CN109571527B - 一种仓储拣货机器人的末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仓储拣货机器人的末端执行器，末端执行器设置在机械臂上，通过机械臂与机器人本体连接；其包括翻转机构、卡紧机构、抱紧机构和锁定机构；机械臂上设置有翻转机构和卡紧机构，抱紧机构与翻转机构和卡紧机构连接，并在抱紧机构末端设置有锁定机构；卡紧机构包括卡紧框架、第一驱动电机、丝杠滑台组和L型板；L型板由垂直卡紧手指和水平卡紧手指连接构成，丝杠滑台组由第一滑块和丝杠构成；卡紧框架与机械臂的滑块连接，位于卡紧框架顶部设置有第一驱动电机，第一驱动电机的输出端与位于卡紧框架内的丝杠连接；丝杠上设置有第一滑块，第一滑块与垂直卡紧手指固定连接。本发明避免了吸盘机械手漏气的风险，整体结构轻巧，提高搬运效率。

Description

一种仓储拣货机器人的末端执行器

技术领域

本发明涉及一种仓储物流技术领域，特别是关于一种仓储拣货机器人的末端执行器。

背景技术

仓储是现代物流的一个重要组成部分，在物流***中起着至关重要的作用，是厂商研究和规划的重点。高效合理的仓储可以帮助厂商加快物资流动的速度，降低成本，保障生产的顺利进行，并可以实现对资源有效控制和管理。仓储的发展经历了不同的历史时期和阶段，从原始的人工仓储到智能仓储，通过各种高新技术对仓储的支持，仓储的效率得到了大幅度的提高。随着仓储技术的不断发展，对于货物的快速拆解以及高效搬运的需求越来越大。所以市场上出现了各种仓储拣货机器人，大多数都是采用吸盘式末端执行器。但是吸盘式末端执行器有其自身的缺点，比如气动装置复杂沉重，尤其在机器人上必须得放有沉重的真空泵或者空气压缩机以提供负压或者正压，而真空泵和空气压缩机消耗电能巨大，不是一般电池所能满足，如果采用线路供电，拖拉着冗长的线路会造成机器人的行动不便。真实情况下，箱子的吸附面可能会有突起和缝隙，所以漏气也是一个安全隐患。

发明内容

针对上述吸盘式末端执行器存在的缺陷问题，本发明的目的是提供一种仓储拣货机器人的末端执行器，其依靠电机作为驱动装置，大大减轻了驱动***的重量。同时，也避免了漏气造成吸盘机械手抓取失败的风险，使得机器人整体结构轻巧，提高搬运效率。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种仓储拣货机器人的末端执行器，所述末端执行器设置在机械臂上，通过所述机械臂与机器人本体连接；其包括翻转机构、卡紧机构、抱紧机构和锁定机构；所述机械臂上设置有所述翻转机构和卡紧机构，所述抱紧机构与所述翻转机构和卡紧机构连接，并在所述抱紧机构末端设置有所述锁定机构；所述卡紧机构包括卡紧框架、第一驱动电机、丝杠滑台组和L型板；所述L型板由垂直卡紧手指和水平卡紧手指连接构成，所述丝杠滑台组由第一滑块和丝杠构成；所述卡紧框架与所述机械臂的滑块连接，位于所述卡紧框架顶部设置有所述第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端与位于所述卡紧框架内的所述丝杠连接；所述丝杠上设置有所述第一滑块，所述第一滑块与所述垂直卡紧手指固定连接。

进一步，所述翻转机构包括L型连接板、蜗轮蜗杆减速器、第二驱动电机和弯臂；所述弯臂采用L型结构；所述L型连接板的垂直板与所述机械臂的滑块连接，所述L型连接板的水平板末端上设置有所述蜗轮蜗杆减速器，位于所述蜗轮蜗杆减速器上部设置有所述第二驱动电机；所述蜗轮蜗杆减速器的中心轴与所述弯臂一端连接，所述弯臂另一端与所述卡紧机构中的所述卡紧框架侧壁连接。

进一步，所述L型连接板上设置有加强板。

进一步，所述抱紧机构包括连接板、第一步进电机、第二步进电机、第一丝杠、第二丝杠、第一同步带、第二滑块、第二同步带、第三滑块和链条；所述连接板底部与所述卡紧机构的水平卡紧手指顶部滑动连接，位于靠近所述机械臂一侧的所述连接板端部设置有与其对应的安装板，该安装板上设置有所述第一步进电机和第二步进电机；所述第一步进电机的输出轴通过所述第一同步带与所述第一丝杠一端连接，带动设置在所述第一丝杠上的所述第二滑块沿所述第一丝杠进行移动，所述连接板上部与所述第二滑块连接，由所述第二滑块带动所述连接板进行移动；所述第二步进电机的输出轴通过所述第二同步带与所述第二丝杠一端连接，带动设置在所述第二丝杠上的所述第三滑块沿所述第二丝杠进行移动；位于所述第三滑块的两端分别设置有一所述链条，由所述第三滑块带动所述链条在所述连接板上进行滑动。

进一步，所述第二步进电机、第二丝杠和第三滑块构成第二丝杠滑台组，所述第一步进电机、第一丝杠和第二滑块构成的第一丝杠滑台组；所述第一丝杠滑台组和第二丝杠滑台组沿所述连接板长度方向垂直平行设置。

进一步，所述链条由多个链节组成，用作抱紧手指。

进一步，所述相邻两个所述链节通过穿轴相互贯穿，所述穿轴的轴端由轴端挡圈进行固定。

进一步，相邻的两个所述链节的相对转角在0～90度之间。

进一步，所述锁定机构设置为两个，分别设置在所述抱紧机构的第三滑块两端。

进一步，每个所述锁定机构都包括一个第四滑块、两个滑道、四个电磁铁支架、四个电磁铁和一个钢片；两个所述滑道平行固定在所述第三滑块端部，所述第四滑块沿所述滑道上下滑动，所述钢片连接在所述第四滑块顶部，并在所述钢片上设置有与所述滑道配合的通孔；所述电磁铁支架固定在所述滑道上下两端的外侧面，4个所述电磁铁固定在所述电磁铁支架上，用于吸附固定在所述第四滑块上的所述钢片。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用由卡紧机构、翻转机构、抱紧机构组成的末端执行器，可以模仿人手动作，实现从密集堆放在托盘上没有缝隙的箱式货垛中将单件货物拆解出来。该功能可以完全替代人力操作，大大降低劳动强度。2、本发明的卡紧机构、翻转机构、抱紧机构，通过驱动机构改变各自的长度，可以适应针对不同尺寸大小的货物进行拆解。3、本发明的链条机构取代了直接采用丝杠滑台组充当抱紧手指，这样可以变垂直的高度为水平的长度，进而大大减小结构整体厚度，紧凑性提高。4、本发明的丝杠滑台组中对于丝杠的驱动采用同步带驱动，大大减小了电机对于整体厚度的制约性，两组丝杠滑台组共4根光杠在同一个水平面放置，也大大提高了紧凑性。

附图说明

图1是本发明空负载时的整体结构示意图；

图2是本发明带有负载工作时的整体结构示意图；

图3是本发明的卡紧机构(L型板)卡紧箱子时的结构示意图；

图4是本发明的翻转机构(弯臂)翻转动作时的轴测图；

图5是本发明的翻转机构(弯臂)翻转动作时的右视图；

图6是本发明的抱紧机构(链条)抱紧动作的结构示意图；

图7是本发明的抱紧机构(链条)下滑时的结构示意图；

图8是本发明的抱紧机构中关键两丝杠滑台组的垂直排列结构示意图；

图9是本发明的链条整体结构示意图；

图10是本发明的链条相邻两个链节的结构示意图；

图11是本发明的链条相邻的两个链节相对转动到处于平行状态时结构示意图；

图12是本发明的链条相邻的两个链节相对转动到处于垂直状态时结构示意图；

图13是本发明的锁定机构的结构原理示意图；

图14是本发明的抱紧机构整体结构的俯视图。

具体实施方式

在日常生活中在搬箱子的时候最少要夹紧箱子相对的两个表面，但是箱子是在货堆上的，箱子的后表面是隐藏起来的，并不能够直接作用这个表面，所以为了将这个表面暴露出来，就需要将箱子进行翻转，使当前的箱子的后表面离开后面的箱子的前表面，这时，便可以利用生活中的规律常识，将箱子的相对两个表面夹紧，进而搬起箱子。本发明的携带夹持式末端行器利用三根手指可以实现卡紧，翻转，抱紧三步动作，其中两根手指实现卡紧和翻转动作，另一根手指实现抱紧动作。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明提供一种仓储拣货机器人的末端执行器，用于立式高架库中需要将码放整齐且紧密无间隙的箱式货物，从货物托盘中进行拆解和搬运。本发明的末端执行器设置在机械臂1上，通过机械臂1与机器人本体连接；本发明包括翻转机构2、卡紧机构3、抱紧机构4和锁定机构5。机械臂1上设置有翻转机构2和卡紧机构3，抱紧机构4与翻转机构2和卡紧机构3连接，并在抱紧机构4末端设置有锁定机构5。

在一个优选的实施例中，机械臂1是连接末端执行器和机器人本体的重要机构，可以进行独立设计；由于本发明只针对末端执行器，所以对于机械臂1采用了丝杠滑台组结构，目的是模拟机械臂的升降来控制末端执行器的高度。使用时，首先通过机械臂1的升降来带动末端执行器找准对齐货堆中的箱子的大***置。

在一个优选的实施例中，如图3所示，卡紧机构3包括卡紧框架31、第一驱动电机32、丝杠滑台组33和L型板34；其中，L型板34由垂直卡紧手指341和水平卡紧手指342连接构成；丝杠滑台组33由第一滑块331和丝杠构成。卡紧框架31与机械臂1的滑块连接，位于卡紧框架31顶部设置有第一驱动电机32，第一驱动电机32的输出端与位于卡紧框架31内的丝杠连接。丝杠上设置有第一滑块331，第一滑块331与垂直卡紧手指341固定连接，用于带动垂直卡紧手指341进行上下移动。

使用时，卡紧动作是由L型板34的垂直卡紧手指341和水平卡紧手指342紧紧贴合箱子6的上表面和与上表面相邻的前表面，L型板34的垂直卡紧手指341和水平卡紧手指342构成90度角将箱子6的两垂直面卡紧，进而实现卡紧箱子6的相邻两个表面。同时，L型板34也连接在丝杠滑台组的第一滑块331上，所以L型板34可以实现上下运动，目的是为了调节L型板34的高度以对应箱子6的高度。

在一个优选的实施例中，如图4、图5所示，翻转机构2包括L型连接板21、蜗轮蜗杆减速器22、第二驱动电机23和弯臂24；弯臂24采用L型结构。L型连接板21的垂直板与机械臂1的滑块连接，L型连接板21的水平板末端上设置有蜗轮蜗杆减速器22，位于蜗轮蜗杆减速器22上部设置有第二驱动电机23。蜗轮蜗杆减速器22的中心轴与弯臂24一端连接，且蜗轮蜗杆减速器22的中心轴与箱子6的中心呈对应设置，以便于将箱子6进行翻转；弯臂24另一端与卡紧机构3中的卡紧框架31侧壁连接。

使用时，翻转动作是由蜗轮蜗杆减速器22驱动弯臂24以蜗轮蜗杆减速器22中心轴为圆心进行回转运动，进而间接带动卡紧机构3夹紧箱子6进行翻转动作，使得箱子6左侧垂直面和下侧水平面具有一定的距离，如图5所示。

上述实施例中，位于L型连接板21上还设置有加强板25，用于加强位于蜗轮蜗杆减速器22下面的水平板的刚度，由于水平板受力较大，通过加强板25可以防止其较大变形。

在一个优选的实施例中，如图6～图8所示，抱紧机构4包括连接板41、第一步进电机42、第二步进电机43、第一丝杠、第二丝杠、第一同步带44、第二滑块45、第二同步带46、第三滑块47和链条48；链条48由多节链节481组成，用作抱紧手指；第二步进电机、第二丝杠和第三滑块构成第二丝杠滑台组，第一步进电机、第一丝杠和第二滑块构成的第一丝杠滑台组。

连接板41底部与卡紧机构3的水平卡紧手指342顶部滑动连接，位于靠近机械臂1一侧的连接板41端部设置有与其对应的安装板，该安装板上设置有第一步进电机42和第二步进电机43。第一步进电机42的输出轴通过第一同步带44与第一丝杠一端连接，进而带动设置在第一丝杠上的第二滑块45沿第一丝杠进行水平移动，连接板41上部与第二滑块45连接，由第二滑块45带动连接板进行水平移动。第二步进电机43的输出轴通过第二同步带46与第二丝杠一端连接，进而带动设置在第二丝杠上的第三滑块47沿第二丝杠进行移动；链条48通过自身重力与箱子6后表面紧密贴合，位于第三滑块47的两端分别设置有一链条48，由第三滑块47带动链条48在连接板41上进行滑动，进而改变链条48与箱子6后表面紧密贴合的长度。

使用时，抱紧动作是由两个丝杠滑台组、链条48和锁定机构5协调完成。由第一步进电机42带动连接板41前移，使链条48的下落点与箱子6的后表面吻合，这样箱子6的前后相对的两个表面和上表面都已经紧紧贴合三个手指，所以对箱子6的拾取和搬运就变得轻而易举；第一步进电机42和第二滑块45的作用是为了适应不同的箱子尺寸的大小，将链条48的下滑点合理的安排在箱子6的后表面处，同时在回拉时实现对箱子6的抱紧。链条48在未伸出状态下是平躺在连接板41的上表面上，链条48的后端连接在第三滑块47上，第二步进电机43转动带动第三滑块47前移，使第三滑块47带着链条48慢慢前移滑出连接板41，实现链条48伸出，滑出链节481由于重力作用会沿着箱子6的表面下滑，直至下滑到合适的位置；如图7所示为链条滑出时的状态，链条滑出动作正好是在翻转之后与垂直面11留出的缝隙之间进行的，图中12为水平面。

其中，第一丝杠滑台组和第二丝杠滑台组沿连接板41长度方向垂直平行设置；第一丝杠滑台组以及第二丝杠滑台组均采用步进电机带动同步带进而驱动丝杠的。这样做可以充分利用冗余的空间来装电机，如果两个电机直接装在丝杠上，那么最小的厚度也需要两个电机垂直放置的厚度，这样会制约整体结构的紧凑性。利用同步带进行传动则化解了这个缺陷，将两个电机水平放置则整体的厚度不会受到电机的制约。整体结构的紧凑性和美观性也大大提高。位于下面的第一丝杠滑台组可以带动位于上面的第二丝杠滑台组进行前后移动，找准链条48的下落位置，上面的第二丝杠滑台组是为了将链条伸出与缩进。两个丝杠滑台组的厚度是以两个滑块的厚度为基准的，这样就实现了整体厚度达到最薄的极限状态。故两个丝杠滑台组的外观较常见丝杠滑台组有很大差别。

上述实施例中，如图9～图12所示，链条48由多个链节481组成。相邻两个链节481通过穿轴482相互贯穿，穿轴482的轴端由轴端挡圈483进行固定。如图11所示，当相邻的两个链节481相对转动到处于平行状态时，两个链节481的相邻两后接触面4811和面4812会贴合，相邻的两前接触面4813和面4814会贴合，贴合之后就会限制两个链节481相对转动。如图12所示，当相邻的两个链节481相对转动到处于垂直状态时，两个链节481的相邻前端面4815和面4816会贴合，相邻前部侧端面4817和面4818会贴合，贴合之后同样会限制两个链节481的相对转动，所以相邻的两个链节481的相对转角在0～90度之间。

在一个优选的实施例中，如图13所示，锁定机构5作用是为了将伸出的链条48锁紧，使之在收紧的过程中不会被箱子6的反作用力弹开。锁定机构5设置为两个，分别设置在抱紧机构4的第三滑块47两端，与链条48对应设置。每个锁定机构5都包括一个第四滑块52、两个滑道51、四个电磁铁支架54、四个电磁铁55和一个钢片53。两个滑道51平行固定在第三滑块47端部，第四滑块52沿滑道51上下滑动，钢片53连接在第四滑块52顶部，并在钢片53上设置有与滑道51配合的通孔；电磁铁支架54固定在滑道51上下两端的外侧面，4个电磁铁55固定在电磁铁支架54上，用于吸附固定在第四滑块52上的钢片53。使用时，将位于下部的两个电磁铁55通电，将钢片53吸下，则第四滑块52会随着钢片53下移至最下端。要注意的是，这时第四滑块52与链条48之间是有缝隙的。当第四滑块52在上端时，就可以释放最上端的链节481，这时链条48就可以收回。

上述实施例中，如图13所示，第四滑块52下移至最下端的目的就是为了挡住链条48后面的一节链节481，让其不能够转动，根据上述的链条的工作原理只要锁住最上端的链节481，那么在受到箱子6的反作用力时后面的链节481则会依次与前一链节481保持平行状态，如图14所示的缝隙10(即第四滑块52与链条48之间的缝隙)就需要下面的动作进行补偿：为第二步进电机43驱动第二同步带46带动第三滑块47向前移动，直至链条48端面30移动到第四滑块52端面20处，使两者紧紧的贴合，这样会使得链条48和箱子6的表面存在缝隙。所以为第一步进电机42驱动第一同步带44带动第二滑块45向后移动，进而使得这个缝隙消除。最终达到链条48夹在箱子6表面和第四滑块52中间处动弹不得。

综上，末端执行器已经将箱子6抱紧，之后由机器人携带箱子6运送到指定位置卸载。卸载的步骤按照抱紧箱子的动作进行反动作即可。

本发明采用链条48充当了第三根手指(抱紧手指)，如果仅仅是为了充当手指的作用，也可以不必设计成一个复杂的链条结构，利用丝杠滑台组将一块平板***也可以实现充当手指的作用。但是这样会由于丝杠滑台组具有较长的行程，大大增加末端执行器的高度，使之非常的不紧凑，观赏性也随之降低，高度的增加也限制了真实工况条件。所以本发明采用链条48将采用丝杠滑台组产生的多余高度状变为水平方向的长度，由于链条48的独特结构使链条48的每一节都可以相对相邻的另一节旋转90度，这样伸出的链条48的每一节由于重力的作用就会下垂，链条48整体的结构呈现出L型的状态。但是如果在链条48下垂到合适的位置时就进行回拉抱紧链条就会被箱子6的反作用力弹开，此时需要用到锁定机构5来处理，由于链条48的结构设计，当锁定最上端的链节481让它不能够转动时，那么后面的链节481则会自锁，使链条48不能够被回拉抱紧时箱子6的反作用弹开。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种仓储拣货机器人的末端执行器，所述末端执行器设置在机械臂上，通过所述机械臂与机器人本体连接；其特征在于：包括翻转机构、卡紧机构、抱紧机构和锁定机构；所述机械臂上设置有所述翻转机构和卡紧机构，所述抱紧机构与所述翻转机构和卡紧机构连接，并在所述抱紧机构末端设置有所述锁定机构；

所述卡紧机构包括卡紧框架、第一驱动电机、丝杠滑台组和L型板；所述L型板由垂直卡紧手指和水平卡紧手指连接构成，所述丝杠滑台组由第一滑块和丝杠构成；所述卡紧框架与所述机械臂的滑块连接，位于所述卡紧框架顶部设置有所述第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端与位于所述卡紧框架内的所述丝杠连接；所述丝杠上设置有所述第一滑块，所述第一滑块与所述垂直卡紧手指固定连接；

所述抱紧机构包括连接板、第一步进电机、第二步进电机、第一丝杠、第二丝杠、第一同步带、第二滑块、第二同步带、第三滑块和链条；

所述连接板底部与所述卡紧机构的水平卡紧手指顶部滑动连接，位于靠近所述机械臂一侧的所述连接板端部设置有与其对应的安装板，该安装板上设置有所述第一步进电机和第二步进电机；所述第一步进电机的输出轴通过所述第一同步带与所述第一丝杠一端连接，带动设置在所述第一丝杠上的所述第二滑块沿所述第一丝杠进行移动，所述连接板上部与所述第二滑块连接，由所述第二滑块带动所述连接板进行移动；所述第二步进电机的输出轴通过所述第二同步带与所述第二丝杠一端连接，带动设置在所述第二丝杠上的所述第三滑块沿所述第二丝杠进行移动；位于所述第三滑块的两端分别设置有一所述链条，由所述第三滑块带动所述链条在所述连接板上进行滑动。

2.如权利要求1所述末端执行器，其特征在于：所述翻转机构包括L型连接板、蜗轮蜗杆减速器、第二驱动电机和弯臂；所述弯臂采用L型结构；所述L型连接板的垂直板与所述机械臂的滑块连接，所述L型连接板的水平板末端上设置有所述蜗轮蜗杆减速器，位于所述蜗轮蜗杆减速器上部设置有所述第二驱动电机；所述蜗轮蜗杆减速器的中心轴与所述弯臂一端连接，所述弯臂另一端与所述卡紧机构中的所述卡紧框架侧壁连接。

3.如权利要求2所述末端执行器，其特征在于：所述L型连接板上设置有加强板。

4.如权利要求1所述末端执行器，其特征在于：所述第二步进电机、第二丝杠和第三滑块构成第二丝杠滑台组，所述第一步进电机、第一丝杠和第二滑块构成的第一丝杠滑台组；所述第一丝杠滑台组和第二丝杠滑台组沿所述连接板长度方向垂直平行设置。

5.如权利要求1或4所述末端执行器，其特征在于：所述链条由多个链节组成，用作抱紧手指。

6.如权利要求5所述末端执行器，其特征在于：相邻两个所述链节通过穿轴相互贯穿，所述穿轴的轴端由轴端挡圈进行固定。

7.如权利要求5所述末端执行器，其特征在于：相邻的两个所述链节的相对转角在0～90度之间。

8.如权利要求1所述末端执行器，其特征在于：所述锁定机构设置为两个，分别设置在所述抱紧机构的第三滑块两端。

9.如权利要求8所述末端执行器，其特征在于：每个所述锁定机构都包括一个第四滑块、两个滑道、四个电磁铁支架、四个电磁铁和一个钢片；两个所述滑道平行固定在所述第三滑块端部，所述第四滑块沿所述滑道上下滑动，所述钢片连接在所述第四滑块顶部，并在所述钢片上设置有与所述滑道配合的通孔；所述电磁铁支架固定在所述滑道上下两端的外侧面，4个所述电磁铁固定在所述电磁铁支架上，用于吸附固定在所述第四滑块上的所述钢片。

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