智能三轴机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能三轴机器人，其包括：可自由行走的运动模块；安装在运动模块上的可实现升降运动的折叠升降机构；安装在折叠升降机构上的货叉机构；安装在货叉机构上的RFID读写模块；用于对运动模块的移动进行引导与定位的导引定位模块。本发明的智能三轴机器人，把基于各种导引技术实现自动行走的运动模块和任意伸缩的折叠升降机构以及叉取货物的货叉机构合并在一起，实现任意路径的三轴搬运运输功能，通过远程软件指令指示，货叉机构可达到任意货架的任意货位，且货位高度不限，可快速存取、而后运送到任意指定位置，可在狭窄巷道行走，可左右两侧存取货物，实现货物最小单元的密集存储，存取效率高。
【专利说明】
智能三轴机器人
技术领域
[0001]本发明涉及自动化技术领域，尤其是涉及一种应用于较小空间内的运送小尺寸货物的智能三轴机器人。
【背景技术】
[0002]工厂自动化中，通常采用自动牵引小车来运送货物，其装备有电磁或光学导引装置，可以沿规定的导引路线行驶并以背驼或拖拉的方式运输货物。但是，现有的牵引小车在使用过程中存在以下缺点:1、只能存取高度与其高度相仿的货物，对存取位置较高的货物无能为力;2、定位精度通常在I Omm左右，难以实现更加精确的定位;3、移动速度都在每分钟30-45米左右，运输效率低;4、功能单一，只能完成单一运输工作，本身不具有对存取货物进行管理和识别的功能;5、只能在单独的调度系统内工作，不具备与其它无人设备或系统对接的功能；6、调度平台功能单一，只能协调简单的取放和避让，与上下游系统不能有机对接，从而使其效率低下。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供一种智能三轴机器人，其结构简单，使用方便，占用空间小，存取效率高，可以精确定位，一对一自动运送货物，移动速度高，存取效率高，并可对货物进行管理与识别，且与其它设备实现有机对接。
[0004]为实现本发明的上述目的，本发明的智能三轴机器人包括:可自由行走的运动模块，根据外部指令自动行走，具有用于根据外部指令移动至货位以便存取货位内的货物的货叉机构;设置在运动模块上的用于读写货叉机构所需存取的货物的唯一码的RFID读写模块;设置在运动模块上的用于对运动模块的移动进行引导与定位的导引定位模块;其中，运动模块在导引定位模块的导引下自动行走至指定地点后，货叉机构根据所述RFID读写模块读取到的其所需存取的货物的唯一码运动至货物所在货位，以便对货物进行存取操作。
[0005]进一步的，还包括:将所述运动模块、RFID读写模块、导引定位模块和外部的信息中心连接的通讯模块，以便将来自于信息中心的指令传送给所述运动模块、RFID读写模块和导引定位模块。
[0006]进一步的，还包括:设置在所述运动模块上且与其连接的用于为其提供能源的供电模块;设置在所述运动模块上且与供电模块连接的自动充电模块。
[0007]其中，所述运动模块包括:可水平行走的平移机构;并列安置于平移机构两侧的沿竖直方向伸缩运动的一对折叠升降机构;其中，所述货叉机构与一对折叠升降机构分别连接，且可相对平移机构沿三维方向运动以便存取货物。
[0008]其中，所述折叠升降机构包括:固定安装于平移机构的行走机架一侧的框体;具有与框体滑动连接的第一滑块的第一升降机构;与第一升降机构的第二滑块固定连接的固定臂;具有与固定臂滑动连接的第三滑块的第二升降机构;其中，所述货叉机构与所述第二升降机构的第四滑块固定连接。
[0009]其中，所述第一升降机构包括:第一支撑框;上下平行安装于第一支撑框上的一对第一齿轮;与一对第一齿轮分别啮合连接的第一同步带;安装于第一支撑框顶部且驱动一对第一齿轮旋转的第一电机;其中，所述第一滑块固定安装于所述第一同步带的靠近所述框体一侧的部分上，所述第二滑块固定安装于所述第一同步带的靠近所述固定臂一侧的部分上。
[0010]其中，所述框体的面对所述第一升降机构的部分设置沿其高度延伸的框体导轨，所述第一滑块沿框体导轨上下移动;所述第二滑块与所述固定臂的下端固定连接。
[0011]其中，所述第二升降机构包括:第二支撑框;上下平行安装于第二支撑框上的一对第二齿轮;与一对第二齿轮分别啮合连接的第二同步带;安装于第一支撑框顶部且驱动一对第二齿轮旋转的第二电机;其中，所述第三滑块固定安装于所述第二同步带的靠近所述固定臂一侧的部分上，所述第四滑块固定安装于所述同步带的靠近所述货叉机构一侧的部分上。
[0012]其中，所述固定臂上设置沿其高度方向延伸的固定臂导轨，所述第三滑块沿固定臂导轨上下移动;所述货叉机构与所述第四滑块固定连接。
[0013]其中，所述货叉机构包括:其两端分别与所述一对折叠升降机构分别连接的水平台；安置于水平台上且沿水平台的横向移动的运送平台；设置于运送平台上且具有沿运送平台的纵向移动的货叉架的运送结构;其中，所述货叉架沿纵向移动以便对准货位并对货位上的货物进行存取操作。
[0014]与现有技术相比，本发明的智能三轴机器人具有如下优点:
[0015]I)本发明的智能三轴机器人，结构简单，具有用于存取货物的货叉机构，且货叉机构通过沿竖直方向伸缩运动的一对折叠升降机构支撑，从而占用空间小，便于存储，而通过货物的唯一码可以对货物进行一对一的精确、高效的存取操作，实现货物的精细化管理；
[0016]2)本发明的智能三轴机器人，运动模块可以根据导引定位模块的导引自动行走至指定地点，然后货叉机构根据货物的唯一码沿三维方向运动至货物所在货位处，并对货物进行存取操作，从而定位精确，可以参与对货物的管理与识别，智能化程度高，运送效率高；
[0017]3)本发明的智能三轴机器人，其折叠升降机构采用同步带传送，可以实现同步双倍升降运动，从而运送速度高、效率高，且采用同步带传送，传送平稳、准确，使货物存取更加尚效合理；
[0018]4)本发明的货叉机构，其传动装置采用双齿轮齿条传动，使得传动装置的电机工作时，可以使货叉架相对底座沿纵向产生双倍距离的移动，传动更加平稳、可靠，而采用的定位销又可以对货物进行精确定位。
[0019]下面结合附图对本发明进行详细说明。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的智能三轴机器人的透视图；
[0021]图2为本发明的智能三轴机器中的货叉机构处于低位时的结构示意图(拆除外罩后)；
[0022]图3为本发明的智能三轴机器中的货叉机构处于高位时的结构示意图(拆除外罩后);
[0023]图4为本发明的第一升降机构与固定臂和框架连接部分的局部示意图；
[0024]图5为本发明的货叉机构与第二升降机构连接部分的局部示意图；
[0025]图6是本发明的货叉机构的结构简图。
【具体实施方式】
[0026]如图1、图2和图3所示，分别为本发明的智能三轴机器人的结构示意图。
[0027]其中，本发明的智能三轴机器人包括:可自由行走的运动模块，根据外部指令自动行走，具有用于根据外部指令移动至货位以便存取货位内的货物的货叉机构15;设置在运动模块上的用于读写货叉机构15所需存取的货物的唯一码的RFID读写模块，优选的，RFID读写模块安装在货叉机构上;设置在运动模块上的用于对运动模块的移动进行引导与定位的导引定位模块;其中，运动模块在导引定位模块的导引下自动行走至指定地点后，货叉机构15根据RFID读写模块读取到的其所需存取的货物的唯一码运动至货物所在货位，以便对货物进行存取操作。优选的，导引定位模块可以采用激光导引定位装置，还可以采用磁条导引定位装置，由于激光导引和磁条导引定位的装置可以采用现有技术的结构，因此，在此不对其结构进行描述，优选的，本实施例选用激光导引定位装置。
[0028]此外，还包括:将运动模块、RFID读写模块、导引定位模块和外部的信息中心(为外部软件平台)连接的通讯模块，以便将来自于信息中心的指令传送给运动模块、RFID读写模块和导引定位模块，优选的，该通讯模块采用无线通讯方式；以及设置在运动模块上且与其连接的用于为其提供能源的供电模块，该供电模块采用蓄电池2;设置在运动模块上且与供电模块连接的自动充电模块。
[0029]具体的，本发明的智能三轴机器人中，以无线通讯的方式从信息中心获得有关待存取操作货物所在货位的相关数据，通过大规模运算，将货位解析为立体空间上的三维坐标，运动模块在激光导引定位装置的导引下，沿指示路径精确到达指定地点。运动模块移动时，是以舵轮驱动的方式，运动平稳快速，水平移动速度至少在每分钟60米。当运动模块运动至指定位置时，其货叉机构15对货位上的货物进行存取操作。
[0030]具体的，如图2、图3所示，本发明的运动模块包括:可水平行走的平移机构，具有行走机架I和安装于行走机架下方的多个行走轮;并列安置于平移机构的行走机架I两侧的且可沿竖直方向伸缩运动的一对折叠升降机构；其中，货叉机构15与一对折叠升降机构分别连接，且可相对平移机构的行走机架沿三维方向运动以便存取相应货位上的货物。此外，还包括用于驱动行走轮行走的动力组件，动力组件可采用电机驱动的方式，由于电机驱动行走轮行走的方式为现有技术，在此，不对该组件结构进行描述。
[0031]其中，本发明的折叠升降机构包括:固定安装于平移机构的行走机架I一侧的框体2;具有与框体2滑动连接的第一滑块5的第一升降机构；与第一升降机构的第二滑块7固定连接的固定臂9;具有与固定臂9滑动连接的第三滑块10的第二升降机构;其中，货叉机构15与第二升降机构的第四滑块13固定连接。
[0032]其中，如图4所示，本发明的第一升降机构包括:第一支撑框4;上下平行安装于第一支撑框4上的一对第一齿轮;与一对第一齿轮分别啮合连接的第一同步带6;安装于第一支撑框4顶部且驱动一对第一齿轮旋转的第一电机8;其中，第一滑块5固定安装于第一同步带6的靠近框体3—侧的部分上，第二滑块7固定安装于第一同步带6的靠近固定臂9 一侧的部分上。
[0033]其中，框体3的面对第一升降机构的部分设置有沿其高度方向延伸的框体导轨，第一滑块5沿框体导轨上下移动;第二滑块7与固定臂9的下端固定连接。
[0034]当第一升降机构处于初始状态时，第一滑块5位于第一同步带6—侧的上端，而第二滑块7位于第一同步带6另一侧的下端。当第一电机8工作时、驱动一对第一齿轮沿逆时针方向旋转时，第一同步带6在与其啮合连接的一对第一齿轮的作用下也相应运动，运动时，带动第二滑块7竖直朝上移动、带动第一滑块5竖直朝下移动，即，使第一滑块5沿着框体3上设置的框体导轨朝下移动，而由于固定臂9与第二滑动7固定连接，因此，固定臂9在第二滑块7的带动下朝上移动，从而使与固定臂9连接的第二升降机构也朝上移动，进而使货叉机构15相应的朝上移动。
[0035]其中，如图5所示，本发明的第二升降机构包括:第二支撑框11;上下平行安装于第二支撑框11上的一对第二齿轮;与一对第二齿轮分别啮合连接的第二同步带12;安装于第一支撑框11顶部且驱动一对第二齿轮旋转的第二电机14;其中，第三滑块10固定安装于第二同步带12的靠近固定臂9 一侧的部分上，第四滑块13固定安装于第二同步带12的靠近货叉机构15—侧的部分上。
[0036]其中，固定臂9上设置沿其高度方向延伸的固定臂导轨，第三滑块10沿固定臂导轨上下移动:货叉机构15与第四滑块13通过可拆卸的方式固定连接为一体。
[0037]当第二升降机构处于初始状态时，第三滑块10位于第二同步带12—侧的上端，而第四滑块13位于第二同步带12另一侧的下端。当第二电机14工作、驱动一对第二齿轮沿逆时针方向旋转时，第二同步带12在与其啮合连接的一对第二齿轮的作用下也相应运动，运动时，带动第四滑块13竖直朝上移动、带动第三滑块10竖直朝下移动，S卩，使第三滑块10沿着固定臂9上设置的固定臂导轨朝下移动，而由于货叉机构15与第四滑动13固定连接，因此，货叉机构15在第四滑动13的带动下朝上移动。
[0038]其中，如图5所示，本发明的货叉机构15包括:其两端分别与一对折叠升降机构连接的水平台1514，S卩，水平台1514的两端分别与一对第二升降机构的第二同步带上的第四滑块13通过可拆卸的方式固定连接为一体;安置于水平台1514上且沿水平台的横向移动的运送平台1512;设置于运送平台1512上且具有沿运送平台的纵向移动的货叉架的运送结构1507;其中，货叉架沿纵向移动以便对准货位并对货位上的货物进行存取操作。
[0039]其中，本发明的货叉机构15可以采用如图6所示的能够实现三维方向运动的货叉机构的结构(图6所示为拆除运送机构的罩子的货叉机构15的示意图)。
[0040]其中，水平台16在第二升降机构的作用下沿竖直方向相对行走机架I向上或向下移动，以便将货叉架1506运送至货位所在的高度;而运送平台1512在横向驱动机构1500的驱动下相对行走机架I沿水平台1514的横向移动，以便将货叉架1506运送至上述高度处的货位所在的横向位置处;货叉架1506沿水平面的纵向往复移动并对准处于上述横向位置处的货位，以便货叉对货位上的货物进行存取操作。而货叉架可用于与其对准的货位上的货盒相配合，以便对货盒或货盒内存放的货物进行取操作、以及将货盒或货盒内的货物运送至所需货位处，其中，该货盒可以采用现有技术的旋转货盒。
[0041]具体的，如图6所示，本发明的运送机构1507除了货叉架之外，还包括:安装于运送平台1512上的底座1510;安置在底座1510与货叉架1506之间且与底座1510与货叉架1506分别连接的传动装置;其中，传动装置用于带动货叉架1506相对底座1510沿纵向往复移动。
[0042]其中，如图2所示，传动装置包括:电机1503及安装于电机1510输出轴上的齿轮1509;安装于货叉架1506上的第一齿条1508;安装于底座1510上的第二齿条1511;其中，第一齿条1508与第二齿条1511上下平行相对且分别与齿轮1509同时啮合连接。
[0043]进一步的，运送机构1507还包括:用于引导传动装置相对底座1510的运动方向的第一导向装置和用于引导货叉架1506相对传动装置的运动方向的第二导向装置。
[0044]其中，电机1503外罩设有与其固定连接的电机架1504，而第一导向装置包括设置于底座1510上的第一导轨1513和设置于电机架1504底部的的第一导轨槽1501;第二导向装置包括设置于货叉架1506底部的第二导轨1505和设置于电机架1504顶部的用于与第二导轨1505滑动配合的第二导轨槽。其中，第一导轨1513与第一导轨槽1501滑动配合，第二导轨1505与第二导轨槽滑动配合，并且，第一导轨1513和第二导轨1505分别沿上述的纵向延伸，第一齿条1508和第二齿条1511也沿上述的纵向延伸。
[0045]下面结合图6，描述传动装置工作时，货叉架的移动过程。
[0046]当电机启动时，带动输出轴旋转，使得安装于输出轴上的齿轮也随之旋转;在齿轮逆时针旋转(如电机正转)时，由于齿轮与第二齿条的啮合作用，使得整个传动装置、货叉架一起相对于底座沿纵向向前运动，在齿轮与第二齿条啮合作用的同时，齿轮与第一齿条也相互啮合作用，于是货叉架相对于底座也向前运动，即整个传动装置在第二导轨上向前移动一定行程时，货叉架相对于底座向前移动双倍的行程，从而提高了传动效率，节省了时间。而当电机顺时针旋转(如电机反转)时，货叉架沿上述的相反方向回退。
[0047]其中，在货叉架1506上可以设置有用于对其上运送的货物(或货盒)进行定位的多个定位销，货物或货盒直接安装在货叉架1506上;或者，在货叉架1506上还可以固定安装一称重传感器(图中未示出)，并在称重传感器上放置有用于暂放货物或货盒的叉板，而用于对货叉架运送的货物或货盒进行定位的多个定位销安置在叉板上。优选的，本发明的货叉架1506采用中空结构。
[0048]本发明的货叉机构具有结构简单、占用空间小的优点，其可以对小尺寸货物进行一对一的精确运送，其传动装置采用双齿轮齿条传动，使得传动装置的电机工作时，可以使货叉架相对底座沿纵向产生双倍距离的移动，且传动平稳，而采用的定位销又可以对货物进行精确定位;两个升降机构均采用同步带传动，因此传动更加平稳、可靠。
[0049]本发明的智能三轴机器人，第一升降机构和第二升降机构可以同时上升或下降，从而实现同步双倍运动式升降，可以灵活精确的将货叉机构升降至货物所在货位的高度处，而货叉机构以齿轮齿条双倍行程运动的方式伸出叉取货物，从而可以快速高效完成货物的存取操作。此外，本发明的智能三轴机器人在不执行存取物料的操作任务或平移机构处于行走状态时，两个升降机构均处于初始状态，从而体积小，占用空间小，便于存放，适合货位密集存储，而在行走过程中，可以在狭窄通道中行走，当货物存取位置较高时，可以使第一、第二升降机构同步升起，并可实现三维空间存取操作，适应性范围广，极大减少用工成本，减轻操作工人的劳动强度。而当本发明的智能三轴机器人取到货物后，可将货物转移到其它精确无人设备，实现精准对接。此外，由于本发明的机器人具有RFID读码功能，因此可以对货物实现唯一码管理，在物料管理上实现精细化，机器人本身搭载软件系统，其调度系统与整个工厂自动化系统高度对接，使货物存取更加高效合理，若存取货物出现超载情况，本发明的机器人还可以发出保护性的报警提示，从而使用更加安全、可靠。
[0050]综上，本发明的智能三轴机器人，以无线通讯的方式从信息中心(外部软件平台通讯)获得有关待存取操作货物所在货架的货位的相关数据，通过大规模运算，将货位解析为立体空间上的三维坐标，运动模块在导引定位装置的导引下，沿指示路径自动行走精确到达指定地点，而根据RFID读写模块读取到的货物的唯一码，货叉机构通过折叠升降机构升降到货物所在货位的指定位置，货叉伸出存入或取出货物，完成后执行下一个指令。本发明的智能三轴机器人，把基于各种导引技术(磁条、激光)实现自动行走的运动模块和任意伸缩的折叠升降机构以及叉取货物的货叉机构合并在了一起，通过无线通讯方式与远程软件平台通讯，并按其指令指示，可达到任意货架的任意货位(高度不限)，实现快速对货物的存取动作，而后将货物运送到任意指定位置，可以实现任意路径的三轴搬运运输功能，其占用空间小，可在狭窄巷道行走，实现货物最小单元的密集存储，可左右两侧存取货物，存取效率高，一对一自动运送货物，移动速度高，存取效率高，并可对货物进行管理与识别，且与其它设备实现有机对接。
[0051]尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种智能三轴机器人，其特征在于，包括: 可自由行走的运动模块，根据外部指令自动行走，具有用于根据外部指令移动至货位以便存取货位内的货物的货叉机构； 设置在运动模块上的用于读写货叉机构所需存取的货物的唯一码的RFID读写模块； 设置在运动模块上的用于对运动模块的移动进行引导与定位的导引定位模块； 其中，运动模块在导引定位模块的导引下自动行走至指定地点后，货叉机构根据所述RFID读写模块读取到的其所需存取的货物的唯一码运动至货物所在货位，以便对货物进行存取操作。2.根据权利要求1所述的智能三轴机器人，其特征在于，还包括: 将所述运动模块、RFID读写模块、导引定位模块和外部的信息中心连接的通讯模块，以便将来自于信息中心的指令传送给所述运动模块、RFID读写模块和导引定位模块。3.根据权利要求1所述的智能三轴机器人，其特征在于，还包括: 设置在所述运动模块上且与其连接的用于为其提供能源的供电模块； 设置在所述运动模块上且与供电模块连接的自动充电模块。4.根据权利要求1-3所述任一项所述的智能三轴机器人，其特征在于，所述运动模块包括: 可水平行走的平移机构； 并列安置于平移机构两侧的沿竖直方向伸缩运动的一对折叠升降机构； 其中，所述货叉机构与一对折叠升降机构分别连接，且可相对平移机构沿三维方向运动以便存取货物。5.根据权利要求4所述的智能三轴机器人，其特征在于，所述折叠升降机构包括: 固定安装于平移机构的行走机架一侧的框体； 具有与框体滑动连接的第一滑块的第一升降机构； 与第一升降机构的第二滑块固定连接的固定臂； 具有与固定臂滑动连接的第三滑块的第二升降机构； 其中，所述货叉机构与所述第二升降机构的第四滑块固定连接。6.根据权利要求5所述的智能三轴机器人，其特征在于，所述第一升降机构包括: 第一支撑框； 上下平行安装于第一支撑框上的一对第一齿轮； 与一对第一齿轮分别啮合连接的第一同步带； 安装于第一支撑框顶部且驱动一对第一齿轮旋转的第一电机； 其中，所述第一滑块固定安装于所述第一同步带的靠近所述框体一侧的部分上，所述第二滑块固定安装于所述第一同步带的靠近所述固定臂一侧的部分上。7.根据权利要求6所述的智能三轴机器人，其特征在于: 所述框体的面对所述第一升降机构的部分设置沿其高度延伸的框体导轨，所述第一滑块沿框体导轨上下移动； 所述第二滑块与所述固定臂的下端固定连接。8.根据权利要求5所述的智能三轴机器人，其特征在于，所述第二升降机构包括: 第二支撑框； 上下平行安装于第二支撑框上的一对第二齿轮； 与一对第二齿轮分别啮合连接的第二同步带； 安装于第一支撑框顶部且驱动一对第二齿轮旋转的第二电机； 其中，所述第三滑块固定安装于所述第二同步带的靠近所述固定臂一侧的部分上，所述第四滑块固定安装于所述同步带的靠近所述货叉机构一侧的部分上。9.根据权利要求8所述的智能三轴机器人，其特征在于: 所述固定臂上设置沿其高度方向延伸的固定臂导轨，所述第三滑块沿固定臂导轨上下移动； 所述货叉机构与所述第四滑块固定连接。10.根据权利要求4所述的智能三轴机器人，其特征在于，所述货叉机构包括: 其两端分别与所述一对折叠升降机构分别连接的水平台； 安置于水平台上且沿水平台的横向移动的运送平台； 设置于运送平台上且具有沿运送平台的纵向移动的货叉架的运送结构； 其中，所述货叉架沿纵向移动以便对准货位并对货位上的货物进行存取操作。
【文档编号】B25J19/02GK105883317SQ201610052391
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年1月27日
【发明人】滕华
【申请人】滕华