本发明涉及物流领域，尤其涉及一种物料拣选用升降机构及物料拣选机器人。
背景技术：
在物流行业，为了增加物品的摆放密度，往往需要将一种或者几种商品在同一个托盘上摆放，并且码垛多层，在码垛与拆垛过程中，需要浪费很多人力物力。
目前对货物进行拆码垛基本采用两种形式，一种形式是采用关节臂机器人进行拆码垛，另一种则是采用直角坐标机器人对其进行拆码垛。在这两种拆码垛的形式中，关节臂机器人拆码垛的作业半径小，不适用大范围的拆码垛工作，而直角坐标机器人可以在作业范围内对任意托盘上的货物进行拆码垛，因此对于较大的作业范围来说，一般都采用直角坐标机器人。
现有的直角坐标拣选机器人中设有垂直方向的升降机构，而升降机构的形式不一，包括卷扬机构、齿轮齿条机构、同步带轮机构、链条链轮机构、钢丝绳机构等等，这些垂直升降机构均为单行程或者倍程机构。对于仓库内用以存放50kg以内的物品的周转箱来说，这种周转箱为了人工搬运，尺寸通常较小，而且堆垛时也较为紧凑，而现有的垂直升降机构一方面尺寸较大，在垂直方向占用较大空间，难以适用于机器人的末端执行机构的尺寸限制要求，另一方面在导向以及零部件的加工都要求较高，如果运行过程中稳定性不够，则会影响堆垛效果。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种物料拣选用升降机构及物料拣选机器人，能够在满足物料分拣要求的同时，节省现场空间的占用。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种物料拣选用升降机构，包括：动力部件、竖直方向设置的固定臂和伸缩臂机构，所述伸缩臂机构安装在所述固定臂的臂筒内，且所述伸缩臂机构包括至少三级逐级嵌套安装的伸缩臂，所述伸缩臂机构中的最末级伸缩臂作为执行端用于拣选物料，且所述固定臂及各级伸缩臂之间设有钢丝绳滑轮传动机构，能够在所述动力部件运动单倍行程时使执行端沿竖直方向运动至少三倍行程。
进一步地，在所述动力部件和所述伸缩臂机构之间设有滚珠丝杠传动机构，所述动力部件通过所述滚珠丝杠传动机构驱动所述伸缩臂机构中的最初级伸缩臂相对于所述固定臂直线运动。
进一步地，所述动力部件包括电机和减速器，所述减速器的输出轴通过联轴器与所述滚珠丝杠传动机构的丝杠轴连接，所述电机经由所述减速器、所述联轴器向所述丝杠轴输出扭矩。
进一步地，在所述滚珠丝杠传动机构的丝杠轴上远离所述动力部件的一端上还设有限位机构，能够限制所述最初级伸缩臂的最低位置。
进一步地，还包括减速器安装板，所述减速器安装板固定安装在所述固定臂底部，用于对所述减速器进行固定，所述减速器的输出轴、所述联轴器和所述丝杠轴位于所述减速器安装板所围成的内部空间中。
进一步地，在所述减速器安装板与所述丝杠轴之间还设有轴承和轴承固定机构。
进一步地，所述钢丝绳滑轮传动机构包括伸臂钢丝绳、伸臂滑轮、缩臂钢丝绳和缩臂滑轮，所述固定臂与所述最末级伸缩臂之间的各级伸缩臂均固定设置有伸臂滑轮和缩臂滑轮；
对于每个伸臂滑轮，伸臂钢丝绳的两端分别固定在该伸臂滑轮所在的伸缩臂的内外相邻臂体上，且从所述伸缩臂机构的伸臂方向绕过该伸臂滑轮；
对于每个缩臂滑轮，缩臂钢丝绳的两端分别固定在该缩臂滑轮所在的伸缩臂的内外相邻臂体上，且从所述伸缩臂机构的缩臂方向绕过该缩臂滑轮。
进一步地，所述伸缩臂机构为三级逐级嵌套安装的伸缩臂，所述钢丝绳滑轮传动机构能够在所述动力部件运动单倍行程时使执行端运动三倍行程。
进一步地，在所述固定臂与所述伸缩臂机构之间，所述伸缩臂机构中的各级伸缩臂之间还设有导向滑块，所述导向滑块位于所述固定臂和所述伸缩臂机构中除去最末级伸缩臂的其他级伸缩臂的内侧壁远端，以及位于所述伸缩臂机构中各级伸缩臂的外侧壁近端。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种物料拣选机器人，包括前述的物料拣选用升降机构。
上述本发明的一个实施例具有如下优点或有益效果，采用至少三级的逐级嵌套安装的伸缩臂，并通过钢丝绳滑轮传动机构来实现至少三倍程的驱动关系，在竖直方向占用一倍的空间即可实现三倍以上的行程距离，在满足物料分拣要求的同时，对现场的建筑高度要求降低，并极大的节省设备对现场空间的占用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明物料拣选用升降机构的一实施例的结构示意图。
图2为本发明物料拣选用升降机构实施例的竖直方向的剖面示意图。
图3、图4分别为图2中圆圈部分a、b的放大示意图。
图5为本发明物料拣选用升降机构实施例中省去动力部件的结构示意图。
图6为本发明物料拣选用升降机构实施例中省去动力部件和钢丝绳滑轮传动机构的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，为本发明物料拣选用升降机构的一实施例的结构示意图。结合图2-6所示的各结构示意图，本实施例的物料拣选用升降机构包括：动力部件、竖直方向设置的固定臂1和伸缩臂机构。伸缩臂机构安装在所述固定臂1的臂筒内，且所述伸缩臂机构包括至少三级逐级嵌套安装的伸缩臂。伸缩臂机构中的最末级伸缩臂作为执行端用于拣选物料，且所述固定臂1及各级伸缩臂之间设有钢丝绳滑轮传动机构，能够在所述动力部件运动单倍行程时使执行端沿竖直方向运动至少三倍行程。
本实施例的固定臂和伸缩臂机构在竖直方向占用一倍的空间即可实现三倍以上的行程距离，在满足物料分拣的行程要求的同时，较少的竖直方向占用空间降低了现场的建筑高度要求。
固定臂和各级伸缩臂均可采用呈“回”型的截面形式，以便实现臂与臂之间的嵌套和相对运动。由于伸缩臂机构需要安装在固定臂1的臂筒内，因此伸缩臂机构至少部分的最大尺寸要小于固定臂的内部尺寸，伸缩臂机构中从最末级伸缩臂到最初级伸缩臂的方向的尺寸逐级增大，且要相邻级伸缩臂的轮廓尺寸能够实现嵌套安装。
为实现动力部件对伸缩臂机构的驱动，动力部件与伸缩臂机构之间可采用各种现有的可行传动方式，例如连杆、齿轮齿条等传动机构。考虑到钢丝绳滑轮传动机构属于费力省距离的传动机构，因此动力部件与伸缩臂机构之间优选采用能够实现较大驱动力或力矩的传动机构，而且还要尽量减小固定臂和伸缩臂机构水平方向的占用空间。基于这一思路，本实施例可采用滚珠丝杠传动机构，该滚珠丝杠传动机构设置在所述动力部件和所述伸缩臂机构之间，动力部件通过所述滚珠丝杠传动机构驱动所述伸缩臂机构中的最初级伸缩臂相对于所述固定臂1直线运动，进而带动其他各级伸缩臂的直线运动。
参考图1和图2，动力部件可以具体包括电机5和减速器6，所述减速器6的输出轴通过联轴器7与所述滚珠丝杠传动机构的丝杠轴10连接，所述电机5经由所述减速器6、所述联轴器7向所述丝杠轴10输出扭矩。电机5易于获得，安装方便，能够为整个升降机构提供动力源。减速机6能够将电机5的输出转速降低，并提升输出转矩。联轴器7用于连接减速机6的输出轴和丝杠轴10。通过电机5到丝杠轴10的传动路径，可以实现可靠而平稳的运动传递。
参考图2和图3，丝杠轴10与伸缩臂机构中的最初级伸缩臂底部安装的滚珠螺母11啮合，随着丝杠轴10的旋转能够带动滚珠螺母11及其所连接的最初级伸缩臂一同沿竖直方向运动。为了限制最初级伸缩臂的最低位置，优选在滚珠丝杠传动机构的丝杠轴10上远离所述动力部件的一端上进一步设置限位机构20，以限制所述最初级伸缩臂的最低位置。这里的限位机构20可以是在丝杠轴10上加工或装配的凸起结构，也可以采用固定在对应位置的限位丝母。此外，在固定臂1的外部还可以设置拉线传感器19，其一端连接在最末级伸缩臂上，作用是确定升降机构在运动过程中的位置。
在图2中，物料拣选用升降机构还可以包括减速器安装板8，该减速器安装板8固定安装在所述固定臂1底部，用于对所述减速器6进行固定。为了确保减速器6的输出轴和所述丝杠轴10的连接可靠，优选将减速器6的输出轴、联轴器7和丝杠轴10的顶端部分设置在减速器安装板8所围成的内部空间中。除此之外，还可以在减速器安装板8与所述丝杠轴10之间设置轴承9和轴承固定机构，以便给丝杠轴10提供转动支撑，并限制丝杠轴10的轴向和径向自由度。
下面将结合图2-5对钢丝绳滑轮传动机构的实现方式进行举例说明。从图2中可以看到，钢丝绳滑轮传动机构包括伸臂钢丝绳15、伸臂滑轮14、缩臂钢丝绳13和缩臂滑轮12。其中，伸臂钢丝绳15和伸臂滑轮14在伸缩臂机构的伸臂过程中起到驱动作用，而缩臂钢丝绳13和缩臂滑轮12则是在伸缩臂机构的缩臂过程中起到驱动作用。
伸臂滑轮14和缩臂滑轮12的设置位置为固定臂1与所述最末级伸缩臂之间的各级伸缩臂。对于每个伸臂滑轮14，伸臂钢丝绳15的两端分别固定在该伸臂滑轮14所在的伸缩臂的内外相邻臂体上，且从所述伸缩臂机构的伸臂方向绕过该伸臂滑轮14。对于每个缩臂滑轮12，缩臂钢丝绳13的两端分别固定在该缩臂滑轮12所在的伸缩臂的内外相邻臂体上，且从所述伸缩臂机构的缩臂方向绕过该缩臂滑轮12。
为了减小各级伸缩臂及固定臂的宽度，优选将缩臂滑轮12设置在其所在伸缩臂的内部，而将伸臂滑轮14设置在其所在伸缩臂的外部。参考图3和图4，靠近上端的缩臂滑轮12通过滑轮安装架17固定安装在自身所在伸缩臂的内侧，从而节省缩臂滑轮12所占用的水平方向的空间，而靠近下端的伸臂滑轮14通过滑轮安装架17固定安装在自身所在伸缩臂的外侧，并相对于上一级的伸缩臂或者固定臂露出，从而节省伸臂滑轮14所占用的水平方向的空间。
根据本发明采用钢丝绳滑轮传动机构的升降机构来说，其工作原理是可以扩展到三级、四级乃至更多级的，但因为空间、加工装配精度等影响，倍程的级数并非越大越好。首先这种机构属于费力机构，它的级数直接影响驱动端的驱动力，而驱动端的动力部件驱动力越大，往往对应的尺寸也越大。另一方面，当倍程级数多时，由于涉及部件增多，因此也会增加占用空间。相应的，各部件误差累计后，也会导致精度的降低。因此在物流仓储码垛场景下，优选伸缩臂机构为三级逐级嵌套安装的伸缩臂，以在所述动力部件运动单倍行程时使执行端运动三倍行程，这是综合了现场设备的应用空间、电机匹配、周转箱尺寸等因素后得出的优选方案。
下面以图2-5所示的三倍程的钢丝绳滑轮传动机构为例来分别说明一下伸缩过程中各部件的位置关系和相对运动关系。
图2中的伸缩臂机构具有三级伸缩臂，其中伸缩臂2为最初级伸缩臂，伸缩臂4为最末级伸缩臂，伸缩臂3位于伸缩臂2和伸缩臂4之间。在图3中靠左侧的缩臂滑轮12通过滑轮安装架17固定在伸缩臂2的内侧位置，其两侧为同一根缩臂钢丝绳13，该缩臂钢丝绳13一端固定在伸缩臂3的内侧连接块21，另一端固定在固定臂1的内侧连接块21。在图3靠右侧的缩臂滑轮12通过滑轮安装架17固定在伸缩臂3的内侧位置，其两侧为同一根缩臂钢丝绳13，该缩臂钢丝绳13一端固定在伸缩臂4的内侧连接块21，另一端固定在固定臂2的内侧连接块21。
当电机驱动丝杠轴10旋转以使伸缩臂2相对于固定臂1沿竖直方向向上缩回时，伸缩臂2带动图3靠左侧的缩臂滑轮12向上运动，由于固定臂1相对静止，则在缩臂钢丝绳13的拉拽作用下，伸缩臂3被拉动向上运动，而伸缩臂3的向上运动又带动图3靠右侧缩臂滑轮12向上运动，在缩臂钢丝绳13的拉拽作用下，使得伸缩臂4也被拉动着向上运动，从而通过丝杠轴的转动而带动整个伸缩臂实现缩回。
在图4中靠左侧的伸臂滑轮14通过滑轮安装架17固定在伸缩臂2的外侧位置，其两侧为同一根伸臂钢丝绳15，该伸臂钢丝绳15一端固定在伸缩臂3的外侧连接块22，另一端固定在固定臂1的外侧连接块22。在图4靠右侧的伸臂滑轮14通过滑轮安装架17固定在伸缩臂3的外侧位置，其两侧为同一根伸臂钢丝绳15，该伸臂钢丝绳15一端固定在伸缩臂4的外侧连接块22，另一端固定在固定臂2的外侧连接块22。
当电机驱动丝杠轴10旋转以使伸缩臂2相对于固定臂1沿竖直方向向下伸出时，伸缩臂2带动图4靠左侧的伸臂滑轮14向下运动，由于固定臂1相对静止，则在伸臂钢丝绳15的拉拽作用下，伸缩臂3被拉动向下运动，而伸缩臂3的向下运动又带动图4靠右侧伸臂滑轮14向下运动，在伸臂钢丝绳15的拉拽作用下，使得伸缩臂4也被拉动着向下运动，从而通过丝杠轴的转动而带动整个伸缩臂实现伸出。
本发明的物料拣选用升降机构能够在物流仓储码垛场景中有效地实现货物的准确搬运，而伸缩臂机构和固定臂之间以及伸缩臂机构中各级伸缩臂之间相对的顺畅运动可通过导向滑块18辅以实现。参见图6，导向滑块18设置在固定臂1与所述伸缩臂机构之间，以及伸缩臂机构中的各级伸缩臂之间。导向滑块18可采用摩擦系数较低的材料，以减少臂与臂之间相对运动的摩擦阻力。
导向滑块18位于所述固定臂1和所述伸缩臂机构中除去最末级伸缩臂的其他级伸缩臂的内侧壁远端，以及位于所述伸缩臂机构中各级伸缩臂的外侧壁近端，这样可以保证在运行过程中所有导向滑块18均能够起到导向作用，增加导向长度。通过设置导向滑块，可以有效地调节固定臂以及各级伸缩臂之间的间隙。当导向滑块磨损过度后，也可以方便的对其进行更换。
本发明的上述物料拣选用升降机构实施例可适用于各类需要进行物流拣选的场合，尤其是物流仓储码垛场景。其可安装在物料拣选机器人(例如直角坐标机器人等)上实现物料码垛功能。因此本发明还提供了一种物料拣选机器人，包括前述任一种的物料拣选用升降机构实施例。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。