡板，15-直线导轨副，131-电机座，132-电机，133-滚珠丝杆副，134-连接座，135-调节柱，201-第一滑动板，202-第二滑动板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例：如图1至图6所示，一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，包括自平衡结构1，所述自平衡结构1包括底板11、旋转中心柱12、平衡调节组13和平衡板14；

所述平衡板14位于底板11上方，所述底板11表面中部通过旋转中心柱12和平衡板14中部连接，所述旋转中心柱12顶部和平衡板14中部铰接；

所述底板11表面通过多个平衡调节组13和平衡板14连接，所述平衡调节组13包括电机座131、电机132、滚珠丝杆副133、连接座134和调节柱135，所述电机132通过电机座131设置在底板11表面，所述连接座134通过滚珠丝杆副133和电机132联轴器连接，所述调节柱135一端和连接座134铰接，所述调节柱135另一端和平衡板14铰接，所述电机132联轴器转动时带动调节柱135转动。

本实施例中，在自平衡结构1上运输搬运火药柱等危险物料，在其启动或停止的加速或减速过程中，物料因为惯性的原因，其相当于受一个与加速或减速方向相反的惯性力，使物料可能发生翻转甚至碰撞，为避免这种情况，需在此过程中抵消这部分惯性力；本方案通过在底板11和平衡板14之间设置旋转中心柱12和多个平衡调节组13，通过旋转中心柱12和多个平衡调节组13来调节平衡板14，使物料始终保持平衡，其中多个平衡调节组13优选为四个，四个平衡调节组13均布在底板11四周，而旋转中心柱12优选设置在底板11和平衡板14的中心位置处，旋转中心柱12和四个平衡调节组13中的调节柱135顶部均为圆形结构，在平衡板14底部开有与之相配合的圆形槽，此时平衡调节组13和旋转中心柱12均和调节板铰接，通过平衡调节组13和旋转中心柱12的相互配合，可使平衡板14转动的同时，还能朝任意方向倾斜。

工作原理：在自平衡结构1带着物料在向右加速过程中，控制左侧两个平衡调节组13中的电机132正向转动，使其对应的调节柱135顶升平衡板14左侧高度，同时控制右侧两个平衡调节组13中的电机132反向转动，使其对应的调节柱135降低平衡板14右侧高度，此时平衡板14与加速方向成一定角度，因这个角度使在自平衡结构1上物料的重力沿自平衡结构1加速方向具有和惯性力相等的分力，并随着自平衡结构1加速度的变化而动态调整平衡板14和加速方向的角度大小，使物料在整个过程中所受合力始终为零，即物料相对于取货结构2保持静止，从而保证了物料的安全。

同理，在自平衡结构1带着物料减速的过程中，动态控制电机132调整平衡板14与减速方向的角度使物料重力在减速方向的分力与惯性力大小相同且方向相反，即可保证物料在减速过程中相对于自平衡结构1保持相对静止。

同时，可分别控制一号到四号电机132使其对应的调节柱135顶升或降低平衡板14四个角的高度，因此可调整平衡板14相对于水平面任意方向的夹角，可保证在多向复合运动过程中始终保证物料重力在平衡板14上的分力抵消惯性力影响，从而保证物料相对于货箱保持静止，即保证了物料无翻转或碰撞的风险。

本实施例中，在底板11表面设置多个直线导轨副15，优选为两个相互平行的直线导轨副15，使左右两侧的连接座134均能和直线导轨副15连接，使连接座134可沿底板11长度方向滑动，用于调节连接座134的支撑位置和调节柱135的初始支撑高度。

本实施例中，在平衡板14上设置取货结构2，取货结构2可沿平衡板14长度方向滑动，在取货结构2向外部滑动时，能取下货架上的货物并置于取货结构2上，在反向滑动收回取货结构2，完成一次取货进程。

工作原理：在取货结构2托住物料托盘底部向后方缩回的加速过程中，控制自平衡结构1后方的两个电机132正向转动，使其对应的调节柱135顶升平衡板14后端高度，同时控制自平衡结构1前方的两个电机132反向转动，使其对应的调节柱135降低平衡板14前端高度，此时平衡板14与取货结构2缩回的加速方向成一定角度，因这个角度使在取货结构2上物料的重力沿缩回加速方向具有和惯性力相等的分力，并在整个过程中动态调整这个角度的大小，从而保证物料相对于取货结构2保持静止。同理，在缩回的减速过程中反向动态调整平衡板14的夹角，使物料相对于取货结构2保持静止，因此确保物料安全。

本实施例中，将取货结构2分为第一滑动板201和第二滑动板202，第一滑动板201和第二滑动板202之间可相对滑动，取货结构2为仓储机器人上常见的双向伸缩货叉结构形式，可沿两个方向伸出或收缩，其通过螺钉安装到自平衡结构1上，可从两侧的货架上取出或放入货物。取货结构2可更顺畅的在两侧货架提取货物，还可同时进行，且能够用于加长取货结构2的长度。

本实施例中，通过设置竖向轨道3，使自平衡结构1沿竖向轨道3长度方向滑动，便于通过调节自平衡结构1的高度来取出或存放货物，而设置上轨道4和下轨道5，使竖向轨道3上端和上轨道4滑动连接，下端和下轨道5滑动连接，上轨道4和下轨道5朝同一方向平行设置，此时可带动竖向轨道3左右移动，竖向轨道3带动自平衡结构1将货物运送到指定位置；其中上轨道4和下轨道5分别通过螺钉固定在相应需布置仓储系统的场地内，下轨道5由多段安装有直线导轨和齿条安装的轨道底座拼接而成，分别与竖向轨道3底部上的滑块和齿轮相连，为竖向轨道3导引方向并起支撑作用；上轨道4由多段L型板拼接而成，被竖向轨道3顶部通过两组导向轮夹住，主要起辅助导向并防止竖向轨道3侧倾的作用；竖向轨道3安装在上轨道4和下轨道5组件之间，可沿上轨道4和下轨道5的长度方向行进到仓储系统中相应货物存储位置，并将货物取出或放在货架存储位置之后，再沿上轨道4和下轨道5运动，实现货物在仓储系统内的搬运功能。

本实施例中，电控柜6通过螺钉安装到竖向轨道3侧面或背面上，是本装置的控制系统，本装置中所有的电机132和传感器等电气元器件都与其连接并加以控制。

本实施例中，为控制自平衡结构1为搬运货物发生的运动，设置为：还包括升降电机7和平移电机8，所述升降电机7设置在竖向轨道3上用于控制自平衡结构1沿竖向轨道3长度方向滑动，所述平移电机8设置在竖向轨道3上用于控制竖向轨道3沿下轨道5长度方向滑动。

本实施例中，为防止在突然断电情况下给自平衡结构1带来异常运动，设置为：所述升降电机7和平移电机8均设置有刹车装置。

本实施例中，因本方案常运用在易燃易爆的危险环境中，为保证设备的安全性，所有电机132均采用防爆伺服电机132，所有传感器也选用通过认证的防爆型传感器，所有线缆全部独自穿在防爆软管内，电控柜6采用取得防爆证书的隔爆型电控柜6，设置为：所述电机132、电控柜6、升降电机7和平移电机8均具有防爆功能。

本实施例中，为保证本装置运行过程中不会因摩擦产生电流火花，设置为：本装置所有结构均采用导静电材质或表面作导静电处理。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，其特征在于，包括自平衡结构(1)，所述自平衡结构(1)包括底板(11)、旋转中心柱(12)、平衡调节组(13)和平衡板(14)；

所述平衡板(14)位于底板(11)上方，所述底板(11)表面中部通过旋转中心柱(12)和平衡板(14)中部连接，所述旋转中心柱(12)顶部和平衡板(14)中部铰接；

所述底板(11)表面通过多个平衡调节组(13)和平衡板(14)连接，所述平衡调节组(13)包括电机座(131)、电机(132)、滚珠丝杆副(133)、连接座(134)和调节柱(135)，所述电机(132)通过电机座(131)设置在底板(11)表面，所述连接座(134)通过滚珠丝杆副(133)和电机(132)联轴器连接，所述调节柱(135)一端和连接座(134)铰接，所述调节柱(135)另一端和平衡板(14)铰接，所述电机(132)联轴器转动时带动调节柱(135)转动。

2.根据权利要求1所述的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，其特征在于，还包括设置在底板(11)表面的多个直线导轨副(15)，所述直线导轨副(15)沿底板(11)长度方向设置，所述直线导轨副(15)上设置滑块，所述连接座(134)一端和滚珠丝杆副(133)滑动连接，所述连接座(134)另一端通过滑块和直线导轨副(15)滑动连接，所述连接座(134)可沿底板(11)长度方向滑动。

3.根据权利要求1所述的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，其特征在于，还包括设置在平衡板(14)上方的取货结构(2)，所述取货结构(2)和平衡板(14)滑动连接，所述取货结构(2)可沿平衡板(14)长度方向滑动用于装卸货物。

4.根据权利要求3所述的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，其特征在于，所述取货结构(2)包括第一滑动板(201)和第二滑动板(202)，所述第一滑动板(201)和平衡板(14)滑动连接，所述第二滑动板(202)和第一滑动板(201)滑动连接，所述第一滑动板(201)和第二滑动板(202)均可沿平衡板(14)长度方向滑动。

5.根据权利要求1所述的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，其特征在于，还包括竖向轨道(3)、上轨道(4)和下轨道(5)，所述自平衡结构(1)和竖向轨道(3)滑动连接，所述自平衡结构(1)可沿竖向轨道(3)长度方向滑动，所述竖向轨道(3)上端和上轨道(4)滑动连接，所述竖向轨道(3)下端和下轨道(5)滑动连接，所述上轨道(4)和下轨道(5)相互平行，所述竖向轨道(3)可沿下轨道(5)长度方向滑动。

6.根据权利要求5所述的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，其特征在于，还包括设置在竖向轨道(3)上的电控柜(6)，所述电控柜(6)用于感应和控制自平衡结构(1)的自我调节。

7.根据权利要求6所述的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，其特征在于，还包括升降电机(7)和平移电机(8)，所述升降电机(7)设置在竖向轨道(3)上用于控制自平衡结构(1)沿竖向轨道(3)长度方向滑动，所述平移电机(8)设置在竖向轨道(3)上用于控制竖向轨道(3)沿下轨道(5)长度方向滑动。

8.根据权利要求7所述的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，其特征在于，所述升降电机(7)和平移电机(8)均设置有刹车装置。

9.根据权利要求7所述的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，其特征在于，所述电机(132)、电控柜(6)、升降电机(7)和平移电机(8)均具有防爆功能。

10.根据权利要求1所述的一种用于危险场所的自平衡仓储机器人，其特征在于，本装置所有结构均采用导静电材质或表面作导静电处理。

Images