全方位自動運輸車的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種全方位自動運輸車，可實現在狹窄空間取貨以及貨物裝車的自動化過程。全方位自動運輸車包括全方位運動機構、升降機構、伸縮機構和控制系統；全方位運動機構由四個全向麥克納姆輪組成；升降機構由錐齒輪機構、滾珠絲杠副及剪叉機構組成；伸縮機構由電動推桿、輥子滑道及連桿支撐結構組成。控制系統驅動麥克納姆輪實現運輸車的前后移動、左右移動、斜向移動及零半徑轉彎；錐齒輪傳動機構運動，使剪叉運動，實現平臺升降；電動推桿運動，使平臺伸出及縮回。
【專利說明】
全方位自動運輸車
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種運輸設備，具體涉及一種全方位自動運輸車，屬于倉儲運輸領域，尤其適用于電商物流倉庫等具有狹窄空間的工作場所，可實現在狹窄空間取貨以及貨物裝車的自動化過程。
【背景技術】
[0002]在“工業4.0”以及“中國制造2025”的大背景下，傳統物流業的智能化升級已成為新的發展趨勢，在充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬系統相結合的基礎上，實現物流倉儲運輸的智能化。
[0003]隨著網絡購物的日益普及，人們對網絡購物的需求也也來越高。因而快速高效的物流體系也應運而生，電商倉庫的運作效率直接影響到整個物流體系的正常運轉。由于電商倉庫貨物種類多、過道狹小，目前應用于物流業的自動運輸車系統基本采用普通差動輪驅動，其需要較大的運行道路空間，且存在著轉彎困難，運輸效率低的情況。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術存在的問題，本發明提供一種全方位自動運輸車，其運動方案采用四驅全向輪，結構緊湊，運動靈活，可實現原地轉彎，提高取貨效率，并且采用自動控制方案，利用剪叉機構進行平穩升降，滑道機構合理設置，從而實現自動裝車的功能，大大減小了快遞人員的勞動量。
[0005]本發明的目的是通過以下方案實現的，結合附圖:
[0006]—種全方位自動運輸車，包括全方位運動機構、升降機構、伸縮機構;所述全方位運動機構由小車底盤7及四個安裝在小車底盤7上的麥克納姆輪4組成，四個麥克納姆輪4采用兩個輪左旋、兩個輪右旋的四輪對稱布置，其中處于對角線上的兩個麥克納姆輪4旋向相同，每一個麥克納姆輪4通過單獨的驅動電機驅動;升降機構安裝在小車底盤7上，伸縮機構安裝在升降機構上，升降機構用于抬升伸縮機構，伸縮機構用于裝卸貨物。
[0007]進一步地，所述麥克納姆輪4由輪轂以及安裝在輪轂外沿的多個輥子組成，各輥子可繞自身支撐軸芯轉動，且支撐軸芯與輪轂軸線間夾角為銳角;輪轂外沿輥子包絡面為圓柱面。
[0008]進一步地，所述升降機構包括步進電機11、錐齒輪機構3、滾珠絲杠8和剪叉機構；步進電機11與錐齒輪機構3驅動連接，滾珠絲杠8固定在錐齒輪機構3后端;剪叉機構包括剪叉臂2和直線導軌12，直線導軌12固定在小車底盤7上，剪叉臂2下端連接直線導軌，剪叉臂上端連接伸縮機構;滾珠絲杠8的絲杠螺母副與直線導軌12通過滾輪軸連接。
[0009]進一步地，所述剪叉臂2由內支臂和外支臂交叉連接構成;所述直線導軌12上滑動連接有滑塊13，內支臂下端與直線導軌銷連接，外支臂下端與滑塊13鉸連接；內支臂上端與伸縮機構銷連接，外支臂上端與伸縮機構鉸連接;滾珠絲杠8的絲杠螺母副與直線導軌12上的滑塊13通過滾輪軸連接。
[0010]進一步地，所述伸縮機構包括底架、裝載平臺5、一號滑道10、二號滑道15、電動推桿9、裝載推板I和前支撐架6;裝載平臺兩側通過二號滑道15與底架連接，電動推桿9兩端分別與底架和裝載平臺固定連接，使裝載平臺5可在電動推桿的驅動下沿底架伸縮;前支撐架6安裝在裝載平臺5前端。
[0011]進一步地，所述裝載平臺5為由多根等間距的輥子構成的鋁制框架結構;所述二號滑道15采用三節滑道;所述底架兩側設有水平槽，剪叉機構上端與水平槽滑動連接。
[0012]進一步地，所述前支撐架6包括連接板61、連桿、拉簧63和滑輪64;前支撐架6通過連接板61安裝在裝載平臺5前端，連接板61上設有滑槽，一號連桿621上端通過連接銷與滑槽滑動連接，二號連桿622上端鉸鏈在連接板61上，一號連桿621下端鉸鏈在二號連桿622上，二號連桿622下端鉸連滑輪64。
[0013]進一步地，所述連接銷與連接板61間設有拉簧63;所述二號連桿622上設有多個連接孔，用于調整一號連桿621與二號連桿622的連接位置，進而調整滑輪64與連接板61間距。
[0014]本發明具有以下有益效果:
[0015]1.本發明具有4個自由度，包括沿X軸、Y軸、Z軸的移動和沿Z軸的轉動，可沿平面上任意連續軌跡定位，能完成復雜工作任務。
[0016]2.采用麥克納姆輪方案，可工作在狹小工作空間，不需要轉向裝置即可實現零半徑轉彎，也可以橫向移動及斜向移動。剪叉升降臂采用對稱布置的結構形式使平臺受力均衡，不存在集中受力的工作狀態，保證了工作過程的平穩，也給頻繁升降提供了可靠的保證，同時電動推桿提供可靠的平臺伸縮方案，整體工作情況平穩、高效。
[0017]3.自動化程度高，通過無線控制臺實現運輸車運動、平臺升降及伸縮，省力高效。
[0018]綜上，本發明提供的全方位自動運輸車結構簡單、控制性能優良，由于其運動靈活性和定位的準確性，非常適合在狹小空間的應用，填補了電商物流倉庫領域應用的空白，可以使電商倉庫面積利用率提高20%?30%，產品配備智能控制系統，可以實現自動定位、自動升降、自動伸縮的功能，可實現精準配貨，快速裝車，減輕了物流人員的勞動量，大大提高了工作效率，因此具有更為廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1為全方位自動運輸車的軸測圖；
[0020]圖2為全方位自動運輸車的前視圖；
[0021]圖3為圖1的俯視圖；
[0022]圖4為圖1的左視圖；
[0023]圖5為麥克納姆輪結構示意圖；
[0024]圖6六前支撐架主視圖；
[0025]圖7為前支撐架軸測圖；
[0026]圖8為升降機構結構示意圖；
[0027]圖9為全方位運動機構的原理示意圖。
[0028]圖中:
[0029]1、裝載推板，2、剪叉臂，3、錐齒輪機構，4、麥克納姆輪，5、裝載平臺，6、前支撐架，
7、小車底盤，8、滾珠絲杠，9、電動推桿，1、一號滑道，11、步進電機，12、直線導軌，13、滑塊，15、二號滑道，61、連接板，621、一號連桿，622、二號連桿，63、拉簧，64、滑輪
【具體實施方式】
[0030]以下結合附圖詳細介紹本發明的技術方案:
[0031 ]如圖1至圖4所不，一種全方位自動運輸車，包括全方位運動機構、升降機構、伸縮機構;全方位運動機構由小車底盤7及四個安裝在小車底盤7上的麥克納姆輪4組成，升降機構安裝在小車底盤7上，伸縮機構安裝在升降機構上，升降機構用于抬升伸縮機構，伸縮機構用于裝卸貨物。
[0032]參見圖1至圖5，全方位運動機構的四個麥克納姆輪4采用兩個輪左旋、兩個輪右旋的四輪對稱布置，其中處于對角線上的兩個麥克納姆輪4旋向相同。麥克納姆輪4由輪轂以及安裝在輪轂外沿的多個輥子組成，各輥子可繞自身支撐軸芯轉動(自轉)，且其支撐軸芯與輪轂軸線呈一定夾角，夾角為銳角。輥子不僅能在地面摩擦力作用下繞各自的支撐軸芯自轉，還可繞輪轂軸公轉，兩種運動的合成使得接觸地面的輥子中心合速度方向與輪轂軸有一定的夾角，通過調節輪轂速度可改變輥子中心合速度的大小和方向，實現平面3自由度全方位運動。每一麥克納姆輪4通過單獨的驅動電機驅動。
[0033]輪轂外沿輥子包絡面為圓柱面，麥克納姆輪4在平面上運動時，圓柱包絡面與地面接觸，且在任意時刻至少有一個輥子與地面接觸，保證了麥克納姆輪運動的平穩性。
[0034]本發明采用直徑為152_的麥克納姆輪，每個麥克納姆輪由15個輥子組成，每個輥子與中心平面呈45度角。輥子已開模，材質為POM工程塑料。耐磨性能良好，適合在水泥粗糙路面等環境下使用。
[0035]本發明全方位運動機構的設計原理為:
[0036]針對四輪運動系統，可得到系統實現全方位運動的必要條件為:雅可比矩陣R列滿秩，即rank(R) =3 ；
[0037]對于具有實際用途的四輪系統，系統僅滿足運動學必有條件還不夠，系統必須具有很好的驅動性能和控制性。
[0038]為了使系統制造經濟合理，所有麥克納姆輪的輥子偏置角取相同的數值，且將輪結構對稱設計，安裝時采用正反安裝法，就可得到實際上的大小相等而方向相反的兩種輥子偏置角。另外，為實現各輪的載荷均勻，系統的支撐結構穩定，一般常采取四個輪子關于車體幾何中心(坐標系)對稱布置的輪結構布局形式。車身的重力及其承載力由車體上的軸承座傳遞到麥克納姆輪的輪軸上;麥克納姆輪由電機直接驅動，電機直接安裝在軸承座伸出的法蘭上。這樣的懸掛結構簡單，可靠性高。
[0039]實現全方位運動的原理如圖9所示，全方位運動機構能實現X、Y方向的直線運動，也能實現繞中心O點的定點旋轉。三個方向的運動中，全方位運動機構所有麥克納姆輪都是驅動輪，不僅能實現全方位運動，且驅動性能較好，是最優結構布局形式。
[0040]參見圖1至圖4及圖8，升降機構包括步進電機11、錐齒輪機構3、滾珠絲杠8和剪叉機構。步進電機11、錐齒輪機構3和滾珠絲杠8均固定在小車底盤7上，步進電機11與錐齒輪機構3驅動連接，步進電機11前端的錐齒輪與錐齒輪機構3嚙合，滾珠絲杠8固定在錐齒輪機構3后端。剪叉機構包括剪叉臂2和直線導軌12，直線導軌12固定在小車底盤7上，直線導軌12上滑動連接有滑塊13;剪叉臂2下端連接直線導軌，剪叉臂2由內外支臂交叉連接構成，內支臂下端與直線導軌銷連接，外支臂下端與滑塊鉸連接;剪叉臂上端連接伸縮機構，內支臂上端與伸縮機構銷連接，外支臂上端與伸縮機構鉸連接。滾珠絲杠8的絲杠螺母副與直線導軌12上的滑塊13通過滾輪軸連接。
[0041 ]步進電機11輸出扭矩，通過錐齒輪機構3帶動滾珠絲杠旋轉，使絲杠螺母副移動，進而通過滾輪軸的帶動使直線導軌12上的滑塊13滑動，使剪叉臂2的內外支臂間角度變化，進而使剪叉臂2上升或下降，從而實現伸縮機構的上升或下降。本發明利用絲杠驅動剪叉機構進行升降，能夠頻繁升降，可在任意位置停止，啟動并具有結構穩固、故障率低、運行可靠、安全高效、維護簡單方便的優點。
[0042]參閱圖1至圖4，伸縮機構包括底架、裝載平臺5、一號滑道10、二號滑道15、電動推桿9、裝載推板I和前支撐架6。裝載平臺5是由8根等間距的長為480mm，直徑為7mm的輥子構成的招制框架結構，平臺尺寸為510*610mm。電動推桿9安裝在底架與裝載平臺5之間，電動推桿9兩端分別與底架和裝載平臺固定連接，裝載平臺兩側通過二號滑道15與底架連接，使裝載平臺5可在電動推桿的驅動下沿底架伸縮。二號滑道15采用三節不銹鋼滑道，可伸長400mm，使裝載平臺5可伸入廂式貨車車廂內部，將貨物直接送入，貨物送達后，平臺收回完成裝車工作。一號滑道10安裝在裝載平臺5上，裝載推板I滑動連接在一號滑道10上，其可將裝載平臺5上的貨物推出。底架兩側設有水平槽，剪叉臂2的外支臂上端通過滾輪與水平槽連接，使外支臂可沿水平槽滑動。
[0043]參閱圖6、圖7，前支撐架6包括連接板61、連桿、拉簧63和滑輪64，前支撐架6通過連接板61安裝在裝載平臺5前端，連接板61上設有滑槽，一號連桿621上端通過連接銷與滑槽滑動連接，連接銷與連接板61間設有拉簧63，二號連桿622上端鉸鏈在連接板61上，一號連桿621下端鉸鏈在二號連桿622上，二號連桿622下端鉸連滑輪64。二號連桿622上設有多個連接孔，用于調整一號連桿621與二號連桿622的連接位置，進而調整滑輪64與連接板61間距。
[0044]前支撐架6可解決載重時重心偏移的問題，且滑輪可直接與車廂底部接觸，并在拉簧63作用下保持滑輪與車廂底部緊密接觸，使載物更穩定，有效延長平臺使用壽命。
[0045]以下簡要介紹本發明的工作原理:
[0046]自動裝車過程:
[0047]人工將貨物放在伸縮機構上，步進電機11動作，使升降機構下降實現伸縮機構降低；電機帶動麥克納姆輪4運動實現全方位運動;到達既定裝車區域(車廂后部)，步進電機
11動作，升降機構把伸縮機構上升至車廂高度，電動推桿9運動，裝載平臺伸出，支撐滑輪64與車廂底部接觸，裝載推板I同時將貨物推至車廂內部，裝貨完成。裝載平臺縮回，升降機構使伸縮機構下降，全方位運動回到貨架。
【主權項】
1.一種全方位自動運輸車，其特征在于，包括全方位運動機構、升降機構、伸縮機構;所述全方位運動機構由小車底盤(7)及四個安裝在小車底盤(7)上的麥克納姆輪(4)組成，四個麥克納姆輪(4)采用兩個輪左旋、兩個輪右旋的四輪對稱布置，其中處于對角線上的兩個麥克納姆輪(4)旋向相同，每一個麥克納姆輪(4)通過單獨的驅動電機驅動;升降機構安裝在小車底盤(7)上，伸縮機構安裝在升降機構上，升降機構用于抬升伸縮機構，伸縮機構用于裝卸貨物。2.如權利要求1所述的一種全方位自動運輸車，其特征在于，所述麥克納姆輪(4)由輪轂以及安裝在輪轂外沿的多個輥子組成，各輥子可繞自身支撐軸芯轉動，且支撐軸芯與輪轂軸線間夾角為銳角;輪轂外沿輥子包絡面為圓柱面。3.如權利要求1所述的一種全方位自動運輸車，其特征在于，所述升降機構包括步進電機(I I)、錐齒輪機構(3)、滾珠絲杠(8)和剪叉機構;步進電機(11)與錐齒輪機構(3)驅動連接，滾珠絲杠(8)固定在錐齒輪機構(3)后端;剪叉機構包括剪叉臂(2)和直線導軌(12)，直線導軌(12)固定在小車底盤(7)上，剪叉臂(2)下端連接直線導軌，剪叉臂上端連接伸縮機構;滾珠絲杠(8)的絲杠螺母副與直線導軌(12)通過滾輪軸連接。4.如權利要求3所述的一種全方位自動運輸車，其特征在于，所述剪叉臂(2)由內支臂和外支臂交叉連接構成;所述直線導軌(12)上滑動連接有滑塊(13)，內支臂下端與直線導軌銷連接，外支臂下端與滑塊(13)鉸連接；內支臂上端與伸縮機構銷連接，外支臂上端與伸縮機構鉸連接;滾珠絲杠(8)的絲杠螺母副與直線導軌(12)上的滑塊(13)通過滾輪軸連接。5.如權利要求1所述的一種全方位自動運輸車，其特征在于，所述伸縮機構包括底架、裝載平臺(5)、一號滑道(10)、二號滑道(15)、電動推桿(9)、裝載推板(I)和前支撐架(6);裝載平臺兩側通過二號滑道(15)與底架連接，電動推桿(9)兩端分別與底架和裝載平臺固定連接，使裝載平臺(5)可在電動推桿的驅動下沿底架伸縮;一號滑道(10)安裝在裝載平臺(5)上，裝載推板(I)滑動連接在一號滑道(10)上;前支撐架(6)安裝在裝載平臺(5)前端。6.如權利要求5所述的一種全方位自動運輸車，其特征在于，所述裝載平臺(5)為由多根等間距的輥子構成的鋁制框架結構;所述二號滑道(15)采用三節滑道;所述底架兩側設有水平槽，剪叉機構上端與水平槽滑動連接。7.如權利要求5所述的一種全方位自動運輸車，其特征在于，所述前支撐架(6)包括連接板(61)、連桿、拉簧(63)和滑輪(64);前支撐架(6)通過連接板(61)安裝在裝載平臺(5)前端，連接板(61)上設有滑槽，一號連桿(621)上端通過連接銷與滑槽滑動連接，二號連桿(622)上端鉸鏈在連接板(61)上，一號連桿(621)下端鉸鏈在二號連桿(622)上，二號連桿(622)下端鉸連滑輪(64)。8.如權利要求7所述的一種全方位自動運輸車，其特征在于，所述連接銷與連接板(61)間設有拉簧(63);所述二號連桿(622)上設有多個連接孔，用于調整一號連桿(621)與二號連桿(622)的連接位置，進而調整滑輪(64)與連接板(61)間距。
【文檔編號】B65G1/04GK105858034SQ201610351835
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】田春林, 畢富國, 董新宇, 李振江, 湯翔, 紀思國
【申請人】長春理工大學