一种模块化全方位机器人单元及其构成的输送系统的制作方法

本发明涉及物流机器人输送系统技术领域，具体地，涉及一种模块化全方位机器人单元及其构成的输送系统。

背景技术：

随着物流传输技术的不断发展，越来越多的物流自动化设备被应用于各行各业。物流机器人作为机器人的一种，由于其除了具备一般的机器人的特征外，还得具备组装方便、结构简单、工作灵活等要求。但现有的物流机器人，在这些方面还有一定的限制。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利cn201310083932提供了一种用于模块化传送带的铰链杆保持件，该保持件将铰链杆保持在通道内，同时允许用于杆相对于带宽度伸展或收缩的空间。该保持件包括柔性部分和形成模块化传送带的外侧边缘的支撑件。

中国专利cn201380038791提供了一种模块化传送带，具有重叠的扩展升高肋以防止当带绕着链轮向前转动时，带的顶部传送面在铰接部处开口。凸起从升高肋伸过带模块的连接端。当带模块的排在铰接部上连接在一起时，交错的凸起在转动角度范围上横向地重叠。

中国专利cn201910063380提供了一种全方向输送分拣传送平台，采用矩形模块，相邻全向轮垂直分布，通过两个不同方向的全向轮形成合力，驱动物料输送。但由于全向轮呈垂直分布，输送效率和输送灵活性还有待提高。

虽然，上述专利中涉及了模块化传送带的构思，但是存在着结构较复杂，模块化组装不便，限制了机器人工作的灵活性，无法获得较高的输送效果。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种模块化全方位机器人单元及其构成的输送系统，所述输送系统除了具备模块化结构、灵活性较高、空间利用率高等优点，还具有支持输送物料全方位输送、分拣和堆垛的特点，能灵活地运用于各类输送场景中。

根据本发明第一个方面，提供一种模块化全方位机器人单元，包括基座、电机、减速器、全向轮和旋转轴，其中：

所述基座包括上平板、下底板和支架，所述支架的底部连接于所述下底板上，所述支架的顶部与所述上平板连接，形成支撑架体结构；

所述电机、所述减速器和所述旋转轴设置于所述支撑架体结构内，所述全向轮设置于所述旋转轴上，并由所述基座的所述上平板上方穿出，使所述模块化全方位机器人单元实现移动和转向；所述电机的输出轴连接所述减速器；所述电机、所述减速器与所述旋转轴之间构成传动机构，所述电机的输出轴与所述全向轮的所述旋转轴垂直，所述电机驱动所述全向轮实现被传输物料的移动和转向。

进一步，所述上平板为菱形板，所述上平板上的侧楞上设有开孔和/或凸起。

优选地，所述上平板的四个边的每个侧楞上至少设有一个所述开孔或所述凸起，所述四个侧楞上至少设有两个所述开孔和两个所述凸起。

进一步，所述模块化全方位机器人单元还包括第一轴承组和第一轴承支座组，所述旋转轴通过所述第一轴承组和所述第一轴承支座组与所述基座连接。

进一步，所述模块化全方位机器人单元还包括减速器过渡轴、第二轴承、第二支座，所述减速器的输出端连接所述减速器过渡轴的一端，所述减速器过渡轴通过所述第二轴承与所述第二支座连接；所述减速器过渡轴的另一端上设置所述第二锥齿轮。

进一步，所述旋转轴上设置第一锥齿轮，用于与所述减速器过渡轴上的所述第二锥齿轮配合，通过所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮的啮合传动，实现所述旋转轴与所述电机、所述减速器的传动。

本发明第二个方面，提供一种由上述模块化全方位机器人单元构成的输送系统。

进一步，所述系统由多个模块化全方位机器人单元构成，相邻所述模块化全方位机器人单元的相邻边由所述开孔、所述凸起卡合组成限位结构，用于限制多个模块化全方位机器人单元之间的相互位置。

进一步，多个模块化全方位机器人单元中相邻两个所述全向轮的轴线夹角为60°，通过每个所述全向轮的所述电机控制所述全向轮的旋转方向和速度，在多个所述全向轮的共同驱动下，实现输送物料的全方位移动和转向。

进一步，所述系统包括多个安装单元，所述安装单元由三个所述模块化全方位机器人单元通过所述限位结构组合为一个正六边形；多个所述安装单元通过所述限位结构组合形成输送系统，实现对整体输送系统的灵活快速的设计和安装。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明基于模块化全方位单元的机器人输送系统，综合考虑了各方面因素，具有结构模块化、空间利用率高、灵活性高、安装维护方便、实现全方位移动和转向等特点；

采用全向轮作为输送系统的执行终端，利用多个全向轮的共同作用，实现了输送物料的全方位移动和转向；

全向轮呈60°夹角形式分布，实现对输送物料移动、转向更为灵活、高效的控制；

3个模块化全方位单元可依据限位结构组合为一个正六边形的安装单元，多个安装单元可依据限位结构依次组合形成输送平面，实现对整体输送系统的灵活快速的设计和安装。

模块化全方位单元的旋转轴通过第一锥齿轮与电机及减速器形成传动，实现电机及减速器垂直安装，减少单个模块化全方位单元的体积，使得整体空间更为紧凑，空间利用率和全向轮分布密度进一步提升。

上述系统中通过安装单元的平面互联，可实现各种物料在平面上的自由排列。此外，通过快速更换安装单元内的模块化全方位机器人单元，可实现机器人输送系统的快速安装，快速拆卸，具有结构简单、成本低、灵活性高等特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一较优实施例的模块化全方位机器人单元结构剖视图；

图2为本发明一较优实施例的模块化全方位机器人单元结构示意图；

图3为本发明一较优实施例的输送系统的外观俯视示意图；

图4为本发明一较优实施例的输送系统实际应用组合俯视示意图。

图中标记分别表示为：上平板1、电机2、减速器过渡轴3、行星减速器4、全向轮5、旋转轴6、左支座7-1、右支座7-2、第二支座8、第二轴承9、左轴承10-1、右轴承10-2、第一锥齿轮11-a、第二锥齿轮11-b、下底板12、支架13、开孔14、凸起15。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。

参照图1-2所示，为本发明的模块化全方位单元的机器人的一优选实施例结构示意图，图中减速器以行星减速器4为例。

具体的，如图1-2所示，一种模块化全方位机器人单元包括基座、电机及减速器、全向轮5和旋转轴6，电机2、行星减速器4、全向轮5和旋转轴6构成了模块化全方位单元的执行功能，电机2、减速器和旋转轴6设置于支撑架体结构内，全向轮5设置于旋转轴6上，并由基座的上平板1上方穿出，使模块化全方位机器人单元实现移动和转向；电机2的输出轴连接减速器；电机2、减速器与6构成传动机构，电机2的输出轴与旋转轴6垂直，由电机2驱动全向轮5实现移动和转向；

本实施例进一步设置为，上平板1为菱形板，上平板1上的侧楞上设有开孔和/或凸起。

在另一优选实施例中，上平板1的四个边的每个侧楞上至少设有一个开孔或凸起，四个侧楞上至少设有两个开孔和两个凸起。

作为一较优实施例中，基座包括上平板1、下底板12和支架13，支架13包括支架13-1和支架13-2，其中，支架13-1和支架13-2与下底板12连接，上平板1固定于支架13-1和支架13-2的顶部，构成支撑架体结构，为模块化全方位单元提供整体支撑。在基于模块化全方位单元的机器人输送系统中，基座不仅为整个系统提供支撑功能，也构成了输送系统的输送平面。

在本发明另一实施例中，在上述实施例基础上，模块化全方位机器人单元还进一步包括第一轴承组10和第一轴承支座组，其中，第一轴承组10包括左轴承10-1、右轴承10-2。第一轴承支座组包括左支座7-1、右支座7-2。第一轴承支座组用于支撑第一轴承组10。旋转轴6的两端分别设置第一支座组，第一支座组的左支座7-1、右支座7-2分别固定于上平板1与支架13顶部的连接处，旋转轴6通过第一轴承组10和第一轴承支座组与基座连接，保持系统中各个模块化全方位机器人单元的全向轮5垂直高度一致并承受弯矩，减轻输出轴6受力产生的弯曲现象。

在本发明另一实施例中，在上述实施例基础上，模块化全方位机器人单元还进一步包括减速器过渡轴、第二轴承9以及第二支座8，第二支座8的底部固定于下底板12上，用于支撑电机2和行星减速器4，减速器的输出端连接减速器过渡轴3的一端，减速器过渡轴3的另一端设置第二锥齿轮11-b。减速器过渡轴3通过第二轴承9与第二支座8连接。

在本发明另一实施例中，旋转轴6上设置第一锥齿轮11-a，用于与减速器过渡轴3上的第二锥齿轮11-b配合，通过第一锥齿轮11-a与第二锥齿轮11-b的啮合传动，构成全向轮的旋转轴与电机、减速器的传动机构。

为实现电机及减速器的垂直安装，将全向轮的旋转轴与电机、减速器之间设计为传动关系，减少单个模块化全方位单元的体积，使得整体空间更为紧凑，空间利用率和全向轮分布密度进一步提升。

基于上述实施例中一种模块化全方位机器人单元的结构特征，还提供一种由模块化全方位机器人单元组成构成的输送系统的实施例。该输送系统由多个模块化全方位机器人单元组合构成，相邻模块化全方位机器人单元的相邻边由开孔、凸起卡合组成限位结构，用于限制多个模块化全方位机器人单元之间的相互位置。采用限位结构设计，便于多个模块化全方位机器人单元相互组合时，限定各个单元之间的相互位置，提高安装效率。在基于模块化全方位单元的机器人输送系统中，基座不仅为整个系统提供支撑功能，也构成了输送系统的输送平面。由电机及减速器、全向轮和旋转轴构成了模块化全方位单元的执行功能，全向轮作为输送系统的执行机构，通过控制每个全向轮5的旋转方向和速度，在多个全向轮5的驱动下，实现输送物料的全方位移动。通过多个模块化全方位单元共同作用，即可实现输送物料的全方位移动，从而完成对输送物料的全方位输送、分拣和堆垛。

在具体实施时：输送系统中各个模块化全方位机器人单元的上平板1上的开孔与凸起的大小适配，相邻模块化全方位机器人单元通过开孔与凸起卡合连接，用于多个模块化全方位单元相互组合，限定各模块化全方位机器人单元之间的相互位置，提高安装效率。在具体实施时，相邻模块化全方位机器人单元的组合中的相邻边由其中一模块化全方位机器人单元的上平板1的侧楞上的开孔与另一模块化全方位机器人单元的上平板1的侧楞上凸起连接，由凸起插入开孔中，实现相邻两个模块化全方位机器人单元的两个相邻边的连接。比如，在一具体实施例中，上平板1的四个边的每个侧楞上可以设置一个开孔或凸起，四个侧楞上共设置两个开孔和两个凸起。

在其他优选实施例中，多个模块化全方位机器人单元组合中相邻两个全向轮5的轴线夹角为60°，通过控制每个所述全向轮5的旋转方向和速度，在多个全向轮5的共同驱动下，实现输送物料的全方位移动和转向。

在另外的优选实施例中，输送系统包括多个安装单元，安装单元由三个模块化全方位机器人单元通过限位结构组合为一个正六边形；多个安装单元通过限位结构组合形成输送系统，实现对整体输送系统的灵活快速的设计和安装。

如图3所示，模块化全方位机器人单元1-1、模块化全方位机器人单元1-2和模块化全方位机器人单元1-3可依据限位结构组合为一个正六边形的安装单元。在另一安装单元中，例如：模块化全方位机器人单元6-1的全方位轮的轴线ab，模块化全方位机器人单元6-2的全方位轮的轴线ac，模块化全方位机器人单元6-3的全方位轮的轴线bc。则，ac与bc的夹角为60度，ab与cb的夹角为60度，ba与ca的夹角也为60度。多个安装单元可依次组合，得到如图3所示的基于模块化全方位单元的机器人输送系统。

基于模块化全方位单元的机器人输送系统的工作过程如下：

电机2驱动全向轮5旋转，输送物料在输送系统中，受到多个全向轮5的支撑和驱动。调节各个全向轮5的旋转方向和旋转速度，在多个模块化全方位单元的共同作用下，实现了输送物料的全方位移动和转向。

由模块化全方位机器人单元所构成的机器人输送系统可以适应不同的应用场景。如图4所示，机器人输送系统中的每个模块化全方位机器人单元的开孔和/或凸起与相邻相邻模块化全方位机器人单元凸起和/或开孔依次卡合连接，依据实际需要排列形成“t”形，而拆卸时，只需根据每个模块化全方位机器人单元的开孔与凸起依次拆卸即可，实现机器人输送系统的快速安装和快速拆卸。此外，在图4中，若模块化全方位单元3-1出现故障，只需单独更换模块化全方位单元3-1即可，无需移动或拆卸其他单元，实现机器人输送系统的快速维护。

本发明通过上述各种结构优化设计，具有结构模块化、空间利用率高、灵活性高、维护方便、实现全方位移动和转向等特点。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。