适用于中小型货物的三轴移动夹取装置

本发明属于货物夹取领域，尤其涉及到一种适用于中小型货物的三轴移动夹取装置。

背景技术：

对于中小型货物，比如快递箱子的搬运，通常是由人工搬运，浪费了大量的人力和时间，效率很低，并且及其有可能造成箱体的损坏。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种适用于中小型货物的三轴移动夹取装置，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的另一个目的是提供一种适用于中小型货物的三轴移动夹取装置，通过设置同步带和气缸，不仅保证移动的稳定性，还使得移动速度快，夹取精度高，解决了人工搬运效率低的问题，对于提高中小型货物进行智能夹取技术具有重要意义。

本发明的技术方案如下：

适用于中小型货物的三轴移动夹取装置，其包括：

底座，其上方通过四根竖直立柱连接至一水平固定架；

z轴抬升机构，其包括设置在所述底座上的抬升驱动装置和连接在所述抬升驱动装置输出端的移动架，所述移动架的下方设置有四根支撑杆分别与所述四根竖直立柱滑动连接；

y轴前推机构，其包括设置在所述移动架上的前推驱动装置和连接在所述前推驱动装置上的第一水平支撑架；

x轴横移机构，其包括固定在所述第一水平支撑架的横移驱动装置和连接在所述横移驱动装置上的第二水平支撑架，所述横移驱动装置与所述前推驱动装置的驱动方向为水平且相互垂直；

夹取机构，其固定在所述第二水平支撑架上；

其中，

所述抬升驱动装置包括：

固定在所述底座上的两个抬升电机；

两个传动轴，其固定在所述底座上，且分别设置在两个所述竖直立柱之间，每个所述传动轴通过一传动机构连接至所述抬升电机的输出端，且所述传动轴的两端分别固定有一下抬升带轮，所述水平固定架的下表面与所述下抬升带轮一一对应设置有四个上抬升带轮；

四根第一同步带，其分别设置在所述下抬升带轮和所述上抬升带轮之间；

第一固定件，其设置在所述第一同步带中部并将所述第一同步带的一侧固定在所述支撑杆上，以使得所述第一同步带带动所述移动架上下移动。

优选的是，所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置中，

每根所述支撑杆上固定有一滑块，其套设在所述竖直立柱上，且所述滑块中部的内壁与所述竖直立柱的外侧面之间过盈量为0.2mm；

所述滑块上下两端的内侧面分别设置有多个滑动滚轮以与所述竖直立柱贴合。

优选的是，所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置中，所述竖直立柱上还设置有至少一个同步带张紧件，其包括与所述竖直立柱销轴连接的水平固定件和设置在所述固定件上的张紧轮，所述张紧轮位于所述第一同步带的侧面以张紧所述第一同步带。

优选的是，所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置中，所述夹取机构包括：

两个翻转电机，其相对成在一条直线设置在所述第二水平支撑架上；

翻转方轴，其两端分别连接至两个所述翻转电机的输出端；

翻转件，其固定在所述翻转方轴上并在所述翻转电机驱动下翻转；

移动夹取部，其可滑动的设置在所述翻转件的头端；

固定夹取部，其固定在所述翻转件的头端并与所述移动夹取部平行；

驱动气缸，其设置在所述固定夹取部的根部，所述驱动气缸的输出端连接至所述移动夹取部并驱动所述移动夹取部远离或者靠近所述固定夹取部。

优选的是，所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置中，

所述前推驱动装置为两个前推气缸，其固定在所述移动架上且所述前推气缸的输出端连接至所述第一水平支撑架；

所述移动架的上端沿着所述气缸的驱动方向设置有两条第一直线导轨；

所述第一水平支撑架和所述第一直线导轨之间通过第一滑动块滑动连接。

优选的是，所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置中，

所述横移驱动装置为横移电机，其设置在所述第一水平支撑架上且输出端竖直向上；

两个同步带轮，其分别固定在所述第一水平支撑架的两端，且其中一个所述同步带轮连接在所述横移电机的输出端上；

第二同步带，其设置在两个所述同步带轮之间；

第二固定件，其设置在所述第二同步带的中部，并将一侧第二同步带固定在所述第二水平支撑架上，以使得所述第二同步带带动所述第二水平支撑架左右移动。

优选的是，所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置中，

所述第一水平支撑架上位于所述第二同步带的两侧平行设置有两个第二直线导轨；

所述第二水平支撑架与两个所述第二直线导轨之间通过第二滑动块滑动连接。

优选的是，所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置中，

所述底座下方设置有四个全向轮组；

所述底座上方位于四根所述竖直立柱之间设置有一开口向上的储物仓。

优选的是，所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置中，所述第二水平支撑架上位于所述固定板的一侧设置有一激光测距传感器。

本发明具有以下有益效果：

1.通过设计自制滑块，设计抬升动力装置，使得z轴抬升过程更稳定，受力情况更好，而且大大减轻了整车的重量，降低了生产成本，抬升动力装置的设计使其可以抬升载荷较大的货物。

2.通过设计同步带张紧件完美地解决了随着运作时间的推长同步带会出现被拉长从而导致抬升动作出现延迟以及不同步的现象。

3.通过设计转板加上扭簧和限位装置使得夹取装置除了能进行正常的货物夹取外，还可以在不用进行二次抬升的情况下取得放在同等高度的带有槽的平台中的货物。

4.通过设置激光测距模块加上视觉算法使整辆车可以自动检测货物的位置，从而实现全自动抬升、夹取货物等一系列动作。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中的z轴抬升机构的结构示意图；

图3为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中的滑块的结构示意图；

图4为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中的同步带张紧件的结构示意图；

图5为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中的夹取机构的结构示意图；

图6为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中的x轴横移机构的结构示意图；

图7为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中夹取机构和货物的位置关系图；

图8为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中的一个函数曲线图；

图9为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的又一个实施例中的夹取机构和货物的位置关系图；

图10为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的又一个实施例中的一个函数曲线图；

图11为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中的弹簧的结构示意图；

图12为本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中的限位装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供一种适用于中小型货物的三轴移动夹取装置，其包括：

底座1，其上方通过四根竖直立柱2连接至一水平固定架3；

z轴抬升机构，其包括设置在所述底座1上的抬升驱动装置401和连接在所述抬升驱动装置401输出端的移动架402，所述移动架402的下方设置有四根支撑杆分别与所述四根竖直立柱2滑动连接；

y轴前推机构，其包括设置在所述移动架402上的前推驱动装置和连接在所述前推驱动装置上的第一水平支撑架5；

x轴横移机构，其包括固定在所述第一水平支撑架5的横移驱动装置601和连接在所述横移驱动装置601上的第二水平支撑架602，所述横移驱动装置601与所述前推驱动装置的驱动方向为水平且相互垂直；

夹取机构7，其固定在所述第二水平支撑架602上；

其中，

如图2所示，所述抬升驱动装置401包括：

固定在所述底座1上的两个抬升电机4011；

两个传动轴4012，其固定在所述底座1上，且分别设置在两个所述竖直立柱2之间，每个所述传动轴4012通过一传动机构连接至所述抬升电机3011的输出端，且所述传动轴2012的两端分别固定有一下抬升带轮4013，所述水平固定架3的下表面与所述下抬升带轮4013一一对应设置有四个上抬升带轮4014；

四根第一同步带4015，其分别设置在所述下抬升带轮4013和所述上抬升带轮4014之间；

第一固定件4016，其设置在所述第一同步带4015中部并将所述第一同步带4015的一侧固定在所述支撑杆上，以使得所述第一同步带4015带动所述移动架402上下移动。

在本发明提供的所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中，

每根所述支撑杆上固定有一滑块8，其套设在所述竖直立柱2上，且所述滑块8中部的内壁与所述竖直立柱2的外侧面之间过盈量为0.2mm；

如图3所示，所述滑块8上下两端的内侧面分别设置有多个滑动滚轮801以与所述竖直立柱贴2合。

通过支撑杆与竖直立柱的之间的滑动，可保证直线运动的稳定性。

如图4所示，在本发明提供的所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中，所述竖直立柱2上还设置有至少一个同步带张紧件9，其包括与所述竖直立柱2销轴连接的水平固定件和设置在所述水平固定件上的张紧轮，所述张紧轮位于所述第一同步带的侧面以张紧所述第一同步带。

同步带张紧件完美地解决了随着运作时间的推长同步带会出现被拉长从而导致抬升动作出现延迟以及不同步的现象。

如图5所示，在本发明提供的所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中，所述夹取机构7包括：

两个翻转电机701，其相对成在一条直线设置在所述第二水平支撑架602上；

翻转方轴702，其两端分别连接至两个所述翻转电机701的输出端；

翻转件703，其固定在所述翻转方轴702上并在所述翻转电机701驱动下翻转；

移动夹取部704，其可滑动的设置在所述翻转件703的头端；

固定夹取部705，其固定在所述翻转件703的头端并与所述移动夹取部704平行；

驱动气缸706，其设置在所述固定夹取部705的根部，所述驱动气缸706的输出端连接至所述移动夹取部704并驱动所述移动夹取部704远离或者靠近所述固定夹取部705。

移动夹取部和固定夹取部的头端均设置有夹取转板，所夹取转板加上弹簧和限位装置使得夹取装置除了能进行正常的货物夹取外，还可以在不用进行二次抬升的情况下取得放在同等高度的带有槽的平台中的货物，即省略了在夹住货物后再进行二次抬升把货物从槽中抬出来的这一动作，提高了工作效率。

在本发明提供的所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中，

所述前推驱动装置为两个前推气缸，其固定在所述移动架上且所述前推气缸的输出端连接至所述第一水平支撑架；

所述移动架的上端沿着所述气缸的驱动方向设置有两条第一直线导轨；

所述第一水平支撑架和所述第一直线导轨之间通过第一滑动块滑动连接。

如图6所示，在本发明提供的所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中，

所述横移驱动装置601为横移电机，其设置在所述第一水平支撑架5上且输出端竖直向上；

两个同步带轮，其分别固定在所述第一水平支撑架5的两端，且其中一个所述同步带轮连接在所述横移电机的输出端上；

第二同步带603，其设置在两个所述同步带轮之间；

第二固定件604，其设置在所述第二同步带603的中部，并将一侧第二同步带603固定在所述第二水平支撑架5上，以使得所述第二同步带603带动所述第二水平支撑架602左右移动。

在本发明提供的所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中，

所述第一水平支撑架5上位于所述第二同步带603的两侧平行设置有两个第二直线导轨605；

所述第二水平支撑架602与两个所述第二直线导轨605之间通过第二滑动块606滑动连接。

在本发明提供的所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中，

所述底座1下方设置有四个全向轮组；

所述底座1上方位于四根所述竖直立柱之间设置有一开口向上的储物仓。

在本发明提供的所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的一个实施例中，所述第二水平支撑架上位于所述固定板的一侧设置有一激光测距传感器。

激光测距传感器加上视觉算法能使整辆车可以自动检测货物的位置，从而实现全自动抬升、夹取货物等一系列动作。

本领域技术人员可根据需要将本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置进行改动以成为智能设备，如将抬升电机、驱动气缸、横移电机、翻转电机和前推气缸均设置为电控，且在移动架下方的支撑杆、第一水平支撑架、第二水平支撑架和移动夹取部上设置位移传感器，在翻转方轴上设置角度传感器，控制器根据各传感器发来的检测数值，控制各个驱动装置的开启与关闭，这些均为本领域技术人员的常规手段，因此无需在此赘述。

本发明提供的所述的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置的工作过程如下：

当移动到放有货物的平台处时，移动架在z轴抬升机构的驱动下沿着z轴方向抬升至与最上方货物平齐时，翻转电机开启，夹取机构往前方进行翻转，在翻转的过程中驱动气缸驱动移动夹取部移动使其远离固定夹取部，翻转到指定位置即位于货物两侧后，驱动气缸驱动移动夹取部使其靠近固定夹取部进而夹紧货物，翻转电机开启，夹取机构往后翻转，同时驱动气缸驱动移动夹取部移动使其远离固定夹取部进而松开货物，使货物落到下方储物仓中，完成一次货物夹取后，横移电机驱动同步带运动进而带动第二水平支撑架进行x轴方向上的左右移动，移动到指定位置后按照上述步骤进行夹取，完成前排货物的夹取后，前推气缸驱动第一水平支撑架进行y轴方向上的移动，移动到指定位置后进行后排货物的夹取。

本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置，包括全向移动底盘，z轴抬升机构、x轴横移机构、y轴前推机构和夹取机构。全向移动底盘包括四个轮组，一个载物平台，底板，两个动力抬升装置，所述的载物平台上有圆孔用于固定四个轮组，底板上有圆孔，固定在载物平台上，两个动力抬升装置通过圆孔固定在底板上，其中动力抬升装置包括两个带座轴承，一个抬升电机，两个抬升带轮，一个输出带轮，一个中间传动带轮，一个抬升电机座，一根同步带传动轴。抬升电机座上有圆孔，固定在底板上，抬升电机固定在抬升电机座上，输出带轮与抬升电机固定，带座轴承上有圆孔，固定在底板上，传动轴固定在带座轴承上，抬升带轮与中间传动带轮通过顶丝固定在传动轴上；z轴抬升机构包括四根同步带，四个自制滑块，四个抬升带轮，四个同步带张紧件，一个抬升框架，所述的同步带张紧件在同一侧有槽和圆孔，通过槽跟圆孔将同步带张紧件固定在外围的框架上，同步带张紧件下面有槽用以固定抬升带轮，同步带分别与抬升框架和底盘上动力抬升装置中的抬升带轮18啮合后，再通过压板与抬升框架固定；x轴横移机构由横移电机，一个横移铝架，一条同步带，一个压板，四个直线滑块，两条直线导轨组成，所述的横移铝架上有圆孔，通过圆孔固定四个滑块，在前推铝架上有两条直线导轨，通过滑块与导轨连接从而把横移铝架固定在前推铝架上，横移电机通过电机固定件固定在前推铝架上，横移带轮固定在同步带固定件上，同步带固定件通过圆孔固定在前推铝架上，同步带与带轮啮合后由压板固定在横移铝架上；y轴前推机构包括一个前推铝架，两个前推气缸,四个直线滑块，两条直线导轨，两个前推连接件，两个气缸固定件，所述的前推铝架上有圆孔，通过圆孔固定四个滑块，在抬升框架上有两条直线导轨，通过滑块与导轨连接从而把前推铝架固定在抬升框架上，气缸固定件上有槽跟圆孔，通过槽固定在前推铝架上，而圆孔用于固定前推气缸，前推连接件上有槽，通过槽固定在前推铝架上，并与气缸连接；夹取机构由两个转板，两个旋转板，两个翻转电机，四个旋转板固定件，一个mal16气缸，两个连接法兰轴组成，其中翻转电机固定在横移铝架上，连接法兰轴中间有圆孔把电机轴给抱死，另一端与一根铝管连接，旋转板上两端有槽分别卡住两根铝管，两根铝管上都有圆孔，旋转板固定件通过圆孔将旋转板紧紧地固定在两根铝管上，前边的铝管上通过玻纤板固定两根短铝管，两根短铝管上有圆孔用于固定转板，玻纤板上有圆孔用以固定mal16气缸。

这里假设的研究对象是200mm*200mm*200mm的中小型正方体货物，位于深100mm，前后左右距离货物都为10mm的槽中，为了使夹取机构可以直接把货物从槽中夹住后翻转出来，假设货物翻轨迹半径为r（r∈（0，400）），当货物在竖直方向上运动100mm时，水平方向最大偏移量为y。为使货物不卡死，则y应小于10mm。

如图7所示，当夹具初始位置水平时，求解出y关于r的函数y=r−√（r²-100²），在matlab中绘出该函数曲线如图8所示。

由图8可知，r在（0，400）区间里，y始终大于10，故此种情况不适用。

当夹具初始位置与水平方向存在一定角度时，初始角度翻转半径与夹取机构横移量的关系如图9所示。

这种情况下夹具与水平面成α角度，可列出方程组：

r−rcosβ=y

r−rcosα=0.5y

rsinα+rsinβ=100

得到y与r的函数关系式：

rsinarccos[（r-y）/r]+rsinarccos[（r-0.5y）/r]=100

绘出该函数曲线如图10所示。

通过matlab计算得出该铰链的可转动角度即为17°，转动半径确定为400mm，根据转动半径确定横移铝架的尺寸，保证货物能从铝架上方面落到储物仓中。

当完成夹取动作后，此时夹取机构停在储物仓的正上方，货物则翻转了180°，此时货物距离横移铝架前后铝管的距离分别为200mm,180mm,距离左右两根铝管的距离为200mm,200mmm,即有足够大的空间可以让货物从横移铝管上方落入到储物仓中，储物仓可以根据具体需求改变大小从而容纳数量不等的货物。

如图11所示，在夹取转板和夹取部头端之间设置有弹簧，初始位置时，弹簧处于未拉伸状态，当夹取机构夹住货物往上翻转时，货物碰到槽后壁开始转动，转板跟货物一起逆时针往下旋转，弹簧开始被拉伸，当箱子从槽中翻转出来时，弹簧开始复位，将货物拉回原位。

另外，如图12所示，转板上设置有限位孔，当货物从槽中翻转出来时，转板恰好转过17°，转板上的限位孔刚好从上限位置转到下限位置，螺栓的头部与限位孔下端卡住，转板不能再转动。

本发明提供的适用于中小型货物的三轴移动夹取装置，可以进行大范围货物获取、搬运，体积小，成本低，效率高，容量大，速度快，精度高且可以全自动工作，适用于中小型货物获取、搬运领域。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。