CN114435835B - 一种结构紧凑的顶升搬运机器人及其搬运方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构紧凑的顶升搬运机器人及其搬运方法，包括主通道位行走机构、子通道行走机构和换向主体，所述主通道行走机构通过换向主体设置在子通道行走机构上，且所述主通道行走机构通过换向主体相对于子通道行走机构在竖向方向上升降调节设置，所述换向主体包括主动齿轮、齿条、支撑架和凸轮导向机构，所述主动齿轮转动设置在机器人主框架上，所述支撑架与机器人主框架相对滑动设置，所述齿条在竖向上导向滑动设置在支撑架上，所述齿条与主动齿轮啮合设置，所述凸轮导向机构设置在主动齿轮上；搬运机器人在立体仓库中能灵活自由行驶，提高仓储货物搬运的效率以及仓库的利用率。
Description
技术领域
本发明一种结构紧凑的顶升搬运机器人及其搬运方法
背景技术
现有技术中立体仓库通常使用的搬运机器人包括有轨巷道堆垛机和子母车系统。这类搬运机器人的电机的数量多、功率过大，从而导致电池放电时间缩短，搬运机器人运行时间短，充电频率高，导致工作效率低；现有机器人体积大、重量大，需要提高货架高度和强度，进而导致整个仓库的货架成本升高，有效空间利用率低，存储密度降低；此外，由于搬运机器人工作效率低，只能通过增加机器人的数量来提高工作效率，这会导致整个仓库的成本升高，错误率升高，更容易发生故障。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构紧凑的顶升搬运机器人及其搬运方法，能够减小搬运机器人的体积，且提升搬运机器人的工作效率。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种结构紧凑的顶升搬运机器人，包括主通道位行走机构、子通道行走机构和换向主体，所述主通道行走机构通过换向主体设置在子通道行走机构上，且所述主通道行走机构通过换向主体相对于子通道行走机构在竖向方向上升降调节设置；
所述换向主体包括主动齿轮、齿条、支撑架和凸轮导向机构，所述主动齿轮转动设置在子通道行走机构上，所述支撑架与子通道行走机构相对滑动设置，所述齿条在竖向上导向滑动设置在支撑架上，所述齿条与主动齿轮啮合设置，所述凸轮导向机构设置在主动齿轮上；
在齿条顶升的状态下，所述支撑架与子通道行走机构静态保持，且所述齿条与支撑架相对滑动；在主动齿轮相对于齿条向上位移的状态下，齿条与子通道行走机构静态保持，且支撑架向下位移。
进一步的，所述凸轮导向机构包括凸轮和导向销，所述凸轮同轴设在主动齿轮上，所述凸轮在轴向上贯通开设有导向滑槽，所述导向销的一端垂直设置在支撑架的壁体上，且另一端伸入至导向滑槽内，所述支撑架和导向销通过导向滑槽的位置在竖向上随动。
进一步的，所述导向滑槽包括连通的静态槽段和动态槽段，所述静态槽段与动态槽段的衔接处为起始点，当所述齿条在竖向位移的行程最低点时，所述导向销对应于起始点设置，所述主动齿轮驱动齿条顶升时，所述导向销位移在静态槽端内，所述主动齿轮相对于齿条向上位移时，所述导向销位移在动态槽段内。
进一步的，所述静态槽段为圆弧形槽结构，且所述静态槽段的曲率中心与主动齿轮同心设置；所述动态槽段为渐开线式的弧形槽结构，且所述动态槽段的一端连通于静态槽端的底端，且另一端向外延伸设置。
进一步的，所述主动齿轮为不完全齿齿轮结构，且所述静态槽段的槽体长度大于齿条顶升的行程长度；当齿条顶升至上部的行程终点后，当齿条的继续主动上移时能够与主动齿轮脱离。
进一步的，所述支撑架包括支撑架本体和设置在支撑架本体底端上的下撑块，所述下撑块对应于齿条的底端设置，所述下撑块限位齿条的行程最低端，且当所述齿条处于未顶升的初始态时，所述齿条间隙于下撑块设置。
进一步的，所述子通道行走机构包括机器人主框架，所述机器人主框架为方框体结构，四组所述换向主体分别对称设置在机器人主框架的四角内侧，所述机器人主框架上设置有用于驱动主动齿轮转动的驱动机构。
一种结构紧凑的顶升搬运机器人的搬运方法，包括以下两种状态：
顶升状态：此时子通道行走机构上的子通道行驶轮在子通道内位移，主通道行走机构上的主通道行驶轮悬空，当主动齿轮绕轴线转动，驱动齿条向上位移，支撑架在自重的作用下留在子通道行走机构上，齿条相对于支撑架导向滑动，驱动齿条的顶端作为顶升端对物体进行顶升；
在驱动齿条向上位移的同时，转动状态下的主动齿轮通过静态槽段对导向销进行导向，使得支撑架被限制，支撑架与子通道行走机构保持相对固定；
换向状态：顶升状态结束并复位，此时子通道行驶轮在子通道内位移，主通道行驶轮悬空，齿条位于未顶升前的初始位置；
当需要换向时，主动齿轮绕轴线转动，齿条向下的位移被支撑架限制，则齿条与支撑架保持相对固定，由于主动齿轮与齿条的继续啮合传动，使得主动齿轮相对于齿条向上位移，则子通道行走机构向上位移直至子通道行驶轮脱离子通道的导轨，主通道行驶轮接触滑动在主通道上，换向完成。
有益效果：本发明的搬运机器人在立体仓库中能灵活自由行驶，提高仓储货物搬运的效率以及仓库的利用率，而且，在顶升状态时，支撑架能够位于子通道行走机构内，能够避免支撑架与子通道行走机构的脱离，提升稳定性，同时也能减少整体的体积。
附图说明
附图1为本发明的换向主体在未顶升的初始状态的放大示意图；
附图2为本发明的换向主体的俯视图；
附图3为本发明的换向主体在顶升状态下的放大示意图；
附图4为本发明的换向主体在未顶升的初始状态示意图；
附图5为本发明的换向主体在换向状态下的示意图；
附图6为本发明的齿条与齿轮脱离的位置示意图；
附图7为本发明的整体结构的俯视图；
附图8为本发明在子通道上行驶且处于未顶升的初始状态的示意图；
附图9为本发明在子通道上行驶且处于顶升状态时的示意图；
附图10为本发明在主通道上换向和行驶的状态示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至附图10所示，一种结构紧凑的顶升搬运机器人，包括主通道位行走机构、子通道行走机构和换向主体，所述主通道行走机构通过换向主体设置在子通道行走机构上，且所述主通道行走机构通过换向主体相对于子通道行走机构在竖向方向上升降调节设置；
搬运机器人在有高度差且互相垂直的双向轨道上位移，包含主通道00和子通道01，子通道01略高于主通道，所述子通道行走机构包括机器人主框架10和子通道行驶轮40，所述主通道行走机构包括设置在换向主体上的主通道行驶轮80，所述机器人主框架10的两侧对应于子通道01对称设置有子通道行驶轮40，所述机器人主框架10的左、右两侧均对称设置有换向主体70，所述换向主体70上设置有主通道行驶轮80，所述主通道行驶轮80对应于主通道00设置，所述主通道行驶轮80相对于机器人主框架10在竖向方向上升降调节设置；
所述换向主体70包括主动齿轮60、齿条50、支撑架71和凸轮导向机构，所述主动齿轮60转动设置在子通道行走机构的机器人主框架10上，所述支撑架71与子通道行走机构的机器人主框架相对滑动设置，所述齿条50在竖向上导向滑动设置在支撑架71上，所述齿条与主动齿轮啮合设置，所述凸轮导向机构设置在主动齿轮上，凸轮导向机构对支撑架和齿条的相对运动位置进行导向。
在齿条顶升的状态下，所述支撑架与子通道行走机构的机器人主框架静态保持，且所述齿条与支撑架71相对滑动；在主动齿轮相对于齿条向上位移的状态下，齿条与子通道行走机构的机器人主框架静态保持，且支撑架向下位移。
在顶升状态时：此时子通道行驶轮40在子通道内位移，主通道行驶轮悬空，当主动齿轮绕轴线转动，驱动齿条50向上位移，支撑架71留在子通道行走机构的机器人主框架上，齿条50相对于支撑架71导向滑动，支撑架与机器人主框架保持相对固定，驱动齿条50的顶端作为顶升端对物体进行顶升，所述机器人主框架上导向滑动设置有顶板110，当顶板被齿条顶升时，能够向上位移顶升货物。
在换向状态时：顶升状态结束并复位至初始状态，此时子通道行驶轮40在子通道内位移，主通道行驶轮悬空，齿条50位于未顶升前的初始位置；
当需要换向时，主动齿轮绕轴线转动，齿条50向下的位移被支撑架71限制，则齿条与支撑架保持相对固定，由于主动齿轮与齿条的继续啮合传动，使得主动齿轮60相对于齿条向上位移，则机器人主框架向上位移直至子通道行驶轮40脱离子通道的导轨，主通道行驶轮80接触滑动在主通道上，换向完成。
所述支撑架71上对应于齿条50设置有竖向的导轨块52，齿条对应于导轨块设置有滑块51，滑块51上包含导轨槽，导轨槽和导轨块均为燕尾截面结构，稳定的对齿条进行导向。
所述凸轮导向机构包括凸轮61和导向销63，所述凸轮61同轴设在主动齿轮60上，所述凸轮61在轴向上贯通开设有导向滑槽，所述导向销63的一端垂直设置在支撑架71的壁体上，且另一端伸入至导向滑槽内，所述支撑架和导向销通过导向滑槽的位置在竖向上随动，在顶升和换向时，支撑架均通过导向销在竖向上进行导向和限位。
所述导向滑槽包括连通的静态槽段64和动态槽段65，所述静态槽段64与动态槽段65的衔接处为起始点66，当所述齿条50在竖向位移的行程最低点时，所述导向销63对应于起始点66设置，所述主动齿轮驱动齿条顶升时，所述导向销位移在静态槽端64内，所述主动齿轮相对于齿条向上位移时，所述导向销63位移在动态槽段65内。所述静态槽段64为圆弧形槽结构，且所述静态槽段64的曲率中心与主动齿轮60同心设置；所述动态槽段65为渐开线式的弧形槽结构，且所述动态槽段65的一端连通于静态槽端的底端，且另一端向外延伸设置，在换向时，齿轮60相对于齿条向上位移时，齿轮相对于导向有渐开线式的路径轨迹，因此，动态槽段65对导向销进行导向，以使得其能够稳定向下位移。在顶升状态时，导向销63在圆弧状的静态槽段中位移，齿轮相对于导向销做圆弧运动，此时能够限制支撑架71，使得支撑架71留在机器人框架内，防止其随动升起，减小顶升工作时的整体体积。
如附图10所示，所述主动齿轮60为不完全齿齿轮结构，且所述静态槽段64的槽体长度大于齿条50顶升的行程长度；当齿条50顶升至上部的行程终点后，静态槽段64仍具有可运动路径，当齿条的继续主动上移时能够与主动齿轮60脱离，从而便于齿条或者滑块在磨损后的快速更换，另一方面，静态槽段的延长，在齿轮齿条传动超过常规行程时也能够保护导向销。
所述支撑架71包括支撑架本体68和设置在支撑架本体68底端上的下撑块67，所述下撑块67对应于齿条50的底端设置，所述下撑块67限位齿条50的行程最低端，且当所述齿条50处于未顶升的初始态时，所述齿条间隙于下撑块67设置。当在换向时，齿条抵压在下撑块67上，在齿轮的驱动下，使得齿条与支撑架71保持相对固定，而随着齿轮的继续驱动，齿轮与齿条产生相对运动，齿轮所在的机器人主框架上升，支撑架和主通道行驶轮下降至主通道上。
所述子通道行走机构包括机器人主框架10，所述机器人主框架10为方框体结构，四组所述换向主体70分别对称设置在机器人主框架10的四角内侧，所述机器人主框架上设置有用于通过传动轴30驱动主动齿轮转动的驱动机构，驱动机构如电机等。
一种结构紧凑的顶升搬运机器人的搬运方法，包括以下两种状态：
顶升状态：此时子通道行走机构的子通道行驶轮40在子通道内位移，主通道行驶机构的主通道行驶轮悬空，当主动齿轮绕轴线转动，驱动齿条50向上位移，支撑架71在自重的作用下留在子通道行走机构的机器人主框架上，齿条50相对于支撑架71导向滑动，驱动齿条50的顶端作为顶升端对物体进行顶升；
在驱动齿条向上位移的同时，转动状态下的主动齿轮通过静态槽段64对导向销进行导向，使得支撑架71被限制，支撑架与机器人主框架保持相对固定；
换向状态：顶升状态结束并复位，此时子通道行走机构的子通道行驶轮40在子通道内位移，主通道行驶轮悬空，齿条50位于未顶升前的初始位置；
当需要换向时，主动齿轮绕轴线转动，齿条50向下的位移被支撑架71限制，则齿条与支撑架保持相对固定，由于主动齿轮与齿条的继续啮合传动，使得主动齿轮60相对于齿条向上位移，则机器人主框架向上位移直至子通道行驶轮40脱离子通道的导轨，主通道行驶轮80接触滑动在主通道上，换向完成。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种结构紧凑的顶升搬运机器人，其特征在于：包括主通道行走机构、子通道行走机构和换向主体，所述主通道行走机构通过换向主体设置在子通道行走机构上，且所述主通道行走机构通过换向主体相对于子通道行走机构在竖向方向上升降调节设置；
所述换向主体（70）包括主动齿轮（60）、齿条（50）、支撑架（71）和凸轮导向机构，所述主动齿轮（60）转动设置在子通道行走机构上，所述支撑架（71）与子通道行走机构相对滑动设置，所述齿条（50）在竖向上导向滑动设置在支撑架（71）上，所述齿条与主动齿轮啮合设置，所述凸轮导向机构设置在主动齿轮上；
在齿条顶升的状态下，所述支撑架与子通道行走机构静态保持，且所述齿条与支撑架（71）相对滑动；在主动齿轮相对于齿条向上位移的状态下，齿条与子通道行走机构静态保持，且支撑架向下位移；
所述凸轮导向机构包括凸轮（61）和导向销（63），所述凸轮（61）同轴设在主动齿轮（60）上，所述凸轮（61）在轴向上贯通开设有导向滑槽，所述导向销（63）的一端垂直设置在支撑架（71）的壁体上，且另一端伸入至导向滑槽内，所述支撑架和导向销通过导向滑槽的位置在竖向上随动；
所述导向滑槽包括连通的静态槽段（64）和动态槽段（65），所述静态槽段（64）与动态槽段（65）的衔接处为起始点（66），当所述齿条（50）在竖向位移的行程最低点时，所述导向销（63）对应于起始点（66）设置，所述主动齿轮驱动齿条顶升时，所述导向销位移在静态槽端（64）内，所述主动齿轮相对于齿条向上位移时，所述导向销（63）位移在动态槽段（65）内；
所述静态槽段（64）为圆弧形槽结构，且所述静态槽段（64）的曲率中心与主动齿轮（60）同心设置；所述动态槽段（65）为渐开线式的弧形槽结构，且所述动态槽段（65）的一端连通于静态槽端的底端，且另一端向外延伸设置；
所述主动齿轮（60）为不完全齿齿轮结构，且所述静态槽段（64）的槽体长度大于齿条（50）顶升的行程长度；当齿条（50）顶升至上部的行程终点后，当齿条继续主动上移时能够与主动齿轮（60）脱离。
2.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的顶升搬运机器人，其特征在于：所述支撑架（71）包括支撑架本体（68）和设置在支撑架本体（68）底端上的下撑块（67），所述下撑块（67）对应于齿条（50）的底端设置，所述下撑块（67）限位齿条（50）的行程最低端，且当所述齿条（50）处于未顶升的初始态时，所述齿条间隙于下撑块（67）设置。
3.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的顶升搬运机器人，其特征在于：所述子通道行走机构包括机器人主框架（10），所述机器人主框架（10）为方框体结构，四组所述换向主体（70）分别对称设置在机器人主框架（10）的四角内侧，所述机器人主框架上设置有用于驱动主动齿轮转动的驱动机构。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种结构紧凑的顶升搬运机器人的搬运方法，其特征在于：包括以下两种状态：
顶升状态：此时子通道行走机构上的子通道行驶轮（40）在子通道内位移，主通道行走机构上的主通道行驶轮悬空，当主动齿轮绕轴线转动，驱动齿条（50）向上位移，支撑架（71）在自重的作用下留在子通道行走机构上，齿条（50）相对于支撑架（71）导向滑动，驱动齿条（50）的顶端作为顶升端对物体进行顶升；
在驱动齿条向上位移的同时，转动状态下的主动齿轮通过静态槽段（64）对导向销进行导向，使得支撑架（71）被限制，支撑架与子通道行走机构保持相对固定；
换向状态：顶升状态结束并复位，此时子通道行驶轮（40）在子通道内位移，主通道行驶轮悬空，齿条（50）位于未顶升前的初始位置；
当需要换向时，主动齿轮绕轴线转动，齿条（50）向下的位移被支撑架（71）限制，则齿条与支撑架保持相对固定，由于主动齿轮与齿条的继续啮合传动，使得主动齿轮（60）相对于齿条向上位移，则子通道行走机构向上位移直至子通道行驶轮（40）脱离子通道的导轨，主通道行驶轮（80）接触滑动在主通道上，换向完成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 200000 building 4, No. 686, Nanfeng Road, Fengcheng Town, Fengxian District, Shanghai Applicant after: Shanghai Zhishi Robot Co.,Ltd. Address before: 200000 building 4, No. 686, Nanfeng Road, Fengcheng Town, Fengxian District, Shanghai Applicant before: Shanghai Zhishi Logistics Technology Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |