货叉及搬运机器人

技术领域

本申请涉及智能仓储技术领域，尤其涉及一种货叉及搬运机器人。

背景技术

在智能仓储领域，通常使用搬运机器人将货箱搬运至目标位置，这在一定程度上提高了工作效率和准确率。搬运机器人包括承载货箱的货叉，但是现有货叉的宽度是固定的，只能适配一种规格尺寸的货箱，无法搬运较大规格尺寸的货箱。对于较小规格尺寸的货箱，因货叉宽度不变，其占用空间与固定规格尺寸的货箱占用空间是同样的，降低了仓库的存储密度。另外，较小规格尺寸的货箱容易因其无法定位而存在货箱掉落的风险。

发明内容

鉴于上述问题，本申请实施例提供一种货叉及搬运机器人，该货叉可以自动调节宽度，以适配多种规格尺寸的货箱。

为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

本申请实施例第一方面提供一种货叉，包括：底座；操作机构，包括相对设置的两个侧板，两个侧板位于底座沿第一方向的两侧，并与底座共同形成容纳货箱的夹持空间；调节组件，包括第一驱动单元和与第一驱动单元的输出端连接的第一传动机构，第一驱动单元设置于两个侧板之间，并与底座连接，第一传动机构与两个侧板可活动连接，以带动两个侧板相互靠近或者相互远离。

在一种可能的实现方式中，第一传动机构包括同轴设置且螺纹旋向相反的第一螺杆和第二螺杆，第一螺杆沿第一方向延伸，两个侧板上分别设置有第一螺母和第二螺母，第一螺杆与第一螺母螺纹连接，第二螺杆与第二螺母螺纹连接。

在一种可能的实现方式中，第一螺杆和第二螺杆均为梯形螺纹，且梯形螺纹的螺纹升角小于或者等于静摩擦角。

在一种可能的实现方式中，第一螺杆与第二螺杆之间通过联轴器连接。

在一种可能的实现方式中，第一驱动单元包括第一驱动电机和第一带轮组件，第一带轮组件包括主动带轮、从动带轮和连接于主动带轮与从动带轮之间的传送带，主动带轮与第一驱动电机的输出轴同轴设置，从动带轮与第一螺杆同轴设置。

在一种可能的实现方式中，底座设置有凹槽，第一驱动电机和主动带轮位于凹槽内，从动带轮位于凹槽外，且从动带轮与主动带轮沿竖直方向对齐设置。

在一种可能的实现方式中，货叉还包括设置于底座沿第一方向的两侧的多个导向组件，导向组件包括导柱和与导柱滑动连接的滑块，导柱沿第一方向延伸，滑块与侧板固定连接。

在一种可能的实现方式中，第一螺杆和第二螺杆的长度之和大于所述底座沿第一方向的尺寸，且小于底座与两个导柱沿第一方向的尺寸之和。

在一种可能的实现方式中，货叉还包括沿第一方向延伸的缓冲件，缓冲件设置于两个侧板之间且远离底座的一侧。

在一种可能的实现方式中，缓冲件为具有阀门的气弹簧。

在一种可能的实现方式中，货叉还包括承载板，底座上设置有用于支撑承载板的多个支撑柱，且在垂直于底座的方向上，支撑柱的高度大于调节组件的高度。

在一种可能的实现方式中，货叉还包括设置于底座与承载板之间的多个万向球，多个万向球位于底座沿第一方向的两侧。

在一种可能的实现方式中，操作机构还包括与两个侧板分别对应的两个操作臂，操作臂相对于侧板沿第二方向可伸缩，第二方向与第一方向垂直设置。

在一种可能的实现方式中，操作机构还包括第二驱动电机、与第二驱动电机的输出轴连接的两个第二传动机构和两个固定板，第二驱动电机设置于任一侧板远离底座的一侧，每个第二传动机构设置于一个侧板朝向底座的一侧，并通过固定板带动操作臂相对于侧板沿第二方向可伸缩，两个第二传动机构之间通过连接轴实现同步运动。

在一种可能的实现方式中，第二传动机构包括第二带轮组件，第二带轮组件包括主动带轮、从动带轮和连接于主动带轮与从动带轮之间的传送带，固定板的一端与传送带固定连接，另一端与操作臂固定连接，连接轴设置于两个主动带轮之间。

在一种可能的实现方式中，连接轴为滚珠花键轴。

在一种可能的实现方式中，操作臂包括臂本体和挡板，臂本体沿第二方向的一侧设置有多列固定孔，挡板通过任一列固定孔与臂本体固定连接。

本申请实施例第二方面提供一种搬运机器人，包括：货架，包括沿自身高度方向设置的多层货架板；升降机构，与货架连接；以及如前所述的货叉，货叉与升降机构连接，并在升降机构的带动下到达位于预定高度的货架板处存取货箱。

根据本申请实施例提供的货叉及搬运机器人，该货叉通过在操作机构相对设置的两个侧板之间设置第一驱动单元，并通过第一传动机构带动两个侧板相互靠近或者相互远离，从而可以自动调节货叉的宽度，以适配多种规格尺寸的货箱，扩大了货叉的适用范围，有利于提高货箱的搬运效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本申请一实施例提供的货叉的结构示意图；

图2示出图1中货叉的俯视结构示意图；

图3示出图2所示的货叉的另一示例性结构示意图；

图4示出图3中区域A的局部放大结构示意图；

图5示出图1中的货叉底部的结构示意图；

图6示出本申请一实施例提供的搬运机器人的结构示意图。

附图标记说明：

100、货叉；200、货架；210、货架板；300、升降机构；X、第一方向；Y、第二方向；Z、第三方向；

1、底座；11、凹槽；12、支撑柱；13、万向球；131、球壳；132、滚珠；14、凸柱；

2、操作机构；21、侧板；22、操作臂；221、臂本体；222、挡板；223、固定孔；23、第二驱动电机；24、第二传动机构；241、固定板；242、连接轴；243a、主动带轮；243b、从动带轮；243c、传送带；

3、调节组件；31、第一驱动单元；311、第一驱动电机；312、第一带轮组件；32、第一传动机构；321、第一螺杆；322、第二螺杆；323、第一螺母；324、第二螺母；325、联轴器；

4、导向组件；41、导柱；42、滑块；

5、缓冲件；

6、承载板；

7、回转组件；71、第三驱动电机；72、第三传动机构；73、张紧座。

具体实施方式

正如背景技术所述，相关技术中通常使用搬运机器人将货箱搬运至目标位置，搬运机器人包括承载货箱的货叉，但是现有货叉的宽度是固定的，只能适配一种规格尺寸的货箱，无法搬运较大规格尺寸的货箱。对于较小规格尺寸的货箱，因货叉宽度不变，其占用空间与固定规格尺寸的货箱占用空间是同样的，降低了仓库的存储密度。另外，较小规格尺寸的货箱容易因其无法定位而存在货箱掉落的风险。

针对上述技术问题，本申请实施例提供了一种货叉及货箱搬运机器人，该货叉通过在操作机构相对设置的两个侧板之间设置第一驱动单元，并通过第一传动机构带动两个侧板相互靠近或者相互远离，从而可以自动调节货叉的宽度，以适配多种规格尺寸的货箱，扩大了货叉的适用范围，有利于提高货箱的搬运效率。

为了使本申请实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本申请保护的范围。

图1示出本申请一实施例提供的货叉的结构示意图。

如图1所示，本申请实施例提供了一种货叉100，包括：底座1、操作机构2和调节组件3。

操作机构2包括相对设置的两个侧板21，两个侧板21位于底座1沿第一方向X的两侧，并与底座1共同形成容纳货箱的夹持空间。

调节组件3包括第一驱动单元31和与第一驱动单元31的输出端连接的第一传动机构32，第一驱动单元31设置于两个侧板21之间，并与底座1连接，第一传动机构32与两个侧板21可活动连接，以带动两个侧板21相互靠近或者相互远离。

本申请中，相对设置的两个侧板21之间的距离为货箱沿第一方向X的尺寸。可选地，货箱为矩形货箱，货箱沿第一方向X的尺寸可以是矩形货箱的长边、宽边和高边这三边中任意一边长的尺寸，可以根据实际应用场景进行选择，在此不进行限定。

第一驱动单元31设置于操作机构2的相对设置的两个侧板21之间，通过第一传动机构32带动两个侧板21相互靠近或者相互远离，从而可以自动调节货叉沿第一方向X的宽度，以适应不同尺寸要求的货箱，扩大了货叉的适用范围。

另外，第一驱动单元31设置于相对设置的两个侧板21之间，相对于将第一驱动单元31设置于任一侧板21一侧的技术方案来说，可以节省货叉100在第一方向X上的占用空间，结构更加紧凑。此外，对于同一调节宽度要求的货叉100来说，第一传动机构32带动两个侧板21共同运动以调节货叉宽度，与一个可活动的侧板21相对于另一个固定的侧板21运动以调节货叉宽度的技术方案相比，每个侧板21的运动行程更短，可以更加快速地完成货叉的调宽工作，提高工作效率。

根据本申请实施例提供的货叉100，通过在操作机构2相对设置的两个侧板21之间设置第一驱动单元31，并通过第一传动机构32带动两个侧板21相互靠近或者相互远离，从而可以自动调节货叉100的宽度，以适配多种规格尺寸的货箱，扩大了货叉100的适用范围，有利于提高货箱的搬运效率。

下面结合附图进一步详细描述本申请实施例提供的货叉的具体结构。

图2示出图1中货叉的俯视结构示意图。

如图1和图2所示，第一传动机构32包括同轴设置且螺纹旋向相反的第一螺杆321和第二螺杆322，第一螺杆321沿第一方向X延伸，两个侧板21上分别设置有第一螺母323和第二螺母324，第一螺杆321与第一螺母323螺纹连接，第二螺杆322与第二螺母324螺纹连接。

可选地，第一螺杆321为右旋外螺纹，第一螺母323为右旋内螺纹，第二螺杆322为左旋外螺纹，第二螺母324为左旋内螺纹。第一螺杆321和第二螺杆322同轴设置，在第一驱动单元31输出的旋转力矩的带动下，第一螺杆321和第二螺杆322将同一方向的旋转运动转化为在第一方向X上相对的直线运动，从而带动两个侧板21相互靠近或者相互远离。例如，当第一驱动单元31输出的旋转力矩为正向力矩时，第一螺杆321和第二螺杆322带动两个侧板21相互靠近；当第一驱动单元31输出的旋转力矩为反向力矩时，第一螺杆321和第二螺杆322带动两个侧板21相互远离。

在一些实施例中，第一螺杆321和第二螺杆322均为梯形螺纹，且梯形螺纹的螺纹升角小于静摩擦角。

为了使第一螺杆321和第二螺杆322同步运动，二者的螺纹旋向相反，且形状和大小均相同，例如均为梯形螺纹，且梯形螺纹的螺纹升角小于静摩擦角，以使第一螺杆321和第二螺杆322均具有自锁功能，从而可以防止外力推动侧板21而损坏货箱。

梯形螺纹的螺杆与螺母之间的螺旋传动为滑动摩擦，依靠螺杆与螺母之间的油膜产生相对滑动工作。假设第一螺杆321和第二螺杆322的静摩擦系数为f，则tanα＝f×α＝arctan(f)，其中，α为静摩擦角，静摩擦系数f可以根据螺杆与螺母的材料得出。

进一步地，第一螺杆321与第二螺杆322之间通过联轴器325连接。联轴器325用于将第一螺杆321与第二螺杆322牢固地连接起来一同旋转，并传递运动和扭矩，从而实现同步运动。

在一些实施例中，第一驱动单元31包括第一驱动电机311和第一带轮组件312，第一带轮组件312包括主动带轮、从动带轮和连接于主动带轮与从动带轮之间的传送带，主动带轮与第一驱动电机311的输出轴同轴设置，从动带轮与第一螺杆321同轴设置。

第一带轮组件312可以将第一驱动电机311的输出轴的旋转力矩传递至第一传动机构32，第一带轮组件312可以为减速机构，也可以为等速机构。另外，第一带轮组件312可以替换为第一链轮组件，不再赘述。

在一些实施例中，底座1上设置有凹槽11，第一驱动电机311和主动带轮位于凹槽11内，从动带轮位于凹槽11外，且主动带轮与从动带轮沿竖直方向对齐设置。

第一带轮组件312布置于竖直平面内，相对布置于水平面内的结构来说，结构更加紧凑，可以进一步减小货叉100在水平面内的占用空间。

在一些实施例中，货叉100还包括设置于底座1沿第一方向X两侧的多个导向组件4，导向组件4包括导柱41和与导柱41滑动连接的滑块42，导柱41沿第一方向X延伸，滑块42与侧板21固定连接。

可选地，多个导向组件4对称设置于底座1沿第一方向X的两侧，且对称设置于第一传动机构32的两侧，从而可以辅助引导两个侧板21相互靠近或者远离，防止侧板21在运动过程中发生偏移。

如图2所示，4个导向组件4分别对称设置于底座1沿第一方向X的两侧，每一侧的2个导向组件4对称设置于第一传动机构32的两侧，从而可以辅助引导两个侧板21相互靠近或者远离，防止侧板21在运动过程中发生偏移。

进一步地，第一螺杆321和第二螺杆322的长度之和大于底座1沿第一方向X的尺寸，且小于底座1与两个导柱41沿第一方向X的尺寸之和。

本实施例中，底座1沿第一方向X的尺寸决定了货箱的最小尺寸，底座1与两个导柱41沿第一方向X的尺寸之和决定了货箱的最大尺寸，而导柱41沿第一方向X的尺寸决定了第一螺杆321或者第二螺杆322的运动行程，从结构上限制两个侧板21相互远离时与第一传动机构32发生脱离，提高了货叉100的可靠性和安全性。

在一些实施例中，货叉还包括沿第一方向X延伸的缓冲件5，缓冲件5设置于两个侧板21之间且远离底座1的一侧。缓冲件5设置于两个侧板21和底座1形成的夹持空间远离存取货箱的一侧，防止存取货箱的过程中与缓冲件5发生干涉。缓冲件5可以缓冲两个侧板21运动过程中受到的振动、冲击等外界干扰，提高货叉100的运动稳定性。

可选地，缓冲件5为具有阀门的气弹簧。气弹簧是一种可以实现支撑、缓冲、制动、高度及角度调节等功能的零件。气弹簧包括活塞杆、活塞、密封导向套、填充物、压力缸和接头等部分。其中压力缸为密闭的腔体，内部充有惰性气体或者油气混合物，腔体内的压力是大气压的几倍或者几十倍。气弹簧作用时，利用活塞两侧存在的压力差，实现活塞杆的运动。

本实施例中，货叉100的宽度尺寸调整到位后，侧板21静止，此时阀门关闭，缓冲件5呈刚性，可以加强两个侧板21之间的相对刚度。当需要调整货叉100的宽度时，侧板21运动，此时阀门打开，缓冲件5呈柔性，其长度可以随着两个侧板21之间的距离变化而变化，从而可以缓冲两个侧板21运动过程中受到的振动、冲击等外界干扰，提高货叉100的运动稳定性。

图3示出图2所示的货叉的另一示例性结构示意图，图4示出图3中区域A的局部放大结构示意图。

如图3和图4所示，在一些实施例中，货叉100还包括承载板6，底座1上设置有用于支撑承载板6的多个支撑柱12，且在垂直于底座1的方向上，支撑柱12的高度大于调节组件3的高度。

承载板6的材质可以为不锈钢等，具有较高的强度和刚度，用于承载货箱，防止货箱碰伤调节组件3。多个支撑柱12均匀分布于底座1上，防止承载板6因受力不均而发生局部形变。

进一步地，货叉还包括设置于底座1与承载板6之间的多个万向球13，多个万向球13位于底座1沿第一方向X的两侧。

如图4所示，万向球13包括球壳131、部分嵌入球壳131内的滚珠132和设置于滚珠132与球壳131之间的弹簧。球壳131的材质可以为碳钢镀锌、不锈钢或者增强尼龙。滚珠132可以为碳钢球、碳钢镀锌球、轴承钢球、钢球、塑钢球。

万向球13的最大高度尺寸大于支撑柱12的高度尺寸，万向球13的滚珠132滚动灵活，可以使在其上运行的承载板6根据货箱的重量灵活地滑移，从而自适应地调整承载板6的高度，防止承载板6发生变形导致货箱脱落。另外，可以根据不同的承载要求任意设定万向球13的分布密度，也可以根据不同货箱的放置位置而选择具有不同承载能力的万向球13，根据具体的需求而定。

在一些实施例中，如图3所示，操作机构2还包括与两个侧板21分别对应的两个操作臂22，操作臂22相对于侧板21沿第二方向Y可伸缩，第二方向Y与第一方向X相交设置。

本申请实施例中，操作臂22可以是拖拽式结构、托盘式结构、夹抱式结构、以及机械手臂等，以进行货箱的取放动作。其中，拖拽式结构，例如可以将货箱拖拽到货叉100上；托盘式结构，例如可以是，货箱置于托盘上并一起放置在货架上，操作臂22将托盘和货箱一起从货架上抬起并放置到货叉100上；夹抱式结构，例如可以通过夹取货箱将货箱抬起并夹持至货叉100上；机械手臂，例如可以通过手臂抓取方式将货箱放置到货叉100上。本申请实施例不限制操作臂22的具体结构，本领域技术人员可根据实际应用情况进行设置。

在一些实施例中，操作机构2还包括第二驱动电机23、与第二驱动电机23的输出轴连接的两个第二传动机构24和两个固定板241，第二驱动电机23设置于任一侧板21远离底座1的一侧，每个第二传动机构24设置于一个侧板21朝向底座1的一侧，并通过固定板241带动操作臂22相对于侧板21沿第二方向Y可伸缩，两个第二传动机构24之间通过连接轴242实现同步运动。

具体来说，如图3所示，第二传动机构24包括第二带轮组件，第二带轮组件包括主动带轮243a、从动带轮243b和连接于主动带轮243a与从动带轮243b之间的传送带243c，固定板241的一端与传送带243c固定连接，另一端与操作臂22固定连接，连接轴242设置于两个主动带轮243a之间。

第二带轮组件可以为减速机构，也可以为等速机构。另外，第二带轮组件可以替换为第二链轮组件，不再赘述。

可选地，连接轴242为滚珠花键轴。滚动花键轴是一种直线运动机构，包括轴、花键套、滚珠及循环装置。当花键套利用其中的滚珠在经过精密磨削的轴上直线运动时，可以传递扭矩，结构紧凑、能够传递超额的载荷及动力，并且具有较长的寿命。

由于滚珠花键轴能够传递扭矩，通过一个第二驱动电机23即可以驱动与两个侧板21对应的两个第二传动机构24同步运动，从而带动两个操作臂22同步进行伸缩运动，简化了货叉100的整体结构、降低了制作成本。

在一些实施例中，操作臂22包括臂本体221和挡板222，臂本体221沿第二方向Y的一侧设置有多列固定孔223，挡板222通过任一列固定孔223与臂本体221固定连接。

如图3所示，操作臂22远离挡板222的一侧用于抓取货箱，通过调整挡板222与各列固定孔223的位置对应关系，可以调整货叉100沿第二方向Y的长度尺寸，从而可以根据货箱的长度尺寸调整货叉100的夹持空间，进一步提高了货叉100的灵活性，扩大了货叉的适用范围。

图5示出图1中的货叉底部的结构示意图。

如图2和图5所示，货叉100还包括回转组件7，底座1通过回转组件7安装于外界的例如升降机构上，可以随升降机构的运动而移动，并在回转组件7的带动下作旋转运动。

回转组件7用于支撑货叉100完成旋转运动。示例性的，当准备将货叉100上的目标货箱存放到目标位置时，可以通过回转组件7将货叉100旋转任意角度，例如90°、180°或者270°，以使货叉100正对目标货箱的存放入口处，此时两个操作臂22作伸缩运动，即可以完成目标货箱的存取任务。

可选地，回转组件7包括第三驱动电机71和与第三驱动电机71的输出轴连接的第三传动机构72，第三驱动电机71与底座1的一侧连接，第三传动机构72可以为第三带轮组件或者第三链轮组件，本申请实施例对此不作限定。

以第三传动机构72为第三链轮组件为例，第三链轮组件包括主动链轮、从动链轮和连接主动链轮与从动链轮的传送链。底座1背离调节组件3的一侧设置有凸柱14，可选地，凸柱14与凹槽11相对应。凸柱14与从动链轮同轴设置并固定连接，主动链轮与第三驱动电机71同轴设置，从而可以带动货叉100整体作旋转运动。

在一个示例中，货叉100还包括张紧座73，张紧座73相对于底座1可移动，第三驱动电机71与张紧座73连接，从而通过调整张紧座73与凸柱14之间的中心距即可以调整传送链的长度，以使第三链轮组件处于张紧状态，防止传送链发生跳齿、脱齿等问题。

图6示出本申请一实施例提供的搬运机器人的结构示意图。

如图6所示，本申请实施例还提供了一种搬运机器人，包括如前所述的任一种货叉100、货架200和升降机构300。

货架200包括沿自身高度方向Z设置的多层货架板210，升降机构300与货架200连接，货叉100与升降机构300连接，并在升降机构300的带动下到达位于预定高度的货架板210处存取货箱。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。