全向传输单元以及全向传输单元构成的全向传输系统的制作方法

本实用新型属于智能物流行业的分拣输送设备技术领域，具体涉及一种全向传输单元以及全向传输单元构成的全向传输系统。

背景技术：

智能传输是智能物流行业中非常重要的功能，针对现有分拣传输系统无法实现任意多方向、任意路径的传输和分拣功能，且总体布局受场地约束比较大，存在布局不灵活、可维护性差、可靠性低、功能单调等缺点，已经无法满足物流智能装备的快速发展趋势。

技术实现要素：

本实用新型提供一种全向传输单元以及全向传输单元构成的全向传输系统。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：全向传输单元，包括固定支座，固定支座上设置驱动模块，驱动模块包括两个与驱动机构连接的传输机构；两个传输机构的最高位置始终在一个平面上，每个传输机构的最高位置的速度向量除了可以反向外，其角度不改变且两个传输机构的最高位置的速度向量不平行。

传输机构包括与驱动机构连接从而可以绕自身转动轴线转动的第一全向轮和第二全向轮，第一全向轮和第二全向轮的转动轴线不平行；第一全向轮和第二全向轮距离固定支座上顶面的最大高度一致且其最高位置始终在一个平面上；第一全向轮最高位置的速度向量和第二全向轮最高位置的速度向量构成平面向量坐标系。

所述第一全向轮和第二全向轮的转动轴线互相垂直。

所述第一全向轮和第二全向轮分别与单独的驱动机构连接；所述驱动机构为设置在固定支座下方的同步带传动机构；固定支座下方还设置有用于张紧同步带的张紧组件。

所述固定支座连接向下的驱动支座，同步带传动机构设置在驱动支座上；同步带传动机构包括驱动电机、驱动电机输出轴上设置的驱动同步带轮、与第一全向轮或者第二全向轮同轴线并且一同转动的连接轴上设置的从动同步带轮以及连接驱动同步带轮和从动同步带轮的同步带；第一全向轮和第二全向轮的连接轴分别转动设置在驱动支座上；驱动电机设置在驱动支座上且驱动电机与驱动支座之间的相对角度可调节；张紧组件与驱动电机滑动接触，张紧组件移动或者转动推动驱动电机使其与驱动支座的相对角度变化从而改变同一个同步带传动机构的驱动同步带轮和从动同步带轮的中心距离。

所述驱动模块还包括对两个驱动电机进行控制的驱控模块，驱控模块设置在驱动支座上。

所述固定支座为正方形。

全向传输系统包括m×n组全向传输单元，m和n是不小于2的自然数。

全向传输系统的形状为长方形、十字形、口字形或者a-z中任意大写字母形状。

相邻全向传输单元之间通过单元支座连接；固定支座的侧面设置卡槽，单元支座与相连接的两个全向传输单元之间通过螺栓固定并通过固定支座侧面的卡槽定位。

本实用新型的有益效果是：采用平面向量基本定理进行结构布置的全向传输单元能够提供平面内任意方向的驱动力；多组呈正交结构连续排列布置的全向传输系统，以刚体运动学为基础可实现任意方向直线移动、任意角度转动及不同运动轨迹的路径传输，进一步衍生出整齐码垛、自动分拣、整齐排列等一系列功能，与传统的分拣传输系统相比，具有布局灵活、可维护性高、适应性强、功能多样性好，能够满足物流智能装备的快速发展需求，因此具有非常好的工程应用前景。

附图说明

图1是全向传输单元示意图。

图2是图1的侧面视图。

图3全向传输单元示意图（隐藏固定支座）。

图4是图1的从背面看的示意图。

图5是图4的a方向视图。

图6是全向传输单元与周边全向传输单元连接示意图（周边全向传输单元虚线表示）。

图7是图6的主视图。

图8是四个全向传输单元拼接示意图。

图9是全向传输系统的实施例一。

图10是全向传输系统的实施例二。

图11是全向传输系统的实施例三。

图12是全向传输系统的实施例四。

图13是全向传输系统的实施例五。

图14是全向传输系统以及其上分拣货物状态示意图。

图15是全向传输系统自动分拣示意图。

图16是全向传输系统自动排列示意图。

图17是全向传输系统码垛示意图。

其中，1是固定支座、2是第一全向轮、3是第二全向轮、4是驱动支座、5是第一同步带、6是第一驱动电机、7是第一张紧组件、8是第二同步带、9是第一驱动同步带轮、10是第二驱动电机、11是第二驱动同步带轮、12是第二张紧组件、13是驱控模块、14是驱控模块支座、15是第一从动同步带轮、16是第一连接轴、17是第二连接轴、18是第二从动同步带轮、19是卡槽、21是第一单元支座、22是第二单元支座、23是支座固定螺钉。

具体实施方式

以下将结合附图以及具体实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，本申请使用的技术术语应当为本实用新型所述技术人员所理解的通常意义。术语“相连”“连接”“固定”“设置”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是机械连接、也可以是电连接。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实用新型中的具体含义。除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”或者“上方”或者“上面”等可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”或“下方”或“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另外一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

如图1-5所示，全向传输单元，包括固定支座1，固定支座1上设置驱动模块。所述驱动模块包括两个与驱动机构连接的传输机构；两个传输机构的最高位置始终在一个平面上，所述每个传输机构最高位置的速度向量除了可以反向外，其角度不改变且两个传输机构的最高位置的速度向量不平行。传输机构的最高位置就是传输机构与其运输物品的接触点。通过控制驱动机构的参数可以改变传输机构最高位置的速度从而改变需要运输的物品移动的方向以及速度大小。现有的全向传输单元采用三个全向轮来实现运输物品的移动。本实用新型中每个全向传输单元只需要两个移动方向不平行的传输机构既可，结构更加简单。传输机构可以是同步带传动、齿轮传动、涡轮蜗干传动和等传送机构，也可以是具有自转的轮子等通过转动使运输物品移动的机构。

进一步的，所述传输机构包括与驱动机构连接从而可以绕着自身的转动轴线转动的第一全向轮2和第二全向轮3，第一全向轮2和第二全向轮3的转动轴线不平行；第一全向轮2和第二全向轮3距离固定支座上顶面的最大高度一致且其最高位置始终在一个平面上；第一全向轮2最高位置的速度向量和第二全向轮3最高位置的速度向量构成平面向量坐标系。普通的轮子也可以实现全向传输单元的全向传输的功能，只是摩擦力会比全向轮大，优选采用全向轮。全向轮的结构是现有技术，在专利de102017115854中也有提及，本实用新型不再详细描述。如果第一全向轮2和第二全向轮3直径一致，那么其转动轴线在一个平面上。如果第一全向轮2和第二全向轮3的直径不同，为了保持其位置最高面在一个平面上，其转动轴线不在一个平面上。优选第一全向轮2和第二全向轮的转动轴线互相垂直，这样算法控制更加简单方便。

所述第一全向轮2和第二全向轮3分别与单独的驱动机构连接；所述驱动机构为设置在固定支座1下方的同步带传动机构；固定支座1下方还设置有用于张紧同步带的张紧组件。

进一步的，所述固定支座1连接向下的驱动支座4，同步带传动机构设置在驱动支座4上；同步带传动机构包括驱动电机、驱动电机输出轴上设置的驱动同步带轮、与第一全向轮2或者第二全向轮3同轴线并且一同转动的连接轴上设置的从动同步带轮以及连接驱动同步带轮和从动同步带轮的同步带；第一全向轮2和第二全向轮3的连接轴分别转动设置在驱动支座4上；驱动电机设置在驱动支座4上且驱动电机与驱动支座4之间的角度可调节；张紧组件与驱动电机滑动接触、张紧组件移动或者转动推动驱动电机使驱动电机与驱动支座4的角度变化从而改变同一个同步带传动机构的驱动同步带轮和从动同步带轮的距离。所述驱动模块还包括对两个驱动电机进行控制的驱控模块13，驱控模块13设置在驱动支座4上。

具体的实施例中，全向传输单元主要由于固定支座1和驱动模块组成，其中驱动模块包括：第一全向轮2、第二全向轮3、驱动支座4、第一同步带5、第一驱动电机6、第一张紧组件7、第二同步带8、第一驱动同步带轮9、第二驱动电机10、第二驱动同步带轮11、第二张紧组件12、驱控模块13、驱控模块支座14、第一从动同步带轮15、第一连接轴16、第二连接轴17、第二从动同步带轮18及标准零部件（包括轴承、挡圈、螺钉组件等）等。其中第一全向轮2、第一同步带5、第一驱动电机6、第一张紧组件7，第一驱动同步带轮9、第一从动同步带轮15、第一连接轴16及标准零部件构成第一同步带传动机构。而第二全向轮3、第二同步带8、第二驱动电机10、第二驱动同步带轮11、第二张紧组件12、第二连接轴17、第二从动同步带轮18及标准零部件构成第二同步带传动机构。第一同步带传动机构和第二同步带传动机构的连接形式、布置结构完全相同，且布置为同平面、非共线的任意角度，其中正交布置为优选结构形式，因此这里仅说明第一同步带传动机构的连接结构形式、功能介绍。第一连接轴16两端通过轴承、挡圈与驱动支座4的顶部装配连接，第一全向轮2与第一连接轴16通过键配合实现连接并布置到两端支撑之间，该布置结构使全向传输单元的负载能力得到较大程度的提高，第一从动同步带轮15通过挡圈、键配合固定到第一连接轴16的尾端，驱动第一驱动同步带轮9通过键配合、挡圈与第一驱动电机6连接为一体。第一驱动电机6通过螺钉组件固定在驱动支座4的下端，螺钉组件可以包括至少2个优选4个螺钉或者螺栓。以螺钉组件有4个为例，拧松螺钉组件后其底角的螺钉能绕该连接孔自由转动，构成转动副。除了底部螺钉外，驱动支座上对应其余螺钉或者螺栓位置设置腰型孔方便第一驱动电机6摆动到合适的位置再固定。第一同步带5分别连接第一从动同步带轮15和第一驱动同步带轮9实现驱动力的传动，第一张紧组件7通过自锁参数的螺纹配合固定在驱动支座4下端第一驱动电机6的侧面并与相接触，并构成具自锁功能的螺旋副，螺旋副与上面所述第一驱动电机6和驱动支座4构成的转动副一起构成通过具有自锁原理凸轮结构。即转动第一张紧组件7的定位销带有螺纹的一端使其直线移动从而推动第一驱动电机6转动，到张紧位置，通过自锁螺母组件将定位销与驱动支座4可靠固定连接，最后将第一驱动电机6的固定螺钉组件拧紧，完成第一同步带传动机构的自动张紧。固定支座1内设置容纳第一全向轮2和第二全向轮的槽，驱动支座4包括两个与固定支座1相连的连接板，第一同步带传动机构和第二同步带传动机构分别设置在对应侧的连接板上并且位于一全向轮2和第二全向轮3侧方位置的下方，第一驱动电机6和第二驱动电机10分别设置在对应连接板的背面、分别设置在对应第一全向轮2和第二全向轮3的正下方；第一驱动同步带轮9对应在连接板上的孔也是略大方便其摆动的孔。第一张紧组件7可以是能够转动的凸轮，通过转动改变与第一驱动电机6的接触位置从而使第一驱动电机摆动。驱控模块13通过螺钉组件与驱控模块支座14固定到一起，驱控模块支座14通过螺钉组件固定在驱动支座4的底部，驱控模块13主要接受上位控制系统的指令并对第一驱动电机6和第二驱动电机10进行驱动控制。第一全向轮2的转速为n1，第二全向轮3的转速为n2。

固定支座1可以为正方形。其实固定支座1可以为任意形状、比如多边形结构，其中以正方形结构作为优选。其通过螺钉组与驱动支座4的连接螺纹孔可靠连接为一整体构成全向传输单元。如图5所示，根据平面向量基本定理，全向传输单元能够提供平面内任意方向的驱动力。另外，驱动部分可以设计成2个独立的传动部分，第一全向轮2和第二全向轮3可以直接通过挡圈、键配合直接与其对应的驱动电机连接，其结构属于悬臂式布置，存在承载能力弱、对降低驱动电机的可靠性和使用寿命等缺点。

如图6-17所示，由全向传输单元构成的全向传输系统，全向传输系统包括m×n组全向传输单元，m和n是不小于2的自然数。全向传输系统的最小单元由2×2组全向传输单元构成，以全向传输单元的运动原理为基础结合控制算法，可以实现平面内任意方向直线、任意角度自由转动及半径为r的圆弧曲线3种基本类型运动，如图14所示。以3种基本运动类型为基础，可以衍生出自动分拣功能、自动排列及整齐码垛等功能，如图15中，货物a、b、c从输入口进入全向传输系统，沿着箭头方向可以移动到三个不同的输出口。图16中，货物a、b、c从输入口进入全向传输系统，移动的一侧列队。图17中货物a、b、c、d、e输入口进入全向传输系统实现码垛功能。

如图9-13所示，全向传输系统的形状为长方形、十字形、口字形或者a-z中任意大写字母形状或者其他形状。以最小全向传输单位为基础，全向传输系统能够适应不同的布置空间，布置成多种图形，除了十字型、t字型、l型、回字型等，还可以根据需要设置成别的形式。

如图6-7所示，相邻全向传输单元之间通过单元支座连接；固定支座1的侧面设置卡槽19，单元支座与相连接的两个全向传输单元之间通过螺栓或者螺钉固定并通过固定支座1侧面的卡槽19定位。以正方形的全向传输单元为例，1个全向传输单元四面分别与4个全向传输单元相邻，并分别通过2组第一单元支座21、第二单元支座22及螺钉组件连接为一体。第一单元支座21和第二单元支座22可以对称设置、也可以结构相同。其中装配时，固定支座1上的的u型的卡槽19分别插入到2组第一单元支座21、第二单元支座22中间部分进行配合并定位，插入到位后固定支座1的内顶面分别与2组第一单元支座21、第二单元支座22的上支撑面接触并通过支座固定螺钉23连接固定，固定支座1的u型卡槽19结构能非常方便实现对全向传输单元的位置定位约束以便于全向传输单元实现精准可靠的固定连接，而且各全向传输单元的安装固定是相互独立的不受彼此影响，因此提高了全向传输系统的可维护性。

本实用新型根据平面向量基本定理和模块化的设计理念，1个全向传输单元包含1对基于共面、非共线全向轮结构的驱动模块，总体为正方形结构，其中以1对全向轮的正交布置较优，其能够提供平面内任意方向的驱动力；多组全向传输单元分别通过螺钉与其相对应的支撑座固定连接，当某个全向传输单元出现故障时，直接将其拆除进行更换而不会影响其他全向传输单元运行；多组全向传输单元按照正交排列布置构成的全向传输系统，能够实现任意方向直线、任意角度转动2种最基本平面运动，在此基础可规划多条不同传输路径从而实现不同货物的全向传输，根据不同的传输路径可进一步衍生出整齐码垛、自动分拣、整齐排列等功能，同时通过增减全向传输单元的数量可以适应不同重量、大小货物的输送；最小组成单元由2×2正交排列的全向传输单元构成，其能够实现任意方向直线、任意角度自转2种最基本平面运动，以最小组成单元为基础，可以在场地布局受约束的情况下，拼装成各种不同的类型布局结构，因此具有适应性强、定制化等特点。综上所述，本实用新型布局灵活、可维护性高、适应性强、功能多样性好，能够满足物流智能装备的快速发展趋势，因此具有非常好的工程应用前景。

具体实施时：将全向传输单元组装成设定形状的全向传输系统，这种全向传输系统的主要工作原理如下所示：全向传输单元的2个呈共面、非共线布置的全向轮结构驱动模块相互独立控制并能够实现正反转，根据平面向量的基本定理，其能够合成平面内任意方向的驱动力。m×n组全向传输单元按照正交结构连续排列布置构成全向传输系统，其参与传输的水平方向的全向轮结构驱动模块运动参数一致，参与货物传输的垂直方向的全向轮结构驱动模块运动参数一致，根据平面向量基本定理，其能够提供任意方向的直线运动；其参与传输相同方向的全向轮驱动模块中位于货物质心两侧的驱动力大小一致、反向相反，即可实现任意角度转动；根据刚体逆运动学，不同运动轨迹的传输路径都可以分解成是任意方向直线移动和任意角度转动。通过检测到货物的不同或采用计数方式，根据不同的传输顺序执行不同的规划路径，从而可实现整齐码垛、自动分拣、自动排列等功能。

需要说明的是，描述中使用的术语比如“中心”“横向”“纵向”“长度”“宽度”“厚度”“高度”“前”“后”“左”“右”“上”“下”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了标语描述本专利，而不是指示或者暗示所指的装置或者原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。而且，对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理的精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型都在本说明书的范围内。