CN109760010A - 一种多功能搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能搬运机器人，包括车架、设于车架内侧的车架驱动部分、分别设于车架上部前端和车架上部后端的顶升部分、设于车架中部的具有可更换末端执行器的抓取部分；顶升部分能够搬运尺寸较大或较重货物，抓取部分则可根据需求更换末端执行器，从而能够抓取不同形状或者重量的物件。本发明带有顶升部分和抓取部分两个结构，与现有搬运机器人相比，增加了一种工作模式，无需更换机器人即可完成顶升和抓取两项工作，具有一定的通用性。

Description

一种多功能搬运机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种多功能搬运机器人。

背景技术

智能搬运机器人主要是实现从起始点到目标点的货物搬运，目前大多数搬运机器人的功能较为单一，只能搬运一种货物，但是在实际的工厂中，大多数都会在不同场合搬运不同的货物，另外有时会需要同时搬运两种不同的货物，或者需要将某个货架上的物品分发到不同的地点，这些过程一般只能通过使用两种以上不同类型的机器人来配合完成工作，而且工位越多，需要的机器人也越多，造成机器人浪费严重。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种多功能搬运机器人，旨在解决现有搬运机器人功能单一的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是提供一种多功能搬运机器人，包括车架、设于车架内侧的车架驱动部分、分别设于车架上部前端和车架上部后端的顶升部分，设于车架中部的抓取部分；

车架整体为方形，包括前竖板、后竖板、左竖板、右竖板、左电机安装板、右电机安装板、顶升部分支撑板、顶升部分支撑柱；车架驱动部分包括车轮和车轮驱动部分；顶升部分包括两个顶升模块、两个链轮、一个链条、一个顶升电机、一个顶升电机安装座；抓取部分，包括机械臂顶升模块、固定于机械臂顶升模块上方的机械臂平移模块、固定在机械臂平移模块中的可平移部件上的机械臂抓取模块，机械臂抓取模块为多自由度的机械臂，其末端连接有可进行更换的末端执行器，用于实现多功能搬运机器人抓取不同物料的功能。

进一步，所述前竖板是位于前端的L形板，后竖板是位于后端的L形板，左竖板是一个位于车架最左端、前后两端分别固定在前竖板和后竖板上的L型平板，右竖板是一个位于车架最右端、前后两端分别固定在前竖板和后竖板上的L型平板，左电机安装板是一个位于车架内侧靠左部、前后两端分别竖直固定在前竖板和后竖板上的L型平板，左电机安装板中部上端开有弧形孔，右电机安装板是一个位于车架内侧靠右部、前后两端分别竖直固定在前竖板和后竖板上的L型平板，顶升部分支撑板有两个，顶升部分支撑板是分别水平固定于车架前端和车架后端的L型板，顶升部分支撑柱有四个，均是上端有螺纹的实心承重柱，两个顶升部分支撑柱分别竖直固定于左电机安装板的侧面前半部和后半部，另外两个顶升部分支撑柱分别竖直固定于右电机安装板的侧面前半部和后半部。

进一步，所述车轮驱动部分包括驱动轮电机、第一齿轮、第二齿轮、驱动轮轴、驱动轮轴承、驱动轮轴承安装架、车轮挡圈、齿轮挡圈；

所述驱动轮电机有四个，两个驱动轮电机通过螺栓连接安装在左电机安装板的内侧前半部分和内侧后半部分，另外两个驱动轮电机通过螺栓连接安装在右电机安装板的内侧前半部分和内侧后半部分，第一齿轮有四个，分别固定在驱动轮电机轴上，第二齿轮有四个，分别固定在驱动轮轴上，第二齿轮与第一齿轮相啮合，第二齿轮一侧紧贴在驱动轮轴的轴肩上，另一侧紧贴在齿轮挡圈上，所述车轮有四个，车轮通过键连接在驱动轮轴上，驱动轮轴的两端分别置于驱动轮轴承的内圈，驱动轮轴承内圈紧贴在驱动轮轴的轴肩上，驱动轮轴承外圈紧贴在驱动轮轴承安装架上，驱动轮轴承安装架固定在左竖板、右竖板、左电机安装板和右电机安装板上，车轮挡圈、齿轮挡圈固定在驱动轮轴上的沟槽内。

进一步，两个顶升模块包括顶升模块外壳、顶升模块外壳顶板、蜗杆、顶升部分蜗杆轴承、顶升模块蜗杆轴承安装座、蜗轮、顶升模块内螺纹阶梯轴、下深沟球轴承、垫片、推力球轴承、U型圈、上深沟球轴承、顶升模块防尘顶板、导升杆、顶升板、丝杆；

所述顶升模块外壳螺栓连接在顶升部分支撑柱上，顶升模块外壳的下端平板部分固定在顶升部分支撑板上，顶升电机安装座螺栓连接在顶升模块外壳的下端平板部分上，顶升电机水平固定在顶升电机安装座上，链轮键连接在顶升电机轴上，链条与两个链轮相啮合；

顶升模块外壳顶板固定在顶升模块外壳上，顶升模块外壳顶板开有两个大小不同的通孔和四个螺纹孔，较大通孔用于通过丝杆，较小通孔用于通过导升杆，四个螺纹孔用于螺纹连接顶升模块防尘顶板和顶升模块外壳顶板；

所述蜗杆与顶升电机的轴销连接，蜗杆用顶升部分蜗杆轴承支撑，顶升部分蜗杆轴承外圈紧靠在顶升模块蜗杆轴承安装座上，顶升部分蜗杆轴承内圈紧靠在蜗杆轴肩上，顶升模块蜗杆轴承安装座固定在顶升模块外壳上，蜗轮与蜗杆在水平方向相啮合；

蜗轮上端面紧靠U形圈下表面，U形圈上表面紧贴在上深沟球轴承内圈下端，上深沟球轴承的外圈上端紧靠在顶升模块防尘顶板下表面，顶升模块防尘顶板螺纹连接在顶升模块外壳上表面，蜗轮下端面紧靠在顶升模块内螺纹阶梯轴的轴肩上端面，下深沟球轴承的内圈上端紧靠在顶升模块内螺纹阶梯轴的轴肩下端面，下深沟球轴承的内圈下端紧靠在垫片上端，垫片下端紧靠在推力球轴承上表面，推力球轴承下表面紧靠在顶升模块外壳上，丝杆穿过顶升模块内螺纹阶梯轴，丝杆与顶升模块内螺纹阶梯轴螺纹连接，顶升板焊接在丝杆顶部，用于顶升货物，导升杆竖直设置，导升杆顶部焊接在顶升板下表面，导升杆穿过顶升模块外壳顶板上端的通孔。

进一步，所述机械臂顶升模块包括机械臂顶升驱动电机、机械臂顶升机构，机械臂平移模块包括机械臂平移电机、机械臂平移电机安装座、平移电机联轴器、导向杆安装座、移动台，平移丝杆、平移导向杆、机械臂平移底架，机械臂抓取模块包括机械臂转台底座、机械臂转台、机械臂肩部、机械臂大臂、机械臂肘部、机械臂小臂、机械臂腕部、末端执行器；

机械臂顶升驱动电机水平放置在左电机安装板中部的弧形孔内，机械臂顶升驱动电机轴销连接在机械臂顶升机构内的蜗杆上，机械臂顶升机构与顶升部分中的顶升模块结构相同；

机械臂平移底架固定在机械臂顶升机构中的顶升板上，机械臂平移电机安装座固定在机械臂平移底架的上面左端，机械臂平移电机螺栓连接在机械臂平移电机安装座上，平移丝杆通过平移电机联轴器与机械臂平移电机同轴安装，导向杆安装座有两个，分别固定在机械臂平移底架的上表面左右两端，导向杆安装座的左部、中部和右部位置均开有通孔，移动台的左部、中部和右部位置均开有通孔，平移丝杆穿过两个导向杆安装座和移动台的中部通孔，平移导向杆有两个，平行分布于平移丝杆两侧，两个平移导向杆分别销连接在两个导向杆安装座左部、右部的对应通孔内，两个平移导向杆分别穿过移动台左部、右部的通孔，移动台下表面与机械臂平移底架通过油膜润滑接触，移动台通过平移丝杆在两个导向杆安装座之间平移；

所述机械臂转台底座固定在移动台上，机械臂转台固定在机械臂转台底座顶端伸出的可转动圆盘上，机械臂肩部固定在机械臂转台上，机械臂大臂一端连接于机械臂肩部的转动副上，机械臂大臂的另一端连接于机械臂肘部的转动副上，机械臂小臂的一端连接于机械臂肘部的旋转轴上，机械臂小臂的另一端连接于机械臂腕部的转动副上，机械臂腕部上固定有末端执行器，机械臂抓取模块上的每个可动部位都由电机驱动。

进一步，所述顶升模块外壳是一个下部设置有平板部分、上部为一个近似方形的壳体，顶升模块外壳的下部平板上开有螺纹孔，用于螺纹连接顶升模块外壳和顶升部分支撑板，顶升模块外壳的壳体上下开有两个同心通孔，用于通过蜗杆，顶升模块外壳的壳体一侧开有四个螺纹孔，用于固定顶升模块蜗杆轴承安装座。

进一步，所述车轮为麦克纳姆轮，用于实现多功能搬运机器人的全方位移动，顶升板上设置有防滑材料，用于防止多功能搬运机器人搬运货物时货物出现滑移问题。

进一步，所述末端执行器为一对电动平行夹爪，主要用于抓取重量较小的物料。

进一步，所述末端执行器为电磁吸盘，主要用于吸附铁质类工件。

进一步，所述末端执行器为真空吸盘，主要用于吸附表面较为平整的物料。

本发明的有益效果是：本发明整体结构高度较低，有利于行使至货架底部，顶升货架，将货架运送至指定位置；在本发明顶升货架的同时，机械臂抓取模块可以抓取较小的物料一起进行运送，实现顶升和抓取两种功能并存；在本发明顶升货架运送过程中，机械臂抓取模块可以根据现场需求将货架上的不同物品放置到不同位置，实现物品分发功能，或者将工作现场不同位置的物品抓取到货架上，实现物品拾取功能。另外，抓取部分中的机械臂顶升模块和机械臂平移模块，加大了机械臂抓取模块的工作范围空间。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的底盘结构示意图；

图3为本发明的车轮安装示意图；

图4为本发明的顶升部分整体示意图；

图5为本发明的顶升模块内部示意图；

图6为本发明的顶升模块蜗杆处剖视图；

图7为本发明的抓取部分整体结构示意图；

图8为本发明的抓取部分内部结构示意图；

图9为本发明顶升模块外壳示意图；

图10为本发明的带有电磁吸盘的机械臂抓取模块示意图；

图11为本发明的电动平行夹爪示意图；

图12为本发明的真空吸盘示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、车架；2、车架驱动部分；3、顶升部分；4、抓取部分；1-1、前竖板；1-2、后竖板；1-3、左竖板；1-4、右竖板；1-5、左电机安装板；1-6、右电机安装板；1-7、顶升部分支撑板；1-8、顶升部分支撑柱；2-1、驱动轮电机；2-2、第一齿轮；2-3、第二齿轮；2-4、驱动轮轴；2-5、驱动轮轴承；2-6、车轮； 2-7、车轮挡圈；2-8、齿轮挡圈；2-9、驱动轮轴承安装架；3-1、顶升模块外壳；3-2、顶升模块外壳顶板；3-3、顶升电机安装座；3-4、顶升电机；3-5、链轮；3-6、链条；3-7、蜗杆；3-8、顶升部分蜗杆轴承；3-9、顶升模块蜗杆轴承安装座；3-10、蜗轮；3-11、顶升模块内螺纹阶梯轴；3-12、下深沟球轴承；3-13、垫片；3-14、推力球轴承；3-15、U型圈；3-16、上深沟球轴承；3-17、顶升模块防尘顶板；3-18、导升杆；3-19、顶升板；3-20、丝杆；4-1、机械臂顶升驱动电机；4-2、机械臂平移电机；4-3、机械臂平移电机安装座；4-4、平移电机联轴器；4-5、导向杆安装座；4-6、移动台；4-7、平移丝杆；4-8、平移导向杆；4-9、机械臂平移底架；4-10、机械臂转台底座；4-11、机械臂转台；4-12、机械臂肩部；4-13、机械臂大臂；4-14、机械臂肘部；4-15、机械臂小臂；4-16、机械臂腕部；4-17、末端执行器；401、机械臂顶升模块；402、机械臂平移模块；403、机械臂抓取模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，“多自由度”的含义是至少两个自由度，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明的整体结构示意图，包括车架1、设于车架内侧的车架驱动部分2、分别设于车架上部前端和车架上部后端的顶升部分3，设于车架中部的抓取部分4。

车架1整体为方形，包括前竖板1-1、后竖板1-2、左竖板1-3、右竖板1-4、左电机安装板1-5、右电机安装板1-6、顶升部分支撑板1-7、顶升部分支撑柱1-8；车架驱动部分2包括车轮2-6和车轮驱动部分；顶升部分3包括两个顶升模块、两个链轮3-5、一个链条3-6、一个顶升电机3-4、一个顶升电机安装座3-3；抓取部分4，包括机械臂顶升模块401、固定于机械臂顶升模块401上方的机械臂平移模块402、固定在机械臂平移模块402中的可平移部件上的机械臂抓取模块403，机械臂抓取模块403为多自由度的机械臂，其末端连接有可进行更换的末端执行器，用于实现多功能搬运机器人抓取不同物料的功能。

如图2所示，前竖板1-1是位于前端的L形板，后竖板1-2是位于后端的L形板，左竖板1-3是一个位于车架1最左端、前后两端分别固定在前竖板1-1和后竖板1-2上的L型平板，右竖板1-4是一个位于车架1最右端、前后两端分别固定在前竖板1-1和后竖板1-2上的L型平板，左电机安装板1-5是一个位于车架1内侧靠左部、前后两端分别竖直固定在前竖板1-1和后竖板1-2上的L型平板，左电机安装板中部上端开有弧形孔，右电机安装板1-6是一个位于车架内侧靠右部、前后两端分别竖直固定在前竖板1-1和后竖板1-2上的L型平板，顶升部分支撑板1-7有两个，顶升部分支撑板1-7是分别水平固定于车架1前端和车架后端的L型板，顶升部分支撑柱1-8有四个，均是上端有螺纹的实心承重柱，两个顶升部分支撑柱1-8分别竖直固定于左电机安装板1-5的侧面前半部和后半部，另外两个顶升部分支撑柱1-8分别竖直固定于右电机安装板1-6的侧面前半部和后半部。

如图2、图3所示，车轮驱动部分包括驱动轮电机2-1、第一齿轮2-2、第二齿轮2-3、驱动轮轴2-4、驱动轮轴承2-5、车轮挡圈2-7、齿轮挡圈2-8、驱动轮轴承安装架2-9。

驱动轮电机2-1有四个，两个驱动轮电机2-1通过螺栓连接安装在左电机安装板1-5的内侧前半部分和内侧后半部分，另外两个驱动轮电机2-1通过螺栓连接安装在右电机安装板1-6的内侧前半部分和内侧后半部分，第一齿轮2-2有四个，分别固定在驱动轮电机2-1轴上，第二齿轮2-3有四个，分别固定在驱动轮轴2-4上，第二齿轮2-3与第一齿轮2-2相啮合，第二齿轮2-3一侧紧贴在驱动轮轴2-4的轴肩上，另一侧紧贴在齿轮挡圈2-8上，所述车轮2-6有四个，车轮2-6通过键连接在驱动轮轴2-4上，驱动轮轴2-4的两端分别置于驱动轮轴承2-5的内圈，驱动轮轴承2-5内圈紧贴在驱动轮轴2-4的轴肩上，驱动轮轴承2-5外圈紧贴在驱动轮轴承安装架2-9上，驱动轮轴承安装架2-9固定在左竖板1-3、右竖板1-4、左电机安装板-5和右电机安装板1-6上，车轮挡圈2-7、齿轮挡圈2-8固定在驱动轮轴2-4上的沟槽内。

如图4、图5、图6所示，两个顶升模块包括顶升模块外壳3-1、顶升模块外壳顶板3-2、蜗杆3-7、顶升部分蜗杆轴承3-8、顶升模块蜗杆轴承安装座3-9、蜗轮3-10、顶升模块内螺纹阶梯轴3-11、下深沟球轴承3-12、垫片3-13、推力球轴承3-14、U型圈3-15、上深沟球轴承3-16、顶升模块防尘顶板3-17、导升杆3-18、顶升板3-19、丝杆3-20。

所述顶升模块外壳3-1螺栓连接在顶升部分支撑柱1-8上，顶升模块外壳的下端平板部分固定在顶升部分支撑板1-7上，顶升电机安装座3-3螺栓连接在顶升模块外壳3-1的下端平板部分上，顶升电机3-4水平固定在顶升电机安装座3-3上，链轮3-5键连接在顶升电机3-4轴上，链条3-6与两个链轮3-5相啮合。

顶升模块外壳顶板3-2固定在顶升模块外壳3-1上，顶升模块外壳顶板3-2开有两个大小不同的通孔和四个螺纹孔，较大通孔用于通过丝杆3-20，较小通孔用于通过导升杆3-18，四个螺纹孔用于螺纹连接顶升模块防尘顶板3-17和顶升模块外壳顶板3-2。

所述蜗杆3-8与顶升电机的3-4轴销连接，蜗杆3-7用顶升部分蜗杆轴承3-8支撑，顶升部分蜗杆轴承3-8外圈紧靠在顶升模块蜗杆轴承安装座3-9上，顶升部分蜗杆轴承3-8内圈紧靠在蜗杆3-7轴肩上，顶升模块蜗杆轴承安装座3-9固定在顶升模块外壳3-1上，蜗轮3-10与蜗杆3-7在水平方向相啮合。

蜗轮3-10上端面紧靠U形圈3-15下表面，U形圈3-15上表面紧贴在上深沟球轴承3-16内圈下端，上深沟球轴承3-16的外圈上端紧靠在顶升模块防尘顶板3-17下表面，顶升模块防尘顶板3-17螺纹连接在顶升模块外壳3-1上表面，蜗轮3-10下端面紧靠在顶升模块内螺纹阶梯轴3-11的轴肩上端面，下深沟球轴承3-12的内圈上端紧靠在顶升模块内螺纹阶梯轴3-11的轴肩下端面，下深沟球轴承3-12的内圈下端紧靠在垫片3-13上端，垫片3-13下端紧靠在推力球轴承3-14上表面，推力球轴承3-14下表面紧靠在顶升模块外壳3-1上，丝杆3-20穿过顶升模块内螺纹阶梯轴3-11，丝杆3-20与顶升模块内螺纹阶梯轴3-11螺纹连接，顶升板3-19焊接在丝杆3-20顶部，用于顶升货物，导升杆3-18竖直设置，导升杆3-18顶部焊接在顶升板3-19下表面，导升杆3-18穿过顶升模块外壳顶板3-2上端的通孔。

如图7、图8所示，所述机械臂顶升模块401包括机械臂顶升驱动电机4-1、机械臂顶升机构；机械臂平移模块402包括机械臂平移电机4-2、机械臂平移电机安装座4-3、平移电机联轴器4-4、导向杆安装座4-5、移动台4-6，平移丝杆4-7、平移导向杆4-8、机械臂平移底架4-9，机械臂抓取模块403包括机械臂转台底座4-10、机械臂转台4-11、机械臂肩部4-12、机械臂大臂4-13、机械臂肘部4-14、机械臂小臂4-15、机械臂腕部4-16、末端执行器4-17。

如图1所示，机械臂顶升驱动电机4-1水平放置在左电机安装板1-5中部的弧形孔内，机械臂顶升驱动电机4-1轴销连接在机械臂顶升机构内的蜗杆上，机械臂顶升机构与顶升部分中的顶升模块结构相同。

如图7、图8所示，机械臂平移底架4-9固定在机械臂顶升机构中的顶升板上，机械臂平移电机安装座4-3固定在机械臂平移底架4-9的上面左端，机械臂平移电机4-2螺栓连接在机械臂平移电机安装座4-3上，平移丝杆4-7通过平移电机联轴器4-4与机械臂平移电机4-2同轴安装，导向杆安装座4-5有两个，分别固定在机械臂平移底架4-9的上表面左右两端，导向杆安装座4-5的左部、中部和右部位置均开有通孔，移动台4-6的左部、中部和右部位置均开有通孔，平移丝杆4-7穿过两个导向杆安装座4-5和移动台4-6的中部通孔，平移导向杆4-8有两个，平行分布于平移丝杆4-7两侧，两个平移导向杆4-8分别销连接在两个导向杆安装座4-5左部、右部的对应通孔内，两个平移导向杆4-8分别穿过移动台4-6左部、右部的通孔，移动台4-6下表面与机械臂平移底架4-9通过油膜润滑接触，移动台4-6通过平移丝杆4-7在两个导向杆安装座4-5之间平移。

所述机械臂转台底座4-10固定在移动台上，机械臂转台4-11固定在机械臂转台底座4-10顶端伸出的可转动圆盘上，机械臂肩部4-12固定在机械臂转台4-11上，机械臂大臂4-13一端连接于机械臂肩部4-12的转动副上，机械臂大臂4-13的另一端连接于机械臂肘部4-14的转动副上，机械臂小臂4-15的一端连接于机械臂肘部4-14的旋转轴上，机械臂小臂4-15的另一端连接于机械臂腕部4-16的转动副上，机械臂腕部4-16上固定有末端执行器4-17，机械臂抓取模块403上的每个可动部位都由电机驱动（真空吸盘除外）。

如图9所示，顶升模块外壳3-1是一个下部设置有平板部分、上部为一个近似方形的壳体，顶升模块外壳3-1的下部平板上开有螺纹孔，用于螺纹连接顶升模块外壳3-1和顶升部分支撑板1-7，顶升模块外壳3-1的壳体上下开有两个同心通孔，用于通过蜗杆，顶升模块外壳3-1的壳体一侧开有四个螺纹孔，用于固定顶升模块蜗杆轴承安装座3-9。

如图1、图2、图3所示，所述车轮可以是麦克纳姆轮，用于实现多功能搬运机器人的全方位移动，顶升板3-19上可设置防滑材料，用于防止多功能搬运机器人搬运货物时货物出现滑移问题。

如图10所示，末端执行器可以是电磁吸盘，主要用于吸附铁质类工件。

如图11所示，末端执行器也可以是一对电动平行夹爪，主要用于抓取重量较小的物料。

如图12所示，末端执行器也可以是真空吸盘，主要用于吸附表面较为平整的物料。

本发明具有两种载物模式，即顶升货物和抓取货物。当需搬运货物尺寸或重量较大且货物下表面与地面之间预留足够本发明驶入的空间时，本发明使用顶升部分3运送货物，若货物下表面与地面之间预留的空间不足以本发明驶入时，可先用人力或其他设备将货物搬到本发明的顶升板3-19上；当搬运货物尺寸或重量较小且货物下表面与地面之间预留的空间不足以让本发明驶入时，本发明使用抓取部分运送货物；另外在本发明顶升货架运送过程中，机械臂抓取模块403可以根据现场需求将货架上的不同物品放置到现场不同位置，实现物品分发功能，或者将工作现场不同位置的物品抓取到货架上，实现物品拾取功能。

当采用顶升模式搬运货物时：

首先，如图2所示，驱动轮电机2-1正转，带动第一齿轮2-2同向转动，从而使与第一齿轮2-2啮合的第二齿轮2-3反向转动（相对于驱动轮电机2-1旋转方向），与第二齿轮2-3连接的驱动轮轴2-4反向转动（相对于驱动轮电机2-1旋转方向），车轮2-6随之反向转动（相对于驱动轮电机2-1旋转方向），通过控制四个驱动轮电机2-1的旋转方向，即可控制车轮，从而实现本发明的全方位移动，使本发明沿着一定路径到达所需搬运货物正下方。

其次，如图4、图5、图6所示，顶升电机3-4正转，通过与链轮3-5啮合的链条3-6使另一个顶升模块上的链轮3-5同步旋转，实现两个顶升模块的同步上升，由于两个顶升模块内部运动完全相同，此处只具体说明其中任意一个的运动。

如图4、图5、图6所示，顶升电机3-4正转，与顶升电机3-4轴连接的蜗杆3-7随之同步旋转，带动蜗轮3-10以及与蜗轮3-10连接在一起的顶升模块内螺纹阶梯轴3-11正转，由于顶升板3-19焊接在丝杆3-20上，导升杆3-18顶部焊接在顶升板3-19上，并且导升杆3-18下端置于顶升模块外壳顶板3-2上端的较小通孔内，以此来限制丝杆3-20的旋转运动，从而使与顶升模块内螺纹阶梯轴3-11螺纹连接的丝杆3-20以及与丝杆3-20焊接在一起的顶升板3-19竖直向上运动，直到顶升板3-19将货物顶起，顶升电机3-4停止旋转。

再次，通过控制四个驱动轮电机2-1的旋转方向，即可实现本发明的确定运动，使本发明沿着一定路径到达目标地点。

顶升电机3-4反转，与顶升电机3-4轴连接的蜗杆3-7随之同步旋转，带动蜗轮3-10以及与蜗轮3-10连接在一起的顶升模块内螺纹阶梯轴3-11反转，从而使与顶升模块内螺纹阶梯轴3-11螺纹连接的丝杆3-20以及与丝杆3-20焊接在一起的顶升板3-19竖直向下运动，货物被下放，直到被放置到地面，顶升电机3-4停止旋转，完成货物运送过程。

当采用抓取模式搬运货物时：

首先，通过控制四个驱动轮电机2-1的旋转方向来实现本发明的全方位移动，使本发明沿着一定路径到达所需搬运货物旁的指定位置。

其次，本发明的抓取部分开始工作。机械臂顶升模块401根据需求控制机械臂平移模块402和机械臂抓取模块403到达一定高度（此模块工作原理与本发明顶升部分中的顶升模块一样，此处不再详细描述）。

再次，如图7、图8所示，机械臂平移电机4-2正转，通过平移电机联轴器4-4将运动传递到平移丝杆4-7上，使平移丝杆4-7同步转动，从而带动移动台4-6前移，若机械臂平移电机4-2反转，则移动台4-6后移，因此可通过控制机械臂平移电机带动机械臂转台底座4-10平移，从而实现机械臂抓取模块403伸出或者缩回到指定位置。

然后，机械臂转台底座4-10里面的电机工作，控制内置的减速器将旋转运动传递到机械臂底座4-10伸出的旋转台上，从而实现机械臂转台4-11在水平方向上的旋转运动，机械臂肩部4-12与机械臂大臂4-13之间设置有转动副，通过控制机械臂大臂4-13里的电机可以实现机械臂大臂4-13在竖直方向做俯仰运动，机械臂肘部4-14里面的电机工作可以使机械臂肘部4-14实现俯仰运动，机械臂小臂4-15里面设置的电机实现机械臂小臂4-15自身的旋转运动，从而可以控制末端执行器4-17到达指定的位置。

当末端执行器4-17为电动平行夹爪时，如图11所示，可以控制平行夹爪上的电机正转，带动两个啮合齿轮相对转动，从而使得平行夹爪夹紧闭合，抓取到货物；当末端执行器4-17为电磁吸盘时，如图10所示，给电磁吸盘通电，就可以将目标货物吸附起来；当末端执行器4-17为真空吸盘时，如图12所示，真空泵抽气，将目标货物吸附到真空吸盘上，完成货物抓取。

然后本发明沿着预定的路径移动到目标位置，搬运机器人停止移动后，机械臂顶升模块401和机械臂平移模块402运动到特定位置，机械臂抓取模块403同时运动，将末端执行器移动到目标点，当末端执行器4-17为电动平行夹爪时，控制平行夹爪上的电机反转，带动两个啮合齿轮背向转动，从而使得平行夹爪松开，将货物放置到目标位置，然后本发明的抓取部分运动收回，搬运机器人移走，完成货物抓取并运送的整个过程。

本发明还可以执行物料分发工作模式，即本发明运动到货架所在位置的正下方，使用顶升部分将货架顶起，搬运机器人根据指定线路进行运动，当运动到有需要物料的位置时，抓取部分工作，将货架上的物料抓取到指定位置，然后搬运机器人继续移动，去下一个位置分发物料。

本发明还可以执行物料拾取工作模式，即本发明运动到货架所在位置的正下方，使用顶升部分将货架顶起，搬运机器人根据指定线路进行运动，当运动到有待拾取物料的位置时，抓取部分工作，将待拾取物料抓取到货架上，然后搬运机器人继续移动，去下一个位置拾取物料。

Claims (10)

1.一种多功能搬运机器人，其特征在于，包括以下部分：

车架，整体为方形，所述车架包括前竖板、后竖板、左竖板、右竖板、左电机安装板、右电机安装板、顶升部分支撑板、顶升部分支撑柱；

设于所述车架内侧的车架驱动部分，包括车轮和车轮驱动部分；

分别设于所述车架上部前端和所述车架上部后端的顶升部分，包括两个顶升模块、两个链轮、一个链条、一个顶升电机、一个顶升电机安装座；

设于所述车架中部的抓取部分，包括机械臂顶升模块、固定于所述机械臂顶升模块上方的机械臂平移模块、固定在所述机械臂平移模块中的可平移部件上的机械臂抓取模块，所述机械臂抓取模块为多自由度的机械臂，其末端连接有可进行更换的末端执行器，用于实现所述多功能搬运机器人抓取不同物料的功能。

2.根据权利要求1所述的一种多功能搬运机器人，其特征在于，所述前竖板是位于前端的L形板，所述后竖板是位于后端的L形板，所述左竖板是一个位于所述车架最左端、前后两端分别固定在所述前竖板和所述后竖板上的L型平板，所述右竖板是一个位于所述车架最右端、前后两端分别固定在所述前竖板和所述后竖板上的L型平板，所述左电机安装板是一个位于所述车架内侧靠左部、前后两端分别竖直固定在所述前竖板和所述后竖板上的L型平板，所述左电机安装板中部上端开有弧形孔，所述右电机安装板是一个位于所述车架内侧靠右部、前后两端分别竖直固定在所述前竖板和所述后竖板上的L型平板，所述顶升部分支撑板有两个，所述顶升部分支撑板是分别水平固定于所述车架前端和所述车架后端的L型板，所述顶升部分支撑柱有四个，均是上端有螺纹的实心承重柱，两个所述顶升部分支撑柱分别竖直固定于所述左电机安装板的侧面前半部和后半部，另外两个所述顶升部分支撑柱分别竖直固定于所述右电机安装板的侧面前半部和后半部。

3.根据权利要求2所述的一种多功能搬运机器人，其特征在于，所述车轮驱动部分包括驱动轮电机、第一齿轮、第二齿轮、驱动轮轴、驱动轮轴承、驱动轮轴承安装架、车轮挡圈、齿轮挡圈；

所述驱动轮电机有四个，两个所述驱动轮电机通过螺栓连接安装在所述左电机安装板的内侧前半部分和内侧后半部分，另外两个所述驱动轮电机通过螺栓连接安装在所述右电机安装板的内侧前半部分和内侧后半部分，所述第一齿轮有四个，所述第一齿轮分别固定在所述驱动轮电机轴上，所述第二齿轮有四个，所述第二齿轮分别固定在所述驱动轮轴上，所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合，所述第二齿轮一侧紧贴在所述驱动轮轴的轴肩上，另一侧紧贴在所述齿轮挡圈上，所述车轮有四个，所述车轮通过键连接在所述驱动轮轴上，所述驱动轮轴的两端分别置于所述驱动轮轴承的内圈，所述驱动轮轴承内圈紧贴在所述驱动轮轴的轴肩上，所述驱动轮轴承外圈紧贴在所述驱动轮轴承安装架上，所述驱动轮轴承安装架固定在所述左竖板、所述右竖板、所述左电机安装板和所述右电机安装板上，所述车轮挡圈、所述齿轮挡圈固定在所述驱动轮轴上的沟槽内。

4.根据权利要求3所述的一种多功能搬运机器人，其特征在于，两个所述顶升模块包括顶升模块外壳、顶升模块外壳顶板、蜗杆、顶升部分蜗杆轴承、顶升模块蜗杆轴承安装座、蜗轮、顶升模块内螺纹阶梯轴、下深沟球轴承、垫片、推力球轴承、U型圈、上深沟球轴承、顶升模块防尘顶板、导升杆、顶升板、丝杆；

所述顶升模块外壳螺栓连接在所述顶升部分支撑柱上，所述顶升模块外壳的下端平板部分固定在所述顶升部分支撑板上，所述顶升电机安装座螺栓连接在所述顶升模块外壳的下端平板部分上，所述顶升电机水平固定在所述顶升电机安装座上，所述链轮键连接在所述顶升电机轴上，所述链条与两个所述链轮相啮合；

所述顶升模块外壳顶板固定在所述顶升模块外壳上，所述顶升模块外壳顶板开有两个大小不同的通孔和四个螺纹孔，较大通孔用于通过所述丝杆，较小通孔用于通过所述导升杆，四个螺纹孔用于螺纹连接所述顶升模块防尘顶板和所述顶升模块外壳顶板；

所述蜗杆与所述顶升电机的轴销连接，所述蜗杆用所述顶升部分蜗杆轴承支撑，所述顶升部分蜗杆轴承外圈紧靠在所述顶升模块蜗杆轴承安装座上，所述顶升部分蜗杆轴承内圈紧靠在所述蜗杆轴肩上，所述顶升模块蜗杆轴承安装座固定在所述顶升模块外壳上，所述蜗轮与所述蜗杆在水平方向相啮合；

所述蜗轮上端面紧靠所述U形圈下表面，所述U形圈上表面紧贴在所述上深沟球轴承内圈下端，所述上深沟球轴承的外圈上端紧靠在所述顶升模块防尘顶板下表面，所述顶升模块防尘顶板螺纹连接在所述顶升模块外壳上表面，所述蜗轮下端面紧靠在所述顶升模块内螺纹阶梯轴的轴肩上端面，所述下深沟球轴承的内圈上端紧靠在所述顶升模块内螺纹阶梯轴的轴肩下端面，所述下深沟球轴承的内圈下端紧靠在所述垫片上端，所述垫片下端紧靠在所述推力球轴承上表面，所述推力球轴承下表面紧靠在所述顶升模块外壳上，所述丝杆穿过所述顶升模块内螺纹阶梯轴，所述丝杆与所述顶升模块内螺纹阶梯轴螺纹连接，所述顶升板焊接在所述丝杆顶部，用于顶升货物，所述导升杆竖直设置，所述导升杆顶部焊接在所述顶升板下表面，所述导升杆穿过所述顶升模块外壳顶板上端的通孔。

5.根据权利要求4所述的一种多功能搬运机器人，其特征在于，所述机械臂顶升模块包括机械臂顶升驱动电机、机械臂顶升机构，所述机械臂平移模块包括机械臂平移电机、机械臂平移电机安装座、平移电机联轴器、导向杆安装座、移动台，平移丝杆、平移导向杆、机械臂平移底架，所述机械臂抓取模块包括机械臂转台底座、机械臂转台、机械臂肩部、机械臂大臂、机械臂肘部、机械臂小臂、机械臂腕部、末端执行器；

所述机械臂顶升驱动电机水平放置在所述左电机安装板中部的弧形孔内，所述机械臂顶升驱动电机轴销连接在所述机械臂顶升机构内的蜗杆上，所述机械臂顶升机构与所述顶升部分中的顶升模块结构相同；

所述机械臂平移底架固定在所述机械臂顶升机构中的顶升板上，所述机械臂平移电机安装座固定在所述机械臂平移底架的上面左端，所述机械臂平移电机螺栓连接在所述机械臂平移电机安装座上，所述平移丝杆通过所述平移电机联轴器与所述机械臂平移电机同轴安装，所述导向杆安装座有两个，分别固定在所述机械臂平移底架的上表面左右两端，所述导向杆安装座的左部、中部和右部位置均开有通孔，所述移动台的左部、中部和右部位置均开有通孔，所述平移丝杆穿过两个所述导向杆安装座和所述移动台的中部通孔，所述平移导向杆有两个，平行分布于所述平移丝杆两侧，两个所述平移导向杆分别销连接在两个所述导向杆安装座左部、右部的对应通孔内，两个所述平移导向杆分别穿过所述移动台左部、右部的通孔，所述移动台下表面与机械臂平移底架通过油膜润滑接触，所述移动台通过所述平移丝杆在两个所述导向杆安装座之间平移；

所述机械臂转台底座固定在所述移动台上，所述机械臂转台固定在所述机械臂转台底座顶端伸出的可转动圆盘上，所述机械臂肩部固定在所述机械臂转台上，所述机械臂大臂一端连接于所述机械臂肩部的转动副上，所述机械臂大臂的另一端连接于机械臂肘部的转动副上，所述机械臂小臂的一端连接于机械臂肘部的旋转轴上，所述机械臂小臂的另一端连接于机械臂腕部的转动副上，所述机械臂腕部上固定有所述末端执行器，所述机械臂抓取模块上的每个可动部位都由电机驱动。

6.根据权利要求5所述的一种多功能搬运机器人，其特征在于，所述顶升模块外壳是一个下部设置有平板部分、上部为一个近似方形的壳体，所述顶升模块外壳的下部平板上开有螺纹孔，用于螺纹连接顶升模块外壳和顶升部分支撑板，所述顶升模块外壳的壳体上下开有两个同心通孔，用于通过所述蜗杆，所述顶升模块外壳的壳体一侧开有四个螺纹孔，用于固定所述顶升模块蜗杆轴承安装座。

7.根据权利要求6所述的一种多功能搬运机器人，其特征在于，所述车轮为麦克纳姆轮，用于实现所述多功能搬运机器人的全方位移动，所述顶升板上设置有防滑材料，用于防止所述多功能搬运机器人搬运货物时货物出现滑移问题。

8.根据权利要求5所述的一种多功能搬运机器人，其特征在于，所述末端执行器为一对平行夹爪。

9.根据权利要求5所述的一种多功能搬运机器人，其特征在于，所述末端执行器为电磁吸盘。

10.根据权利要求5所述的一种多功能搬运机器人，其特征在于，所述末端执行器为真空吸盘。