CN207671628U - 一种四自由度混合驱动机构式叉车机器人 - Google Patents

Abstract

一种四自由度混合驱动机构式叉车机器人，包含四自由度叉车执行机构、混合驱动系统，所述叉车执行机构由安装在回转底座上的混合驱动系统驱动，有效降低了叉车机器人的重心和运动惯量，改善了该叉车机器人的动力学性能；该叉车机器人采用由常规电机和可控电机组成的混合驱动系统进行驱动控制，在计算机系统的控制下，实现了四自由度柔性可控可调运动，不仅工作空间大，灵活度高，而且解决了可控电机驱动功率差、扭矩低、成本高等问题，提高了叉车机器人的承载能力。该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人具有高智能化程度、高承载能力、高灵活性、低成本、低能耗、无尾气污染等特点，特别适用于工厂车间、物流仓库等封闭环境下的搬运作业。

Description

一种四自由度混合驱动机构式叉车机器人

技术领域

本实用新型涉及仓储叉车领域，特别是一种四自由度混合驱动机构式叉车机器人。

背景技术

仓储用叉车是专为仓库货物装卸、堆垛等搬运作业而设计的叉车，除部分手动托盘叉车采用人力驱动外，其它多采用电动机驱动，因具有车体紧凑、移动灵活、环保性能突出等优点而得到了仓储业的普遍应用。但是，随着现代物流的发展及对搬运技术要求的不断提高，现有的仓储叉车暴露出了诸多技术问题，首先现有仓储叉车的工作装置多为两自由度的执行机构，货叉除可以小角度倾斜外，仅能进行上下运动，灵活性差，避障能力弱，难以满足现代物流仓储复杂的搬运环境；其次现有仓储叉车采用非可控执行机构，无法实现计算机控制，难以满足现代智能化仓储要求；另外，现有仓储叉车的工作装置多采用液压系统实现货叉的升降，存在功率高、能耗大、可靠性差等问题。

仓储机器人是一种应用于智能货仓的移动机器人，仅能实现轻型货物的移动作业，无法满足智能货仓的装卸、堆垛作业要求。多自由度可控执行机构采用伺服电机或步进电机进行驱动控制，可以实现多运动输入，复杂可控、可调柔性轨迹输出，通常情况下，伺服电机或步进电机的数量等于执行机构的自由度数，而步进电机、伺服电机等可控电机存在着功率低、扭矩小、成本高等问题，很难满足重型高负载叉车机器人的使用要求。随着机构构型综合、混合驱动机构技术的发展，如何提出一种四自由度混合驱动机构式叉车机器人，首先，该种叉车机器人应能克服传统叉车工作装置灵活性差等问题，使货叉可实现四自由度柔性可调运动；其次，该种叉车机器人的叉车执行机构应为可控执行机构，在计算机控制下可实现四自由度柔性可控运动；再次，该种叉车机器人的叉车执行机构应具备低能耗、低驱动功率、高可靠性等特点；另外，该种叉车机器人的设计方案应能满足重型、高负载装卸、堆垛等搬运作业要求；已成为皮带式输送机领域亟需解决的工程问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种四自由度混合驱动机构式叉车机器人，一方面该种叉车机器人应能克服传统叉车工作装置灵活性差等问题，使货叉可实现四自由度柔性可调运动；另一方面，该种叉车机器人的叉车执行机构应为可控执行机构，在计算机控制下可实现四自由度柔性可控运动；再次，该种叉车机器人的叉车执行机构应具备低能耗、低驱动功率、高可靠性等特点；最后，该种叉车机器人的设计方案应能满足重型、高负载装卸、堆垛等搬运作业要求。本实用新型通过以下技术方案达到上述目的：

所述一种四自由度混合驱动机构式叉车机器人，包括四自由度叉车执行机构、混合驱动系统。

所述四自由度叉车执行机构包含动臂、摆臂、货叉、摆臂控制支链、货叉控制支链、回转底座，所述回转底座由底座、机架组成，所述机架与底座之间通过第一转动副连接，所述动臂与机架之间通过第二转动副连接，所述动臂通过第三转动副与摆臂连接，所述摆臂控制支链包含第一主动杆、第一连杆，所述第一主动杆与机架连接之间通过第四转动副连接，所述第一主动杆与第一连杆之间通过第五转动副连接，所述第一连杆通过第六转动副与摆臂连接，所述摆臂与货叉之间通过第七转动副连接，所述货叉控制支链包含第二主动杆、第二连杆、摇臂、第三连杆，所述第二主动杆与机架之间通过第八转动副连接，所述第二主动杆通过第九转动副与第二连杆一端连接，所述第二连杆另一端通过第十转动副与摇臂连杆，所述摇臂通过第十一转动副与动臂连接，所述第三连杆一端通过第十二转动副与摇臂连接，另一端通过第十三转动副与货叉连接。

所述第一转动副、第二转动副、第四转动副、第八转动副分别为所述四自由度叉车执行机构的第一主动副、第二主动副、第三主动副、第四主动副。

所述第二转动副、第四转动副、第八转动副的旋转轴线同轴；所述第三转动副、第十一转动副的旋转轴线同轴。

该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人采用四自由度叉车执行机构，不仅大幅提高了灵活性，使该种叉车机器人具备更大的工作空间和更加的避障能力，而且由于采用连杆传动替代了现有叉车工作装置的液压系统，大幅降低了整机功率及能耗，提高了可靠性，避免了液压系统的常见的温升、漏油等机械故障。

所述混合驱动系统包含第一电传动系统、第二电传动系统、第三电传动系统、第四电传动系统，所述第一电传动系统包含第一电机、第一减速机，所述第二电传动系统包含第二电机和第二减速机，所述第三电传动系统包含第三电机和第三减速机、所述第四电传动系统包含第四电机和第四减速机，所述第一电机、第三电机为伺服电机或步进电机，所述第二电机和第四电机为不可编程控制的常速电机。所述第一主动副由第一电传动系统提供动力，第二主动副由第二电传动系统提供动力，所述第三主动副由第三电传动系统提供动力，所述第四主动副由第四电传动系统提供动力。

所述混合驱动系统中，常速电机的引入大幅降低了电传动系统的制造成本，同时提高了高承载能力，使该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人可满足重型、高负载装卸、堆垛等搬运作业要求。

该种混合驱动系统可通过第一电传动系统、第二电传动系统、第三电传动系统、第四电传动系统的耦合驱动，实现四自由度叉车执行机构的柔性、可调、可控运动。在实际装卸、堆垛等搬运作业过程中，该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人可通过利用角位置传感器等，实时获取动臂、货叉的位姿参数，再通过计算机程序控制系统的处理，生成第一电传动系统、第三电传动系统实时驱动参数，驱动机架、摆臂可控运动，在动臂、货叉控制支链、动臂控制支链、回转底盘的耦合运动下，实现四自由度叉车执行机构的四自由度柔性可控、可调运动，进而较好的满足现代物流等智能化仓储要求。

本实用新型的突出优点在于：

1.该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人采用四自由度叉车执行机构，大幅提高了灵活性，使该种叉车机器人具备更大的工作空间和更加的避障能力。

2.该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人的叉车执行机构采用连杆传动替代了现有叉车工作装置的液压系统，不仅大幅降低了整机功率及能耗，而且提高了可靠性，避免了液压系统的常见的温升、漏油等机械故，从而保证了该叉车机器人低能耗、低驱动功率、高可靠性等特点。

3.该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人智能化水平高，通过计算机编程控制下，混合驱动系统的耦合运动，可实现叉车执行机构的四自由度柔性可调、可控运动，特别适用于基于互联网的远端控制。

4.该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人采用混合驱动系统，常速电机的引入大幅降低了电传动系统的制造成本，同时提高了高承载能力，使该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人具备重型、高负载装卸、堆垛等搬运作业潜力。

附图说明

图1为本实用新型所述四自由度混合驱动机构式叉车机器人示意图。

图2为本实用新型所述四自由度叉车执行机构示意图之一。

图3为本实用新型所述四自由度叉车执行机构示意图之二。

图4为本实用新型所述四自由度混合驱动机构式叉车机器人回转底座示意图。

图5为本实用新型所述动臂驱动示意图。

图6为本实用新型所述摆臂及摆臂控制支链示意图。

图7为本实用新型所述货叉及货叉控制支链示意图。

图8为本实用新型所述四自由度混合驱动机构式叉车机器人三维样机示意图。

图9为本实用新型所述四自由度混合驱动机构式叉车机器人工作位姿示意图之一。

图10为本实用新型所述四自由度混合驱动机构式叉车机器人工作位姿示意图之二。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。

对照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7，所述一种四自由度混合驱动机构式叉车机器人，包括四自由度叉车执行机构、混合驱动系统。

对照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7，所述四自由度叉车执行机构包含动臂13、摆臂20、货叉22、摆臂控制支链、货叉控制支链、回转底座，所述回转底座由底座1、机架3组成，所述机架3与底座1之间通过第一转动副2连接，所述动臂13与机架3之间通过第二转动副12连接，所述动臂13通过第三转动副14与摆臂20连接，所述摆臂控制支链包含第一主动杆16、第一连杆18，所述第一主动杆 16与机架3连接之间通过第四转动副15连接，所述第一主动杆16与第一连杆18之间通过第五转动副17 连接，所述第一连杆18通过第六转动副19与摆臂20连接，所述摆臂20与货叉22之间通过第七转动副 21连接，所述货叉控制支链包含第二主动杆24、第二连杆26、摇臂28、第三连杆30，所述第二主动杆 24与机架3之间通过第八转动副23连接，所述第二主动杆24通过第九转动副25与第二连杆26一端连接，所述第二连杆26另一端通过第十转动副27与摇臂28连杆，所述摇臂28通过第十一转动副32与动臂13 连接，所述第三连杆30一端通过第十二转动副29与摇臂28连接，另一端通过第十三转动副31与货叉22 连接。

对照图4、图5、图6、图7，所述第一转动副2、第二转动副12、第四转动副15、第八转动副23分别为所述四自由度叉车执行机构的第一主动副、第二主动副、第三主动副、第四主动副。

对照图1、图2、图3、图5，所述第二转动副12、第四转动副15、第八转动副23的旋转轴线同轴；所述第三转动副14、第十一转动副32的旋转轴线同轴。

对照图8、图9、图10，该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人采用四自由度叉车执行机构，不仅大幅提高了灵活性，使该种叉车机器人具备更大的工作空间和更加的避障能力，而且由于采用连杆传动替代了现有叉车工作装置的液压系统，大幅降低了整机功率及能耗，提高了可靠性，避免了液压系统的常见的温升、漏油等机械故障。

对照图4、图5、图6、图7，所述混合驱动系统包含第一电传动系统、第二电传动系统、第三电传动系统、第四电传动系统，所述第一电传动系统包含第一电机4、第一减速机5，所述第二电传动系统包含第二电机6和第二减速机7，所述第三电传动系统包含第三电机8和第三减速机9、所述第四电传动系统包含第四电机11和第四减速机10，所述第一电机4、第三电机8为伺服电机或步进电机，所述第二电机6 和第四电机11为不可编程控制的常速电机。所述第一主动副由第一电传动系统提供动力，第二主动副由第二电传动系统提供动力，所述第三主动副由第三电传动系统提供动力，所述第四主动副由第四电传动系统提供动力。

所述混合驱动系统中，常速电机的引入大幅降低了电传动系统的制造成本，同时提高了高承载能力，使该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人可满足重型、高负载装卸、堆垛等搬运作业要求。

对照图1、图4、图8、图9、图10，该种混合驱动系统可通过第一电传动系统、第二电传动系统、第三电传动系统、第四电传动系统的耦合驱动，实现四自由度叉车执行机构的柔性、可调、可控运动。在实际装卸、堆垛等搬运作业过程中，该种四自由度混合驱动机构式叉车机器人可通过利用角位置传感器等，实时获取动臂13、货叉22的位姿参数，再通过计算机程序控制系统的处理，生成第一电传动系统、第三电传动系统实时驱动参数，驱动机架3、摆臂20可控运动，在动臂13、货叉控制支链、动臂控制支链、回转底盘的耦合运动下，实现四自由度叉车执行机构的四自由度柔性可控、可调运动，进而较好的满足现代物流等智能化仓储要求。

Claims (3)

1.一种四自由度混合驱动机构式叉车机器人，包括四自由度叉车执行机构、混合驱动系统，其特征在于：

所述四自由度叉车执行机构包含动臂、摆臂、货叉、摆臂控制支链、货叉控制支链、回转底座，所述回转底座由底座、机架组成，所述机架与底座之间通过第一转动副连接，所述动臂与机架之间通过第二转动副连接，所述动臂通过第三转动副与摆臂连接，

所述摆臂控制支链包含第一主动杆、第一连杆，所述第一主动杆与机架连接之间通过第四转动副连接，所述第一主动杆与第一连杆之间通过第五转动副连接，所述第一连杆通过第六转动副与摆臂连接，所述摆臂与货叉之间通过第七转动副连接，

所述货叉控制支链包含第二主动杆、第二连杆、摇臂、第三连杆，所述第二主动杆与机架之间通过第八转动副连接，所述第二主动杆通过第九转动副与第二连杆一端连接，所述第二连杆另一端通过第十转动副与摇臂连杆，所述摇臂通过第十一转动副与动臂连接，所述第三连杆一端通过第十二转动副与摇臂连接，另一端通过第十三转动副与货叉连接。

2.根据权利要求1所述一种四自由度混合驱动机构式叉车机器人，其特征在于：所述第一转动副、第二转动副、第四转动副、第八转动副分别为所述四自由度叉车执行机构的第一主动副、第二主动副、第三主动副、第四主动副，所述第二转动副、第四转动副、第八转动副的旋转轴线同轴，所述第三转动副、第十一转动副的旋转轴线同轴。

3.根据权利要求1所述一种四自由度混合驱动机构式叉车机器人，其特征在于：所述混合驱动系统包含第一电传动系统、第二电传动系统、第三电传动系统、第四电传动系统，所述第一电传动系统包含第一电机、第一减速机，所述第二电传动系统包含第二电机和第二减速机，所述第三电传动系统包含第三电机和第三减速机，所述第四电传动系统包含第四电机和第四减速机，所述第一电机、第三电机为伺服电机或步进电机，所述第二电机和第四电机为常速电机。