一种可折叠的三维搬运装置及方法

技术领域

本发明涉及智能设备技术领域，特别涉及一种可折叠的三维搬运装置及方法。

背景技术

AGV搬运机器人或AGV小车，主要功用集中在自动物流搬转运，AGV搬运机器人是通过特殊地标导航自动将物品运输至指定地点，最常见的引导方式为磁条引导，激光引导，磁钉导航、惯性导航。

国内常见的AGV搬运机器人，只能完成平面移动，无法完成部分高度较高的工作任务，后期要定期更换部件，根据工况变化修改比较困难，总的来说后期维护非常麻烦且成本高。且需提前铺设机器路线，路线无法灵活变通，磁条容易消磁和被压断，不适合金属地面。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种可折叠的三维搬运装置，使用可折叠设计，可以完成较高位置的工作任务，且结构简单，后期维护方便、成本低。

本发明的另一个目的在于提供了一种可折叠的三维搬运方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种可折叠的三维搬运装置，包括底盘组件、升降组件、机械臂组件以及机械爪组件；所述升降组件安装在底盘组件上，所述机械臂组件安装在升降组件上；

所述升降组件包括升降平台、支撑杆、前推杆、后推杆以及升降电机；升降平台底部设置有两根支撑杆，每根支撑杆的底部分别与前推杆、后推杆连接，前推杆、后推杆的顶面都设有推杆齿轮，底面设有导轮，四个升降电机的输出轴上都设有升降齿轮，升降齿轮与推杆齿轮啮合；

所述机械臂组件包括第一驱动轴、第一力杆、第二驱动轴、第二力杆以及第三驱动轴；所述第一力杆的两端分别安装在第一驱动轴和第二驱动轴上，第二力杆的两端分别安装在第二驱动轴和第三驱动轴上；第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴分别与外部电机连接；

所述机械爪组件安装在第三驱动轴上，用于抓取待搬运物品；所述底盘组件用于驱动搬运装置到达目的地。

进一步地，所述底盘组件包括履带、前轮、后轮、前轮轴、后轮轴、前轮驱动马达、后轮驱动马达；两个前轮驱动马达安装在前轮轴上，两者的输出轴分别连接两个前轮；两个后轮驱动马达安装在后轮轴上，两者的输出轴分别连接两个后轮；前轮与后轮两两通过履带连接。

进一步地，所述底盘组件还包括传动轴，传动轴的两端分别设有传动轴从动齿轮；前轮轴上安装有前轮传动齿轮，后轮轴上安装有后轮传动齿轮；两个传动轴从动齿轮分别与前轮传动齿轮、后轮传动齿轮啮合。

进一步地，所述升降组件还包括盖板，所述盖板盖在底盘组件上，升降电机安装在盖板上，盖板上设有推杆导槽，所述前推杆、后推杆设置在推杆导槽内。

进一步地，所述升降组件还包括连杆，连杆设置在两根支撑杆之间。

进一步地，所述机械爪组件包括爪本体、齿轮动杆以及旋转圆盘；两个齿轮动杆对称设置在爪本体的两侧，且互相啮合传动；爪本体底部设置于旋转圆盘内；旋转圆盘固定在第三传动轴上。

进一步地，所述齿轮动杆的端部设有限位开关，所述旋转圆盘上设有视觉传感器。

进一步地，所述机械臂组件还包括可转动底盘以及摄像头，所述可转动底盘安装在升降平台上，所述第一驱动轴、摄像头安装在可转动底盘上。

进一步地，所述搬运装置还包括控制组件，所述控制组件包括控制模块、WIFI无线信号模块、数据读取模块、数据传输模块；WIFI无线信号模块、数据读取模块、数据传输模块分别与控制模块连接；所述数据读取模块与外部服务器、摄像机、视觉传感器连接；数据传输模块与外部服务器连接。

本发明的另一个目的可以通过如下技术方案实现：一种可折叠的三维搬运方法，包括如下步骤：

WIFI无线信号模块连接WIFI信号源，数据读取模块读取外部服务器中的地图数据；

控制模块选择地图中的工作路线，底盘组件驱动搬运装置到达待搬运地；

升降组件、机械臂组件使机械爪组件到达待搬运物品的高度，机械爪组件抓取待搬运物品，底盘组件驱动搬运装置到达目的地。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.本发明的可折叠的三维搬运装置通过升降组件、机械臂组件，可以实现更高高度的搬运工作，且结构简单，后期维护方便、成本低。

2.本发明无需铺设机器路线，通过控制组件读取地图数据，规划工作线路，实现精确定位。

附图说明

图1是本发明实施例中可折叠的三维搬运装置在伸展状态下的结构示意图；

图2是本发明实施例中可折叠的三维搬运装置在收缩状态下的结构示意图；

图3是本发明实施例中底盘组件结构示意图；

图4是本发明实施例中升降组件结构示意图；

图5是本发明实施例中前推杆的放大图；

图6是本发明实施例中升降电机结构示意图；

图7是本发明实施例中机械臂组件结构示意图；

图8是本发明实施例中机械爪组件结构示意图；

图9是本发明实施例中可折叠的三维搬运装置在搬运状态下的结构示意图。

其中：1：底盘组件，2：升降组件，3：机械臂组件，4：机械爪组件，11：履带，12：前轮，13：后轮，14：前轮轴，15：后轮轴，16：前轮驱动马达，17：后轮驱动马达，18：传动轴，19：传动轴从动齿轮，110：前轮传动齿轮，111：后轮传动齿轮，21：升降平台，22：支撑杆，23：前推杆，24：后推杆，25：升降电机，26：推杆齿轮，27：导轮，28：升降齿轮，29：盖板，210：推杆导槽，211：连杆，31：第一驱动轴，32：第一力杆，33：第二驱动轴，34：第二力杆，35：第三驱动轴，36：摄像头，41：爪本体，42：齿轮动杆，43：旋转圆盘，44：限位开关，45：视觉传感器。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1、2所示，一种可折叠的三维搬运装置，包括底盘组件1、升降组件2、机械臂组件3、机械爪组件4以及控制组件。升降组件安装在底盘组件上，机械臂组件安装在升降组件上，机械爪组件安装在机械臂组件上。

如图3所示，底盘组件包括履带11、前轮12、后轮13、前轮轴14、后轮轴15、前轮驱动马达16、后轮驱动马达17。两个前轮驱动马达安装在前轮轴上，两者的输出轴分别连接两个前轮；两个后轮驱动马达安装在后轮轴上，两者的输出轴分别连接两个后轮；前轮与后轮两两通过履带连接。在前轮轴与后轮轴之间设置有传动轴18，传动轴的两端分别设有传动轴从动齿轮19；前轮轴上安装有前轮传动齿轮110，后轮轴上安装有后轮传动齿轮111；两个传动轴从动齿轮分别与前轮传动齿轮、后轮传动齿轮啮合。传动轴可以保证行进时速度的统一，避免出现差速。底盘组件还包括电池(图中未示出)，两块电池分别与两个前轮驱动马达电连接，两块电池分别与两个后轮驱动马达电连接。电池可以在无外部电源的情况下，保证足够的动力维持整个装置的下降、收缩等动作。

如图4、5、6所示，升降组件包括升降平台21、支撑杆22、前推杆23、后推杆24以及升降电机25。升降平台底部设置有两根支撑杆，每根支撑杆的底部分别与前推杆、后推杆连接。如图5所示，前推杆、后推杆的顶面都设有推杆齿轮26，底面设有导轮27。如图6所示，升降组件还包括盖板29，盖板盖在底盘组件上，升降电机安装在盖板上，盖板上设有推杆导槽210，前推杆、后推杆设置在推杆导槽内。四个升降电机的输出轴上都设有升降齿轮28，升降齿轮与推杆齿轮啮合。在升降电机的作用下，前推杆、后推杆可以在推杆导槽内滑动，从而带动支撑杆升降，使得升降平台实现升降。在两根支撑杆之间还设置连杆211，连杆可以提高升降组件的稳定性。

如图7所示，机械臂组件包括第一驱动轴31、第一力杆32、第二驱动轴33、第二力杆34以及第三驱动轴35。第一力杆的两端分别安装在第一驱动轴和第二驱动轴上，第二力杆的两端分别安装在第二驱动轴和第三驱动轴上；第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴分别与外部电机连接，在外部电机的驱动下第一力杆、第二力杆可以绕第一驱动轴、第二驱动轴进行转动，从而实现机械臂组件的折叠与伸展。机械臂组件还包括可转动底盘(图中未示出)以及摄像头36，第一驱动轴、摄像头安装在可转动底盘上，可转动底盘安装在升降平台上，可以驱动机械臂组件实现旋转运动，实现多方向物体的搬运。

如图8所示，机械爪组件包括爪本体41、齿轮动杆42以及旋转圆盘43；两个齿轮动杆对称设置在爪本体的两侧，且互相啮合传动，通过两个齿轮动杆的传动，可以实现机械爪组件抓取或放开待搬运物品。爪本体底部通过两块L型连接板设置于旋转圆盘内，旋转圆盘固定在第三传动轴上，随着第三传动轴的转动，机械爪组件可以实现多方位的抓取。同时，爪本体可以在旋转圆盘内转动，可以使机械爪组件从不同方位抓取待搬运物品。齿轮动杆的端部设有限位开关44，限位开关可以在齿轮动杆接触到待搬运物品后，使齿轮动杆闭合，从而抓紧待搬运物品。旋转圆盘上设有视觉传感器45，视觉传感器用于对货架上的待搬运物品进行扫描，获取待搬运物品的图像信息。

控制组件包括控制模块、WIFI无线信号模块、数据读取模块、数据传输模块。WIFI无线信号模块、数据读取模块、数据传输模块分别与控制模块连接。数据读取模块与外部服务器、摄像机、视觉传感器连接，数据传输模块与外部服务器连接。

本发明一种可折叠的三维搬运装置的搬运原理如下：

在工作前，先在工作地内设置四个及以上的WIFI信号源。控制装置的WIFI无线信号模块连接WIFI信号源，数据读取模块读取外部服务器内地图数据，判断工作地是否有3D地图可直接使用。如有，则直接根据地图数据选择工作路线，底盘组件驱动搬运装置到达待搬运地，升降组件、机械臂组件使机械爪组件到达待搬运物品的高度，机械爪组件抓取待搬运物品，底盘组件驱动搬运装置到达目的地。

如外部服务器内没有工作地的地图数据，将进行新地图的首次扫描及修正：机械臂组件上的摄像头在工作起始点及各转角位置对工作地进行图像扫描，并将扫描后的图像数据通过数据传输模块传输给外部服务器；外部服务器根据图像数据合成工作地全景地图，并提取地图内的特征点，生成匹配的特征点数据库。在外部服务器内输入WIFI信号源与各特征点的直线距离，搬运装置以工作起点为开始围绕整个工作地进行多次循环移动计算空间范围大小后上传数据至外部服务器，构建并不断修正3D可视化路标特征地图。

对搬运装置在地图内的位置进行定位，并将多个WIFI信号源发出信号与接收信号的速度差传输给外部服务器用于测算搬运装置的位置，并与地图定位点进行比较，确定搬运装置的位置。

在搬运装置缓慢行进的过程中，视觉传感器对各货架上物品进行扫描并将扫描信息传输给外部服务器，统计物品形状大小及数量，在外部服务器内形成所有待搬运物品的坐标系，从而建立工作地的地图数据。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。