CN210972555U - 用于搬运机器人的四轴同步提升系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于搬运机器人的四轴同步提升系统，包括竖直设有齿条的支撑柱和提升平台，提升平台上设置有与齿条匹配的齿轮，四轴同步提升系统还包括：设置在提升平台上的电机；编码器，编码器与电机同轴联接，用于检测述电机的状态数据；驱动器，单个驱动器控制单独的电机，驱动器包括控制单元和反馈检测单元；所有的驱动器的控制单元串联联接；驱动各电机的驱动器与对应检测该电机的编码器连接；可编程控制器，可编程控制器与驱动器连接。根据本实用新型的四轴同步提升系统，所有的驱动器循环串联设置，保证了传动的同时性，同步精度较高。各个电机单独传动，没有机械相连，互不影响，侧边边角位置不存在卡顿现象。

Description

用于搬运机器人的四轴同步提升系统

技术领域

本实用新型涉及现代仓储物流领域，特别涉及一种用于搬运机器人的四轴同步提升系统。

背景技术

目前，往复提升机的实现形式有很多，用的最多的是链条结构或者曳引机。目前，现有提升系统主要应用柔性提升，柔性提升在运行的过程中，噪音大。柔性提升本身带有伸缩性，在不同的载重下，伸缩量不同，则提升精度很低。在停止时还伴有沉降等问题。

例如，链条往复提升机传动方式基本是靠动力源、链轮、链条、轴承、轴承座、等执行元件，拖动提升平台往复运动，自身位移精度不高，载重物会出现沉降现象。曳引机式往复式提升机是是曳引驱动的动力。曳引钢丝绳通过曳引轮一端连接提升平台，一端连接配重装置。一般来说，采用上述方式具有传动效率损失较大、噪音大、精度差、存在沉降现象等缺点。

目前，国内外都没有很好的方法来提高同步精度，大多数采用限位开、扫码等对行走误差进行修正的方法，来避免多次往复运动形成的积累误差，但这仅仅是从电控元件入手，稳定性不高，效率也较低。

现有技术中，也有采用齿轮齿条提升系统，这些系统一般采用单电机为动力源，应用伞齿轮和传动轴等将动力源传动到四个角的齿轮，齿轮爬升齿条，使提升平台上升。由于伞齿轮安装精度要求高，平台不是绝对刚性，造成运动噪音很大。同样，若货物偏心放置，造成单侧局部受力很大，平台变形位置过度靠近一侧，则四个角的齿轮受力差距很大，又由同步轴传动，造成单侧齿轮容易卡死等问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种四轴同步提升系统，以解决或缓解现有技术中的链条往复提升机或齿轮齿条提升系统的同步性不好、噪音大或者单侧齿轮容易卡死等问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下方案：一种用于搬运机器人的四轴同步提升系统，所述四轴同步提升系统包括竖直设有齿条的支撑柱和提升平台，所述提升平台上设置有与所述齿条匹配的齿轮，所述四轴同步提升系统还包括：设置在所述提升平台上的电机，单个所述电机驱动一组齿轮齿条机构，所有电机同步驱动，以带动所述提升平台升降；编码器，所述编码器与所述电机同轴联接，用于检测述所述电机的状态数据；驱动器，单个所述驱动器控制单独的电机，所述驱动器包括控制单元和反馈检测单元；所有的所述驱动器的控制单元串联联接；驱动各所述电机的所述驱动器与对应检测该电机的所述编码器连接；可编程控制器，所述可编程控制器与所述驱动器连接。

在一些实例中，所述电机为伺服电机，所述驱动器为伺服驱动器，所述编码器为伺服编码器。

在一些实例中，所述四轴同步提升系统还包括用于调节所述支撑柱与所述提升平台的张紧程度的平台张紧结构。

在一些实例中，所述四轴同步提升系统还包括调节所述齿轮和所述齿条间隙的调节块，所述调节块设置在所述电机下方的电机安装座的一侧，以推动所述电机安装座的方式，使得所述齿轮靠近或远离所述齿条的方向。

在一些实例中，所述驱动器还包括制动电阻，以消耗所述提升平台下降时所述电机反转产生的再生电流，所述制动电阻设置在所述驱动器的正极接口和制动接口之间。

在一些实例中，所述四轴同步提升系统还包括为所述伺服编码器供电的绝对值电池，以记录所述伺服编码器的绝对位置数据。

在一些实例中，所述四轴同步提升系统还包括设置在电源和所述驱动器之间的保护变压器。

在一些实例中，所述编码器通过屏蔽电缆线与所述驱动器或所述可编程控制器连接。

在一些实例中，所述伺服驱动器还包括信号处理器、功率驱动单元、反馈检测单元和通讯接口单元。所述功率驱动单元与所述电机连接；各所述控制单元的输入输出接口串联，与所述可编程控制器连接；反馈检测单元与所述伺服编码器连接。

在一些实例中，所述伺服电机、所述伺服编码器和所述伺服驱动器都设置有4组，分别驱动所述提升平台的四个边角位置的齿轮转动，以同步升降。

根据本实用新型的四轴同步提升系统，可获得的有益效果至少包括：根据四轴同步提升系统，所有的驱动器循环串联设置，保证了传动的同时性，同步精度较高。各个电机单独传动，没有机械相连，互不影响，侧边边角位置不存在卡顿现象。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本实用新型一实施例的四轴同步提升系统的原理框图。

图2是本实用新型一实施例的四轴同步提升系统的部分结构示意图。

图3是本实用新型一实施例的电机及驱动器连接原理示意图。

图4是本实用新型一实施例的可编程控制器和驱动器的控制原理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

现有技术中的链条往复提升机具有传动效率损失较大、噪音大、精度差、存在沉降现象等缺点，现有技术中的齿轮齿条提升系统同步精度不高，安装精度高，单侧齿轮容易卡死。有鉴于此，本实用新型的发明人研发了一种用于往复式提升机的四轴同步提升系统，能够克服或弥补现有往复提升机同步精度不高，噪声过大，容易卡死等缺陷。

根据本实用新型的四轴同步提升系统可以包括竖直设有齿条的支撑柱和提升平台，提升平台上设置有与所述齿条匹配的齿轮。图1是本实用新型一实施例中的四轴同步提升系统的原理框图。如图1所示，在一些实施例中，本实用新型中的四轴同步提升系统包括电机10、编码器20、驱动器30、可编程控制器40和电源等。其中，电机10设置有多个，单个电机10驱动一组齿轮齿条机构，所有电机10同步驱动，以带动提升平台升降；编码器20与电机10同轴联接，用于检测述电机10的状态数据；状态数据可以包括反馈脉冲量等。单个驱动器30控制单独的电机10。驱动器30包括控制单元31和反馈检测单元等；所有的驱动器30的控制单元31循环串联联接；驱动各电机10的驱动器30与对应检测该电机10的所述编码器20连接。可编程控制器40与驱动器30连接，可编程控制器40内设有处理器，根据上位机的任务对驱动器30下发指令，分析驱动器30和编码器20反馈的信息，并对分析结果进行实时调节。

在上述实施例的四轴同步提升系统中，所有的驱动器30循环串联设置，保证了传动的同时性，同步精度较高。各个电机单独传动，没有机械相连，互不影响，侧边边角位置不存在卡顿现象。

在一些实施例中，电机10可以采用伺服电机，驱动器30可以采用伺服驱动器，编码器20可以采用伺服编码器。本四轴同步系统采用伺服电机，原理可靠，响应快、稳定性高、安全性高，占用空间小，后期维护简单，可极大地降低成本，减少人力物力的投入，实现现代智能仓储的高效率作业，更好地服务于现代化智能仓储物流系统。

伺服驱动器又称伺服放大器或伺服单元，内含DSP(数字信号处理器)，有自己的算法，与伺服电机构成一个伺服驱动系统，完成一些整定、滤波、抑振、补偿、调整和监控等功能。伺服驱动器具有位置控制、速度控制和转矩控制等功能。伺服驱动器也可接收来自上位的数字或模拟控制信号和来自编码器的反馈信号，来控制电机的运转。如果上位有专门的编码器通道的话，可以从驱动器中将编码器信号采集过来，构成半闭环控制系统。

图2是本实用新型一实施例的四轴同步提升系统的提升平台的装配示意图，如图2所示，四轴同步提升系统还可包括竖直设有齿条的支撑柱和提升平台50，提升平台上设置有与齿条匹配的齿轮52，电机10可以通过减速器驱动齿轮52。

在图2的实施例中，电机10安装在电机安装座54上，四轴同步提升系统还包括调节齿轮52和齿条间隙的调节块53，调节块53设置在电机10下方的电机安装座54的一侧，以推动电机安装座54的方式，使得齿轮52靠近或远离齿条的方向。具体实施时，调节块53上可以设置有调节螺栓，以转动调节螺栓的方式推进电机安装座54靠近齿条的方向，进一步优选的，也可以在电机安装座54的另一侧设置有弹簧，以便推动电机安装座54远离齿条的方向。在一些实例中，四轴同步提升系统还可包括用于调节支撑柱与提升平台50的张紧程度的平台张紧结构51。平台张紧结构51可以采用类似于调节块53的结构形式。

在一些实施例中，如图2所示，所述伺服电机、所述伺服编码器和所述伺服驱动器30都可以设置有4组，分别驱动所述提升平台50的四个边角位置的齿轮52转动，以同步升降。即一个伺服驱动器30驱动一个伺服电机10，带动一个齿轮52，构成一组传动结构。这4组传动结构之间没有直接的机械相连，系统工作过程中，四轴同步运行，当提升平台50载重增加时，刚性的提升平台50形变增加，由于四个伺服电机52单独传动，相邻的两个伺服电机之间无机械相连，互不影响，可实现四轴同步系统无卡顿运行，整个系统在运行过程中不会出现沉降现象。

在其他实施例中，编码器20也可以设置在电机10带动的齿轮上，或者编码器20可以替换成设置在支撑柱或者提升平台上的位移传感器，例如光栅传感器等，该位移传感器可以测得提升平台相对于支撑柱的相对位移量，并将该相对位移量直接或间接传输到可编程控制器40。驱动器30也将自身向电机10发出的脉冲量传输至可编程控器40，由可编程控制器30对提升平台的相对位移量结合运行时间，和驱动器的脉冲量进行比对，根据比对结果，实施调整驱动器30的控制脉冲量，从而保证各个电机同时同步的带动提升平台50的升降。

图3是本实用新型一些实施例的驱动器和电机的接线示意图，如图3所示，在该四轴同步提升系统的伺服控制部分，驱动器还包括制动电阻，以消耗所述提升平台下降时所述电机反转产生的再生电流，所述制动电阻设置在所述驱动器的正极接口P和制动接口B之间。

在一些实施例中，四轴同步提升系统还可包括为伺服编码器供电的绝对值电池，以记录伺服编码器的绝对位置数据。如运行中出现故障停机后，绝对值电池保证编码器数据不丢失，待故障解除后，编码器依旧正常执行相应程序，保证数据正确性及设备安全性。如绝对值电池意外损坏，则驱动器出现无法自主复位命令，从而保证程序执行的正确性和设备安全性。此外，驱动器中存在极限位保护、应急停机、过载停机、超温报警等对应的电路和功能设计。

在一些实施例中，如图3所示，所述四轴同步提升系统还包括设置在电源和所述驱动器之间的保护变压器。图3中的保护变压器外接380伏三相交流电，驱动器30的电源输入接口连接到保护变压器的输出线路，驱动器30的输出接口U/V/W与电机相连，为电机提供动力。所述编码器通过屏蔽电缆线与所述驱动器或所述可编程控制器连接。图3中的编码器20通过屏蔽电缆线与驱动器30的X6接口相连。

在一些实例中，所述伺服驱动器还包括信号处理器、功率驱动单元、反馈检测单元和通讯接口单元等。其中，所述功率驱动单元(U/V/W)与所述电机连接；各所述控制单元的输入输出接口(XA/XB)串联，与所述可编程控制器连接；反馈检测单元(X6)与所述伺服编码器连接。通讯接口单元(X4)可以与可编程控制器连接通信。

为便于理解本实用新型的四轴同步提升系统的原理，以下采用具体数据、可编程控制器40的具体型号和接线图来解释说明工作原理，但其列举的数值和结构不作限定，可根据需要作适当调整。

图4是本实用新型一些实施例的驱动器30与可编程控制器40的连接结构示意图，如图4所示，可编程控制器40的发射接口TX、接收接口RX之间串联有4个驱动器30的控制单元，其中，驱动器30的输入输出接口(XA/XB)依次串联，连接线可以采用网线或者HDMI线。驱动器的控制单元串联连接，可以保证驱动器驱动电机的同步性。在一些实例中，可编程控制器40可以采用FPXH-M8N30T型号的PLC，其电源为100V～240V AC，I/O点数规格为24V DC输入16点、0.5A/5V～24V DC、晶体管输出14点(NPN)。该PLC的通信单元也可以连接上位机或者服务器终端等，采用人机交互界面HMI进行任务编辑或下达指令。

在一些实施例中，可编程控制器40可以采用FPXH-M8N30T型号的PLC。

在实施例中，装配好本四轴同步提升系统后，借助调节块方便调节齿轮与齿条的齿隙。本四轴同步系统布置完成后，系统进行单独调节每个电机正反运动使实时监测电机扭矩情况，手动调节对角扭矩相等，保证相邻电机的扭矩相差不超过正负5％。

系统工作时，电气控制柜上电后，电源正常则保护变压器正常输出。驱动器正常上电正常状态下，无报警情况下，等待命令。可编程控制器通过TCP与仓储管理系统和仓库控制系统进行通讯，通过执行内部逻辑程序，可编程控制器通过内部通讯发送相应命令至驱动器(驱动器为循环串联，单个驱动器控制单独电机)，驱动器判断电机及编码器状态，如状态正常，驱动器的信号处理器向电机发送相应的允许使能、脉冲数量、方向、加速时间及目标值。如电机或编码器状态异常(如连接异常、设备状态异常、通讯异常等)，驱动器发出报警并反馈至可编程控制器。

在四轴同步提升系统运行中，编码器反馈的脉冲值与驱动器发出的脉冲量进行对比，可编程控制器根据对比结果进行调节，从而保证4个驱动器驱动电机工作从而带动齿轮旋转，提升平台的运行和位置定位精准，实现四轴同步。

如运行中出现故障停机后，绝对值电池保证编码器数据不丢失，待故障解除后，依旧正常执行相应程序，保证数据正确性及设备安全性。如绝对值电池意外损坏，则驱动器出现无法自主复位命令，从而保证程序执行的正确性和设备安全性。此外，驱动器中存在极限位保护、应急停机、过载停机、超温报警等相应的电路设计和功能设计。

系统工作过程中，四轴同步运行，当提升平台的载重增加时，刚性的提升平台形变增加，由于四个电机单独传动，相邻的两个电机之间无机械相连，互不影响，可实现四轴同步系统无卡顿运行。

四轴同步系统可实现四个伺服电机的同步驱动，四个边角位置的齿轮齿条结构单独传动，不会因提升平台形变等造成的误差而造成影响，提升平台不会产生卡顿、过度倾斜等现象，保证提升平台的稳定运行。

在运行过程中，伺服编码器和绝对值电池可以记录每层货架位置、0位和最大位置等。

本四轴同步系统采用伺服电机，原理可靠，响应快、稳定性高、安全性高，占用空间小，后期维护简单，可极大地降低成本，减少人力物力的投入，实现现代智能仓储的高效率作业，更好地服务于现代化智能仓储物流系统。

本四轴同步系统适用于平台往复运动提升机，尤其适用于载重大且工况要求稳定的场合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本实用新型的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于搬运机器人的四轴同步提升系统，其特征在于，所述四轴同步提升系统包括竖直设有齿条的支撑柱和提升平台，所述提升平台上设置有与所述齿条匹配的齿轮，所述四轴同步提升系统还包括：

设置在所述提升平台上的电机，单个所述电机驱动一组齿轮齿条机构，所有电机同步驱动，以带动所述提升平台升降；

编码器，所述编码器与所述电机同轴联接，用于检测述所述电机的状态数据；

驱动器，单个所述驱动器控制单独的电机，所述驱动器包括控制单元和反馈检测单元；所有的所述驱动器的控制单元串联联接；驱动各所述电机的所述驱动器与对应检测该电机的所述编码器连接；

可编程控制器，所述可编程控制器与所述驱动器连接。

2.根据权利要求1所述的四轴同步提升系统，其特征在于，所述电机为伺服电机，所述驱动器为伺服驱动器，所述编码器为伺服编码器。

3.根据权利要求1所述的四轴同步提升系统，其特征在于，所述四轴同步提升系统还包括用于调节所述支撑柱与所述提升平台的张紧程度的平台张紧结构。

4.根据权利要求3所述的四轴同步提升系统，其特征在于，所述四轴同步提升系统还包括调节所述齿轮和所述齿条间隙的调节块，所述调节块设置在所述电机下方的电机安装座的一侧，以推动所述电机安装座的方式，使得所述齿轮靠近或远离所述齿条的方向。

5.根据权利要求1所述的四轴同步提升系统，其特征在于，所述驱动器还包括制动电阻，以消耗所述提升平台下降时所述电机反转产生的再生电流，所述制动电阻设置在所述驱动器的正极接口和制动接口之间。

6.根据权利要求2所述的四轴同步提升系统，其特征在于，所述四轴同步提升系统还包括为所述伺服编码器供电的绝对值电池，以记录所述伺服编码器的绝对位置数据。

7.根据权利要求2所述的四轴同步提升系统，其特征在于，所述伺服驱动器还包括信号处理器、功率驱动单元、反馈检测单元和通讯接口单元；

所述功率驱动单元与所述电机连接；各所述控制单元的输入输出接口串联，与所述可编程控制器连接；反馈检测单元与所述伺服编码器连接。

8.根据权利要求2所述的四轴同步提升系统，其特征在于，所述伺服电机、所述伺服编码器和所述伺服驱动器都设置有4组，分别驱动所述提升平台的四个边角位置的齿轮转动，以同步升降。

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