一种携带卡紧式机械手的仓储拣货机器人及其使用方法与流程

本发明涉及一种仓储拣货机器人及其使用方法，特别是关于一种在立式高架库中需要将码放整齐且紧密无间隙的箱式货物从货物托盘中进行拆卸和搬运的携带卡紧式机械手的仓储拣货机器人及其使用方法。

背景技术：

仓储是现代物流的一个重要组成部分，在物流系统中起着至关重要的作用，是厂商研究和规划的重点。高效合理的仓储可以帮助厂商加快物资流动的速度，降低成本，保障生产的顺利进行，并可以实现对资源有效控制和管理。仓储的发展经历了不同的历史时期和阶段，从原始的人工仓储到智能仓储，通过各种高新技术对仓储的支持，仓储的效率得到了大幅度的提高。随着仓储技术的不断发展，对于货物的快速拆解以及高效搬运的需求越来越大。然而，目前对于大件货物直接由叉车机器人进行拣货及搬运，而对于中小货物基本上仍然是采取人工拆卸、输送带输送搬运的方式作业，特别是箱式包装的中件货物(包装箱长宽高尺寸在200～600mm之间)都是整齐码放到托盘上再存放到仓库货架上，这一类货物的拣货基本全部都是靠人工完成，当货物有一定重量时，这样的工作模式，给工人造成的劳动强度巨大，而且拣货效率不高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种携带卡紧式机械手的仓储拣货机器人及其使用方法，该机器人可以实现将紧密排列堆放整齐的箱式货物模拟人手动作将其进行拆卸和搬运，有效提高拣货效率。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种携带卡紧式机械手的仓储拣货机器人，其特征在于：该机器人包括移动底盘、转动本体、机械臂和机械手；所述移动底盘上部设置有所述转动本体，位于所述转动本体上设置有能升降和伸缩的所述机械臂，所述机械臂上设置有能模拟人手动作进行货物拆卸的所述机械手。

进一步，所述机械臂由手臂升降机构和剪式伸缩机构组成；位于所述手臂升降机构上设置有所述剪式伸缩机构；所述手臂升降机构一端位于所述移动底盘上部，且固定在所述转动本体侧壁，所述手臂升降机构另一端沿所述转动本体长度方向延伸至所述转动本体外部。

进一步，所述手臂升降机构包括固定支架、第一驱动电机、钢丝绳轮、钢丝绳、第一滑块和导轨；所述固定支架螺纹连接在所述转动本体的侧壁上，所述固定支架上设置有所述导轨，且位于所述固定支架两端分别安装有所述钢丝绳轮，所述钢丝绳绕在所述钢丝绳轮上，且所述钢丝绳与所述第一滑块连接，所述第一滑块滑动连接在所述导轨上；在所述固定支架上还设置有所述第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴与所述钢丝绳轮同轴连接。

进一步，所述剪式伸缩机构包括第二驱动电机、第一丝杠、丝杠座、丝杠滑块、连杆、第一光杠、光杠滑块、光杠座、伸缩臂、卡簧和销座；所述伸缩臂由多节臂组成，两节臂之间通过直线轴承连接；所述伸缩臂的第一节臂端部固定在所述手臂升降机构上，所述丝杠座螺纹连接在所述伸缩臂第一节臂上，且所述丝杠座内设置有所述第一丝杠，所述第一丝杠的一端与所述第二驱动电机连接；所述连杆采用两两交叉后串联构成剪式结构，位于剪式结构第一端部交叉的两所述连杆首端分别通过所述销座、卡簧连接在一所述丝杠滑块上，两所述丝杠滑块都设置在所述第一丝杠上；位于剪式结构第二端部交叉的两所述连杆末端分别通过所述销座、卡簧连接在所述光杠滑块上，采用所述卡簧进行位置固定；所述光杠滑块设置在所述第一光杠上，所述第一光杠固定在所述光杠座上，所述光杠座安装在所述伸缩臂最后一节臂上。

进一步，所述机械手包括压紧手指、翻转手指和卡紧手指；所述压紧手指固定在所述伸缩臂最后一节臂底部，所述翻转手指与所述压紧手指连接，所述卡紧手指与所述翻转手指连接；所述压紧手指由压板构成；所述压板的安装端与所述伸缩臂的底部螺纹连接。

进一步，所述翻转手指包括第二光杠、立柱滑块、立柱滑块驱动丝杠、立柱滑块驱动电机、蜗轮、蜗杆、旋转轴、旋转指节驱动电机和翻转手指伸缩微动机构；位于所述压紧手指的安装端连接有所述第二光杠和立柱滑块驱动丝杠，位于所述第二光杠和立柱滑块驱动丝杠上设置有所述立柱滑块，所述立柱滑块驱动丝杠的下端与所述立柱滑块驱动电机连接；所述蜗杆两端连接在所述立柱滑块内，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，且所述蜗杆的上端连接所述旋转指节驱动电机；所述蜗轮上的所述旋转轴穿过所述立柱滑块，位于所述旋转轴末端固定设置有所述翻转手指伸缩微动机构。

进一步，所述翻转手指伸缩微动机构包括第一固定支架、第三驱动电机、第二丝杠、第三光杠、第二滑块和7字型翻转指节；所述第一固定支架固定在所述旋转轴末端，在所述第一固定支架上设置有所述第二丝杠，所述第二丝杠一端与所述第三驱动电机输出轴连接，所述第三驱动电机固定在所述第一固定支架上部；在所述第二丝杠的两侧平行设置有两个所述第三光杠，两个所述光杠直接固定在所述第一固定支架上；所述第二滑块设置在两个所述第三光杠和第二丝杠上；所述7字型翻转指节螺纹连接在所述第二滑块上。

进一步，所述卡紧手指由摩擦指节水平接近微动机构和摩擦指节升降微动机构构成；所述摩擦指节水平接近微动机构包括第二固定支架、第四驱动电机、第四驱动电机固定支架、第三丝杠、第四光杠、伞齿轮和第三滑块；所述第二固定支架固定在所述7字型翻转指节顶部；所述第二固定支架上通过所述第四驱动电机固定支架螺纹固设有所述第四驱动电机，所述第四驱动电机输出轴与一所述伞齿轮连接，该伞齿轮与另一所述伞齿轮啮合；另一所述伞齿轮与设置在所述第二固定支架上的所述第三丝杠一端连接；在所述第二固定支架上还设置有与所述第三丝杠平行的两个所述第四光杠，所述第三滑块设置在两个所述第四光杠和第三丝杠上。

进一步，所述摩擦指节升降微动机构包括第三固定支架、第五驱动电机、第四丝杠、第五光杠、第四滑块和U型摩擦片；所述第三固定支架固定在所述第三滑块顶部，与所述第三滑块呈垂直设置；所述第三固定支架上部设置有所述第五驱动电机，所述第五驱动电机的输出轴与所述第四丝杠一端连接，所述第四丝杠设置在所述第三固定支架上；在所述第三固定支架上还设置有与所述第四丝杠平行的两个所述第五光杠，所述第四滑块设置在两个所述第五光杠和第四丝杠上；所述U型摩擦片连接在所述第四滑块上。

一种基于上述携带卡紧式机械手的仓储拣货机器人的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在移动底盘的带动下，接近货垛；(2)机械臂在第一驱动电机和第二驱动电机的驱动下进行高度和长度的调节，使得压紧手指紧贴在待拆卸目标货物的四周；(3)翻转手指在旋转指节驱动电机的作用下翻转待拆卸目标货物，使得待拆卸目标货物与整体货垛之间产生一个卡紧手指进行工作的背部空隙；(4)卡紧手指的U型摩擦片下降插入获得的背部间隙，并进一步贴近待拆卸目标货物使待拆卸目标货物被卡紧；(5)机械臂抬高并收缩使待拆卸目标货物脱离整体货垛；(6)外部控制设备控制移动底盘移动，将待拆卸目标货物搬运离开。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用由压紧手指、翻转手指、卡紧手指组成的机械手可以模仿人手动作，实现从密集堆放在托盘上没有缝隙的箱式货垛中将单件货物拆卸出来；该功能可以完全替代人力操作，大大降低劳动强度。2、本发明采用的压紧手指、翻转手指、卡紧手指通过驱动电机改变各自的长度可以适应针对不同尺寸大小的货物进行拆卸。3、本发明可以配置单臂或者双臂，结合全向移动底盘，可以适应现场不同货物拆卸工作的需求。4、本发明通过外部控制设备优化并协调控制各驱动电机工作可以提高货物的拆卸速度，提高立式高架仓库的智能化程度。5、本发明通过翻转手指将货物翻转获得背部间隙，供卡紧手指插入该间隙，由翻转手指与卡紧手指共同将货物抓住并卡紧，模仿人手动作，有效提高拣货效率。6、本发明的翻转手指利用蜗轮蜗杆自锁，可以有效避免货物翻转回去。7、本发明在翻转货物时，压紧手指可以将周边货物压紧，避免抓起时将周边货物带倒。

综上所述，本发明可以广泛用于立式高架库中，模拟人手动作，将托盘中密集堆放，包装箱相互之间没有缝隙的单件货物拆出。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明右臂抬起伸出时的结构示意图；

图3是本发明的伸缩臂及机械手结构示意图；

图4是本发明的升降机构结构示意图；

图5是本发明的剪式伸缩机构结构示意图；

图6是本发明的压紧手指和翻转手指结构立体剖视图；

图7是本发明的摩擦指节水平接近微动机构和摩擦指节升降微动机构立体剖视图；

图8是本发明抓取货物时的结构示意轴测视图；

图9是本发明抓取货物时的结构示意正投影视图；

图10是本发明将货物抓起时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1～图10所示，本发明提供一种携带卡紧式机械手的仓储拣货机器人，其能够实现针对密集堆放在托盘上没有缝隙的箱式货垛中的货物，将其中的单件货物进行拆解和搬运的功能。本发明包括移动底盘1、转动本体2、机械臂3和机械手6。移动底盘1上部设置有转动本体2，转动本体2由电机驱动可以相对移动底盘1进行转动；位于转动本体2上设置有可以升降和伸缩的机械臂3，机械臂3上设置有可以模拟人手动作进行货物拆卸的机械手6。

如图1所示，移动底盘1由底座和全向轮组成，全向轮固定在底座上，由电机通过外部控制设备控制全向轮进行全向移动。

如图1～图3所示，机械臂3由手臂升降机构30和剪式伸缩机构40组成。位于手臂升降机构30上设置有剪式伸缩机构40。手臂升降机构30一端位于移动底盘1上部，且固定在转动本体2侧壁，手臂升降机构30另一端沿转动本体2长度方向可延伸至转动本体2外部。其中：

如图4所示，手臂升降机构30包括固定支架31、导轨32、钢丝绳轮33、钢丝绳34、第一滑块35和第一驱动电机36。固定支架31螺纹连接在转动本体2的侧壁上，固定支架31上设置有导轨32，且位于固定支架31两端分别安装有钢丝绳轮33，钢丝绳34绕在钢丝绳轮33上，且钢丝绳34与第一滑块35连接；第一滑块35滑动连接在导轨32上。在固定支架31上还设置有第一驱动电机36，第一驱动电机36的输出轴与钢丝绳轮33同轴连接，用于驱动钢丝绳轮33转动，进而牵引钢丝绳34带动第一滑块35在导轨32上实现升降运动。

如图5所示，剪式伸缩机构40包括伸缩臂41、丝杠座42、第一丝杠43、第二驱动电机44、连杆45、销46、销座47、卡簧48、丝杠滑块49、垫片50、光杠滑块51、第一光杠52和光杠座53。伸缩臂41由多节臂组成，两节臂之间通过直线轴承连接，可以实现两节臂相对滑动伸缩；伸缩臂41通过配置不同数量的节数可以实现不同的伸缩臂长。伸缩臂41的第一节臂端部固定在手臂升降机构30的第一滑块35上，丝杠座42螺纹连接在伸缩臂41第一节臂上，且丝杠座42内设置有第一丝杠43，第一丝杠43的一端与第二驱动电机44连接，由第二驱动电机44带动第一丝杠43转动。连杆45采用两两交叉后串联构成剪式结构，相邻连杆45之间采用销46连接；位于剪式结构第一端部交叉的两连杆45首端分别通过销座47、卡簧48连接在一丝杠滑块49上利用卡簧48定位；两丝杠滑块49都设置在第一丝杠43上。位于剪式结构第二端部交叉的两连杆45末端分别通过销座47、卡簧48连接在光杠滑块51上，采用卡簧48进行位置固定。光杠滑块50设置在第一光杠51上，在第一光杠51上左右移动；第一光杠51固定在光杠座52上，光杠座52安装在伸缩臂41最后一节臂上。使用时，在第二驱动电机44的驱动下使得伸缩臂41在剪式结构连杆45的带动下完成往复伸缩运动。

如图2所示，机械手6包括压紧手指60、翻转手指70和卡紧手指80。压紧手指60固定在剪式伸缩机构40的伸缩臂41最后一节臂底部，翻转手指70与压紧手指60连接，卡紧手指80与翻转手指70连接。其中：

如图6所示，压紧手指60由压板61构成。压板61安装端与伸缩臂41的底部螺纹连接。压紧手指60的作用是在后续拆卸货物时可以将被拆货物的周边货物压紧固定，避免拆卸时将被拆货物周边的货物带倒。

如图3、图6所示，翻转手指70包括第二光杠71、立柱滑块驱动丝杠72、立柱滑块73、立柱滑块驱动电机74、蜗杆75、蜗轮76、旋转指节驱动电机77、旋转轴78和翻转手指伸缩微动机构79。位于压板61安装端还连接有第二光杠71和立柱滑块驱动丝杠72，位于第二光杠71和立柱滑块驱动丝杠72上设置有立柱滑块73，立柱滑块73的螺母副与立柱滑块驱动丝杠72配合，立柱滑块驱动丝杠72的下端与立柱滑块驱动电机74连接，由立柱滑块驱动电机74带动立柱滑块驱动丝杠72转动，进而带动立柱滑块73进行移动。蜗杆75两端连接在立柱滑块73内，蜗杆75与蜗轮76啮合，且蜗杆75的上端连接旋转指节驱动电机77；蜗轮76的旋转轴78穿过立柱滑块73安装孔，位于旋转轴78末端固定设置有翻转手指伸缩微动机构79。由旋转指节驱动电机77带动蜗杆75转动，蜗杆75带动蜗轮76旋转，进而带动旋转轴78转动，由旋转轴78带动翻转手指伸缩微动机构79进行翻转。

如图6、图9所示，翻转手指伸缩微动机构79包括第一固定支架791、第三驱动电机793、第二丝杠792、第三光杠794、第二滑块795和7字型翻转指节796。第一固定支架791固定在旋转轴78末端，由旋转轴78带动第一固定支架791进行翻转。在第一固定支架791上设置有第二丝杠792，第二丝杠792一端与第三驱动电机793输出轴连接，第三驱动电机793固定在第一固定支架791上部；在第二丝杠792的两侧平行设置有两个第三光杠794，两个第三光杠794直接固定在第一固定支架791上。第二滑块795设置在两个第三光杠794和第二丝杠792上，且第二滑块795内的螺母副与第二丝杠792配合；7字型翻转指节796螺纹连接在第二滑块795上，通过第二滑块795进行上下移动进而调节7字型翻转指节796的高度。使用时，通过立柱滑块驱动电机74驱动立柱滑块驱动丝杠72可以实现翻转手指翻转不同层的货物；通过立柱滑块驱动电机74和翻转手指伸缩微动机构的第三驱动电机793配合可以适应不同高度尺寸的货物；通过驱动旋转指节驱动电机77可以实现翻转手指70翻转货物，进而获得被拆货物11的背部间隙12。

如图7所示，卡紧手指80由摩擦指节水平接近微动机构和摩擦指节升降微动机构构成；卡紧手指80在摩擦指节升降微动机构和摩擦指节水平接近微动机构的共同作用下可以实现将卡紧手指插入由翻转手指获得的背部间隙中并保证将货物卡紧。其中：

摩擦指节水平接近微动机构用于实现将货物卡紧，其包括第二固定支架81、第四驱动电机82、第四驱动电机固定支架83、伞齿轮84、第三丝杠85、第四光杠86和第三滑块87。第二固定支架81固定在翻转手指伸缩微动机构的7字型翻转指节796顶部，当7字型翻转指节796翻转时带动第二固定支架81一起翻转。第二固定支架81上通过第四驱动电机固定支架83螺纹固设有第四驱动电机82，第四驱动电机82输出轴与一伞齿轮84连接，该伞齿轮84与另一伞齿轮84啮合；另一伞齿轮84与设置在第二固定支架81上的第三丝杠85一端连接，进而由第四驱动电机82带动第三丝杠85转动。在第二固定支架81上还设置有与第三丝杠85平行的两个第四光杠86，第三滑块87设置在两个第四光杠86和第三丝杠85上，第三滑块87内的丝杠螺母与第三丝杠85配合，由第三丝杠85带动第三滑块87进行水平方向的移动。

摩擦指节升降微动机构用于实现将卡紧手指80插入由翻转手指70获得的背部间隙之中，摩擦指节升降微动机构包括第三固定支架88、第五驱动电机89、第四丝杠90、第五光杠91、第四滑块92和U型摩擦片93。第三固定支架88固定在第三滑块87顶部，与第三滑块87呈垂直设置，由第三滑块87带动第三固定支架88进行水平方向的移动。第三固定支架88上部设置有第五驱动电机89，第五驱动电机89的输出轴与第四丝杠90一端连接，第四丝杠90设置在第三固定支架88上。在第三固定支架88上还设置有与第四丝杠90平行的两个第五光杠91，第四滑块92设置在两个第五光杠91和第四丝杠90上，第四滑块92内的丝杠螺母与第四丝杠90配合，由第四丝杠90带动第四滑块92进行竖直方向的移动。U型摩擦片93连接在第四滑块92上。当摩擦指节水平接近微动机构启动后，U型摩擦片93与待拆解货物箱体贴合，当货物被提起时在摩擦力的作用下能够进一步的稳定货物在搬运中的平稳性。

上述实施例中，翻转手指70的7字型翻转指节796、U型摩擦片93都采用凹凸不平的结构，并采用摩擦系数高的材料制成，用来增大翻转货物、提起货物和搬运货物时的摩擦力。

上述各实施例中，翻转手指70的旋转轴78通过旋转指节驱动电机77驱动蜗轮蜗杆机构带动其旋转，利用蜗轮蜗杆机构的自锁性能可以保证翻转起来的货物不会翻转回去，再加上U型摩擦片93与7字型翻转指节796对货物产生的卡紧力，可以保证拆卸和运送货物过程中货物不会从机械手6中滑落。

上述各实施例中，可以采用两个机械臂3携带两把机械手6，也可以采用一个机械臂3携带一把机械手6。

如图1、图2、图8～图10所示，本发明还提供一种携带卡紧式机械手的仓储拣货机器人的使用方法，其步骤如下：

(1)在移动底盘1的带动下，整体携带卡紧式机械手的仓储拣货机器人接近货垛13；

(2)机械臂3在第一驱动电机36和第二驱动电机44的驱动下进行机器人手臂高度和长度的调节，使得压紧手指60紧贴在待拆卸目标货物的四周，以保证货垛13整体的稳定性；

(3)翻转手指70在旋转指节驱动电机77的作用下翻转待拆卸目标货物，使得待拆卸目标货物11与整体货垛13之间产生一个卡紧手指80进行工作的背部空隙12；

(4)卡紧手指80的U型摩擦片93下降插入背部空隙，并进一步贴近待拆卸目标货物11使得待拆卸目标货物11被卡紧；

(5)机械臂3抬高并收缩使待拆卸目标货物11脱离整体货垛13；

(6)外部控制设备控制移动底盘1移动，将待拆卸目标货物搬运离开。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。