高速多自由度柔性无磨损运输系统的制作方法

本发明涉及生产线运输技术领域，尤其涉及一种高速多自由度柔性无磨损运输系统。

背景技术：

随着工业4.0发展，实现物料运输工作的自动化是工业自动化的重要一环，传统的输送带和刚性的传送线灵活性差，难以适应定制化、柔性化的生产趋势。

目前，常用的agv运输具有良好的柔性和灵活性，但是agv运输的动态特性差，容易产生磨损，导致维护费用较大。而传统的磁悬浮运输系统具有较好的精度和动态特性，但是只能实现平面运动，无法实现大幅度升降、旋转、倾斜等空间立体运动，也无法满足立体仓库货物装卸、转移、运输、储藏等多种需求。针对上述问题，国内外一些企业，比如kuka公司，通过在agv上安装工业串联机械臂来实现货物的装卸和运输，但是这种类型的运输系统在抓取、转移较重货物时，容易出现质心偏移而容易发生侧翻。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高速多自由度柔性无磨损运输系统，以解决现有运输系统动态特性差、灵活性差、容易产生磨损以及发生侧翻的问题。

根据本发明实施例的一种高速多自由度柔性无磨损运输系统，包括：并联运输平台，所述并联运输平台可在磁场的作用下运动，所述并联运输平台具有可切换的升降运动模式、旋转运动模式、倾斜运动模式；其中，所述并联运输平台在非工作状态时可下降至靠近所述并联运输平台的奇异位姿；磁悬浮传输轨道，所述并联运输平台设在所述磁悬浮传输轨道上，所述磁悬浮传输轨道包括多个相连的平面模块，以产生驱动所述并联运输平台运动的磁场；启动装置，所述启动装置设在所述磁悬浮传输轨道上，所述并联运输平台在非工作状态时对应所述启动装置设置，所述启动装置用于带动所述并联运输平台远离所述奇异位姿。

根据本发明实施例的高速多自由度柔性无磨损运输系统，通过并联运输平台在磁悬浮传输轨道上运动，不会产生摩擦和磨损，有利于实现高精度和高动态的运输和定位功能，此外，由于并联运输平台具有升降、旋转、倾斜多种运动模式，灵活性高，能够满足物体的装卸、转移以及运输等多种需求，稳定性强且不易发生侧翻，可以应用于对于搬运作业有清洁、安全、无排放污染等特殊要求的医药、食品、化工等行业以及有辐射、有毒、超低温等特殊领域。

一些实施例中，所述并联运输平台包括：支撑平台，用于承载待运输的物体；多个平面电机动子，多个所述平面电机动子在所述磁场驱动下运动；多个连杆，多个所述连杆与多个所述平面电机动子一一对应设置，且多个所述连杆沿所述支撑平台的周向间隔开地设置，每个所述连杆的一端可枢转地连接所述支撑平台且另一端可枢转连接所述平面电机动子。

一些实施例中，所述连杆与所述支撑平台之间、所述连杆与所述平面电机动子之间均设有连接关节，以实现枢转连接，所述连接关节上形成的运动副为转动副、虎克副、球副中的至少一种。

一些实施例中，所述连杆和所述平面电机动子的数量根据所述并联运输平台的运输重量进行确定。

一些实施例中，所述并联运输平台还包括：机械手，所述机械手设在所述支撑平台上，用于夹抓待运输的物体。

一些实施例中，多个所述平面模块形成的所述磁悬浮传输轨道为平面轨道，所述并联运输平台在所述平面轨道上可沿任意方向运动。

一些实施例中，多个所述平面模块形成的所述磁悬浮传输轨道为立体轨道，所述立体轨道至少为斜坡轨道、弧形轨道、阶梯形轨道中的一种。

一些实施例中，多个所述平面模块均为高度集成性的模块，以使所述磁悬浮传输轨道可通过控制器检测所述平面电机动子的位置。

一些实施例中，所述启动装置为升降件或竖直向上喷气的喷气件，用于带动所述并联运输平台上升以脱离所述奇异位姿。

一些实施例中，所述高速多自由度柔性无磨损运输系统还包括：货架，所述货架设在所述磁悬浮传输轨道上，以供所述并联运输平台抓取待运输的物体；机器人，所述机器人设在所述磁悬浮传输轨道的外侧，以接收所述并联运输平台抓取的待运输的物体。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例高速多自由度柔性无磨损运输系统的立体结构示意图一；

图2为本发明实施例高速多自由度柔性无磨损运输系统的立体结构示意图二；

图3为图2的i处局部放大示意图；

图4为本发明实施例一中并联运输平台的立体结构示意图；

图5为本发明实施例二中并联运输平台的立体结构示意图；

图6为本发明实施例三中并联运输平台的立体结构示意图。

附图标记：

100、高速多自由度柔性无磨损运输系统；

10、并联运输平台；

11、支撑平台；

12、连杆；121、第一连杆；122、第二连杆；123、第三连杆；

13、平面电机动子；131、第一平面电机动子；132、第二平面电机动子；133、第三平面电机动子；

14、连接关节；15、机械手；

20、磁悬浮传输轨道；

21、平面模块；201、立体轨道；2011、第一轨道平面；2012、第二轨道平面；2013、过渡轨道面；

30、启动装置；40、货架；50、机器人。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，描述本发明实施例的高速多自由度柔性无磨损运输系统100。

如图1所示，根据本发明实施例的一种高速多自由度柔性无磨损运输系统100，包括：并联运输平台10、磁悬浮传输轨道20、启动装置30。

并联运输平台10可在磁场的作用下运动，并联运输平台10具有可切换的升降运动模式、旋转运动模式、倾斜运动模式；其中，并联运输平台10在非工作状态时可下降至靠近并联运输平台10的奇异位姿。在磁场力的作用下，并联运输平台10处于升降运动模式时可做上升或下降运动，并联运输平台10处于旋转运动模式时可在水平面上做旋转运动，并联运输平台10处于倾斜运动模式时可做俯仰的倾斜运动，并联运输平台10通过在升降、旋转、倾斜多种运动模式之间切换，能够满足物体的装卸、转移以及运输等多种需求。此外，如图2和图3所示，整个运输系统处于闲置即非工作状态时，并联运输平台10下降至接近奇异位姿，即将并联运输平台10降低至最低位，可减小所占用的空间。值得说明的是，由于并联运输平台10自身可实现升降、旋转、倾斜的多自由度运动模式，而非依靠设置机械手或机器人实现多自由运动，因此，并联运输平台10在装卸或转移物体时，整体的质心不易发生偏移，也就不易发生侧翻，稳定性更强，安全性也更高。

并联运输平台10设在磁悬浮传输轨道20上，磁悬浮传输轨道20包括多个相连的平面模块21，以产生驱动并联运输平台10运动的磁场。可以理解为，磁悬浮传输轨道20提供并联运输平台10运动所需的轨道面，通过产生的磁场驱动并联运输平台10悬浮并运动，而且并联运输平台10与磁悬浮传输轨道20之间能够实现无磨损运动，同时由于磁悬浮传输轨道20的定位特性，因此并联运输平台10能够实现高精度和高动态的运输和定位功能。其次，通过多个平面模块21，磁悬浮传输轨道20整体具有高度的柔性，可以根据应用需求拼接形成多样化的传输轨道，满足不同场景下的运输需求。

启动装置30设在磁悬浮传输轨道20上，并联运输平台10在非工作状态时对应启动装置30设置，启动装置30用于带动并联运输平台10远离奇异位姿。当并联运输平台10处于靠近奇异位姿的状态时，并联运输平台10自身难以克服奇异位姿升起，此时启动装置30可提供外部作用力使并联运输平台10远离奇异位姿，从而令并联运输平台10正常工作。

根据本发明实施例的高速多自由度柔性无磨损运输系统100，通过并联运输平台10在磁悬浮传输轨道20上运动，不会产生摩擦和磨损，有利于实现高精度和高动态的运输和定位功能，此外，由于并联运输平台10具有升降、旋转、倾斜多种运动模式，灵活性高，能够满足物体的装卸、转移以及运输等多种需求，稳定性强且不易发生侧翻，可以应用于对于搬运作业有清洁、安全、无排放污染等特殊要求的医药、食品、化工等行业以及有辐射、有毒、超低温等特殊领域。

一些实施例中，如图4所示，并联运输平台10包括：支撑平台11，用于承载待运输的物体；多个平面电机动子13，多个平面电机动子13在磁场驱动下运动；多个连杆12，多个连杆12与多个平面电机动子13一一对应设置，且多个连杆12沿支撑平台11的周向间隔开地设置，每个连杆12的一端可枢转地连接支撑平台11且另一端可枢转地连接平面电机动子13。也就是说，通过该方式构成的并联运输平台10能够实现升降、旋转、倾斜的运动模式，具有较好的灵活性，且平面电机动子13与磁悬浮传输轨道20配合具有定位精度高和动态性能好的特点，有利于实现并联运输平台10的高精度和高动态的运输。例如，连杆12和平面电机动子13的数量为三个，连杆12分别为第一连杆121、第二连杆122、第三连杆123，平面电机动子13分别为第一平面电机动子131、第二平面电机动子132、第三平面电机动子133，三个平面电机动子13沿圆形分布。并联运输平台10在升降运动模式下，三个平面电机动子13均远离圆形的圆心运动时，三个连杆12在三个平面电机动子13和支撑平台11之间转动，支撑平台11实现下降，同理，当三个平面电机动子13均靠近圆形的圆心运动时，支撑平台11实现上升。并联运输平台10在旋转运动模式下，三个平面电机动子13沿圆形的圆心转动，从而实现支撑平台11的旋转。并联运输平台10在倾斜运动模式下，则第一平面电机动子131、第二平面电机动子132均远离圆形的圆心运动时，则支撑平台11绕与第三连杆123的枢转点转动实现倾斜，同理，支撑平台11还能实现绕与第一连杆121、第二连杆122的枢转点转动实现倾斜。

一些实施例中，如图5和图6所示，连杆12和平面电机动子13的数量为六个，具体而言，如图6所示，六个连杆12和六个平面电机动子13一一对应设置，且六个连杆12和六个平面电机动子13沿支撑平台11的周向等间隔开地设置，其中六个连杆12和六个平面电机动子13使并联运输平台10实现升降运动模式、旋转运动模式、倾斜运动模式的过程可参考上文所述，这里不再赘述。其次，如图5所示，六个连杆12和六个平面电机动子13还可分为三组，即构成支撑平台11的三个支腿，即两个平面电机动子13相连构成一个运动脚，同样该方式下使并联运输平台10实现升降运动模式、旋转运动模式、倾斜运动模式的过程可参考上文所述，这里不再赘述。

一些实施例中，如图4至图6所示，连杆12与支撑平台11之间、连杆12与平面电机动子13之间均设有连接关节14，以实现枢转连接，连接关节14上形成的运动副为转动副、虎克副、球副中的至少一种。根据连杆12和平面电机动子12的数量不同，连杆12与支撑平台11之间的运动副、连杆12与平面电机动子13之间运动副可不相同，根据具体情况确定，从而满足并联运输平台10的升降运动模式、旋转运动模式、倾斜运动模式。

一些实施例中，连杆12和平面电机动子12的数量根据并联运输平台10的运输重量进行确定。也就是说，当并联运输平台10的运输重量较大时，需增加连杆12和平面电机动子12的数量，通过较多数量的连杆12和平面电机动子12，以起到对支撑平台11足够强度的支撑，提高并联运输平台10的刚度和承载能力，例如，并联运输平台10直接应用于小型货架的搬运。而当并联运输平台10的运输重量较小时，通过较少数量的连杆12和平面电机动子12就可起到对支撑平台11足够的支撑。

一些实施例中，如图4所示，并联运输平台10还包括：机械手15，机械手15设在支撑平台11上，用于夹爪待运输的物体。也就是说，通过机械手15以实现对待运输物体的抓取和固定，方便物体装卸，同时保证物体在运输过程中稳定性较好。

可选的，机械手15为气动机械手，控制方便，夹抓可靠。

一些实施例中，多个平面模块21形成的磁悬浮传输轨道20为平面轨道(图未示出)，并联运输平台10在平面轨道上可沿任意方向运动。可以理解为，平面轨道为一平面区域，可应用于平面运输作业，并联运输平台10在平面轨道上可沿前后、左右方向运动。

一些实施例中，如图2所示，多个平面模块21形成的磁悬浮传输轨道20为立体轨道201，立体轨道201至少为斜坡轨道、弧形轨道、阶梯形轨道中的一种。例如，立体轨道201为阶梯形轨道，阶梯形轨道包括：第一轨道平面2011、第二轨道平面2012、过渡轨道面2013，过渡轨道面2013的一端连接第一轨道平面2011且另一端连接第二轨道平面2012，其中，第一轨道平面2011的高度低于第二轨道平面2012的高度。可以理解为，立体轨道201可用于非平面运输作业，例如，并联运输平台10从第一轨道平面2011上运动，经过渡轨道面2013可运动至第二轨道平面2012上，可实现在不同高度位置之间的运输作业。立体轨道201可以为斜坡轨道，并联运输平台10就能实现沿斜坡面上下运输物体；或者，立体轨道201还可以为弧形轨道，并联运输平台10沿着弧形轨道的弧形面上下运输物体。由此可见，多个平面模块21可拼接成多样化、立体化的传输轨道，适应性较强，有利于满足不同场景下的运输作业。值得说明的是，立体轨道201不限于斜坡轨道、弧形轨道、阶梯形轨道，还可以是其他形式的立体轨道，这里不再赘述。

一些实施例中，多个平面模块21均为高度集成性的模块，以使磁悬浮传输轨道20可通过控制器检测平面电机动子13的位置。也就是说，控制器电连接平面电机动子13和平面模块21，通过磁悬浮的平面模块21自身的特性，可机检测出平面电机动子13的准确位置，从而实现并联运输平台10的定位精度高的特点。

一些实施例中，如图1至图3所示，启动装置30为升降件或竖直向上喷气的喷气件，用于带动并联运输平台10上升以脱离奇异位姿。并联运输平台10靠近奇异位姿时，支撑平台11的高度较低，连杆12与支撑平台11、连杆12与平面电机动子13之间的夹角较小，即连杆12紧靠支撑平台11，连杆12紧靠平面电机动子13，因此连杆12与支撑平台11之间的传动角过小，导致连杆12无法对支撑平台11产生有效的向上作用力，也就无法实现并联运输平台10升降，此时通过升降件顶推或喷气件竖直向上喷气，即可提供向上的作用力，使得支撑平台11上升一定高度后，并联运输平台10可正常升降。

可选的，升降件为升降气缸、电推杆、升降液压缸中的至少一种。

可选的，喷气件为喷气装置，以向竖直方向喷射压缩气体，从而顶推支撑平台11上升。

一些实施例中，如图1和图2所示，高速多自由度柔性无磨损运输系统100还包括：货架40和机器人50。货架40设在磁悬浮传输轨道20上，以供并联运输平台10抓取待运输的物体，也就是说，通过货架40配合并联运输平台10可实现物体的装卸、转移、运输、储藏多种需求。机器人50设在磁悬浮传输轨道20的外侧，以接收并联运输平台10抓取的待运输的物体，这样并联运输平台10配合机器人50可完成更多的复杂操作，例如，将物体从货架40上取出，实现外部装卸、搬运和转移。

下面结合附图，描述本发明高速多自由度柔性无磨损运输系统100的具体实施例。

实施例一

如图1至图4所示，一种高速多自由度柔性无磨损运输系统100，包括：并联运输平台10、磁悬浮传输轨道20、启动装置30、货架40和机器人50。

并联运输平台10可在磁场的作用下运动，并联运输平台10具有可切换的升降运动模式、旋转运动模式、倾斜运动模式；其中，并联运输平台10在非工作状态时可下降至靠近并联运输平台10的奇异位姿。

并联运输平台10包括：支撑平台11、三个连杆12、三个平面电机动子13、连接关节14、机械手15，用于承载待运输的物体；三个平面电机动子13在磁场驱动下运动；三个连杆12与三个平面电机动子13一一对应设置，且三个连杆12沿支撑平台11的周向间隔开地设置，每个连杆12的一端可枢转地连接支撑平台11且另一端可枢转地连接平面电机动子13。连杆12与支撑平台11之间、连杆12与平面电机动子13之间均设有连接关节14，以实现枢转连接。

其中，每个连杆12上端的连接关节14上形成球副，即每个连杆12上端通过球副连接支撑平台11。每个连杆12下端的连接关节14上形成转动副，即每个连杆12的下端通过转动副连接相应的平面电机动子13。机械手15设在支撑平台11上，用于夹抓待运输的物体。

并联运输平台10设在磁悬浮传输轨道20上，磁悬浮传输轨道20包括多个相连的平面模块21，以产生驱动并联运输平台10运动的磁场。

多个平面模块21形成的磁悬浮传输轨道20为立体轨道201；立体轨道201为阶梯形轨道，包括：第一轨道平面2011、第二轨道平面2012、过渡轨道面2013，过渡轨道面2013的一端连接第一轨道平面2011且另一端连接第二轨道平面2012，其中，第一轨道平面2011的高度低于第二轨道平面2012的高度。

多个平面模块21均为高度集成性的模块，以使磁悬浮传输轨道20可通过控制器检测平面电机动子13的位置。

启动装置30设在磁悬浮传输轨道20上，并联运输平台10在非工作状态时对应启动装置30设置，启动装置30用于带动并联运输平台10远离奇异位姿。

启动装置30为升降件。

货架40设在磁悬浮传输轨道20上，以供并联运输平台10抓取待运输的物体，机器人50设在磁悬浮传输轨道20的外侧，以接收并联运输平台10抓取的待运输的物体。

实施例二

如图1至图3、图5所示，展开了实施例二中高速多自由度柔性无磨损运输系统100的结构，实施例二的高速多自由度柔性无磨损运输系统100的结构与实施例一中高速多自由度柔性无磨损运输系统100的结构大体相同，相同的部分这里不再赘述。

所不同的是，在实施例二中，并联运输平台10包括：支撑平台11、六个连杆12、六个平面电机动子13，六个连杆12和六个平面电机动子13构成三组，每组两个平面电机动子13相连。其中，每个连杆12上端的连接关节14上形成虎克副，即每个连杆12上端通过虎克连接支撑平台11。每个连杆12下端的连接关节14上形成球副，即每个连杆12的下端通过球副连接相应的平面电机动子13。

实施例三

如图1至图3、图6所示，展开了实施例三中高速多自由度柔性无磨损运输系统100的结构，实施例三的高速多自由度柔性无磨损运输系统100的结构与实施例一中高速多自由度柔性无磨损运输系统100的结构大体相同，相同的部分这里不再赘述。

所不同的是，在实施例三中，并联运输平台10包括：支撑平台11、六个连杆12、六个平面电机动子13，六个连杆12和六个平面电机动子13对应设置，且六个连杆12和六个平面电机动子13沿支撑平台11的周向等间隔开地设置。其中，每个连杆12上端的连接关节14上形成虎克副，即每个连杆12上端通过虎克连接支撑平台11。每个连杆12下端的连接关节14上形成球副，即每个连杆12的下端通过球副连接相应的平面电机动子13。

综上所述，本发明的高速多自由度柔性无磨损运输系统100能够实现空间多自由度立体运输，同时具有高速、高精度、无磨损的特点，能够实现升降、旋转、倾斜等多种空间立体运动，满足立体仓库货物装卸、转移、运输、储藏等多种需求，可以应用于对于搬运作业有清洁、安全、无排放污染等特殊要求的医药、食品、化工等行业以及有辐射、有毒、超低温等特殊领域。

根据本发明实施例的高速多自由度柔性无磨损运输系统100的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。