一种悬挂式机械臂移动系统及过跨的方法与流程

本发明涉及一种悬挂式机械臂移动系统及过跨的方法，尤其适用于物流、温室大棚、安防、家居、公共服务业等场所。

背景技术：

随着人工智能的发展，机械臂（智能设备）的应用越来越广泛。目前机械臂（智能设备）的移动方式为落地式（足式、轮式）移动、悬挂式（龙门悬挂、单轨及双轨悬挂）移动。

1.《一种用于温室大棚的可转跨的自动喷灌装置（公开（公告）号：cn103766171b）》：该发明中的“过跨”是采用了落地的升降机在人工操作后实现了悬挂式设备在多跨龙门结构中的移动。本发明中，采用相邻移动小车下的升降机自动协同完成。

2.《单轨悬挂移动装置（公开（公告）号：cn102616519b）》、《一种六轴式气动硬臂助力机械抓手（公开（公告）号：cn106826911a）》：发明了一种单轨悬挂式移动装置，但在运行过程中，设备的稳定性差。本发明中，吊轨结构采用三轨形式（1条驱动轨、2条稳定轨）的悬挂，保证了设备运行过程中的稳定性。

3.《一种四轨道龙门悬挂式双机械臂协同加工系统（公开（公告）号：cn105690379a）》、《一种机器人悬挂移动系统（公开（公告）号：cn106002935a）》、《一种xy轴自动滑轨机械臂（公开（公告）号：cn204772535u）》、《一种立式型材多轨道牵引机器人（公开（公告）号：cn205630602u）》：不能实现多跨龙门结构间的设备移动。本发明中，采用“过跨”方式，实现了同一台悬挂式设备可在不同的结构体系之间不间断的连续移动。

4.《一种垂直运动倒挂式机械臂安装平台（公开（公告）号：cn106737572a）》：该发明不能实现悬挂式设备在x轴、y轴的移动。本发明中，悬挂式设备通过龙门结构下的横梁、龙门小车实现x轴、y轴的移动，通过吊轨结构下设计布置好的轨道盘和吊轨小车实现规定线路下的移动（可平面移动和上下坡）。

5.《悬挂轨道式多臂铸造机器人（公开（公告）号：cn206913138u）》：该发明不能实现悬挂式设备在不同轨道上的变换。本发明中，在吊轨结构体系下通过转向轨道盘实现悬挂式设备在相交轨道和相邻轨道下移动。

6.《实现悬挂物跨区间全覆盖移动的吊轨系统（公开（公告）号：cn108373103a》该发明是通过轨道对接实现悬挂无跨区间移动，不能解决相邻的吊轨区间存在高差或障碍物时悬挂物跨区间移动问题。本发明中，通过升降设备及“过跨”方式，实现了同一台悬挂式设备可在多跨的龙门结构之间、各相邻体系结构之间、有障碍物隔开的体系结构之间以及存在高差的相邻体系结构之间不间断的连续移动。

7.《一种旋转吊轨转弯机构（公开（公告）号：cn204198262u》该发明所提出的转弯机构为单轨悬挂式，运行中悬吊设备的稳定性差（易晃动），且在平面设计结构布局时，可供选择的转弯装置少。本发明中，吊轨为三轨结构，转向装置采用的为双轨（1条驱动轨、1条稳定轨）结构，大大提高了悬吊设备的稳定性（不易晃动），并提出了45度的转向装置，更有利于平面设计结构布局。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种悬挂式机械臂移动系统及过跨的方法，该移动系统基于龙门结构与吊轨结构组合，可以大大的增强悬挂式机械臂（智能设备）的稳定性，从而提高适用范围。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种悬挂式机械臂移动系统，包括：

龙门结构，其具备主梁和横梁，以及行走在横梁上的龙门小车；

吊轨结构，所述吊轨结构包括轨道盘和行走在轨道盘上的吊轨小车；以及设备行走平台，其用于悬挂需要移动的设备；

所述龙门小车和吊轨小车的底部均设有托轨，所述设备行走平台行走在所述托轨上；

所述设备行走平台在龙门结构与吊轨结构的结合处可从龙门小车托轨上行走至吊轨小车的托轨上，或所述设备行走平台在相邻两个龙门结构的结合处可从一个龙门小车托轨上行走至另一个龙门小车的托轨上，或所述设备行走平台在相邻两个吊轨结构的结合处可从一个吊轨小车托轨上行走至另一个吊轨小车的托轨上。

这样，通过龙门结构和吊轨结构的设计，可以实现龙门小车和吊轨小车的设备行走平台转接，进而保证需要移动的设备安全可靠地过跨。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

根据本发明的优选实施例，所述龙门小车包括驱动顶盘、转向盘、升降装置及所述托轨；所述驱动顶盘行走在所述横梁上，所述转向盘用于调整龙门小车的运行方向，所述龙门小车的托轨通过升降装置与转向盘相连。通过升降机构可以调整托轨的高度，为龙门小车的托轨与吊轨小车的托轨对接做准备。

进一步地，所述驱动顶盘上有驱动电机及驱动齿轮；所述转向盘上装有转向电机及转向齿轮；所述转向电机及转向齿轮吊装在所述驱动顶盘中间预留位置处；所述升降装置固定在转向盘的底部，且升降装置的底板上吊装有送电装置以及位于送电装置左右两侧的托轨。

根据本发明的优选实施例，所述吊轨小车包括驱动承重架、稳定顶盘、升降装置及所述托轨；所述驱动承重架行走在所述轨道盘上，所述稳定顶盘铰接在所述驱动承重架上，所述吊轨小车的托轨通过升降装置与稳定顶盘相连。通过升降机构可以调整托轨的高度，为龙门小车的托轨与吊轨小车的托轨对接做准备。

进一步地，所述驱动承重架上安装有驱动电机、驱动齿轮以及承重轮；所述稳定顶盘的中间位置安装有取电杆，稳定顶盘的两侧安装有稳定轮；所述升降装置的底板中间吊装送电装置，以及位于送电装置左右两侧的托轨。这样，吊轨小车在驱动电机的驱动下行走在轨道盘上，稳定轮保证吊轨小车的行走安全，

所述龙门结构具有两根主梁和安装在两根主梁之间的一根横梁；所述横梁的两端通过横梁驱动装置行走主梁上。

所述吊轨结构包括两根主梁，安装在两根主梁之间的格子吊梁，以及装在格子吊梁下的轨道盘。

所述轨道盘包括固定在顶板下的驱动轨（其下吊装送电装置）、稳定轨；所述轨道盘分为直线轨道盘、曲线轨道盘、90°转向轨道盘、以及45°转向轨道盘；各轨道盘之间首尾相接；所述90°转向轨道盘包括外盘及转盘，所述外盘上固定安装有所述驱动轨和稳定轨，所述转盘上安装转向电机及转向齿轮，该转盘上固定有用于直行的驱动轨、该用于直行的驱动轨一侧设有用于转向的驱动轨，另一侧固定有所述稳定轨；所述45°转向轨道盘包括链轨、直行驱动轨、转向驱动轨及稳定轨；所述链轨为驱动轨转向装置。

为了更平稳地实现过跨，所述龙门小车的托轨和吊轨小车的托轨在所述龙门结构与吊轨结构的结合处水平对接形成一条托轨，或两个龙门小车的托轨在相邻两个龙门结构的结合处水平对接形成一条托轨，或两个吊轨小车的托轨在相邻两个吊轨结构的结合处水平对接形成一条托轨。

基于同一个发明构思，一种利用所述的悬挂式机械臂移动系统实现需要移动的设备过跨的方法，其包括如下步骤：

s1龙门小车沿着龙门结构的横梁运动到龙门结构与吊轨结构的结合处，吊轨小车沿着吊轨结构的轨道盘运动到龙门结构与吊轨结构的结合处；

s2调整龙门小车的横向位置和垂向位置、调整吊轨小车的垂向位置，使得所述龙门小车的托轨和吊轨小车的托轨对接；

s3设备行走平台从龙门小车的托轨移动到吊轨小车的托轨上或从吊轨小车的托轨移动到龙门小车的托轨上，实现过跨；

或

a）龙门小车沿着龙门结构的横梁运动到相邻两个龙门结构的结合处；

b）调整两个龙门小车横向位置和垂向位置，使得两个龙门小车的托轨对接；

c）设备行走平台从一个龙门小车的托轨移动到另一个龙门小车的托轨上，实现过跨；

或

i）吊轨小车沿着吊轨结构的轨道盘运动到相邻两个吊轨结构的结合处；

ii）调整两个吊轨小车的垂向位置，使得两个吊轨小车的托轨对接；

iii）设备行走平台从一个吊轨小车的托轨移动到另一个吊轨小车的托轨上，实现过跨。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：相对于传统机械臂（智能设备）落地移动方式（足式、轮式），本发明的悬挂式移动方式技术简单、成熟，成本低，空间利用率高，对地面平整度无要求，工作中智能设备无失稳（倒塌）隐患，能大幅提高对工件（或设备）的负重能力。尤其是在同一个吊轨结构体系中，可同时运行多台悬挂式机械臂（智能设备），可进一步增加其协同工作能力、提高设备的利用率和降低成本。本发明采用三轨机构“过跨”技术以及“变轨”装置，不仅增强了悬吊设备的稳定性，并可使同一台机械臂（智能设备）在不同的结构体系之间不间断的连续移动，大大提高了机械臂（智能设备）的使用范围和适用性。

与cn103766171b相比，本发明中，采用相邻移动小车下的升降机自动协同完成。

与cn102616519b、cn106826911a相比，本发明的吊轨结构采用三轨形式（1条驱动轨、2条稳定轨）的悬挂，保证了设备运行过程中的稳定性。

与cn105690379a、cn106002935a、cn204772535u、cn205630602u，本发明采用“过跨”方式，实现了同一台悬挂式设备可在不同的结构体系之间不间断的连续移动。

与cn106737572a相比，本发明的悬挂式设备通过龙门结构下的横梁、龙门小车实现x轴、y轴的移动，通过吊轨结构下设计布置好的轨道盘和吊轨小车实现规定线路下的移动（可平面移动和上下坡）。

与cn206913138u相比，本发明在吊轨结构体系下通过转向轨道盘实现悬挂式设备在相交轨道和相邻轨道下移动。

与cn108373103a相比，本发明通过升降设备及“过跨”方式，实现了同一台悬挂式设备可在多跨的龙门结构之间、各相邻体系结构之间、有障碍物隔开的体系结构之间以及存在高差的相邻体系结构之间不间断的连续移动。

与cn204198262u相比，本发明中的吊轨为三轨结构，转向装置采用的为双轨（1条驱动轨、1条稳定轨）结构，大大提高了悬吊设备的稳定性（不易晃动），并提出了45度的转向装置，更有利于平面设计结构布局。

附图说明

图1是本发明一种实施例的悬挂式移动系统结构布置平面示意图；

图2是本发明基于龙门结构的悬挂移动体系示意图；其中a）为主剖视图，b）为左剖视图，c）为平面图；

图3是本发明基于吊轨结构的悬挂移动体系示意图；其中a）为主剖视图，b）为左剖视图，c）为平面图；

图4是90°转向轨道盘的结构示意图；a）为转盘主视图，b）为a）的左视图，c）为a）的仰视图；d）为外盘的主视图；

图5是45°转向轨道盘的结构示意图；a）为转盘主视图，b）为a）的左视图，c）为a）的仰视图；

图6是龙门小车的结构示意图；其中a）为主视图，b）为左剖视图，c）为平面图；

图7是吊轨小车的结构示意图；其中a）为主剖视图，b）为左剖视图，c）为平面图；

图8是设备行走平台的结构示意图；其中a）为主视图，b）为左剖视图，c）为平面图；

图9是设备行走平台“过跨”示意图；

图10是“换轨”（转向）示意图；a）为45度轨道盘直行示意图，b）为45度轨道盘转向示意图，c）为90度轨道盘直行示意图，d）为90度轨道盘转向示意图。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种悬挂式机械臂移动系统，主要由二大体系和三大组成部分，二大体系分别为“基于龙门结构的悬挂移动体系”（图2）和“基于吊轨结构的悬挂移动体系”（图3），三大组成部分分别为承载受力结构（龙门结构、吊轨结构）、移动小车（龙门小车、吊轨小车）、设备行走平台，以下详述组成部分及运行原理：

一、承载受力结构

1.龙门结构:常规构造，根据受力分析和美观要求，确定支柱、主梁、横梁的间距、材质、断面形式及面积。

2.吊轨结构:由支柱、主梁、格子吊梁以及轨道盘构成，支柱、主梁、格子吊梁的材质、间距、断面形式及面积，根据受力分析和美观要求确定。轨道盘由焊接在顶板下的驱动轨（其下吊装送电装置）及稳定轨组成，安装时吊装在格子吊梁下，其根据悬挂式移动设备的运行轨迹及"变轨"的需要分为三种形式，分别为直线和曲线轨道盘、90°转向轨道盘（图4）、以及45°转向轨道盘（图5）。90°转向轨道盘由外盘及转盘构成，外盘下四向对称焊接有驱动轨和稳定轨，转盘上安装转向电机及齿轮、其下中间焊接驱动轨（直行）、一侧焊接驱动轨（转向）、另一侧焊接稳定轨；转盘吊装在外盘中间预留位置处，外盘通过四向的轨盘搭头（或吊装在格子吊梁下）安装在直线轨道盘间，与其他轨道盘连接成整体。45°转向轨道盘下焊接驱动轨（直线、左转）和稳定轨（直线、左转），并安装有驱动轨转向装置。驱动轨转向装置主要由链轨、滑杆、转向电机及齿轮、齿板组成。

如图1所示，两间相邻的厂房内，每间厂房都具有至少一个门洞101，一间厂房设置有龙门结构，另一间厂房内设有吊轨结构。具体而言，在安装有龙门结构的厂房内装有多根支柱201，支柱201的顶端装有主梁2，两根龙门主梁2沿着厂房的墙壁平行布置。在两根主梁2之间安装有横梁3，横梁3上装有龙门小车4，这样龙门小车4沿着横梁3的长度方向移动，横梁3可以沿着主梁2的长度方向往复移动。在吊轨结构的厂房内装有多根支柱201，支柱201的顶端沿室内四周装有四根或多根主梁2，在主梁2之间安装有格子吊梁606，在格子吊梁606下通过轨道盘挂钩604吊装有轨道盘6。轨道盘6分为曲线轨道盘601、45°转向轨道盘602、90°转向轨道盘603，以及直线轨道盘605。各轨道盘首尾相接形成整体，在两间厂房相接的门洞101位置形成龙门结构和吊轨结构的结合处。

如图2所示，龙门结构的横梁3由两根开口对置的槽钢通过横梁加强杆301固定连接而成，槽钢的开口形成龙门小车4的行走轨道，横梁3通过横梁驱动齿轮302与主梁2的齿条啮合传动，横梁驱动齿轮302由装在横梁3上的横梁驱动电机303驱动，从而实现在主梁2上移动的目的。

如图3所示，吊轨结构的主梁2上安装有格子吊梁606，格子吊梁606下通过轨道盘挂钩604安装有轨道盘6，轨道盘6上装有吊轨小车8。

二、移动小车

如图2和图6所示，龙门小车4由驱动顶盘404、转向盘405、升降机403及托轨401组成，驱动顶盘404上加装驱动电机406及驱动齿轮409，转向盘405上加装转向电机407及转向齿轮408，转向电机407和转向齿轮408吊装在驱动顶盘404中间预留位置处，升降机403焊接在转向盘405下，升降机403的底板下中间吊装送电装置402（电线），升降机403的底板两侧焊接有2条平行设置的托轨401。需要移动的设备5与行走平台9相连，行走平台9行走在托轨401上。

如图3和图7所示，吊轨小车8由驱动承重架809、稳定顶盘804、升降机803及托轨801组成。驱动承重架809上安装有驱动电机807、驱动齿轮806以及承重轮808，稳定顶盘804通过两端中轴杆件铰接在驱动承重架809下部、中间位置安装有弹性取电杆805、两侧安装有稳定轮，每侧1个稳定主轮810及2个稳定次轮811，升降机803焊接在稳定顶盘804下，升降机803的底板下中间吊装送电装置802（电线），升降机803的底板两侧焊接2条平行设置的托轨801。

三、设备行走平台

如图8所示，设备的行走平台9运行在龙门小车4或吊轨小车8的托轨上，行走平台9由驱动电机905及驱动齿轮903、弹性取电杆902及底盘901构成，需要移动的设备5（机械臂）吊装在底盘901下。驱动电机905和驱动齿轮903之间设有电磁制动器904。

四、运行原理

1.悬挂式移动模式

龙门移动体系下的悬挂式设备通过横梁2、龙门小车4实现x轴、y轴的移动，通过龙门小车4的升降机403实现z轴的移动。从而可以保证需要移动的设备5停留在任何需要停留的位置。

吊轨移动体系下的悬挂式设备通过设计布置好的轨道盘6和吊轨小车8，实现规定线路下的移动（可平面移动和上下坡），通过吊轨小车8的升降机803实现z轴的移动。通过稳定轨613和稳定主轮810、稳定次轮811增加了整个移动体系的稳定性（不易晃动）。

2.“过跨”模式

如图9所示，吊装在行走平台9下的悬挂式设备，通过行走平台9从一台移动小车的托轨移动到另一台移动小车的托轨的过程，称之为“过跨”，主要应用在多跨的龙门结构之间、各相邻体系结构之间、有障碍物隔开的体系结构之间、主梁存在高差的相邻体系结构之间等，运用该过跨方式可实现同一台悬挂式设备在不同的结构体系之间不间断的连续移动。

实现原理：相邻移动小车的托轨通过龙门横梁及龙门小车或吊轨小车的移动在投影平面上实现“对接”，再通过2个小车的升降设备的z轴协同移动，实现同一水平面上的对接，然后托轨上的行走平台行走到另一台移动小车的托轨上。

如图9所示，就是实现龙门结构向吊轨结构过跨的示例，其中标号10为楼层板。对于相邻两个龙门结构之间的过跨和相邻两个吊轨结构的过跨，与图9所示的方案类似，不再赘述。

3.吊轨体系下的“变轨”（转向）:

如图4,5,10所示，采用转向轨道盘实现吊轨小车在相交轨道和相邻轨道下移动的转换，称之为“变轨”。

通过90°转向轨道盘实现十字相交轨道的“变轨”，如图5和10所示，套在外盘607内的转盘615，通过转盘615上的转向电机610及转向齿轮609进行旋转，将转盘615的转向驱动轨612对准外盘615的驱动轨608，从而连接横向及纵向驱动轨，吊轨小车4在其驱动轮的带动下，顺着相连接的驱动轨608，达到从纵向轨道转换到横向轨道移动的目的。

图5和图10所示，通过45°转向轨道盘602实现相临平行轨道的“变轨”，通过链轨618上的转向电机610及转向齿轮609，将链轨618与转向驱动轨612对接，从而实现纵向驱动轨与斜向驱动轨的连接，一条斜向驱动轨通过其两端的链轨618可连接两条平行的纵向驱动轨，吊轨小车8在其驱动轮的带动下，顺着相连接的驱动轨，可实现在平行的轨道间变换的目的。如图5所示，45°转向轨道盘602中转向驱动轨612与直行驱动轨608相交处为链轨618，链轨618由多块链轨块（平面形式为对称梯形结构，断面形式为工字钢）链接而成；链轨618一端与驱动轨608链接，另一端为活动端，活动端上装转向电机610及转向齿轮609；链轨618活动范围内的转向轨道盘顶板留有空洞以便活动，并通过每块链轨块上的链轨滑杆617与转向轨道盘形成受力整体。45°转向轨道盘602的固定可通过轨道盘挂钩604悬挂在格子吊梁606上，或通过其两端的轨盘搭头614挂置在相邻轨道盘预留位置处。

转向齿板616安装在转向驱动轨612与直行驱动轨608相交处的顶板上，45°转向轨道盘602的两侧均设置有转向稳定轨613。

如图4、图5所示，所有驱动轨下均吊装有送电装置611。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。