CN105565211B - 一种自动识别货物的智能搬运小车 - Google Patents

一种自动识别货物的智能搬运小车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动识别货物的智能搬运小车，包括车体、升降机构、机械手和辅助识别设备，小车车轮电机通过电机支架安装在底盘上，底盘通过舵机和弧形槽与过渡板连接使过渡板可以在一定角度范围内转动，升降机构中的丝杆通过安装在导轨盖板和过渡板中的上下两个轴承限定其轴向运动，并使其能够绕自身轴线转动而使滑块上下运动。本发明的小车不仅能够通过四个直流减速电机实现灵活的全方位移动，而且升降机构能与车体发生一定角度的相对转动，其上的自锁结构使得该小车能够搬运较重的货物。

Description

一种自动识别货物的智能搬运小车
技术领域
本发明涉及一种自动识别货物的智能搬运小车。
背景技术
随着科学技术的不断发展，智能化自动化产品越来越受到人们的青睐，在物品搬运方面也涌现出各式各样的自动化搬运小车。但随着社会的发展，物品种类越来越多，物品本身的个体性越来越受到重视，这就要求人们对每个物品进行编号区分。而传统的搬运小车只能实现点到点的机械式搬运，并不能满足我们的需求。
通用的搬运小车大多体积较大，且转弯半径较大，更为重要的一点是只能实现小车正前方物体的抓取，因而在一些空间较为狭小的地方将无法完成抓取任务。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自动识别货物的智能搬运小车，不仅能够识别货物，而且能在螺旋副的自锁结构下搬运较重的货物，并在车体保持固定的情况下能对货物进行一定角度的旋转调整。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种自动识别货物的智能搬运小车，包括车体、升降机构、机械手和辅助识别设备；
所述车体包括底盘、四轮驱动机构、转向机构和过渡板，四轮驱动机构和转向机构均安装在底盘底部，四轮驱动机构用于驱动底盘相对地面移动或转向，转向机构用于驱动过渡板相对底盘转动；转向机构包括转向舵机和设置在底盘上的弧形槽，在过渡板上设置有中心孔和螺钉，转向舵机的底座通过舵机固定支架固定在底盘上，转向舵机的转动轴安装在过渡板的中心孔内，过渡板上的螺钉设置在弧形槽内，通过转向舵机转动轴的转动带动过渡板相对底盘转动，通过弧形槽和螺钉实现导向和转动角度限定；
所述升降机构包括导轨盖板、丝杆、滑块、导柱、升降驱动机构和万向轮，丝杆与滑块组成丝杆螺母机构，在滑块上设置有导向孔，导柱穿过导向孔，导柱的两端分别与导轨盖板和过渡板固定，丝杆的两端通过轴承分别与导轨盖板和过渡板连接；所述升降驱动机构包括相啮合的大齿轮和小齿轮，小齿轮通过电机V驱动，电机V安装在底盘底部；丝杆的下端向下伸出过渡板，伸出部分先通过蹄形结构与大齿轮的中心连接(类似于键合)，然后安装一个限位螺母，最后在末端安装一个万向轮，限位螺母限制大齿轮沿丝杆轴向窜动，丝杆蹄形结构限制大齿轮沿丝杆周向转动；
所述机械手安装在滑块上；
所述辅助识别设备包括扫码器、超声波传感器、主控制芯片、电池组和电机驱动板，扫码器安装在机械手上，超声波传感器安装在过渡板上，主控制芯片、电池组和电机驱动板安装在底盘，通过电机驱动板驱动电机工作；扫码器用于识别货物编码，超声波传感器用于探测间距和辅助保持安全间距，主控制芯板用于协调小车的各项功能，电机驱动板用于控制电机动作；主控制芯片可以采用Arduino单片机。
优选的，所述四轮驱动机构包括前轮I、前轮II、后轮I、后轮II、电机I、电机II、电机III、电机IV和电机固定支架，前轮I、前轮II、后轮I和后轮II分别安装在底盘下方的前后左右位置，电机I、电机II、电机III和电机IV通过电机固定支架安装在底盘下方；电机I驱动前轮I，电机II驱动前轮II，电机III驱动后轮I，电机IV驱动后轮II，底盘通过前后左右位置车轮转速的差异实现差速转向。
优选的，所述导轨盖板和过渡板与两个轴承均采用外孔过盈配合的方式连接，丝杆与两个轴承均采用内孔过盈配合的方式连接。
优选的，所述机械手包括舵机、U形钢架和机械爪，U形钢架通过铆钉固定在滑块上，舵机的底座固定在U形钢架内，机械爪的两端分别与舵机的转动轴和U形钢架铰接；通过控制舵机的转动实现机械爪的抓取功能。
优选的，四轮驱动机构中的电机均采用直流减速电机，电机V为直流步进电机。
优选的，所述轴承采用圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承可以限制丝杆的轴向位移和自身的轴向力。
本发明中，通过四轮驱动机构驱动底盘相对地面移动，通过左右两侧车轮转速的差异实现差速转向。转向机构用于驱动过渡板相对底盘转动，也即驱动整个升降机构相对底盘转动；在转向机构中采用了弧形槽，弧形槽一方面使得过渡板可沿其弧线转动，另一方面通过螺钉和弧形槽向过渡板施加一定的垂向约束能够使过渡板能够平稳转动。本发明中，升降机构的工作过程如下：电机V驱动小齿轮转动，小齿轮与大齿轮啮合传动，大齿轮与丝杆通过键合的方式传递扭矩与转速，这样丝杆发生转动，由于丝杆的轴向移动被两个轴承限制在导轨盖板和过渡板之间，使得与丝杆螺纹连接的滑块产生轴向移动，最终实现了机械手的升降运动。大齿轮通过过渡板上的轴承和限位螺母限制其直线移动，使得小车能够在螺旋副的自锁结构下搬运较重的货物；过渡板的设计，使得小车能够在车体保持固定的情况下能够对货物进行一定角度的旋转调整。丝杆末端的万向轮可承受一部分垂向载荷，同时也起到支撑作用，防止小车发生前倾。
有益效果：本发明提供的自动识别货物的智能搬运小车，具有如下优点：1、本发明通过安装在机械爪下方的扫码器可对要搬运的物体进行扫描识别，从而达到对指定物体进行搬运以及分类存放的目的；减少搬运的失误，提高了自动化搬运的可靠性；2、本发明通过舵机与弧形槽将底盘与升降机构连接，使得升降机构能够相对底盘发生一定角度的转动，能够抓取斜向的物体，大大提升了小车搬运货物的空间范围；3、本发明小车安装四个驱动电机，采用四轮驱动、差速转向，能够实现大角度的过弯，使得在狭小空间大角度的过道中搬运货物更为快捷便利，进一步提高了其适用场合；4、本发明利用丝杆与滑块的内外螺纹配合来实现机械爪的升降运动，通过丝杆的自转带动滑块的垂向运动，利用丝杆与滑块之间的自锁性能使小车提取更重的货物；5、本发明利用步进电机带动小齿轮的转动进而通过啮合带动大齿轮转动使与大齿轮同轴的丝杆发生自转最后实现滑块的垂向运动，通过控制步进电机的转角和转速可较为精确的控制滑块垂向运动的速度和距离即可较为精确的控制机械爪的移动速度和悬空位置；6、本发明通过采用连接在丝杆下端的万向轮支撑小车前端承受一部分垂向载荷，使得小车载重能力进一步提升，同时也有效的抑制了小车前倾的可能性；7、本发明过渡板前端装设的超声波传感器可探测后面小车与前车的距离并使两车保持在设定的安全有效的距离范围之内，降低了交叉会车等情况的撞车倾向，保证了整个车队的行车速度的一致性，使得搬运效率大大提高。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的丝杆下端以及附近区域的结构示意图(已装万向轮)；
图3为本发明的大小齿轮啮合位置以及附近区域的仰视结构示意图；
图4为本发明的丝杆下端以及附近区域的结构示意图(未装万向轮)；
图5为本发明的机械手的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1～图5所示，为一种自动识别货物的智能搬运小车，不仅能够识别货物，而且能在螺旋副的自锁结构下搬运较重的货物，并在车体保持固定的情况下能对货物进行一定角度的旋转调整；该小车包括车体1、升降机构2、机械手3和辅助识别设备4。
所述车体1包括底盘1-11、四轮驱动机构、转向机构和过渡板1-12，四轮驱动机构和转向机构均安装在底盘1-11底部，四轮驱动机构用于驱动底盘1-11相对地面移动或转向，转向机构用于驱动过渡板1-12相对底盘1-11转动；转向机构包括转向舵机1-10和设置在底盘1-11上的弧形槽1-16，在过渡板1-12上设置有中心孔和三个螺钉1-17，转向舵机1-10的底座通过舵机固定支架1-13固定在底盘1-11上，转向舵机1-10的转动轴安装在过渡板1-12的中心孔内，过渡板1-12上的三个螺钉1-17设置在弧形槽1-16内，通过转向舵机1-10转动轴的转动带动过渡板1-12相对底盘1-11转动，通过弧形槽1-16和螺钉实现导向和转动角度限定。
所述四轮驱动机构包括前轮I1-1、前轮II、后轮I1-2、后轮II1-3、电机I1-5、电机II、电机III 1-6、电机IV和电机固定支架1-14，前轮I1-1、前轮II、后轮I1-2和后轮II1-3分别安装在底盘1-11下方的前后左右位置，电机I1-5、电机II、电机III 1-6和电机IV通过电机固定支架1-14安装在底盘1-11下方；电机I1-5驱动前轮I1-1，电机II驱动前轮II，电机III 1-6驱动后轮I1-2，电机IV驱动后轮II1-3，底盘1-11通过前后左右位置车轮转速的差异实现差速转向。四轮驱动机构中的电机均采用直流减速电机，电机V1-9为直流步进电机。
所述升降机构2包括导轨盖板2-1、丝杆2-2、滑块2-3、导柱2-4、升降驱动机构和万向轮2-6，丝杆2-2与滑块2-3组成丝杆螺母机构，在滑块2-3上设置有导向孔，导柱2-4穿过导向孔，导柱2-4的两端分别与导轨盖板2-1和过渡板1-12固定，丝杆2-2的两端通过轴承2-8分别与导轨盖板2-1和过渡板1-12连接；所述升降驱动机构包括相啮合的大齿轮2-5和小齿轮1-15，小齿轮1-15通过电机V1-9驱动，电机V1-9安装在底盘1-11底部；丝杆2-2的下端向下伸出过渡板1-12，伸出部分先通过蹄形结构与大齿轮2-5的中心键合，然后安装一个限位螺母2-7，最后在末端安装一个万向轮2-6，限位螺母2-7限制大齿轮2-5沿丝杆2-2轴向窜动，丝杆蹄形结构限制大齿轮2-5沿丝杆2-2周向转动。所述导轨盖板2-1和过渡板1-12与两个轴承2-8均采用外孔过盈配合的方式连接，丝杆2-2与两个轴承2-8均采用内孔过盈配合的方式连接；所述轴承2-8采用圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承可以限制丝杆的轴向位移和自身的轴向力。
所述机械手3安装在滑块2-3上；所述机械手3包括舵机3-1、U形钢架3-2和机械爪3-3，U形钢架3-2通过铆钉固定在滑块2-3上，舵机3-1的底座固定在U形钢架3-2内，机械爪3-3的两端分别与舵机3-1的转动轴和U形钢架3-2铰接。
所述辅助识别设备4包括扫码器4-1、超声波传感器4-2、主控制芯片4-3、电池组4-4和电机驱动板4-5，扫码器4-1安装在机械手3上，超声波传感器4-2安装在过渡板1-12上，主控制芯片4-3、电池组4-4和电机驱动板4-5安装在底盘1-11，通过电机驱动板4-5驱动电机工作；扫码器用于识别货物编码，超声波传感器用于探测间距和辅助保持安全间距，主控制芯板用于协调小车的各项功能，电机驱动板用于控制电机动作；主控制芯片可以采用Arduino单片机。
本案的小车，通过四轮驱动以及差速转向可实现360度原地转向，且抓取机构可绕垂线相对车体发生一定角度的旋转，使得小车不仅能够抓取正前方的物体，也能抓取斜向的物体；具体工作过程如下：按下开关按钮，使电池组4-4向主控制芯片4-3和电机驱动板4-5供电，小车在主控程序下沿轨迹向前移动到货物所在位置，途中通过超声波传感器4-2探测与前车之间的距离并始终保持在设定安全范围之内，提高搬运效率。小车到达货物所在位置后停止前进，此时电机I1-5、电机II、电机III 1-6和电机IV均停转，电机V1-9开始正向旋转并将旋转运动通过小齿轮1-15传到大齿轮2-5再传到丝杆2-2，最终实现滑块2-3的上升运动，当扫码器4-1扫描到货物编码后，电机V1-9停转，滑块2-3通过与丝杆2-2的自锁作用保持悬置，此时扫码器4-1扫描识别货物类别编号并根据设定程序确定该货物所要到的目的区域，计算结束后舵机3-1驱动机械爪3-3张开，此时小车继续向前运动一小段距离后停止，舵机3-1驱动机械爪3-3闭合完成货物的抓取，货物抓取后小车沿轨迹运动到计算出的目的区域，到达指定位置后停止移动。电机V1-9反向旋转使机械手3下降，货物到达指定高度时舵机3-1驱动机械爪3-3张开以放下货物完成一次搬运。若途中有狭小空间大角度的转弯则：当为左转弯时，小车左侧车轮反向旋转向后运动，右侧车轮正向旋转向前运动完成任意角度的向左原地转向，当为右转弯时，小车右侧车轮反向旋转向后运动，左侧车轮正向旋转向前运动完成任意角度的向右原地转向。若所要搬运的货物处于小空间墙角时，小车运动到其极限位置后仍不能使扫码器4-1扫描到货物编码，此时转向舵机1-10通电旋转使过渡板1-12发生水平方向的转动，从而使与过渡板1-12水平方向相对静止的机械手3和扫码器4-1发生水平方向内的转动直到扫码器4-1扫描到货物的识别编码。然后进行一系列的识别运算和抓取动作完成抓取。
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 (6)

1.一种自动识别货物的智能搬运小车，其特征在于：包括车体(1)、升降机构(2)、机械手(3)和辅助识别设备(4)；
所述车体(1)包括底盘(1-11)、四轮驱动机构、转向机构和过渡板(1-12)，四轮驱动机构和转向机构均安装在底盘(1-11)底部，四轮驱动机构用于驱动底盘(1-11)相对地面移动或转向，转向机构用于驱动过渡板(1-12)相对底盘(1-11)转动；转向机构包括转向舵机(1-10)和设置在底盘(1-11)上的弧形槽(1-16)，在过渡板(1-12)上设置有中心孔和螺钉(1-17)，转向舵机(1-10)的底座通过舵机固定支架(1-13)固定在底盘(1-11)上，转向舵机(1-10)的转动轴安装在过渡板(1-12)的中心孔内，过渡板(1-12)上的螺钉(1-17)设置在弧形槽(1-16)内，通过转向舵机(1-10)转动轴的转动带动过渡板(1-12)相对底盘(1-11)转动，通过弧形槽(1-16)和螺钉(1-17)实现导向和转动角度限定；
所述升降机构(2)包括导轨盖板(2-1)、丝杆(2-2)、滑块(2-3)、导柱(2-4)、升降驱动机构和万向轮(2-6)，丝杆(2-2)与滑块(2-3)组成丝杆螺母机构，在滑块(2-3)上设置有导向孔，导柱(2-4)穿过导向孔，导柱(2-4)的两端分别与导轨盖板(2-1)和过渡板(1-12)固定，丝杆(2-2)的两端通过轴承(2-8)分别与导轨盖板(2-1)和过渡板(1-12)连接；所述升降驱动机构包括相啮合的大齿轮(2-5)和小齿轮(1-15)，小齿轮(1-15)通过电机V(1-9)驱动，电机V(1-9)安装在底盘(1-11)底部；丝杆(2-2)的下端向下伸出过渡板(1-12)，伸出部分先通过蹄形结构与大齿轮(2-5)的中心连接，然后安装一个限位螺母(2-7)，最后在末端安装一个万向轮(2-6)，限位螺母(2-7)限制大齿轮(2-5)沿丝杆(2-2)轴向窜动，丝杆(2-2)蹄形结构限制大齿轮(2-5)沿丝杆(2-2)周向转动；
所述机械手(3)安装在滑块(2-3)上；
所述辅助识别设备(4)包括扫码器(4-1)、超声波传感器(4-2)、主控制芯片(4-3)、电池组(4-4)和电机驱动板(4-5)，扫码器(4-1)安装在机械手(3)上，超声波传感器(4-2)安装在过渡板(1-12)上，主控制芯片(4-3)、电池组(4-4)和电机驱动板(4-5)安装在底盘(1-11)，通过电机驱动板(4-5)驱动电机工作。
2.根据权利要求1所述的自动识别货物的智能搬运小车，其特征在于：所述四轮驱动机构包括前轮I(1-1)、前轮II、后轮I(1-2)、后轮II(1-3)、电机I(1-5)、电机II、电机III(1-6)、电机IV和电机固定支架(1-14)，前轮I(1-1)、前轮II、后轮I(1-2)和后轮II(1-3)分别安装在底盘(1-11)下方的前后左右位置，电机I(1-5)、电机II、电机III(1-6)和电机IV通过电机固定支架(1-14)安装在底盘(1-11)下方；电机I(1-5)驱动前轮I(1-1)，电机II驱动前轮II，电机III(1-6)驱动后轮I(1-2)，电机IV驱动后轮II(1-3)，底盘(1-11)通过前后左右位置车轮转速的差异实现差速转向。
3.根据权利要求1所述的自动识别货物的智能搬运小车，其特征在于：所述导轨盖板(2-1)和过渡板(1-12)与两个轴承(2-8)均采用外孔过盈配合的方式连接，丝杆(2-2)与两个轴承(2-8)均采用内孔过盈配合的方式连接。
4.根据权利要求1所述的自动识别货物的智能搬运小车，其特征在于：所述机械手(3)包括舵机(3-1)、U形钢架(3-2)和机械爪(3-3)，U形钢架(3-2)通过铆钉固定在滑块(2-3)上，舵机(3-1)的底座固定在U形钢架(3-2)内，机械爪(3-3)的两端分别与舵机(3-1)的转动轴和U形钢架(3-2)铰接。
5.根据权利要求1所述的自动识别货物的智能搬运小车，其特征在于：四轮驱动机构中的电机均采用直流减速电机，电机V(1-9)为直流步进电机。
6.根据权利要求1所述的自动识别货物的智能搬运小车，其特征在于：所述轴承(2-8)采用圆锥滚子轴承。
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