一种智能搬运小车

1.本实用新型涉及工业物流机器人技术领域，具体而言，涉及一种智能搬运小车。


背景技术：

2.随着物联网技术迅速发展，在传感器技术以及智能信息技术的推动下，无人搬运车已经逐渐在物料搬运市场普及，智能物料搬运车在仓储业和物流行业占据了非常重要的地位，通过rfid技术与传感器技术相结合，可以实现仓储环境智能化，从而更好地进行商品和物品调配与管理。物料搬运车作为典型的智能物流系统，在工作效率、精准搬运、智能规划方面均发挥着人工作业无法比拟的优势。
3.现有的智能搬运小车虽然可以实现物料的指定区域搬运，但是存在效率不高的问题，一般情况是通过增加搬运小车运载能力来提高搬运效率，其涉及到装载区与零件安装区之间的设计问题，无法适用于轻型、小型搬运小车，而通过将装载区设计至搬运小车的前侧和/或后侧能解决上述问题，但对于物料抓取后的运输稳定性则显得不足。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种智能搬运小车，该智能搬运小车一方面通过将车身架的行走前侧和行走后侧作为装载区来适应于小型及轻型搬运小车的设计，另一方面通过在车身架前后侧开设具有限位功能的避让区域，能够对物料进行包覆，从而保证物料在运输过程中的稳定性。
5.本实用新型的实施例是这样实现的：
6.一种智能搬运小车，包括车身架、抓取机构和控制系统，车身架配置有动力轮，且车身架的行走前侧设置有循迹传感器；抓取机构包括第一抓取组件和第二抓取组件，第一抓取组件和第二抓取组件均包括固定端、与各自固定端连接的驱动端以及与各自驱动端传动连接的动作端，第一抓取组件和第二抓取组件的固定端均连接于车身架行走的前、后两侧；控制系统安装于车身架，且控制系统与第一抓取组件和第二抓取组件的驱动端通信连接；其中，车身架上开设有与第一抓取组件和第二抓取组件抓取空间对应的避让空间，避让空间还用于对应抓取组件抓取物料时提供限位区域。
7.在可选地实施方式中，第一抓取组件和第二抓取组件的固定端分别连接于车身架的行走前侧和行走后侧，车身架行走前侧开设有第一凹陷开口作为其避让空间，车身架行走后侧开设有第二凹陷开口作为其避让空间，第一凹陷开口的方向和第二凹陷开口的方向相反。
8.在可选地实施方式中，第一凹陷开口为弧形开口，且该弧形开口由弧中区朝弧边区方向，曲率逐渐增大。
9.在可选地实施方式中，第一凹陷开口的弧中区开设有定位口。
10.在可选地实施方式中，第一抓取组件的动作端包括定筒和动筒，定筒与动筒均开设有包覆侧，且两者包覆侧能够拼接在一起形成用于固定被抓物料的包覆空间；定筒与第
一抓取组件的驱动端连接，动筒通过旋转件与定筒开闭连接，从而能够打开或关闭包覆空间；其中，包覆侧是指沿该定筒或者该动筒沿非垂直于轴线的方向切割后所形成的侧面，该侧面与其内腔相通。
11.在可选地实施方式中，定筒与动筒的横截面形状均为半圆形，旋转件为舵机。
12.在可选地实施方式中，动筒内配置有物料识别传感器。
13.在可选地实施方式中，第一抓取组件的驱动端为线性运动机构。
14.在可选地实施方式中，第二抓取组件的动作端为抓取杆，抓取杆包括弯折连接的第一段和第二段，第一段连接在第二段与第二抓取组件的驱动端之间，第一段和第二段能够在第二抓取组件的驱动端的带动下，对被抓物料至少两个方向形成限位。
15.在可选地实施方式中，第二抓取组件有多组，多组第二抓取组件的第二段均能转动至对应避让空间内的不同处。
16.本实用新型实施例的有益效果是：
17.本实用新型实施例提供的智能搬运小车通过将抓取机构设计为第一抓取组件和第二抓取组件，第一抓取组件和第二抓取组件分别置于车身架的行走前后侧，车身架的中间作为零件安装区，充分利用了物理分隔的原理保证了装载区与安装区的合理布置，从而适应小型及轻型搬运小车的设计理念；此外，在车身架的行走前侧和后侧均开设有避让空间，避让空间一方面为物料提供避让，另一方面对于抓取到位的物料进行限位，从而保证物料在运输过程中不会轻易脱离抓取组件，尤其是将物料低空或者贴地转移时，避让空间能够保证较好的运输稳定性；
18.总体而言，本实用新型实施例提供的智能搬运小车在合理利用物理设计空间的前提下，将抓取的区域布置于行走前侧和后侧，能够使得被抓取物料始终根据行进路线被推动或拉动，尤其适用于低空或者贴地进行物料转移的情形，并且配置的避让空间具备避让、定位及限位功能，进一步保证物料转移过程中的稳定性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
20.图1为本实用新型实施例提供的搬运小车第一视角结构示意图；
21.图2为本实用新型实施例提供的搬运小车第二视角结构示意图；
22.图3为本实用新型实施例提供的搬运小车第三视角结构示意图；
23.图4为本实用新型实施例提供的搬运小车第四视角结构示意图。
24.图标：1-车身架；2-动力轮；3-第一抓取组件；4-第二抓取组件4；5-万向轮；6-控制系统；7-循迹传感器；8-动力系统；11-避让空间；12-避让空间；31-固定端；32-驱动端；33-动作端；41-固定端；42-驱动端；43-动作端；121-第一避让口；122-第二避让口；123-第三避让口；331-定筒；332-动筒；333-旋转件；334-物料识别传感器。
具体实施方式
25.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。
30.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.实施例
32.请参阅图1和图2，本实施例提供的一种智能搬运小车，其特征在于，包括车身架1，抓取机构以及控制系统6，所述车身架1配置有动力轮2，且车身架1的行走前侧设置有循迹传感器7。整个车身架1采用多层设计，例如两层或三层，以两层为例，动力轮2和循迹传感器7均安装在相对靠下的一层，当然，在一些实施方式中，还可以在相对靠下的一层布置万向轮5，以此增加车身架1转向的灵敏性，靠上一层用于安装控制系统6及其它电器元件。
33.其中，请参阅图4，动力轮2作为主动轮，其配置有动力系统8，动力系统8例如采用m2006p36直流无刷减速电机闭环驱动(还可以配置c610无刷电机调速器)，其具有无电刷、低干扰、噪音低、运转顺畅、寿命长、维护成本低等优点，配合闭环控制能够发挥反馈的重要作用，排除了难以预料或不确定的因素，使校正行动更准确，更有力。循迹传感器7例如采用光电传感器，可并排五个通过铜柱进行安装。在一些实施方式中，在车身架1的底层还可以布置探出式的wl_laser_v4激光漫反射传感器，分别用于定位和计数，其中左侧的激光漫反射传感器安装时向上倾斜45
°
以此来增加传感器计数的准确性和稳定性。
34.上述技术方案构成整个智能搬运小车的主体，而针对搬运部分则需要对抓取机构
进行改进。具体地，所述抓取机构包括第一抓取组件3和第二抓取组件4，第一抓取组件3和第二抓取组件4分别设置于车身架1的行走的前、后两侧，能够在合理远离车身架1的中部安装区的同时，使得第一抓取组件3和第二抓取组件4抓取物料时还附带推力和拉力，从而达到低空或贴地转运物料的目的。其中的抓取组件为执行动作的多位姿组件，具体而言，所述第一抓取组件3和第二抓取组件4均包括固定端(31,41)、与各自固定端(31,41)连接的驱动端(32,42)以及与各自驱动端(32,42)传动连接的动作端(33,43)，即表示每组专区组建均至少由固定部分、驱动部分和动作部分组成，从而具备能够实现自动化控制的结构基础。
35.其中，所述第一抓取组件3和第二抓取组件4的固定端(31,41)均连接于车身架1行走的前、后两侧，此处的行走前后两侧并非特指车身架1的前后两侧，而是行进方向上的前后，当整个搬运小车可以朝任意方向运动时，该前后两侧也指任意两侧，目的是为了使物料转移时获得较为充分的推力或者拉力。所述控制系统6安装于车身架1上，例如相对靠上的一层，且控制系统6与第一抓取组件3和第二抓取组件4的驱动端(32,42)通信连接，以具备自动化通信的基础。在本实施例中，控制系统6的主控芯片例如采用stm32f427iih6型号，其拥有丰富扩展接口和通讯接口，板载imu，可配合直流无刷减速电机使用。其配置的电源也可以安装在车身架1相对靠上的一层以便于直接短距离供电，例如采用锂电池供电。需要说明的是，控制系统6还用于对动力轮2进行通信控制，其主要通过配置的陀螺仪实现，例如利用六轴陀螺仪进行角度、速度和加速度等的数据获取，根据获取的数据进行分析后下达相应变速、转向等指令，在此不再过多赘述。
36.为了在抓取物料后的转运过程中，进一步保证物料的稳定性，所述车身架1上开设有与第一抓取组件3和第二抓取组件4抓取空间对应的避让空间(11,12)，所述避让空间(11,12)还用于对应抓取组件抓取物料时提供限位区域。即表示避让空间(11,12)一方面可以形成物料被抓取后运动轨迹的避让，另一方面时在物料进入该避让空间(11,12)内能够在避让空间(11,12)的侧壁限位作用下无法产生过大位移，尤其是在转运过程中，限制物料因为抖动而产生一定幅度的位移变动。
37.通过以上技术方案，不仅实现了车身架1物理占地区域的合理利用，将安装区与装载区分开，并使得装载区的物料能够享受较为充分推力或拉力的同时，还通过避让空间(11,12)形成方向性限位，例如水平方向限位，从而保证物料在转移过程中避免发生过大水平位移而脱离抓取组件，尤其是实用轻载式小型搬运车，将物料快速低空或者贴地转移的情景。本实施例中，避让空间(11,12)主要为形成的避让缺口，具体地，所述车身架1行走前侧开设有第一凹陷开口作为其避让空间11，所述车身架1行走后侧开设有第二凹陷开口作为其避让空间12，所述第一凹陷开口的方向和所述第二凹陷开口的方向相反，即表示第一凹陷开口和第二凹陷开口均为由外向内挖设的缺口形式，从而能够形成三面围合并起到限位作用的空间。
38.为了在增加循迹时造成误差之后进行抓取的容错率，所述第一凹陷开口为弧形开口，即外大内小的开口形式，使得开口变大后能够具备更高的接纳度和容错率，从而顺利定位物料。此外，该弧形开口由弧中区朝弧边区方向，曲率逐渐增大，从而形成开口外侧间距变大的同时其变化率也逐渐增大的形式，达到进一步提高容错率的目的。在一些实施方式中，所述第一凹陷开口的弧中区开设有定位口，用来防止车身前部推动物料时物料左右滑动带来的位置误差，尤其是针对筒形型物料。
39.在以上方案的基础上，以第一抓取组件3为例，由于第一抓取组件3的动作端33能够被驱动端32带动，从而来适应抓取不同高度或者不同位置物料的情形，该情形下，考虑到在精准完成抓取动作的时候，通过避让空间11虽然能够实现上述的定位和限位功能，但避让空间11端口尺寸为定型时，其限位区域则确定了，也就是稳定性也就确定了。因此，在一些实施方式中，可以使得避让空间11的限位区域大小可调，例如采用变径开口的结构形式，但考虑到制造成本以及轻量化要求，例如在车身架1的行走前侧采用多层设计，即所述避让空间11可以设置多层。
40.具体地，例如采用三层设计，即在车身架1的行走前侧布置两侧安装板，该两层安装板与车身架1构成三层设计，且三层板排布的方向与第一抓取组件3的动作方向一致，从而能够使三层板均具备将第一抓取组件3进行限位的结构基础，即表示三层板分别开设有第一避让口121、第二避让口122和第三避让口123，该第一避让口121、第二避让口122和第三避让口123均能够使得第一抓取组件3进入并形成限位。但为了达到上述变径的目的，第一避让口121、第二避让口122和第三避让口123的开口尺寸大小呈梯度变化，例如从远离地基面的方向依次变小，从而让第一抓取组件3能够从大口径避让口逐渐转移至小口径避让口，以达到适应最为合适且稳定的限位区域的目的。
41.在本实施例中，例如第一抓取组件3能够进行竖直运动，从而可以依次穿过一避让口121、第二避让口122和第三避让口123，实现低空甚至贴地转移物料的目的，此时所述第一抓取组件3的驱动端32为线性运动机构，从而来实现上述运动的目的，例如为曲柄滑块机构、滚珠丝杆机构、齿轮齿条机构或者伸缩缸组件等。该类物料需要对其进行水平加持以便于留有竖直运动或者衔接其他平台的空间，具体地，请参阅图3，所述第一抓取组件3的动作端33包括定筒331和动筒332，所述定筒331与动筒332均开设有包覆侧，其中，该包覆侧是指沿该定筒331或者该动筒332沿非垂直于轴线的方向切割后所形成的侧面，该侧面与其内腔相通。即表示定筒331和动筒332的截面均为非完整的圆形或椭圆形，从而能能使各自的内腔呈现为除端面外侧面也开放的结构形式。最终使所述定筒331和动筒332的包覆侧能够拼接在一起形成用于固定被抓物料的包覆空间。
42.所述定筒331与第一抓取组件3的驱动端32连接，以具备能够依次穿过一避让口121、第二避让口122和第三避让口123的运动基础。所述动筒332通过旋转件333与定筒331开闭连接，从而能够打开或关闭包覆空间，即表示控制旋转件333动作，能够实现动筒332与定筒331之间的相对运动，达到两者合并或分离的目的，从而在合并时完成被抓物料夹持的目的，在分离时松开被抓物料的目的。为了对规则的被抓物料进行稳定夹持，例如被抓物料呈筒形，本实施例中，所述定筒331与动筒332的横截面形状均为半圆形，从而能够更加贴合被抓物料的外壁，达到稳定夹持的目的。其中，所述旋转件333为舵机，能够实现定筒331与动筒332的相对转动，从而使得定筒331与动筒332能够合并组合成圆筒形式。此外，在所述动筒332内配置有物料识别传感器334，例如颜色传感器，能够通过采集到被抓物料的信息时完成舵机的控制，以达到稳定抓取物料的目的。
43.针对筒形等规则类物料，所述第二抓取组件4也可以采用与第一抓取组件3结构相同的形式。但一般针对物料转运时，物料可能存在多种表现形式，如尺寸、形状的不同，即两抓取组件可以设计为不同的结构形式，本实施例中，所述第二抓取组件4的动作端43为抓取杆，所述抓取杆包括弯折连接的第一段和第二段，所述第一段连接在第二段与第二抓取组
件4的驱动端42之间，所述第一段和第二段能够在第二抓取组件4的驱动端42的带动下，对被抓物料至少两个方向形成限位。即表示第二抓取组件4采用弯折杆的形式，该弯折的抓取杆的第二段伸入至被抓物料内腔中，形成径向限位，第一段横跨于被抓物料上方，形成轴向限位，从而达到贴地转移物料的目的。
44.在不同的实施方式中，所述第二抓取组件4有多组，多组第二抓取组件4的第二段均能转动至对应避让空间内的不同处，从而实现多个物料抓取的同时，还能使得外侧的物料对内侧的物料进行限位，即外侧的物料抵挡在内侧物料的外侧，进一步保证整个转移过程的稳定性。需要说明的是，在不同实施方式中，第二抓取组件4也可以采用其他结构形式，例如夹爪、磁铁等，本实施例中例举的弯折式抓取杆示出了轻量化设计的目的，抓取杆不仅结构简单，而且仅需要将驱动端42设计为伺服电机即可，便能完成物料抓取。
45.此外，本实施例中还提供了上述的智能搬运小车的场景使用方法，使用智能搬运小车完成指定地点搬运物块任务一的过程例如如下：
46.该小车从原点出发，达到c点，判断是否有对应颜色的物块存在，选择路径继续循迹并寻找目标物块。先后到达a、e、b、d，每次取好物块到第一抓取组件3之中，并记录，如果颜色与当前路线匹配，则直接推进目标物料区，直至全部搬完后便回到中心点。然后按照物块的上下顺序，先后将所有物块放置在目标区完成转运任务。
47.使用智能搬运小车完成指定地点搬运物块任务二的过程例如如下：
48.从中心点出发，达到f区，识别物料b的颜色，确定五个对应关系，舵机夹取五个物料，按顺时针达到各个区域，并放下相应物料并记录，直至物料全部放下后规划路线前往g区。舵机夹取五个物料前往中心点，按最佳放置顺序循迹将对应物料放置a、b、c、d、e点，直至全部放下后回到中心点。按abcde的顺序将沿线的物料用抓取组件夹取，并放置在目标物料区，完成所有物料放置在目标区域后直线回到出发点。
49.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应当注意，在附图中所图示的结构或部件不一定按比例绘制，同时本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述，以避免不必要地限制本实用新型。

技术特征：
1.一种智能搬运小车，其特征在于，包括：车身架，所述车身架配置有动力轮，且所述车身架的行走前侧设置有循迹传感器；抓取机构，所述抓取机构包括第一抓取组件和第二抓取组件，所述第一抓取组件和所述第二抓取组件均包括固定端、与各自固定端连接的驱动端以及与各自驱动端传动连接的动作端，所述第一抓取组件和所述第二抓取组件的固定端均连接于所述车身架行走的前、后两侧；以及控制系统，所述控制系统安装于所述车身架，且所述控制系统与所述第一抓取组件和所述第二抓取组件的驱动端通信连接；其中，所述车身架上开设有与所述第一抓取组件和所述第二抓取组件抓取空间对应的避让空间，所述避让空间还用于对应抓取组件抓取物料时提供限位区域。2.根据权利要求1所述的智能搬运小车，其特征在于，所述第一抓取组件和所述第二抓取组件的固定端分别连接于所述车身架的行走前侧和行走后侧，所述车身架行走前侧开设有第一凹陷开口作为其避让空间，所述车身架行走后侧开设有第二凹陷开口作为其避让空间，所述第一凹陷开口的方向和所述第二凹陷开口的方向相反。3.根据权利要求2所述的智能搬运小车，其特征在于，所述第一凹陷开口为弧形开口，且该弧形开口由弧中区朝弧边区方向，曲率逐渐增大。4.根据权利要求3所述的智能搬运小车，其特征在于，所述第一凹陷开口的弧中区开设有定位口。5.根据权利要求1所述的智能搬运小车，其特征在于，所述第一抓取组件的动作端包括定筒和动筒，所述定筒与所述动筒均开设有包覆侧，且两者包覆侧能够拼接在一起形成用于固定被抓物料的包覆空间；所述定筒与所述第一抓取组件的驱动端连接，所述动筒通过旋转件与所述定筒开闭连接，从而能够打开或关闭所述包覆空间；其中，所述包覆侧是指沿该定筒或者该动筒沿非垂直于轴线的方向切割后所形成的侧面，该侧面与其内腔相通。6.根据权利要求5所述的智能搬运小车，其特征在于，所述定筒与所述动筒的横截面形状均为半圆形，所述旋转件为舵机。7.根据权利要求5所述的智能搬运小车，其特征在于，所述动筒内配置有物料识别传感器。8.根据权利要求1、6或7所述的智能搬运小车，其特征在于，所述第一抓取组件的驱动端为线性运动机构。9.根据权利要求1所述的智能搬运小车，其特征在于，所述第二抓取组件的动作端为抓取杆，所述抓取杆包括弯折连接的第一段和第二段，所述第一段连接在所述第二段与所述第二抓取组件的驱动端之间，所述第一段和所述第二段能够在所述第二抓取组件的驱动端的带动下，对被抓物料至少两个方向形成限位。10.根据权利要求9所述的智能搬运小车，其特征在于，所述第二抓取组件有多组，多组所述第二抓取组件的第二段均能转动至对应避让空间内的不同处。

技术总结
本实用新型公开了一种智能搬运小车，涉及工业物流机器人技术领域，它包括车身架、抓取机构和控制系统，车身架配置有动力轮；抓取机构包括第一抓取组件和第二抓取组件，第一抓取组件和第二抓取组件均包括固定端、驱动端以及动作端，第一抓取组件和第二抓取组件的固定端均连接于车身架；控制系统与第一抓取组件和第二抓取组件的驱动端通信连接；车身架上开设有与第一抓取组件和第二抓取组件抓取空间对应的避让空间。该智能搬运小车一方面通过将车身架的行走前侧和行走后侧作为装载区来适应于小型及轻型搬运小车的设计，另一方面通过在车身架前后侧开设具有限位功能的避让区域，能够对物料进行包覆，从而保证物料在运输过程中的稳定性。稳定性。稳定性。


技术研发人员：王淇葆 孙博龙 史伊凝 代楠楠 王少坤
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/7/12