CN113428594A - 一种用于狭小空间的运转机器人结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于狭小空间的运转机器人结构，移动模块采用滑台在导轨上滑移的运动方式，机器人的底壳包括纵向导轨滑台和横向导轨滑台两个滑台，从而可以让其在滑轨上移动，横向和纵向的导轨具有高度差，横向导轨的滑块采用C型槽，便于从横向导轨上脱离，进入纵向导轨，从而实现平面的二自由度移动，中心模块由下至上依次设置的伸缩机构、第一中心转动机构、第二中心转动机构及第三中心转动机构，这四个机构以从下到上的方式同心配合安装在一起，为可拆卸连接，三个中心转动机构可以独立转动。本发明提高物流效率、降低物流成本。

Description

一种用于狭小空间的运转机器人结构
技术领域
本发明领域属于机器人技术领域，涉及一种狭小空间的运转机器人结构设计。
背景技术
物流业随着互联网得到了快速的发展，在快速发展的同时，整个物流行业也普遍面临着物流成本高居不下的问题，而这与物流业机械自动化程度不够、过多依靠人力有着密切的关系。但是目前已有的机器人而言，不能实现自动筛选货物的功能、选货时间长，且主要使用在仓库内货物的搬运。
现有的搬运机器人多采用AGV小车或者双臂机器人方式进行搬运，但是AGV小车可以从物流线上将货物运输到指定地点，如何从货架上分拣是无法解决该问题的。双臂机器人可以实现交替搬运，但是其编程困难，需要的占地面积较大，不易与其他运输机械互相配合，而且造价昂贵，末端夹具很难更难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，设计一种用于狭小空间的运转机器人的结构，提高物流效率、降低物流成本。因此，本发明可以使用在室内、外场合，在狭小空间内将自动筛选货物与搬运结合，降低人力成本，节约空间，提高流通效率，其流程包括移动、中转、取货和卸货几个部分。
为了解决上述问题，本发明的解决方案是：在导轨上滑移的移动模块、安装在移动模块正上方的中心模块、连接在第一中心转动机构侧面的中转模块、连接在第二中心转动机构侧面的卸货模块、连接在第三中心转动机构侧面的取货模块。
其中，移动模块采用滑台在导轨上滑移的运动方式，机器人的底壳包括纵向导轨滑台和横向导轨滑台两个滑台，从而可以让其在滑轨上移动。横向和纵向的导轨具有一定的高度差。横向导轨的滑块采用C型槽，便于从横向导轨上脱离，进入纵向导轨，从而实现平面的二自由度移动。
进一步的，中心模块由下至上依次设置的伸缩机构8、第一中心转动机构、第二中心转动机构及第三中心转动机构，这四个机构以从下到上的方式同心配合安装在一起，为可拆卸连接。三个中心转动机构可以独立转动。
更进一步的，伸缩机构连接移动模块与三个中心转动机构。
更进一步的，三个中心转动机构内部结构相同，均由电机、锥齿轮和正齿轮构成，在动力传动上运用了行星轮系的转化轮系的原理。
更进一步的，机器人主体上固定的电机通过水平安装的轴连接竖直放置的锥齿轮，水平放置的锥齿轮置于电机下方，两个锥齿轮轴线互相垂直，两锥齿轮啮合连接，采用直齿锥齿轮传动方式将动力传给水平放置的锥齿轮。
更进一步的，中心正齿轮在水平放置的锥齿轮下方同步转动，中心正齿轮和与之啮合的行星正齿轮构成一个行星轮系，行星正齿轮与最外面的大齿轮相互啮合。
更进一步的，伸缩机构主要功能是实现机器人整体的高度伸缩，运动时，由油泵驱动使油缸内部形成油压差推动活塞运动，进而驱动推杆运动。
更进一步的，中转模块主要由托盘、托盘臂、液压装置以及扫码器组成。在取货模块将货物取到后，在程序的控制下，将托盘转移到货物的下面，托住货物，在转移货物的过程中，托盘上的圆盘可以转动，带动货物转动，通过固定在托盘臂上的扫码器对货物扫码读取货物信息，然后将货物转移到卸货模块。
进一步的，卸货模块主要由抓手机构和机械臂组成。抓手机构通过油缸的运动带动连杆运动来夹持货物，机械臂采用开环式三连杆机械臂，具有平面内的三个自由度，通过根液压杆实现机械臂的摆动以及抓手的摆动。
进一步的，取货模块主要由吸盘机构、锁扣机构、旋转机构以及连杆机构组成。
更进一步的，吸盘机构主要用于通过在吸盘内外产生压力差来吸取货物；锁扣机构连接基体与吸盘机构，锁扣机构中的电机反转可将锁扣打开将吸盘机构与基体分离；转动机构可以增加取货模块的运动自由度，使用主轴相互垂直的锥齿轮传动实现转动。
进一步的，连杆机构由液压杆及平行四连杆机构构成，使其能够在空间中实现竖直上下的运动。
本发明具有如下有益效果：本发明结构设计新颖合理，由于该运转机器人垂直地安装多个功能模块，因此能灵活地在狭小空间完成自动筛选、取货、卸货等功能。同时，取货模块还可以完成在空间中的转动，比卸货模块多一个自由度。本发明的整体结构紧凑，稳定性好，功能性强，利于广泛推广应用。
附图说明
图1为导轨式机器人的示意图
图2为移动模块示意图
图3为中心模块示意图
图4为中心转动机构内部中心枢纽示意图
图5为伸缩机构的示意图
图6为中转模块的示意图
图7为卸货模块的示意图
图8为取货模块的示意图
其中：1-移动模块；2-中心模块；3-中转模块；4-卸货模块；5-取货模块；6-纵向导轨滑块；7-横向导轨滑块；8-伸缩机构；9-第一中心转动机构；10-第二中心转动机构；11-第三中心转动机构；12-中心转动机构电机；13-竖直放置的锥齿轮；14-水平放置的锥齿轮；15-中心正齿轮；16-行星正齿轮；17-大齿轮；18-抓手机构；19-卸货模块机械臂；20-大油缸；21-连杆；22-吸盘机构；23-锁扣机构；24-转动机构；25-取货模块连杆机构
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参照图1所示，本发明一种导轨式机器人由下至上依次是移动模块1、中心模块2、中转模块3、卸货模块4、取货模块5，各模块协作配合用于完成狭小空间内货物的运转。中心模块2通过伸缩机构8连接移动模块1，中转模块3、卸货模块4、取货模块5分别连接中心模块2的三个中心转动机构，卸货模块4、取货模块5通过各自相连的中心转动机构控制水平方向的运动，通过控制伸缩机构8控制竖直方向的运动，卸货模块4、取货模块5通过控制各自的机械臂控制竖直方向的运动。同时，取货模块5还可以完成在空间中的转动，比卸货模块4多一个自由度。
参照图2所示，机器人的底壳包括纵向导轨滑台6和横向导轨滑台7两个滑台，从而可以让其在滑轨上移动。横向和纵向的导轨具有一定的高度差。横向导轨的滑块7采用C型槽，便于从横向导轨上脱离，进入纵向导轨，从而实现平面的二自由度移动。
参照图3和图5和图6和图7和图8所示，中心模块2分为四个部分，从下到上依次是伸缩机构8、第一中心转动机构9、第二中心转动机构10、第三中心转动机构11。伸缩机构8通过由油泵驱动使油缸内部形成油压差推动活塞运动，进而驱动推杆运动实现高度的变化，第一中心转动机构9侧面固定连接中转模块3，负责在取货模块将货物取到后，在程序的控制下，将托盘转移到货物的下面，托住货物，在转移货物的过程中，托盘上的圆盘可以转动，带动货物转动，通过固定在托盘臂上的扫码器对货物扫码读取货物信息，第二中心转动机构10侧面通过螺钉螺纹连接卸货模块4，负责通过平行四杆机构夹取转移货物，第三中心转动机构11侧面通过螺钉螺纹连接取货模块5，利于吸盘取货。
参照图4所示，每层中心转动机构内部，电机12横向固定，竖直放置的锥齿轮13通过轴与电机12水平方向固定连接，水平放置的锥齿轮14置于电机12下方，与竖直放置的锥齿轮13相互啮合，使齿轮轴线相互垂直，中心正齿轮15位于水平放置的锥齿轮14下方并同心装配在中心转动机构中央，中心正齿轮15与行星正齿轮16构成行星轮系的转化轮系，行星正齿轮16与中心正齿轮15外部啮合，与外部大齿轮17内部啮合，中心转动机构随外部大齿轮17一同转动。
本发明的中心柱工作原理为：当导轨式机器人取货物时，导轨式机器人通过两个滑台在横向和纵向的导轨上移动到达取货点，与取货模块4相连的第三中心转动机构11内的电机12驱动竖直放置的锥齿轮13转动，竖直放置的锥齿轮13将运动传给水平放置的锥齿轮14，与水平放置的锥齿轮14与中心正齿轮15同步转动带动行星正齿轮16转动，通过齿轮的相互啮合带动最外面的大齿轮17转动，完成转动。取货模块5通过旋转机构与连杆机构调整位置接近货物，当靠近货物后，控制连杆相对货物远离，吸盘机构中的橡胶吸盘22被拉伸使吸盘内部形成空腔，使得内部气压减小，然后在外部大气压的作用下，货物被吸到吸盘上；接着通过第三中心转动机构11的转动与机械臂的运动，将货物放到中转模块3的托盘上，放置平稳后，控制连杆25相对货物靠近，橡胶吸盘被挤压，使得内部气压变大，当内部气压大于外部大气压时，货物与吸盘22脱离，完成取货操作。当导轨式机器人卸货时，与卸货模块相连的第二中心转动机构10内的电机12驱动竖直放置的锥齿轮13转动，竖直放置的锥齿轮13将运动传给水平放置的锥齿轮14，与水平放置的锥齿轮14与中心正齿轮15同步转动带动行星正齿轮16转动，通过齿轮的相互啮合带动最外面的大齿轮17转动，完成转动，将卸货模块4转动到货物上方。卸货模块4通过机械臂上的三根液压杆19实现水平和竖直方向的移动将抓手18移动到货物正上方，抓手机构18中的大油缸驱动使液压杆19缩短，继而连杆带动三角连接块向外摆使抓手开口变大，接着通过机械臂上的液压杆19的伸长使抓手18向下运动，当下降到适当位置，液压杆19伸长带动连杆使三角连接块向内摆，抓手开口变小加紧货物。最后通过控制机械臂向上移动和第二中心转动机构10的转动，完成卸货操作。
本发明结构设计新颖合理，其巧妙地将数个功能模块垂直地安装在一起，这种安装方式集成了自动筛选货物、取货、中转、卸货等功能，同时节约空间；安装移动模块可用于转移货物节省人力成本提高效率；安装能够调整高度的中心模块2可以适应不同工作高度，提高实用性。相比于目前不能自动筛选货物、选货时间长、主要在仓库内搬运的单一功能机器人，该运转机器人可以实现大行程、高集成度、大范围多自由度物流作业。本发明的整体结构紧凑，稳定性好，功能性强，可以适用于不同工作环境，利于广泛推广应用。
以上该实施例仅表达了本发明的首选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种用于狭小空间的运转机器人结构，包括在导轨上滑移的移动模块、安装在移动模块正上方的中心模块、连接在第一中心转动机构侧面的中转模块、连接在第二中心转动机构侧面的卸货模块、连接在第三中心转动机构侧面的取货模块，其特征在于，移动模块采用滑台在导轨上滑移的运动方式，机器人的底壳包括纵向导轨滑台和横向导轨滑台两个滑台，从而可以让其在滑轨上移动，横向和纵向的导轨具有高度差，横向导轨的滑块采用C型槽，便于从横向导轨上脱离，进入纵向导轨，从而实现平面的二自由度移动，中心模块由下至上依次设置的伸缩机构、第一中心转动机构、第二中心转动机构及第三中心转动机构，这四个机构以从下到上的方式同心配合安装在一起，为可拆卸连接，三个中心转动机构可以独立转动，三个中心转动机构内部结构相同，均由电机、锥齿轮和正齿轮构成，在动力传动上运用了行星轮系的转化轮系的原理，机器人主体上固定的电机通过水平安装的轴连接竖直放置的锥齿轮，水平放置的锥齿轮置于电机下方，两个锥齿轮轴线互相垂直，两锥齿轮啮合连接，采用直齿锥齿轮传动方式将动力传给水平放置的锥齿轮。
2.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间的运转机器人结构，其特征在于，伸缩机构连接移动模块与三个中心转动机构。
3.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间的运转机器人结构，其特征在于，中心正齿轮在水平放置的锥齿轮下方同步转动，中心正齿轮和与之啮合的行星正齿轮构成一个行星轮系，行星正齿轮与最外面的大齿轮相互啮合。
4.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间的运转机器人结构，其特征在于，伸缩机构功能是实现机器人整体的高度伸缩，运动时，由油泵驱动使油缸内部形成油压差推动活塞运动，进而驱动推杆运动。
5.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间的运转机器人结构，其特征在于，中转模块由托盘、托盘臂、液压装置以及扫码器组成，在取货模块将货物取到后，在程序的控制下，将托盘转移到货物的下面，托住货物，在转移货物的过程中，托盘上的圆盘可以转动，带动货物转动，通过固定在托盘臂上的扫码器对货物扫码读取货物信息，然后将货物转移到卸货模块。
6.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间的运转机器人结构，其特征在于，卸货模块主要由抓手机构和机械臂组成，抓手机构通过油缸的运动带动连杆运动来夹持货物，机械臂采用开环式三连杆机械臂，具有平面内的三个自由度，通过三根液压杆实现机械臂的摆动以及抓手的摆动。
7.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间的运转机器人结构，其特征在于，取货模块由吸盘机构、锁扣机构、旋转机构以及连杆机构组成。
8.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间的运转机器人结构，其特征在于，吸盘机构用于通过在吸盘内外产生压力差来吸取货物；锁扣机构连接基体与吸盘机构，锁扣机构中的电机反转可将锁扣打开将吸盘机构与基体分离；转动机构可以增加取货模块的运动自由度，使用主轴相互垂直的锥齿轮传动实现转动。
9.根据权利要求1所述的一种用于狭小空间的运转机器人结构，其特征在于，连杆机构由液压杆及平行四连杆机构构成，使其能够在空间中实现竖直上下的运动。
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