一种全方位智能物料搬运设备及物料搬运记录方法与流程

本发明涉及智能搬运设备领域，具体为一种全方位智能物料搬运设备及物料搬运记录方法。

背景技术：

随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术逐步发展、以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用，智能物料搬运设备作为联系和调节离散型物流管理系统使其作业连续化的必要自动化搬运装卸手段，其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。

智能物料搬运设备包括agv智能搬运机器人和agv小车，主要功用集中在自动物流搬转运，agv智能搬运机器人是通过特殊地标导航自动将物品运输至指定地点，最常见的引导方式为磁条引导，激光引导，rfid引导等。

市面上的agv搬运机器人主要还集中应用在制造业物料搬运上，agv在制造业应用中以其高效、准确、灵活地完成物料的搬运任务。并且可多台agv组成柔性的物流搬运系统，搬运路线可以随着生产工艺流程的调整而及时调整，使一条生产线上能够制造出十几种产品，大大提高了生产的柔性和企业的竞争力。agv作为基础搬运工具，agv的应用深入到机械加工、家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业，生产加工领域成为agv应用最广泛的领域。

但是，现有的智能搬运设备存在以下缺陷：

（1）智能搬运车一般上只有一个机械手，每次搬运物料只能夹取一个或若干个物料，且智能搬运一个区域或一个方向的物料，因此夹取速度慢，进而使物料搬运效率也比较低下；

（2）物料搬运的时候，有时物料会产生掉落或未夹取到物料的情况，从而使搬运车做无用功，浪费了时间，也使物料的后期计算和记录带来麻烦，记录物料数量或重量还需单独的设备，成本较高。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种全方位智能物料搬运设备及物料搬运记录方法，机械手能夹取多个高度的物料，夹取物料效率高，物料搬运安全性高，降低了机械手收回动作的延迟时间，间接提高了物料的搬运效率，能夹取多种高度、多个方位、多角度的物料，体现了全方位夹取物料的功能，弹簧对物料启动缓冲减震作用，能计量物料的重量和数量，保证了物料的精确出库或加工，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种全方位智能物料搬运设备，包括承力底座，所述承力底座底端安装有行走装置，所述承力底座顶端通过若干顶升油缸连接有升降台，所述升降台顶端通过周旋机构活动安装有旋转盛料斗，所述旋转盛料斗外侧等距安装有若干机械手，所述旋转盛料斗内还安装有称量计数装置。

进一步地，所述行走装置包括通过轴承安装在承力底座底端四侧的四个轮轴，所述轮轴一端外侧安装有行走轮，且轮轴另一端通过齿轮传动机构连接有伺服电机。

进一步地，所述承力底座、升降台和旋转盛料斗三者的重心、轴线均在同一条竖直线上，若干所述的顶升油缸两两之间均关于承力底座的轴线对称，且若干顶升油缸的上升或下降动作均一致。

进一步地，所述升降台内部设有安装槽，所述周旋机构包括通过轴承安装在安装槽内的料斗转轴，所述料斗转轴顶端穿出安装槽并与旋转盛料斗的底端中心固定连接在一起，所述料斗转轴底端外侧安装有从齿轮，所述从齿轮侧面啮合有主齿轮，所述主齿轮连接有周旋电机。

进一步地，所述旋转盛料斗底端和顶端形状分别呈圆柱形和圆台形，所述升降台顶端和旋转盛料斗之间安装有平面轴承。

进一步地，所述升降台顶端外侧设有围在旋转盛料斗外侧的圆环护罩，所述圆环护罩内侧均匀安装有若干滚珠，滚珠与旋转盛料斗的底端外侧相贴。

进一步地，所述旋转盛料斗顶端和底端分别设有圆台滑槽和圆柱料槽，圆台滑槽和圆柱料槽相连通，所述称量计数装置包括安装在圆柱料槽底端的计量称，所述计量称连接有单片机，且计量称顶端通过若干缓冲弹簧连接有盛料板，所述盛料板在圆柱料槽内上下滑动，所述单片机连接有控制器。

另外，本发明还提供了一种全方位智能物料搬运的记录方法，其特征在于：物料的搬运记录方法包括如下步骤：

s100、搬运设备行驶到指定搬运物料的位置，然后机械手将物料夹入旋转盛料斗内；

s200、称量计数装置记录物料重量，通过单片机推算物料数量，然后单片机将控制信号发送给控制器，控制器控制设备进行相应动作。

进一步地，物料搬运包括如下步骤：

s101、行走装置启动，使搬运设备行走到指定的搬运地点，然后搬运设备暂停行走；

s102、顶升油缸启动，使升降台上升到合适位置，此时机械手距离物料的距离最短，然后其中若干机械手开始抓取物料，抓取的物料放入旋转盛料斗；

s103、一部分机械手完成自身抓取任务后，周旋机构启动，旋转盛料斗旋转一个角度然后暂停，另一部分机械手再次抓取物料放入旋转盛料斗；

s104、称量计数装置称量计量物料重量，达到预定重量极限后，机械手停止抓取物料，旋转盛料斗不再旋转，升降台下降到最低位置，行走装置带动整个搬运设备将物料搬运到物料输送目的地。

进一步地，单片机通过控制器控制搬运设备动作的步骤如下：

s201、单片机首先给伺服电机控制器发射信号控制行走装置的伺服电机运行，使搬运设备行走到物料的搬运点，然后单片机向油缸控制器发射信号控制顶升油缸启动使升降台上升到合适位置；

s202、单片机向机械手控制器发射信号使盛料斗一侧的若干机械手先抓取若干物料放入盛料斗，然后单片机向电机控制器发射信号控制周旋电机启动使盛料斗旋转一个角度，盛料斗另一侧的机械手再次抓取物料放入盛料斗；

s203、计量称将物料重量信号传递到单片机内，单片机记录物品的重量，推算物品数量，然后达到预定设置的物料重量或数量后，单片机向机械手控制器和电机控制器发射信号，使机械手和盛料斗暂停运动；

s204、单片机依次向油缸控制器和电机控制器发射信号，依次使设备产生盛料斗高度下降、搬运设备将物料搬运到搬运目的地的动作，从而完成搬运设备的一个完整动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明的顶升油缸能将盛料斗和机械手上升或下降到多个高度，机械手能夹取多个高度的物料，且使机械手接近物料再夹取放入盛料斗，夹取行程短，夹取物料效率高，在转移物料时候，顶升油缸下降使盛料斗内的物料重心下降，从而避免了物料因颠簸和物料高度太高等原因而倾出盛料斗的危险，提高了物料搬运安全性和稳定性。

（2）本发明的周旋机构能带动旋转盛料斗周期性间断旋转和暂停，从而使盛料斗外侧的每一个机械手都能得到利用，在旋转盛料斗一侧的若干机械手刚刚夹住物料的时候，周旋机构便可带动盛料斗旋转使盛料斗另一侧若干未工作的机械手再次夹取物料，同时夹取物料的机械手在盛料斗旋转的时间内将物料放入盛料斗内，从而大大降低了机械手收回动作的延迟时间，且多个机械手动作不同，分工合作，大大提高了物料的夹取效率，从而间接提高了物料的搬运效率。

（3）机械手在油缸和周旋机构的驱动下能在竖直面内上升、下降和在水平面内旋转，因此能夹取多种高度、多个方位角度的物料，体现了全方位夹取物料的功能，实用性更高。

（4）本发明的弹簧能起到缓冲减震效果，在物料进入盛料斗的时候弹簧能分散物料掉落盛料斗内的碰撞力，从而使物料和计量称都不会因为碰撞而损坏，且在搬运设备运输物料途中，搬运设备因颠簸或转弯减速时，因弹簧的减震效果，使物料的振动和碰撞大大减小，从而保证了物料运输的安全性和物料质量的完好性。

（5）本发明的计量承能对物料进行称重，计量称配合单片机能计算物料的重量和数量，当盛料斗内盛装一定数量或重量的物料后，单片机控制机械手停止抓取物料，从而保证了盛料斗内的物料不会超出盛料斗的保护范围，保证了物料安全性，且能精准记录物料的搬运过程和数量，从而为精准加工和精确运输提供了保障。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的搬运设备搬运物料过程的流程示意图。

图中标号：

1-承力底座；2-顶升油缸；3-升降台；4-周旋机构；5-旋转盛料斗；6-机械手；7-称量计数装置；8-行走装置；9-控制器；

31-安装槽；32-圆环护罩；33-滚珠；

41-料斗转轴；42-从齿轮；43-主齿轮；45-平面轴承；

51-圆台滑槽；52-圆柱料槽；

71-计量称；72-单片机；73-缓冲弹簧；74-盛料板；

81-轮轴；82-行走轮；83-伺服电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供了一种全方位智能物料搬运设备，包括承力底座1，承力底座1底端安装有行走装置8，行走装置8包括通过轴承安装在承力底座1底端四侧的四个轮轴81，轮轴81一端外侧安装有行走轮82，且轮轴81另一端通过齿轮传动机构连接有伺服电机83。齿轮传动机构指的是电机连接的主动齿轮以及轮轴81一侧安装的从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮相互啮合。

伺服电机83的数量为四个，伺服电机83启动时分别带动四个轮轴81旋转，从而使行走轮82转动。电机控制器控制四个伺服电机83转速相同时，智能搬运设备沿直线轨迹行走，在需要转弯时，如降低搬运设备前侧右行走轮82连接的伺服电机83的转速时，搬运设备在向前行驶时右转弯，同理，降低搬运设备前侧左行走轮82的转速时搬运设备在行驶的时候左转弯，因此可通过单片机和控制器精密控制每一个伺服电机83的转速，从而精确控制搬运设备的行走轨迹，使搬运设备行走路线更加准确和安全，保证设备对物料的高效搬运。

承力底座1顶端通过若干顶升油缸2连接有升降台3，在机械手抓取位置低于物料的堆叠高度时，启动顶升油缸2即可使升降台3和盛料斗上升，从而使机械手6更接近物料，夹取物料放入盛料斗的行程更短，提高了装货效率，在物料装好后，搬运设备运输物料前，先使顶升油缸2的活塞杆缩短从而使盛料斗高度下降，此时物料的重心下降，降低了物料倾出的风险，提高了物料搬运安全性和稳定性。

升降台3顶端通过周旋机构4活动安装有旋转盛料斗5，承力底座1、升降台3和旋转盛料斗5三者的重心、轴线均在同一条竖直线上，使三者的重心均统一在同一竖直轴线上，搬运设备在运输的时候不会摇晃或倾倒，从而使物料的运输更加稳定。若干的顶升油缸2两两之间均关于承力底座1的轴线对称，且若干顶升油缸2的上升或下降动作均一致，使物料、升降台3和旋转盛料斗5的重量均匀分布到每一个顶升油缸2上，降低了轴向承受力，也大大减小了油缸承受的非轴向力，从而保证了油缸的稳定正常工作，顶升油缸2同升同降，体现了同步性，也使物料的升降更加稳定和快捷。

旋转盛料斗5底端和顶端形状分别呈圆柱形和圆台形，底端的圆台形状的底面积比顶面积小，即圆台内部的圆台滑槽51的侧剖面与水平面的夹角为60-80°，圆台滑槽51内侧的斜面能使物料自动滑入圆柱料槽52内。圆台滑槽51与圆柱料槽52的高度比为1：5，物料会进入圆柱料槽52被计量称71称量其重量，而不会停留在圆台滑槽51内，从而保证物料称量和计数的准确性。

升降台3顶端和旋转盛料斗5之间安装有平面轴承45，平面轴承45一方面承担一部分盛料斗的重力，另一方面降低了盛料斗与升降台3之间的摩擦力，旋转盛料斗5的主要重力由升降台3承当，降低了料斗转轴41的轴向压力，提高了周旋机构运行压力和稳定性。

升降台3内部设有安装槽31，周旋机构4包括通过轴承安装在安装槽31内的料斗转轴41，料斗转轴41顶端穿出安装槽31并与旋转盛料斗5的底端中心固定连接在一起，料斗转轴41底端外侧安装有从齿轮42，从齿轮42侧面啮合有主齿轮43，主齿轮43连接有周旋电机44。从齿轮42的半径比主齿轮43半径大，从齿轮42与主齿轮43的齿数比为8:1，这样主齿轮43旋转一周的时候，从齿轮42和盛料斗只旋转45°，从而达到减速的效果，提高了盛料斗旋转稳定性，避免物料因离心力过大而撞击盛料斗。

周旋机构4使盛料斗旋转的原理如下：

周旋电机44启动，主齿轮43带着从齿轮42旋转，从齿轮42带着料斗转轴41旋转，从而使旋转盛料斗5旋转，从而使另一面的机械手6正对物料，然后周旋电机44暂时制动，等此面的若干机械手6抓取物料后，周旋电机44再次启动，直到物料达到盛料斗盛装极限时周旋电机44不再启动。

升降台3顶端外侧设有围在旋转盛料斗5外侧的圆环护罩32，圆环护罩32内侧均匀安装有若干滚珠33，滚珠33与旋转盛料斗5的底端外侧相贴。圆环护罩32能保护旋转盛料斗5，使盛料斗在旋转的时候不会晃动，滚珠33降低了盛料斗的旋转摩擦阻力，使周旋电机44的驱动力更强。

旋转盛料斗5外侧等距安装有若干机械手6，机械手6数量至少为四个，机械手6通过安装座安装在旋转盛料斗5的顶端外侧，旋转盛料斗5内部还设有允许机械手6控制线路和芯片排布的电力安装槽，机械手6的控制器也安装在电力安装槽内。

机械手6采用六轴机械手，六轴机械手第一个关节能像四轴机械手一样在水平面自由旋转，后两个关节能在垂直平面移动。此外，六轴机械手有一个“手臂”，两个“腕”关节，这让它具有人类的手臂和手腕类似的能力，即能使机械腕在水平面内旋转，也能在竖直面内上下翻转，从而能抓取不同角度的物料，也能将物料抓取后放入旋转盛料斗5内，还能将物料从旋转盛料斗5内抓出，即能完成卸货动作。

六轴机械手更多的关节意味着可以拿起水平面上任意朝向的部件，以特殊的角度放入盛料斗里，机械手6还可以执行许多由熟练工人才能完成的操作。

旋转盛料斗5顶端和底端分别设有圆台滑槽51和圆柱料槽52，圆台滑槽51内部空间呈一个底面比顶面面积小的圆台形，圆台滑槽51的底面积与圆柱料槽52的底面积相同，圆台滑槽51和圆柱料槽52相连通。

需注意的是，每次物料填满圆柱料槽52的时候，便可停止向盛料斗内抓取物料，因为物料堆叠在圆台滑槽51内部的时候，圆台滑槽51的侧斜面会承当一部分物料的重力，因此会对物料重量和测量和数量的测算造成误差，因此位于盛料斗内部的物料顶面不要超过圆台滑槽51的底面，便能最大地降低物料测量误差。

旋转盛料斗5内还安装有称量计数装置7。称量计数装置7包括安装在圆台滑槽51底端的计量称71，且计量称71顶端通过若干缓冲弹簧73连接有盛料板74，盛料板74在圆柱料槽52内上下滑动，单片机72连接有控制器9。

缓冲弹簧73的设置不仅能降低计量称71的摩擦，因为物料不与计量称71接触，所以保证了计量称的干净整洁和准确计数，在搬运物料和夹送物料的时候，物料会先掉到盛料板74上，然后弹簧会将物料滑落的力缓冲掉，从而使物料和计量称都不会因为碰撞而损坏，且在搬运设备运输物料途中，搬运设备因颠簸或转弯减速时，因弹簧的缓冲效果，使物料的振动和碰撞大大减小，从而保证了物料运输的安全性和物料质量的完好性。

计量称71连接有单片机72，计量称71采用数字计量称，计量物料重量后，通过信号转换器将信号传递给单片机72，使单片机72更好地接收计量称71发射的重量信号。单片机72接收到重量信号后，会对重量信号进行即时地计算，物料数量=物料的总重量/物料的单个重量，计算方式简单快捷，能更快地计算并记录物料数量，当盛料斗内盛装一定的数量或重量的物料时，盛料斗不再盛装物料，这时单片机72开始控制各个控制器来控制油缸和电机，从而使搬运设备开始将物料搬运到指定目的地。

优选的是，单片机71不仅能计算单次物料夹取数量，即盛料斗内盛装的物料数量，根据盛料斗内的物料数量控制机械手抓取或暂停、盛料斗旋转或静止，并能将每次搬运物料的数量和重量累加起来，然后计算总的物料重量和数量，从而明确物料质量是否变化，根据物料的重量和数量对比，可得知物料是否完整，还可以根据物料的总重量判断物料是否搬运完毕，确保了物料搬运数量的准确度。

需补充说明的是，由于电机控制器与单片机72之间不是直接连接，且单片机72还会旋转，因此单片机72通过无线信号传输的方式将控制信号发射给两个电机控制器，从而使控制不受空间或导线的限制。

另外，本发明还提供了一种全方位智能物料搬运的记录方法，物料的搬运记录方法包括如下步骤：

步骤1、搬运设备行驶到指定搬运物料的位置，然后机械手将物料夹入旋转盛料斗内；

步骤2、称量计数装置记录物料重量，通过单片机推算物料数量，然后单片机将控制信号发送给控制器，控制器控制设备进行相应动作。

物料搬运包括如下步骤：

步骤11、行走装置启动，使搬运设备行走到指定的搬运地点，然后搬运设备暂停行走；

步骤12、顶升油缸启动，使升降台上升到合适位置，此时机械手距离物料的距离最短，然后其中若干机械手开始抓取物料，抓取的物料放入旋转盛料斗；

步骤13、一部分机械手完成自身抓取任务后，周旋机构启动，旋转盛料斗旋转一个角度然后暂停，另一部分机械手再次抓取物料放入旋转盛料斗；

以上这种方式是每次机械手完成抓取物料、将物料放进盛料斗内，然后盛料斗才旋转角度，这种方式物料放置位置比较稳，不会因盛料斗旋转而使物料散乱，物料堆放更整齐，因此使盛料斗内能盛装更多物料，大大提高了物料搬运效率。

还有一种方式是不考虑物料在放入时会因盛料斗旋转而散乱的问题，即每次盛料斗旋转一个角度暂停下来的时候，接近物料的机械手立即抓取物料，机械手抓进物料后，盛料斗再次旋转，同时抓取物料的机械手在盛料斗旋转的过程中将物料放入盛料斗，且盛料斗在再次暂停旋转的时候，另一侧的若干机械手再次抓取物料，这样盛料斗暂停的时间很短，且机械手在盛料斗旋转的时间内将物料放入，因此节省了物料放置时间，节约了大量时间，能机械手更快地抓取到物料，多个机械手停顿的时间更短，因此也能大大提高物料的抓取效率，从而间接提高物料搬运效率。

步骤14、称量计数装置称量计量物料重量，达到预定重量极限后，机械手停止抓取物料，旋转盛料斗不再旋转，升降台下降到最低位置，行走装置带动整个搬运设备将物料搬运到物料输送目的地。

单片机通过控制器控制搬运设备动作的步骤如下：

步骤21、单片机首先给伺服电机控制器发射信号控制行走装置的伺服电机运行，使搬运设备行走到物料的搬运点，然后单片机向油缸控制器发射信号控制顶升油缸启动使升降台上升到合适位置；

步骤22、单片机向机械手控制器发射信号使盛料斗一侧的若干机械手先抓取若干物料放入盛料斗，然后单片机向电机控制器发射信号控制周旋电机启动使盛料斗旋转一个角度，盛料斗另一侧的机械手再次抓取物料放入盛料斗；

步骤23、计量称将物料重量信号传递到单片机内，单片机记录物品的重量，推算物品数量，然后达到预定设置的物料重量或数量后，单片机向机械手控制器和电机控制器发射信号，使机械手和盛料斗暂停运动；

s204、单片机依次向油缸控制器和电机控制器发射信号，依次使设备产生盛料斗高度下降、搬运设备将物料搬运到搬运目的地的动作，从而完成搬运设备的一个完整动作。

通过单片机控制各个油缸和电机进行动作，从而保证了搬运设备的精确抓取物料的动作，也保证了搬运设备准确的运输路线，最大化保证了物料的搬运效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。