拉箱装置、物料运输机器人和物料运输方法与流程

本发明涉及物料运输设备技术领域，具体涉及一种拉箱装置、物料运输机器人和物料运输方法。

背景技术：

现有一种用于将物料箱从货架上拖出并运送的物料运输机器人，该种物料运输机器人包括机体、驱动轮组件、升降装置、滑轨组件和拉箱装置，驱动轮组件安装于机体的底部，升降装置安装在机体的上部，升降装置包括升降台，滑轨组件安装在升降台上，拉箱装置安装在滑轨组件上；升降台可相对于机体沿竖直方向平移，拉箱装置可相对于升降台沿水平方向平移。

拉箱装置的延伸端部具有向前伸出并向下弯折的拉钩，物料箱的壁体外侧具有开口朝上的插孔，物料运输机器人到达货架前方后，通过升降装置和滑轨组件的配合使拉箱装置向上移动并向前移动，拉钩到达插孔的正上方后，再控制升降装置使拉箱装置向下移动，拉钩进入插孔内，随后即可将物料箱从货架上拖出。

现有的该种物料运输机器人存在的问题是，在调节拉箱装置的位置至拉钩进入物料箱的插孔的过程中，升降装置和滑轨组件多次工作，升降装置和滑轨组件的每次工作均涉及位置感应和计算，工作效率低。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种提高工作效率的拉箱装置。

本发明的第二目的在于提供一种提高工作效率的物料运输机器人。

本发明的第三目的在于提供一种提高工作效率的物料运输方法。

本发明第一目的提供的拉箱装置包括主体、驱动组件、摆钩件和第一行程开关；驱动组件置于主体内，摆钩件和第一行程开关均设置在主体的第一侧外；摆钩件包括连接部、悬臂部和摆钩部，连接部和摆钩部分别连接在悬臂部的延伸两端；连接部与驱动组件的转动输出轴固定连接，悬臂部沿转动输出轴的轴向延伸，摆钩部从悬臂部的延伸端部垂直于悬臂部向外周伸出。

由上述方案可见，在到达物料箱处前，摆钩件的摆钩部处于非朝下的状态，当滑轨组件向前推送拉箱装置，第一行程开关的接触部触碰到物料箱并向控制系统发送触碰信号后，系统则发送控制信号至驱动组件，使摆钩件转动，摆钩部摆动并进入插槽中。升降台到达物料箱所在的水平位置后则无需继续移动，随后滑轨组件向前移动一次即可，升降装置和滑轨组件的工作简化，拉箱装置的结构简单且对物料箱有效拖拉，提高工作效率。

进一步的方案是，主体包括固定部和活动部，固定部与活动部之间连接有弹性件；驱动组件安装于活动部中，摆钩件和第一行程开关安装在活动部的外侧。

由上可见，固定部与滑轨组件连接，在摆钩件或活动部碰到物料箱后，活动部与固定部之间产生相对移动以实现缓冲。

进一步的方案是，固定部与活动部之间沿转动输出轴的轴向滑动连接。

由上可见，此设置可保证活动部与固定部之间在水平方向上的相对位置，保证摆钩件抓取的准确性。

进一步的方案是，拉箱装置还包括第二行程开关和第二抵接件；第二行程开关和第二抵接件的一个设置在活动部上，第二行程开关和第二抵接件的另一个设置在固定部上；第二行程开关与第二抵接件之间在活动部的滑动方向上抵接。

由上可见，第一行程开关提供第一次感应信号后，系统控制滑轨组件减速并随后停止工作，过程中活动部相对于固定部产生相对移动并获取第二次感应信号后，系统再发送控制信号至驱动组件，使摆钩件转动，摆钩部摆动并进入物料箱的插槽中，此设置可保证摆钩件进入插槽时候的稳定性，保证拉箱的成功率。

进一步的方案是，拉箱装置还包括第三行程开关和第四行程开关；第三行程开关和第四行程开关均设置在主体的第一侧外，且第三行程开关和第四行程开关均设置在转动输出轴的周向上；在转动输出轴的周向上，第三行程开关与第四行程开关关于所述转动输出轴的轴线的圆心角为90度以上；摆钩件可于第一摆动位置与第二摆动位置之间转动，第一摆动位置为摆钩件与第三行程开关接触的位置，第二摆动位置为摆钩件与第四行程开关接触的位置。

由上可见，第三行程开关和第四行程开关用于控制摆钩件的转摆角度，放置摆钩件转摆过度而拉箱失败。

进一步的方案是，拉箱装置包括至少两个摆钩件，驱动组件包括至少两个转动输出轴，每根转动输出轴均连接有一个摆钩件。

由上可见，此设置可提高拉箱的成功率，且可防止物料箱在拖拉过程中产生偏摆，影响后续运输工作。

进一步的方案是，至少两个摆钩件的转动方向之间相反。

由上可见，此设置使两个摆钩件的摆动空间聚拢，物料箱的插槽可设置为长形槽，两个摆钩均进入同一个插槽中，更利于对摆钩件尺寸的设计和对物料箱的加工。

进一步的方案是，驱动组件包括驱动电机、传动齿轮组和两根转动输出轴；传动齿轮组包括输入齿轮、过渡齿轮、第一输出齿轮和第二输出齿轮，输入齿轮连接于驱动电机的电机输出轴，第一输出齿轮与输入齿轮啮合，过渡齿轮啮合与输入齿轮与第二输出齿轮之间；第一输出齿轮中安装有一根转动输出轴，第二输出齿轮中安装有另一根转动输出轴。

由上可见，此设置简单且有效地实现两个摆钩件转向相反。

本发明第二目的提供的物料运输机器人包括机体、驱动轮组件、升降装置、滑轨组件和拉箱装置；驱动轮组件安装于机体的底部，升降装置安装在机体的上部，升降装置包括升降台，滑轨组件安装在升降台上，拉箱装置安装在滑轨组件上；升降台可相对于机体沿竖直方向平移，拉箱装置可相对于升降台沿水平方向平移；拉箱装置采用上述的拉箱装置；转动输出轴沿水平方向延伸。

由上述方案可见，在到达物料箱处前，摆钩件的摆钩部处于非朝下的状态，当滑轨组件向前推送拉箱装置，第一行程开关的接触部触碰到物料箱并向控制系统发送触碰信号后，系统则发送控制信号至驱动组件，使摆钩件转动，摆钩部摆动并进入插槽中。升降台到达物料箱所在的水平位置后则无需继续移动，随后滑轨组件向前移动一次即可，升降装置和滑轨组件的工作简化，拉箱装置的结构简单且对物料箱有效地拖拉，提高工作效率。

本发明第三目的提供的物料运输方法，采用上述的物料运输机器人执行，物料运输方法包括驱动滑轨组件使拉箱装置沿水平方向向外平移；判断是否获取来自第一行程开关的接触信号，若是，停止驱动滑轨组件，启动驱动组件使摆钩件沿转动输出轴转动。

由上述方案可见，升降台到达物料箱所在的水平位置后则无需继续移动，随后滑轨组件向前移动一次即可，升降装置和滑轨组件的工作简化，拉箱装置的结构简单且对物料箱有效地拖拉，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明物料运输机器人实施例第一视角的结构图。

图2为本发明物料运输机器人实施例第二视角的结构图。

图3为本发明物料运输机器人实施例中升降装置的结构图。

图4为本发明物料运输机器人实施例中滑轨组件第一视角的结构图。

图5为本发明物料运输机器人实施例中滑轨组件第二视角的结构图。

图6为本发明物料运输机器人实施例中拉箱装置第一视角的结构图。

图7为本发明物料运输机器人实施例中拉箱装置第二视角的结构图。

图8为本发明物料运输机器人实施例中摆钩件的侧视图。

图9为本发明物料运输机器人实施例中传动齿轮组和摆钩件的连接关系图。

图10为本发明物料运输机器人实施例的工作状态图。

图11为本发明物料运输机器人实施例中物料箱的结构图。

图12为本发明物料运输机器人实施例第一工作状态的示意图。

图13为本发明物料运输机器人实施例第二工作状态的示意图。

图14为图13中a处放大后进一步具体的结构示意图。

图15为本发明物料运输机器人实施例第三工作状态的局部示意图。

图16为本发明物料运输机器人实施例中传动齿轮组和摆钩件的工作原理图。

图17为本发明物料运输机器人实施例中摆钩件与物料箱配合关系的示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，图1和图2为本发明物料运输机器人实施例第一视角和第二视角的结构图。物料运输机器人包括机体1、驱动轮组件21、支撑轮组22、升降装置3、滑轨组件4和拉箱装置5，升降装置3安装在机体1的上部，升降装置3包括升降台35，滑轨组件4安装在升降台35上，拉箱装置5安装在滑轨组件4上。

机体1呈“凵”状，机体1由底座11以及两道侧壁12组成，侧壁12竖立在底座11的横向(y轴方向)两侧，机体1在两道侧壁12中间的空间沿x轴方向贯穿；驱动轮组件21和支撑轮组22安装在底座11的底部，驱动轮组件21包括两对可转动地安装在底座11底部的驱动轮，支撑轮组22包括设置在底座11底面四个角落处的支撑轮。

结合图1和图3，图3为本发明物料运输机器人实施例中升降装置的结构图。升降装置3由升降电机31、第一传动带组件32、两组丝杆组件33、第二传动带组件34、两组导轨组件39和升降台35组成，丝杆组件33包括丝杆331和套装在丝杆331上的具有丝杆螺母的丝杆滑台332，导轨组件39包括导轨391和滑块392。

升降电机31、第一传动带组件32、第一组丝杆组件33和第一组导轨组件39设置在第一侧的侧壁12内，第二传动带组件34设置在底座11内，第二组丝组件33和第二组导轨组件39设置在第二侧的侧壁12内，两组丝杆组件33的丝杆滑台332分别固定在升降台35的相对两侧，两组导轨组件39的滑块392分别固定在升降台35的相对两侧。

升降电机31的输出轴连接到第一传动带组件32的输入带轮，第一传动带组件32的输出带轮连接在第一根丝杆331的延伸第一端，第二传动带组件34的输入带轮固定套装在该丝杆331的延伸第二端，第二传动带组件34的输出带轮固定套装另一根丝杆331的延伸端部。

升降台35上表面的两侧安装有两个长条状的垫台36，两个垫台36在升降台35上对称设置。垫台36沿x轴方向延伸，垫台36的上表面为支撑面，垫台36的上表面360的外沿设置有一道护壁361，护壁361相对于上表面360远离升降台35的中部，且护壁361沿x轴方向延伸；升降台35在x轴正向的前端为物料箱进入的一端，上表面360在x轴正向的延伸端部伸出一块向下倾斜而出的坡面板362，护壁361在x轴正向的延伸端部伸出一块外伸壁363，在y轴方向上，外伸壁363从延伸始端向延伸末端逐渐背向升降台35，两道外伸壁363在升降台35的前方形成一个宽度逐渐收窄的，具有导向效果的入口，坡面板362的设置也能减小干涉问题。

参见图4和图5，图4和图5分别为本发明物料运输机器人实施例中滑轨组件第一视角和第二视角的结构图。滑轨组件4包括第一轨道411、第一滑台421、第二轨道412、第二滑台422、第一齿条451、第二齿条452、第一电机431和第二电机432，第一电机431的输出轴安装有第一齿轮441，第二电机432的输出轴安装有第二齿轮442；第一轨道411沿x轴方向固定在升降台35上，第二轨道412沿x轴方向固定在第一滑台421上，第一齿条451和第二齿条452均固定在第一滑台421上，第一电机431安装在升降台35上，第二电机432安装在第二滑台422上；第一滑台421与第一轨道411沿x轴方向滑动配合，第一齿条451与第一齿轮441啮合；第二滑台422与第二轨道412沿x轴方向滑动配合，第二齿条452与第二齿轮442啮合，拉箱装置5固定在第二滑台422上(图1示)。

第一齿条451和第二齿条452对称设置在第一滑台421于x轴方向的两侧，第一轨道411位于第二轨道412的正下方。第一电机431安装在升降台35的下侧，第一电机431的输出轴穿过升降台35到达升降台35的上方。物料运输机器人还包括保护盖49，保护盖49安装于升降台35，保护盖49从上方对第一齿轮441遮挡。

物料运输机器人还包括第一接近传感器461、第二接近传感器462、第三接近传感器463、第四接近传感器464、第五接近传感器465、第一检测件471、第二检测件472、第三检测件473和第四检测件474；第一检测件471安装在第一滑台421上，第一接近传感器461和第二接近传感器462安装在升降台35上；第一滑台421可相对于升降台35滑动于第一极限位置与第二极限位置之间，第一极限位置为第一检测件471位于第一接近传感器461的检测范围内的位置，第二极限位置为第一检测件471位于第二接近传感器462检测范围内的位置。

第二检测件472和第三检测件473安装在第一滑台421上，第三接近传感器463设置在第二滑台422上；第二滑台422可相对于第一滑台421滑动于第三极限位置与第四极限位置之间，第三极限位置为第二检测件472位于第三接近传感器463的检测范围内的位置，第四极限位置为第三检测件473位于第三接近传感器463的检测范围内的位置。第四检测件474安装在升降台35上，第四接近传感器464安装在拉箱装置5上；拉箱装置5可相对于升降台35滑动到第五极限位置，第五极限位置为第四检测件474位于第四接近传感器464的检测范围内的位置。

第一检测件471、第一接近传感器461和第二接近传感器462之间配合以控制第一滑台421的移动行程范围；第二检测件472、第三检测件473和第三接近传感器463之间配合以控制拉箱装置5的移动行程范围；第四检测件474和第四接近传感器464之间配合以控制拉箱装置5相对于升降台的极限位置。

第五接近传感器465设置在第二接近传感器462在x轴方向上的相邻处，且第五接近传感器465较第二接近传感器462远离第一接近传感器461。第五接近传感器465检测并控制第一滑台421向x轴正向伸出的极限距离。

升降台35的上侧设置有第一限位凸起(图中未示出)和第二限位凸起482，第一滑台421的下侧设置有第三限位凸起(图中未示出)；第三限位凸起在y轴方向上限位于第一限位凸起与第二限位凸起482之间。第一滑台421的上侧设置有第四限位凸起484和第五限位凸起485，拉箱装置5的下侧设置有第六限位凸起486；第六限位凸起486在y轴方向上限位于第四限位凸起484与第五限位凸起485之间。多个限位凸起的设置能从物理层面上限制滑轨组件的行程范围，提高物料运输机器人的安全性。

参见图6和图7，图6和图7分别为本发明物料运输机器人实施例中拉箱装置第一视角和第二视角的结构图。拉箱装置5包括主体51、驱动组件、摆钩件54、第一行程开关571、第二行程开关572、第三行程开关573、第四行程开关574和第二抵接件582，驱动组件包括驱动电机52、传动齿轮组53、转动输出轴534和转动输出轴535(图9示)。

主体51包括固定部511和活动部512，固定部511与活动部512之间设置导轨以沿x轴方向滑动连接；固定部511与活动部512之间连接有弹性件，弹性件为弹簧56，固定部511上固定安装有l型板件551，活动部512从底壁弯折形成凸起的挡壁552，一根定位柱通过螺栓锁紧在l型板件551上，弹簧56套装在定位柱后，定位柱的另一端可滑动地插入挡壁552的通孔。因此，固定部511和活动部512之间不仅可以沿x轴方向相互滑动，且二者可在弹簧56的弹力下回复滑动前的位置。

驱动电机52固定在活动部512内，活动部512具有位于x轴正向前方的一道壁体，两个摆钩件54均通过轴承和转动输出轴可转动地安装在该壁体的外侧，且活动部512在该壁体上的左右两侧均安装了一块缓冲块59，缓冲块59为橡胶块、硅胶块或金属材料制成。

结合图8，图8为本发明物料运输机器人实施例中摆钩件的侧视图。摆钩件54包括连接部541、悬臂部542、摆钩部543和触碰凸起部544，连接部541和摆钩部543分别连接在悬臂部542的延伸两端，触碰凸起部544位于连接部541的相邻位置。

再结合图9，图9为本发明物料运输机器人实施例中传动齿轮组和摆钩件的连接关系图。连接部541具有沿其厚度方向设置的轴孔，以转动输出轴534举例，转动输出轴534插装于连接部541的轴孔中；悬臂部542沿转动输出轴534的轴向延伸，摆钩部543从悬臂部542的延伸端部垂直于悬臂部542向外周伸出，触碰凸起部544从连接部541的外周位置沿径向背向转动输出轴534伸出。

传动齿轮组53包括输入齿轮530、过渡齿轮533、第一输出齿轮531和第二输出齿轮532，输入齿轮530连接于驱动电机52的电机输出轴，第一输出齿轮531与输入齿轮530啮合，过渡齿轮533啮合与输入齿轮530与第二输出齿轮532之间；第一输出齿轮531中安装有转动输出轴534，第二输出齿轮532中安装有根转动输出轴535。由于设置了过渡齿轮533，第一输出齿轮531和第二输出齿轮532的转向相反，两个摆钩件54分别连接在第一输出齿轮531和第二输出齿轮53上，故两个摆钩件54的转动方向之间也相反。

第一行程开关571、第二行程开关572、第三行程开关573和第四行程开关574均为机械式触碰开关。第一行程开关571安装在活动部512的外侧并位于摆钩件54的水平位置以下，第一行程开关571的弹性触碰端具有x轴方向上的摆动行程，当拉箱装置5沿x轴正向移动后，第一行程开关571的弹性触碰端可与物料箱体碰撞。

固定部511的内部设置有l型的第二抵接件582，第二抵接件582具有位于x轴方向上的挡壁，第二行程开关572固定设置在活动部512内，且第一行程开关572的弹性触碰端具有x轴方向上的摆动行程。当活动部512相对于固定部511滑动后，第二行程开关572的弹性触碰端可第二抵接件582的挡壁碰撞。

第三行程开关573和第四行程开关574均设置在活动部512上摆钩件54所在的壁体外，且第三行程开关573和第四行程开关574均设置在转动输出轴534的周向上，第三行程开关573与第四行程开关574关于转动输出轴534的轴线的圆心角为90度，第三行程开关573的弹性触碰端具有y轴方向上的摆动行程，第四行程开关574的弹性触碰端具有z轴方向上的摆动行程。

在转动输出轴534的周向上，摆钩件54可于第一摆动位置与第二摆动位置之间转动，第一摆动位置为摆钩件54上触碰凸起部544与第三行程开关573的弹性触碰端接触的位置，第二摆动位置为摆钩件54上触碰凸起部544与第四行程开关574的弹性触碰端接触的位置。

触碰凸起部544与摆钩部543位于同一周向位置上，当摆钩件54于第一摆动位置时，摆钩部543的延伸方向为y轴方向，当摆钩件54于第二摆动位置时，摆钩部543的延伸方向为z轴负向。

结合1、图3、图10和图11，图10为本发明物料运输机器人实施例的工作状态图，图11为本发明物料运输机器人实施例中物料箱的结构图。升降台35用于放置物料箱9，物料箱9沿x轴方向进入两道侧壁12之间的空间并支撑在两侧的两个垫台36上。物料箱9外周轮廓呈方形，其具有围绕于底板外周的方形的周壁91，周壁91的外侧具有一个凸台911，凸台911上形成两个开口朝上的插槽92，两个插槽92沿y轴方向延伸呈长形。

结合图12和图13，图12和图13分别为本发明物料运输机器人实施例第一工作状态和第二工作状态的示意图。物料运输机器人100接收到系统的取货指令后，则前往货架200所在处待执行取货任务。此时两个摆钩件54均处于第一摆动位置(图16中a状态图)。

当物料运输机器人100接近货架200时，系统启动升降装置3(图3示)使升降台35上升，直至传感器检测升降台35的水平位置与物料箱9所在的货物层201的水平位置匹配后，系统则启动滑轨组件4(图4示)，第一滑台421和第二滑台422滑动使拉箱装置5进入货架层201中。

结合图6、图7、图13、图14和图15，图14为图13中a处放大后进一步具体的结构示意图，图15为本发明物料运输机器人实施例第三工作状态的局部示意图。拉箱装置5靠近物料箱9，第一行程开关571的弹性触碰端先触碰到物料箱9的周壁91，系统则接收到来自第一行程开关571的开关电流信号，拉箱装置5继续朝物料箱9向前移动，缓冲块59先碰撞物料箱9的周壁91，随后活动部512相对于固定部511向x轴负向滑动，弹簧56压缩，从而达到缓冲效果，保护拉箱装置5；直至第二行程开关572的弹性触碰端碰撞第二抵接件582的挡壁，系统接收到来自第二行程开关572的开关信号，滑轨组件4暂停工作使拉箱装置5停止先前移动。此时摆钩件54的摆钩部543已经到达插槽92的开口的正上方。

结合图16和图17，图16为本发明物料运输机器人实施例中传动齿轮组和摆钩件的工作原理图。图17为本发明物料运输机器人实施例中摆钩件与物料箱配合关系的示意图。当系统接收到来自第二行程开关572的开关信号后，则发送启动信号至驱动电机52，通过传动齿轮组53、转动输出轴534和转动输出轴535使两个摆钩件54转动。初始摆钩件54位于第一摆动位置(a状态图所述)，当摆钩件54转动90度后，触碰凸起部544与第四行程开关574的弹性触碰端触碰，驱动电机52转动停止，摆钩部543朝下并进入插槽92中。

随后，系统再次启动滑轨组件4使拉箱装置5沿x轴负向移动即可将物料箱9从货架上拖拉而出。物料箱9在坡面板362和外伸壁363(图3示)的引导下到达两个垫台36上，进而完成取货。升降台35到达物料箱9所在的水平位置后则无需继续移动，随后滑轨组件4向前移动一次即可，升降装置3和滑轨组件4的工作简化，拉箱装置5的结构简单且对物料箱9有效拖拉，提高工作效率。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。