CN116374591A - 一种柔索驱动的空中悬挂轨道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，包括轨道、小车、抓取装置以及柔索驱动装置；轨道包括主轨道及送料轨道，主轨道与送料轨道的连接处设有换向拨片；柔索驱动装置包括第一柔索、第二柔索，第一柔索沿主轨道的内侧布置，第二柔索沿主轨道及送料轨道的外侧布置；小车包括结构相同且呈前后方向布置的第一小车及第二小车，第一小车及第二小车均分别包括车体及与第一柔索或第二柔索相配合的抓钩；所述的抓取装置包括自上向下依次设置的上箱体、下箱体及抓取框，所述的抓取框通过第三柔索与下箱体中的卷筒连接。由上述技术方案可知，本发明采用柔索的柔性驱动，结构相对紧凑，工作空间大，系统功耗低、结构简单。

Description

一种柔索驱动的空中悬挂轨道机器人

技术领域

本发明涉及自动化运输系统领域，具体涉及一种柔索驱动的空中悬挂轨道机器人。

背景技术

如今，企业为提升效率，对自动化运输系统需求不断增加，地面搬运系统的不断发展一定程度上解决了部分问题，而对于部分企业而言，地面空间被占用，无法布置地面搬运系统，而空中轨道小车轨道排布在空中，可以避免这个问题，极大提高了厂房空间的利用率，提高物料运输效率。而传统的空中轨道传输系统中，轨道结构复杂，其中排布的驱动小车运转的线路，容易造成危险，同时传输系统中，对设备的工位位置精准度的要求严苛，不允许随意变换位置。

发明内容

本发明的目的在于克服上述弊端提供一种柔索驱动的空中悬挂轨道机器人。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括轨道、运行在轨道上的小车、连接在小车下部的抓取装置以及为小车提供运行动力的柔索驱动装置；

所述的轨道包括主轨道及与主轨道旁通的送料轨道，所述主轨道与送料轨道的连接处设有控制主轨道与送料轨道通断状态的换向拨片，所述的主轨道为闭环型回路且小车在主轨道上实现单向运行，所述的小车在送料轨道上实现双向运行；

所述的柔索驱动装置包括第一柔索、与第一柔索相配合的第一滑轮组、与第一滑轮组中的动力轮相连的第一电机、第二柔索、与第二柔索相配合的第二滑轮组以及与第二滑轮组中的动力轮相连的第二电机，所述的第一柔索与第二柔索均为闭合的回路且均处于轨道的上方且位于同一水平面内，所述的第一柔索沿主轨道的内侧布置，所述的第二柔索沿主轨道及送料轨道的外侧布置；

所述的小车包括结构相同且呈前后方向布置的第一小车及第二小车，所述的第一小车及第二小车均分别包括车体、与轨道形成滚动配合的车轮以及设置在车体上与第一柔索或第二柔索相配合的抓钩，所述的抓钩在驱动装置的作用下实现对第一柔索或第二柔索的夹持或释放，在小车运行过程中，第一小车及第二小车上的抓钩至少有一个始终处于抓取第一柔索或第二柔索的状态以获得行进动力；

所述的抓取装置包括自上向下依次设置的上箱体、下箱体及抓取框，所述上箱体的顶部与第一小车及第二小车车体上的连接轴转动连接，所述的下箱体与上箱体转动连接，所述的抓取框通过第三柔索与下箱体中的卷筒连接，卷筒在动力传动装置的驱动下带动第三柔索收放以实现抓取框的上下移动。

所述的抓钩包括固定连接在车体上方的抓钩平台、垂直于抓钩平台设置的支撑轴、转动连接在支撑轴上的上抓钩及下抓钩，所述的支撑轴包括依次设置的第一轴段、第二轴段、第三轴段及第四轴段，所述第一轴段的直径小于第二轴段，所述第二轴段、第三轴段、第四轴段的直径依次递减，所述的上抓钩固定在第一轴段上，所述上抓钩的上方还设有与第一轴段端部连接的支撑轴上盖，所述的下抓钩固定在第三轴段上，所述的抓钩平台上设有台阶孔，第三轴段及第四轴段形成的轴肩与该台阶孔相配合，所述的第四轴段贯穿台阶孔后通过支撑轴锁扣将支撑轴固定在抓钩平台上，所述的第三轴段上还套设有支撑弹簧，所述支撑弹簧的一端与下抓钩的底面相抵靠，所述支撑弹簧的另一端与台阶孔相抵靠。

所述的上抓钩包括套设在第一轴段上的抓钩盘以及固定在抓钩盘侧面的上抓钩本体，所述的抓钩盘及支撑轴上盖均为圆形结构且支撑轴上盖位于抓钩盘上方，所述支撑轴上盖的圆周面上向内均匀间隔设有四组半圆弧槽，所述的抓钩盘上还设有定位销孔，所述定位销孔的圆心至支撑轴的距离与半圆弧槽的圆心至支撑轴的距离相等。

所述的下抓钩包括套设在第三轴段上的圆形底板、固定在圆形底板上板面的齿轮以及固定在齿轮上端面的下抓钩本体，所述的上抓钩本体向内设有第一弧形凹部，所述的下抓钩本体向内设有第二弧形凹部，当上抓钩本体与下抓钩本体相贴合时，第一弧形凹部与第二弧形凹部对合形成对第一柔索或第二柔索的夹持部，所述圆形底板的直径大于齿轮的直径，所述的下抓钩本体上设有与定位销孔相配合的定位销，当上抓钩及下抓钩与第一柔索或第二柔索相夹持时，定位销的顶端伸入半圆弧槽内以限定上抓钩的转动。

所述的驱动装置包括固定在抓钩平台上的电机减速器、与电机减速器输出端相连的主动轴、固定在主动轴上的主动轮以及与主动轴相连用于限定主动轮轴向位置的齿轮端盖，所述的主动轴垂直于抓钩平台设置，所述的主动轮为具有四分之一轮齿的不完全齿轮，所述主动轮的下端面沿轮缘方向设有弧形凸台，所述弧形凸台的位置与轮齿的位置相对应，且弧形凸台的长度大于四分之一轮齿的长度，所述弧形凸台两侧的高度低于中间的高度，所述弧形凸台的最大高度与定位销伸入半圆弧槽内的高度吻合，所述的电机减速器转动时，弧形凸台的一侧先接触圆形底板的上表面将圆形底板下压以带动下抓钩下移，此时上抓钩与下抓钩处于松开第一柔索或第二柔索的状态，随着主动轮与齿轮的啮合，上抓钩与下抓钩同时转动，形成脱离第一柔索或第二柔索的状态。

所述的上箱体中设有力矩电机、法兰盘、交叉滚子轴承及回转盘，所述力矩电机的电机外圈通过法兰盘与交叉滚子轴承的内圈连接，所述交叉滚子轴承的内圈同时连接回转盘，所述的回转盘通过螺栓与下箱体的顶部连接固定，所述的力矩电机及交叉滚子轴承的外圈均与上箱体内部固定连接。

所述的动力传动装置包括电机、与电机输出轴同轴连接的主动齿轮以及传动组件，所述的传动组件包括卷筒、卷筒轴及支撑滑轮，所述的卷筒与卷筒轴同步转动且卷筒可沿卷筒轴的轴向移动，所述卷筒轴的一端通过键与从动齿轮相连，卷筒轴的另一端与第一带轮同轴连接，所述的从动齿轮与主动齿轮相啮合，所述第三柔索的一端与抓取框相连，第三柔索的另一端绕经支撑滑轮后与卷筒相连。

所述传动组件的旁侧还设有收绳器，所述的收绳器包括平行于卷筒轴设置的丝杠，所述丝杠的一端设有与第一带轮通过同步带连接的第二带轮，所述丝杠的另一端通过轴承安装在下箱体的底板上，所述的丝杠上设有与丝杠相配合的第一滑块及第二滑块，所述的第一滑块与第二滑块之间留有间距，所述的第一滑块在远离第二滑块的端部固连有第一收绳器侧板，所述的第二滑块在远离第一滑块的端部固连有第二收绳器侧板，所述第一收绳器侧板及第二收绳器侧板的另一端均套设在卷筒轴上，且第一收绳器侧板及第二收绳器侧板分别贴附于卷筒的两端对卷筒形成夹持。

所述的下箱体内设有支撑板，所述的电机固定在支撑板上，所述的卷筒轴与丝杠均分别通过轴承与支撑板及下箱体的底板转动连接，所述的第一带轮及第二带轮均位于支撑板的上方，所述的支撑滑轮通过滑轮座固定在下箱体的底板上，所述下箱体的底板上设有供第三柔索穿过的通孔；

所述的抓取框为正六边形结构，所述的传动组件、第三柔索及收绳器均相对应的设置六组，六组传动组件中的从动齿轮以主动齿轮为中心且沿主动齿轮周向均匀布置，六组第三柔索分别与抓取框的六个顶点相连。

所述的换向拨片包括第一拨片、第二拨片及第三拨片，所述第一拨片、第二拨片及第三拨片的一端通过连接轴铰接，所述第一拨片、第二拨片及第三拨片的另一端分别设有第一磁铁、第二磁铁及第三磁铁，所述的轨道旁侧还设有与第一磁铁相配合的第一磁吸开关和第二磁吸开关、与第二磁铁相配合的第三磁吸开关及第四磁吸开关、与第三磁铁相配合的第五磁吸开关及第六磁吸开关，通过对上述磁吸开关的通断控制可实现第一拨片、第二拨片及第三拨片位置的改变，从而实现主轨道与送料轨道的通断。

由上述技术方案可知，本发明采用柔索柔性驱动，结构相对紧凑，工作空间大，系统功耗低、结构简单；本发明通过换向拨片进行轨道的换向，可以根据小车运行需求选择直线行驶或转向行驶，提升了小车运行的灵活性，减少不必要的能量消耗；本发明通过抓钩对柔索实现夹紧或松开，可以实现对小车直行、换向、停车的控制，使对小车的操控便捷可靠。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明换向拨片的换向示意图一；

图3是本发明换向拨片的换向示意图二；

图4是本发明小车及抓取装置的结构示意图；

图5是本发明上箱体的内部结构示意图；

图6是本发明下箱体去除顶板后的结构示意图；

图7是本发明下箱体的内部结构示意图；

图8是本发明下箱体内卷筒及换向器的结构示意图；

图9是本发明抓钩及驱动装置的结构示意图；

图10是本发明小车的结构示意图；

图11是本发明抓钩的分解结构示意图；

图12是本发明驱动装置的分解结构示意图；

图13是本发明支撑轴上盖的结构示意图；

图14是本发明上抓钩的结构示意图；

图15是本发明下抓钩的结构示意图；

图16是本发明主动轮的结构示意图一；

图17是本发明主动轮的结构示意图二；

图18是本发明主动轮的结构示意图三；

图19是本发明支撑轴的结构示意图；

图20是本发明小车在主轨道转弯时的结构示意图。

上述附图中的标记为：主轨道1、送料轨道2、换向拨片3、连接轴30、第一拨片31、第二拨片32、第三拨片33、第一磁吸开关34、第二磁吸开关35、第三磁吸开关36、第四磁吸开关37、第五磁吸开关38、第六磁吸开关39、第一柔索4、第一电机41、第一滑轮42、第二柔索5、第二电机51、第二滑轮52、第一小车6A、第二小车6B、驱动装置60、电机减速器601、主动轴602、主动轮603、弧形凸台6031、齿轮端盖604、车体61、车轮62、连接轴63、抓钩平台64、台阶孔642、支撑轴641、第一轴段6411、第二轴段6412、第三轴段6413、第四轴段6414、上抓钩65、抓钩盘651、定位销孔6511、上抓钩本体652、第一弧形凹部6521、下抓钩66、圆形底板661、齿轮662、下抓钩本体663、第二弧形凹部6631、定位销6632、支撑轴上盖67、半圆弧槽671、支撑轴锁扣68、支撑弹簧69、上箱体71、力矩电机711、法兰盘712、交叉滚子轴承713、回转盘714、下箱体72、支撑板721、抓取框73、第三柔索74、收绳器75、丝杠751、第二带轮752、第一滑块753、第二滑块754、第一收绳器侧板755、第二收绳器侧板756、电机761、主动齿轮762、卷筒763、卷筒轴764、支撑滑轮765、从动齿轮766、第一带轮767。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1、图4所示的一种柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，包括轨道、运行在轨道上的小车、连接在小车下部的抓取装置以及为小车提供运行动力的柔索驱动装置。

进一步的，轨道包括主轨道1及与主轨道1旁通的送料轨道2，本实施例中，主轨道1与送料轨道2均为双轨结构。主轨道1为闭环型回路且小车在主轨道上实现单向运行，即小车在主轨道上只能一直向前运行，不能后退；小车在送料轨道2上实现双向运行，即小车在送料轨道2上可前进可后退。

进一步的，如图2所示，主轨道1与送料轨道2的连接处设有控制主轨道1与送料轨道2通断状态的换向拨片3，换向拨片3可以控制小车进入不同的轨道。本实施例中，换向拨片3包括第一拨片31、第二拨片32及第三拨片33，第一拨片31、第二拨片32及第三拨片33的一端通过连接轴30铰接，第一拨片31、第二拨片32及第三拨片33的另一端分别设有第一磁铁、第二磁铁及第三磁铁，轨道旁侧还设有与第一磁铁相配合的第一磁吸开关34和第二磁吸开关35、与第二磁铁相配合的第三磁吸开关36及第四磁吸开关37、与第三磁铁相配合的第五磁吸开关38及第六磁吸开关39，通过对上述磁吸开关的通断控制可实现第一拨片31、第二拨片32及第三拨片33位置的改变，从而实现主轨道1与送料轨道2的通断。

具体的，如图2所示，当小车需要在主轨道1上循环运行时，第一磁吸开关34和第三磁吸开关36通电，其余磁吸开关断电，这时第一磁吸开关34和第三磁吸开关36分别吸附第一拨片31和第二拨片32，主轨道1与送料轨道2处于断开状态，此状态下小车可沿主轨道1运行。如图3所示，当小车需要从主轨道1进入送料轨道2时，第二磁吸开关35和第六磁吸开关39通电，其余磁吸开关断电，这时第二磁吸开关35和第六磁吸开关39分别吸附第一拨片31和第三拨片33，主轨道1与送料轨道2处于连通状态，此状态下小车可从主轨道1右转进入送料轨道2。当小车需要从送料轨道2回到主轨道1时，第四磁吸开关37和第五磁吸开关38通电，其余磁吸开关断电，这时第四磁吸开关37和第五磁吸开关38分别吸附第二拨片32和第三拨片33，主轨道1与送料轨道2处于连通状态，此状态下小车可从送料轨道右转进入主轨道1。优选的，第一磁吸开关34和第三磁吸开关36处于常通状态，也就是默认主轨道1与送料轨道2是断开的，此状态下小车在主轨道1上可以循环行驶，无需换向。

进一步的，柔索驱动装置包括第一柔索4、与第一柔索4相配合的第一滑轮组、与第一滑轮组中的动力轮相连的第一电机41、第二柔索5、与第二柔索5相配合的第二滑轮组以及与第二滑轮组中的动力轮相连的第二电机51，第一柔索4与第二柔索5均为闭合的回路且均处于轨道的上方且位于同一水平面内，第一柔索4沿主轨道1的内侧布置，第二柔索5沿主轨道1及送料轨道2的外侧布置。

具体的，本实施例中，主轨道1为方形结构，所以第一滑轮组包括四个第一滑轮42，四个第一滑轮分别设在主轨道1内圈的四角处，四个第一滑轮42中的一个为与第一电机41相连的动力轮，第一电机41驱动这个动力轮转动，从而使第一柔索4转动。第二滑轮组包括七个第二滑轮52，其中四个第二滑轮52分别设在主轨道1外圈的四角处，两个第二滑轮52设置在和主轨道1进入送料轨道2连接处以及送料轨道2进入主轨道1的连接处，还有一个第二滑轮设置在下料轨料的终点处。七个第二滑轮52中的一个为与第二电机51相连的动力轮，第二电机51驱动这个动力轮转动，从而使第二柔索5转动。

进一步的，如图4所示，抓取装置包括自上向下依次设置的上箱体71、下箱体72及抓取框73，上箱体71的顶部与第一小车6A及第二小车6B车体上的连接轴63转动连接，下箱体72与上箱体71转动连接，抓取框73通过第三柔索74与下箱体72中的卷筒763连接，卷筒在动力传动装置的驱动下带动第三柔索74收放以实现抓取框73的上下移动。

具体的，如图5所示，上箱体71中设有力矩电机711、法兰盘712、交叉滚子轴承713及回转盘714，力矩电机711的电机外圈通过法兰盘712与交叉滚子轴承713的内圈连接，交叉滚子轴承713的内圈同时连接回转盘714，回转盘714通过螺栓与下箱体72的顶部连接固定，力矩电机711及交叉滚子轴承713的外圈均与上箱体71内部固定连接。力矩电机711运行时可以带动回转盘714转动，从而带动与回转盘714相连的下箱体72发生一定角度的转动，下箱体72的旋转即可兼容抓取以不同角度放置的物料，提高小车的柔性。

具体的，如图6、图7、图8所示，动力传动装置包括电机761、与电机输出轴同轴连接的主动齿轮762以及传动组件，传动组件包括卷筒763、卷筒轴764及支撑滑轮765，卷筒763与卷筒轴764同步转动且卷筒763可沿卷筒轴764的轴向移动，卷筒轴764的一端通过键与从动齿轮766相连，卷筒轴764的另一端与第一带轮767同轴连接，从动齿轮766与主动齿轮762相啮合，第三柔索74的一端与抓取框73相连，第三柔索74的另一端绕经支撑滑轮765后与卷筒763相连。电机761通过主动齿轮762带动从动齿轮766转动，从而使卷筒763转动，以带动第三柔索74收放，实现抓取框73上下移动将物料拉起或放下。优选的，本实施例中，抓取框73为正六边形结构，所以传动组件和第三柔索74相对应的设置六组，六组传动组件中的从动齿轮766以主动齿轮762为中心且沿主动齿轮762周向均匀布置，六组第三柔索74分别与抓取框73的六个顶点相连，抓取框73在六根第三柔索74的拉力作用下始终保持水平。

更进一步的，传动组件的旁侧还设有收绳器75，收绳器75包括平行于卷筒轴764设置的丝杠751，丝杠751的一端设有与第一带轮767通过同步带连接的第二带轮752，丝杠751的另一端通过轴承安装在下箱体72的底板上，丝杠751上设有与丝杠751相配合的第一滑块753及第二滑块754，第一滑块753与第二滑块754之间留有间距，第一滑块753在远离第二滑块754的端部固连有第一收绳器侧板755，第二滑块754在远离第一滑块753的端部固连有第二收绳器侧板756，第一收绳器侧板755及第二收绳器侧板756的另一端均套设在卷筒轴764上，且第一收绳器侧板755及第二收绳器侧板756分别贴附于卷筒763的两端对卷筒763形成夹持。当电机761带动卷筒轴764转动时，第一带轮767通过同步带带动第二带轮752转动，从而使丝杠751转动，丝杠751转动时，第一滑块753和第二滑块754可以上下移动，与第一滑块753和第二滑块754固连的第一收绳器侧板755和第二收绳器侧板756可以拨动卷筒763上下移动，以确保卷筒763收绳时第三柔索74能均匀缠绕，避免出现打结现象。优选的，收绳器75也相对应的设置六组。

更进一步的，下箱体72内设有支撑板721，电机761固定在支撑板721上，卷筒轴764与丝杠751均分别通过轴承与支撑板721及下箱体72的底板转动连接，第一带轮767及第二带轮752均位于支撑板721的上方，支撑滑轮765通过滑轮座固定在下箱体72的底板上，下箱体72的底板上设有供第三柔索74穿过的通孔。

进一步的，如图9、图10所示，小车包括结构相同且呈前后方向布置的第一小车6A及第二小车6B，第一小车6A及第二小车6B均分别包括车体61、与轨道形成滚动配合的车轮62以及设置在车体61上与第一柔索4或第二柔索5相配合的抓钩，抓钩在驱动装置60的作用下实现对第一柔索4或第二柔索5的夹持或释放。在小车运行过程中，第一小车6A及第二小车6B上的抓钩至少有一个始终处于抓取第一柔索4或第二柔索5的状态以获得行进动力。即小车的运行动力是通过抓钩抓取柔索获得的，所以不论在主轨道1还是送料轨道2上，第一小车6A及第二小车6B上的抓钩至少要抓取一根柔索。

更进一步的，如图11所示，抓钩包括固定连接在车体61上方的抓钩平台64、垂直于抓钩平台64设置的支撑轴641、转动连接在支撑轴641上的上抓钩65及下抓钩66。如图19所示，支撑轴641包括依次设置的第一轴段6411、第二轴段6412、第三轴段6413及第四轴段6414，第一轴段6411的直径小于第二轴段6412，第二轴段6412、第三轴段6413、第四轴段6414的直径依次递减，上抓钩65固定在第一轴段6411上，上抓钩65的上方还设有与第一轴段6411端部连接的支撑轴上盖67，下抓钩66固定在第三轴段6413上，抓钩平台64上设有台阶孔642，第三轴段6413及第四轴段6414形成的轴肩与该台阶孔642相配合，第四轴段6414贯穿台阶孔642后通过支撑轴锁扣68将支撑轴641固定在抓钩平台64上，第三轴段6413上还套设有支撑弹簧69，支撑弹簧69的一端与下抓钩66的底面相抵靠，支撑弹簧69的另一端与台阶孔642相抵靠，支撑弹簧69在初始状态时处于略微被压缩的状态。

具体的，如图13、图14所示，上抓钩65包括套设在第一轴段6411上的抓钩盘651以及固定在抓钩盘651侧面的上抓钩本体652，抓钩盘651及支撑轴上盖67均为圆形结构且支撑轴上盖67位于抓钩盘651上方，支撑轴上盖67的圆周面上向内均匀间隔设有四组半圆弧槽671，即半圆弧槽671间隔90度布置，抓钩盘651上还设有定位销孔6511，定位销孔6511的圆心至支撑轴641的距离与半圆弧槽671的圆心至支撑轴641的距离相等。

具体的，如图15所示，下抓钩66包括套设在第三轴段6413上的圆形底板661、固定在圆形底板661上板面的齿轮662以及固定在齿轮662上端面的下抓钩本体663，上抓钩本体652向内设有第一弧形凹部6521，下抓钩本体663向内设有第二弧形凹部6631，当上抓钩本体652与下抓钩本体663相贴合时，第一弧形凹部6521与第二弧形凹部6631对合形成对第一柔索4或第二柔索5的夹持部，圆形底板661的直径大于齿轮662的直径，下抓钩本体663上设有与定位销孔6511相配合的定位销6632，当上抓钩65及下抓钩66与第一柔索4或第二柔索5相夹持时，定位销6632的顶端伸入半圆弧槽671内以限定上抓钩65的转动。

安装时，首先将上抓钩65套设在第一轴段6411上，再将支撑轴上盖67通过螺钉固定在支撑轴641顶端；再将下抓钩66及支撑弹簧69依次套设在第三轴段6413上，并使定位销6632穿过定位销孔6511，同时定位销6632的顶部卡入支撑轴上盖67的一组半圆弧槽671内；最后将支撑轴641插入台阶孔642，通过支撑轴锁扣68将支撑轴641固定在抓钩平台64上。这时，定位销6632穿过上抓钩65上的定位销孔6511后卡在了半圆弧槽671内，所以上抓钩65与下抓钩66的绕支撑轴641的旋转运动被限制，下抓钩66受到支撑弹簧69的弹簧力作用，其沿支撑轴641轴向的运动也被限制。

具体的，如图12所示，驱动装置60包括固定在抓钩平台64上的电机减速器601、与电机减速器601输出端相连的主动轴602、固定在主动轴602上的主动轮603以及与主动轴602相连用于限定主动轮603轴向位置的齿轮端盖604，主动轴602垂直于抓钩平台64设置，如图16、图17、图18所示，主动轮603为具有四分之一轮齿的不完全齿轮，主动轮603的下端面沿轮缘方向设有弧形凸台6031，弧形凸台6031的位置与轮齿的位置相对应，且弧形凸台6031的长度大于四分之一轮齿的长度，弧形凸台6031两侧的高度低于中间的高度。即主动轮603只有四分之一轮齿，在轮齿的下方设有弧形凸台6031，弧形凸台6031的最大高度与定位销6632伸入半圆弧槽671内的高度吻合。电机减速器601转动时，此时主动轮603还没有与齿轮662相啮合，弧形凸台6031的一侧先接触圆形底板661的上表面将圆形底板661下压以带动下抓钩66下移，此时上抓钩65与下抓钩66处于松开第一柔索4或第二柔索5的状态，随着主动轮603与齿轮662的啮合，上抓钩65与下抓钩66同时转动，形成脱离第一柔索4或第二柔索5的状态。

电机减速器601转动时，可以带动主动轴602和主动轮603同时转动，在主动轮603与齿轮662未啮合时，主动轮603下方的弧形凸台6031的变高度凸台部分先接触下抓钩66中圆形底板661的上表面，并向下压迫圆形底板661，这时上抓钩本体652与下抓钩本体663之间出现一定的间距，处在不再夹紧柔索的状态。同时，支撑弹簧69受到挤压收缩，此时下抓钩66下移，下抓钩66上的定位销6632与支撑轴上盖67上的半圆弧槽脱离，但定位销6632依然在定位销孔6511中，这时上抓钩本体652与下抓钩本体663不再受到圆周方向的运动约束。当主动轮603与齿轮662啮合时，主动轮603带动齿轮662转动，上抓钩本体652与下抓钩本体663同时发生转动，与相对应的柔索脱离。由于主动轮603只有四分之一轮齿，所以主动轮603与齿轮662只会运动90度，当主动轮603与齿轮662脱离啮合时，主动轮603下方的弧形凸台6031对圆形底板661的压迫力也逐渐消失，这时下抓钩66上的定位销6632会重新穿出上抓钩65上的定位销孔6511，并再次与支撑轴上盖67上的半圆弧槽671配合，上抓钩65和下抓钩66的周向运动再次被约束。由于是对称结构，主动轮603顺时针转动一圈可以使抓钩逆时针旋转90度，主动轮603逆时针转动一圈可以使抓钩逆顺时针旋转90度。

本发明的工作原理如下：

1、主轨道直线行驶原理：

如图1所示，驱动装置工作，使第一小车的抓钩抓住主轨道内侧的第一柔索，第二小车的抓钩抓住主轨道外侧的第二柔索，第一电机与第二电机分别驱动第一柔索与第二柔索逆时针转动，此时小车在第一柔索与第二柔索的驱动下前进；当小车经过主轨道与送料轨道的连接处也就是分岔口时，驱动装置工作，使第二小车的抓钩脱离第二柔索，此时小车在第一柔索的驱动下继续前行；当小车驶出分岔口时，驱动装置工作，使第二小车的抓钩再次抓住第二柔索，此时小车在第一柔索和第二柔索的驱动下前行。

2、主轨道弯道行驶原理：

如图20所示，在小车从直道进入弯道前，驱动装置工作，使第一小车的抓钩脱离第一柔索，此时小车在第二柔索的驱动下继续前行；当第一小车的抓钩通过弯道后，驱动装置工作，第一小车的抓钩再次抓紧第一柔索，第二小车的抓钩脱离第二柔索，此时小车在第一柔索的驱动下前行；当第二小车的抓钩通过弯道后，驱动装置工作，使第二小车的抓钩抓紧第二柔索，此时小车在第一柔索和第二柔索的驱动下前行。

3、小车由主轨道进入送料轨道的行驶原理：

小车进入送料轨道前，第一小车的抓钩抓住主轨道内侧的第一柔索，第二小车的抓钩抓住主轨道外侧的第二柔索，此时小车在第一柔索与第二柔索的驱动下沿主轨道直线行驶；即将进入送料轨道前，调整换向拨片，使小车可以从主轨道右转进入送料轨道；小车右转前，驱动装置工作，使第一小车的抓钩脱离第一柔索，此时小车在第二柔索的驱动下前行；当第一小车的抓钩通过右转道后，驱动装置工作，使第一小车的抓钩抓住送料轨道右侧的第二柔索，同时使第二小车的抓钩脱离第二柔索，此时小车在右侧第二柔索的驱动下前行；当第二小车的抓钩通过右转道后，驱动装置工作，使第二小车的抓钩抓住送料轨道右侧的第二柔索，此时小车在送料轨道右侧第二柔索的驱动下前行至下料位置下料。

4、小车由送料轨道进入主轨道的行驶原理：

小车完成下料后，驱动装置工作，使第一小车的抓钩和第二小车的抓钩同时抓住送料轨道左侧的第二柔索，此时小车在下料轨道左侧第二柔索的驱动下沿送料轨道后退；即将进入主轨道前，调整换向拨片，使小车可以从送料轨道右转进入主轨道；小车从送料轨道右转前，驱动装置工作，使第二小车的抓钩脱离送料轨道左侧的第二柔索，此时小车在送料轨道左侧第二柔索的驱动下前行；当第二小车的抓钩通过右转道后，驱动装置工作，使第二小车的抓钩抓住第一柔索，同时使第一小车的抓钩脱离送料轨道左侧的第二柔索，此时小车在第一柔索的驱动下前行；当第一小车的抓钩通过右转道进入主轨道时，驱动装置工作，使第一小车的抓钩抓住主轨道外侧的第二柔索，此时小车在第一柔索和第二柔索的驱动下前行。相比于小车进入送料轨道前，这时第一小车和第二小车的位置发生了互换。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用第一柔索和第二柔索进行柔性驱动，结构相对紧凑，工作空间大，系统功耗低、结构简单，不需要复杂的移动副和转动副，也不需要高性能的伺服驱动等核心部件。

2、本发明通过换向拨片进行轨道的换向，可以根据小车运行需求选择直线行驶或转向行驶，提升了小车运行的灵活性，减少不必要的能量消耗。

3、本发明的抓钩可以对柔索实现夹持或松开，通过对驱动装置的控制，可以实现对小车直行、换向、停车的控制，使对小车的操控便捷可靠。

4、本发明设计了一种柔索收放装置，该结构使用单个电机实现对六根柔索的控制，提高了对柔索控制的同步性，提升了抓取框在升降过程中的保持水平的能力。且本结构通过单电机控制抓取框角度，实现了对不同角度物体的抓取。

5、本发明通过对柔索回路的设计，在主轨道时，通过双柔索回路，实现了小车直线行驶和换向行驶的运动。在下料轨道时，通过单柔索回路，实现了小车前进行驶和后退行驶的运动。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，其特征在于：包括轨道、运行在轨道上的小车、连接在小车下部的抓取装置以及为小车提供运行动力的柔索驱动装置；

所述的轨道包括主轨道(1)及与主轨道(1)旁通的送料轨道(2)，所述主轨道(1)与送料轨道(2)的连接处设有控制主轨道(1)与送料轨道(2)通断状态的换向拨片(3)，所述的主轨道(1)为闭环型回路且小车在主轨道上实现单向运行，所述的小车在送料轨道(2)上实现双向运行；

所述的柔索驱动装置包括第一柔索(4)、与第一柔索(4)相配合的第一滑轮组、与第一滑轮组中的动力轮相连的第一电机(41)、第二柔索(5)、与第二柔索(5)相配合的第二滑轮组以及与第二滑轮组中的动力轮相连的第二电机(51)，所述的第一柔索(4)与第二柔索(5)均为闭合的回路且均处于轨道的上方且位于同一水平面内，所述的第一柔索(4)沿主轨道(1)的内侧布置，所述的第二柔索(5)沿主轨道(1)及送料轨道(2)的外侧布置；

所述的小车包括结构相同且呈前后方向布置的第一小车(6A)及第二小车(6B)，所述的第一小车(6A)及第二小车(6B)均分别包括车体(61)、与轨道形成滚动配合的车轮(62)以及设置在车体(61)上与第一柔索(4)或第二柔索(5)相配合的抓钩，所述的抓钩在驱动装置(60)的作用下实现对第一柔索(4)或第二柔索(5)的夹持或释放，在小车运行过程中，第一小车(6A)及第二小车(6B)上的抓钩至少有一个始终处于抓取第一柔索(4)或第二柔索(5)的状态以获得行进动力；

所述的抓取装置包括自上向下依次设置的上箱体(71)、下箱体(72)及抓取框(73)，所述上箱体(71)的顶部与第一小车(6A)及第二小车(6B)车体上的连接轴(63)转动连接，所述的下箱体(72)与上箱体(71)转动连接，所述的抓取框(73)通过第三柔索(74)与下箱体(72)中的卷筒(763)连接，卷筒在动力传动装置的驱动下带动第三柔索(74)收放以实现抓取框(73)的上下移动。

2.根据权利要求1所述的柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，其特征在于：所述的抓钩包括固定连接在车体(61)上方的抓钩平台(64)、垂直于抓钩平台(64)设置的支撑轴(641)、转动连接在支撑轴(641)上的上抓钩(65)及下抓钩(66)，所述的支撑轴(641)包括依次设置的第一轴段(6411)、第二轴段(6412)、第三轴段(6413)及第四轴段(6414)，所述第一轴段(6411)的直径小于第二轴段(6412)，所述第二轴段(6412)、第三轴段(6413)、第四轴段(6414)的直径依次递减，所述的上抓钩(65)固定在第一轴段(6411)上，所述上抓钩(65)的上方还设有与第一轴段(6411)端部连接的支撑轴上盖(67)，所述的下抓钩(66)固定在第三轴段(6413)上，所述的抓钩平台(64)上设有台阶孔(642)，第三轴段(6413)及第四轴段(6414)形成的轴肩与该台阶孔(642)相配合，所述的第四轴段(6414)贯穿台阶孔(642)后通过支撑轴锁扣(68)将支撑轴(641)固定在抓钩平台(64)上，所述的第三轴段(6413)上还套设有支撑弹簧(69)，所述支撑弹簧(69)的一端与下抓钩(66)的底面相抵靠，所述支撑弹簧(69)的另一端与台阶孔(642)相抵靠。

3.根据权利要求2所述的柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，其特征在于：所述的上抓钩(65)包括套设在第一轴段(6411)上的抓钩盘(651)以及固定在抓钩盘(651)侧面的上抓钩本体(652)，所述的抓钩盘(651)及支撑轴上盖(67)均为圆形结构且支撑轴上盖(67)位于抓钩盘(651)上方，所述支撑轴上盖(67)的圆周面上向内均匀间隔设有四组半圆弧槽(671)，所述的抓钩盘(651)上还设有定位销孔(6511)，所述定位销孔(6511)的圆心至支撑轴(641)的距离与半圆弧槽(671)的圆心至支撑轴(641)的距离相等。

4.根据权利要求3所述的柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，其特征在于：所述的下抓钩(66)包括套设在第三轴段(6413)上的圆形底板(661)、固定在圆形底板(661)上板面的齿轮(662)以及固定在齿轮(662)上端面的下抓钩本体(663)，所述的上抓钩本体(652)向内设有第一弧形凹部(6521)，所述的下抓钩本体(663)向内设有第二弧形凹部(6631)，当上抓钩本体(652)与下抓钩本体(663)相贴合时，第一弧形凹部(6521)与第二弧形凹部(6631)对合形成对第一柔索(4)或第二柔索(5)的夹持部，所述圆形底板(661)的直径大于齿轮(662)的直径，所述的下抓钩本体(663)上设有与定位销孔(6511)相配合的定位销(6632)，当上抓钩(65)及下抓钩(66)与第一柔索(4)或第二柔索(5)相夹持时，定位销(6632)的顶端伸入半圆弧槽(671)内以限定上抓钩(65)的转动。

5.根据权利要求4所述的柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，其特征在于：所述的驱动装置(60)包括固定在抓钩平台(64)上的电机减速器(601)、与电机减速器(601)输出端相连的主动轴(602)、固定在主动轴(602)上的主动轮(603)以及与主动轴(602)相连用于限定主动轮(603)轴向位置的齿轮端盖(604)，所述的主动轴(602)垂直于抓钩平台(64)设置，所述的主动轮(603)为具有四分之一轮齿的不完全齿轮，所述主动轮(603)的下端面沿轮缘方向设有弧形凸台(6031)，所述弧形凸台(6031)的位置与轮齿的位置相对应，且弧形凸台(6031)的长度大于四分之一轮齿的长度，所述弧形凸台(6031)两侧的高度低于中间的高度，所述弧形凸台(6031)的最大高度与定位销(6632)伸入半圆弧槽(671)内的高度吻合，所述的电机减速器(601)转动时，弧形凸台(6031)的一侧先接触圆形底板(661)的上表面将圆形底板(661)下压以带动下抓钩(66)下移，此时上抓钩(65)与下抓钩(66)处于松开第一柔索(4)或第二柔索(5)的状态，随着主动轮(603)与齿轮(662)的啮合，上抓钩(65)与下抓钩(66)同时转动，形成脱离第一柔索(4)或第二柔索(5)的状态。

6.根据权利要求1所述的柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，其特征在于：所述的上箱体(71)中设有力矩电机(711)、法兰盘(712)、交叉滚子轴承(713)及回转盘(714)，所述力矩电机(711)的电机外圈通过法兰盘(712)与交叉滚子轴承(713)的内圈连接，所述交叉滚子轴承(713)的内圈同时连接回转盘(714)，所述的回转盘(714)通过螺栓与下箱体(72)的顶部连接固定，所述的力矩电机(711)及交叉滚子轴承(713)的外圈均与上箱体(71)内部固定连接。

7.根据权利要求1所述的柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，其特征在于：所述的动力传动装置包括电机(761)、与电机输出轴同轴连接的主动齿轮(762)以及传动组件，所述的传动组件包括卷筒(763)、卷筒轴(764)及支撑滑轮(765)，所述的卷筒(763)与卷筒轴(764)同步转动且卷筒(763)可沿卷筒轴(764)的轴向移动，所述卷筒轴(764)的一端通过键与从动齿轮(766)相连，卷筒轴(764)的另一端与第一带轮(767)同轴连接，所述的从动齿轮(766)与主动齿轮(762)相啮合，所述第三柔索(74)的一端与抓取框(73)相连，第三柔索(74)的另一端绕经支撑滑轮(765)后与卷筒(763)相连。

8.根据权利要求7所述的柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，其特征在于：所述传动组件的旁侧还设有收绳器(75)，所述的收绳器(75)包括平行于卷筒轴(764)设置的丝杠(751)，所述丝杠(751)的一端设有与第一带轮(767)通过同步带连接的第二带轮(752)，所述丝杠(751)的另一端通过轴承安装在下箱体(72)的底板上，所述的丝杠(751)上设有与丝杠(751)相配合的第一滑块(753)及第二滑块(754)，所述的第一滑块(753)与第二滑块(754)之间留有间距，所述的第一滑块(753)在远离第二滑块(754)的端部固连有第一收绳器侧板(755)，所述的第二滑块(754)在远离第一滑块(753)的端部固连有第二收绳器侧板(756)，所述第一收绳器侧板(755)及第二收绳器侧板(756)的另一端均套设在卷筒轴(764)上，且第一收绳器侧板(755)及第二收绳器侧板(756)分别贴附于卷筒(763)的两端对卷筒(763)形成夹持。

9.根据权利要求8所述的柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，其特征在于：所述的下箱体(72)内设有支撑板(721)，所述的电机(761)固定在支撑板(721)上，所述的卷筒轴(764)与丝杠(751)均分别通过轴承与支撑板(721)及下箱体(72)的底板转动连接，所述的第一带轮(767)及第二带轮(752)均位于支撑板(721)的上方，所述的支撑滑轮(765)通过滑轮座固定在下箱体(72)的底板上，所述下箱体(72)的底板上设有供第三柔索(74)穿过的通孔；所述的抓取框(73)为正六边形结构，所述的传动组件、第三柔索(74)及收绳器(75)均相对应的设置六组，六组传动组件中的从动齿轮(766)以主动齿轮(762)为中心且沿主动齿轮(762)周向均匀布置，六组第三柔索(74)分别与抓取框(73)的六个顶点相连。

10.根据权利要求1所述的柔索驱动的空中悬挂轨道机器人，其特征在于：所述的换向拨片(3)包括第一拨片(31)、第二拨片(32)及第三拨片(33)，所述第一拨片(31)、第二拨片(32)及第三拨片(33)的一端通过连接轴(30)铰接，所述第一拨片(31)、第二拨片(32)及第三拨片(33)的另一端分别设有第一磁铁、第二磁铁及第三磁铁，所述的轨道旁侧还设有与第一磁铁相配合的第一磁吸开关(34)和第二磁吸开关(35)、与第二磁铁相配合的第三磁吸开关(36)及第四磁吸开关(37)、与第三磁铁相配合的第五磁吸开关(38)及第六磁吸开关(39)，通过对上述磁吸开关的通断控制可实现第一拨片(31)、第二拨片(32)及第三拨片(33)位置的改变，从而实现主轨道(1)与送料轨道(2)的通断。

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