CN120839823A - 桁架机械手及快递分拣系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种桁架机械手，应用于快递分拣系统，包括升降组件，包括支架装置和第一滑座，所述支架装置包括底座和竖板，所述竖板垂直于所述底座，所述第一滑座包括相互垂直的第一面与第二面，所述第一面与所述竖板滑动连接；旋转组件，包括旋转驱动装置、齿轮盘和立柱，所述旋转驱动装置与所述齿轮盘均安装于所述第二面上，所述立柱的底部与所述齿轮盘固定连接，所述旋转驱动装置的输出轴与所述齿轮盘啮合，所述旋转驱动装置驱动所述齿轮盘转动；横向移动组件，包括基座和第二滑动装置，所述基座与所述立柱远离所述第二面的一端连接，所述基座与所述立柱垂直，所述第二滑动装置与所述基座滑动连接。该桁架机械手提供较快的运行速率。

Description

桁架机械手及快递分拣系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种桁架机械手及快递分拣系统。

背景技术

目前，在快递的数量与日俱增，快递在运输过程中，需要在中转场中进行分拣转运。为了提高效率，在一些大型的中转场中配备了自动化的快递分拣系统。

现有的快递分拣系统中，大多采用了多轴机械手来对传送带上的快递进行抓取，但是机械手存在抓取速度慢、故障率高的情况，导致快递分拣的效率不够高，且日常维护频率和成本较高。

有鉴于此，为了解决现有的快递分拣系统分拣速度慢、故障率高的问题，提出一种桁架机械手及快递分拣系统。

发明内容

本发明目的是提供一种能够多方位、快速运行的桁架机械手。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种桁架机械手，包括升降组件，包括支架装置和第一滑座，所述支架装置包括底座和竖板，所述竖板垂直于所述底座，所述第一滑座包括相互垂直的第一面与第二面，所述第一面与所述竖板滑动连接；旋转组件，包括旋转驱动装置、齿轮盘和立柱，所述旋转驱动装置与所述齿轮盘均安装于所述第二面上，所述立柱的底部与所述齿轮盘固定连接，所述旋转驱动装置的输出轴与所述齿轮盘啮合，所述旋转驱动装置驱动所述齿轮盘转动；横向移动组件，包括基座和第二滑动装置，所述基座与所述立柱远离所述第二面的一端连接，所述基座与所述立柱垂直，所述第二滑动装置与所述基座滑动连接。

作为本发明的进一步改进，所述竖板上设有两条并行的第一导轨，所述第一面通过滑块与所述第一导轨滑动连接，两条所述第一导轨之间设有一条竖向齿条，所述升降组件还包括升降驱动装置，所述升降驱动装置与所述第一面固定连接，所述升降驱动装置的输出轴与所述竖向齿条啮合，所述升降驱动装置驱动所述第一滑座沿所述竖向齿条进行升降运动。

作为本发明的进一步改进，所述立柱包括主柱体、与所述齿轮盘连接的第一连接部和与所述基座连接的第二连接部，所述第一连接部呈圆盘状，所述第一连接部的圆心与所述齿轮盘的圆心相重合，所述第二连接部呈长方形的片状。

作为本发明的进一步改进，所述旋转组件还包括限位装置，所述限位装置包括限位块和限位杆，所述限位块安装于所述齿轮盘上，所述限位杆安装于所述第二面上，所述限位杆位于所述升降驱动装置两侧，所述限位杆的长度可以调整，以调整所述齿轮盘的旋转角度。

作为本发明的进一步改进，所述第二滑动装置包括第二滑座与辅助块，所述基座包括与所述底座平行的上端面，以及与所述上端面垂直并远离所述第二连接部的前端面，所述前端面上设有凹槽，所述凹槽内设有主导轨，所述第二滑座通过滑块与所述主导轨滑动连接，所述上端面上设有辅助导轨，所述辅助导轨上安装有滑块，所述辅助块分别与所述辅助导轨上的滑块和所述第二滑座固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述桁架机械手还包括吸取组件，所述吸取组件包括悬臂、腕部连接件以及吸取装置，所述悬臂的一端与所述第二滑动装置连接，所述悬臂远离所述第二滑动装置的一端设有夹位，所述腕部连接件被夹紧于所述夹位中，所述腕连接件可在所述夹位中旋转，所述吸取装置与所述腕部连接件连接。

作为本发明的进一步改进，所述吸取装置包括法兰、承载盘和吸盘，所述法兰与所述腕部连接件连接并可相对所述腕部连接件旋转，所述承载盘的一端与所述法兰固定连接，所述承载盘背向所述法兰的一面上安装有吸盘。

作为本发明的进一步改进，所述承载盘为圆形，所述吸盘沿所述承载盘的周向等间距分布。

作为本发明的进一步改进，所述吸取组件还包括转动装置，所述转动装置包括转动电机和转盘，所述转动电机与所述第二滑动装置固定连接，所述转盘与所述转动电机的输出轴连接，所述转动电机驱动所述转盘旋转，所述悬臂与所述转盘固定连接并所述转盘旋转。

本发明的另一目的在于提供一种包括上述桁架机械手的快递分拣系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种快递分拣系统，包括上述的桁架机械手，以及主环线和位于主环线中的输送线，所述桁架机械手安装于所述输送线一侧，所述桁架机械手旁设有工作台，所述桁架机械手将所述输送线上的物品吸取至所述工作台上。

本发明通过提供一种桁架机械手，通过升降+旋转+横向移动的三轴联动设计，使桁架机械手的末端能在立体空间内任意位置快速定位，覆盖传统直线分拣机无法触及的死角，尤其适合高密度、多格口的分拣场景。通过齿轮盘旋转替代传统的机械臂中的多轴关节臂的复杂结构，在水平面内实现360°无限制旋转，大幅减少分拣路径冗余，且故障率低。同一位置可服务周围多个分拣口，无需移动整个桁架机械手。同时，相较于传统的机械臂，旋转组件中旋转驱动装置和齿轮盘的组合，以及横向移动组件中基座和第二滑动装置的组合，均能提供较快的运行速率，大幅提升了该桁架机械手分拣时的效率，处理能力显著提高。

附图说明

本发明的以上技术内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的技术方案的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1是本发明一实施例的桁架机械手的立体结构图。

图2是图1所示的桁架机械手中圆圈A部分的放大图。

图3是图1所示的桁架机械手中圆圈B部分的放大图。

图4是图1所示的桁架机械手中立柱的立体结构图。

图5是本发明一实施例中的快递分拣系统的立体结构图。

其中，附图标记说明如下：

100-桁架机械手；

200-升降组件，210-支架装置，211-底座，212-竖板，220-第一滑座，221-第一面，222-第二面，230-第一导轨，240-竖向齿条，250-升降驱动装置；

300-旋转组件，310-旋转驱动装置，320-齿轮盘，330-立柱，331-主柱体，332-第一连接部，333-第二连接部，340-限位装置，341-限位块，342-限位杆；

400-横向移动组件，410-基座，411-上端面，412-前端面，413-主导轨，414-辅助导轨，420-第二滑动装置，421-第二滑座，422-辅助块；

500-吸取组件，510-悬臂，511-夹位，520-腕部连接件，530-吸取装置，531-法兰，532-承载盘，533-吸盘，540-转动装置，541-转动电机，542-转盘；

600-快递分拣系统，610-主环线，620-输送线，630-工作台。

具体实施方式

以下在具体实施方式中叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

请参阅图1~4所示，为本发明的一种桁架机械手100，在本实施中，该桁架机械手100应用于快递分拣系统600，在其他的实施例中，桁架机械手100也可应用于其他的设备，本发明对此不作限制。

桁架机械手100具体包括升降组件、旋转组件300和横向移动组件400，其中，升降组件包括支架装置210和第一滑动装置，支架装置210包括底座211和竖板212，竖板212垂直于底座211，第一滑动装置包括第一滑座220，第一滑座220包括相互垂直的第一面221与第二面222，第一面221与竖板212滑动连接；旋转组件300包括旋转驱动装置310、齿轮盘320和立柱330，旋转驱动装置310与齿轮盘320均安装于第二面222上，立柱330的底部与齿轮盘320固定连接，旋转驱动装置310的输出轴与齿轮盘320啮合，旋转驱动装置310驱动齿轮盘320转动；横向移动组件400包括基座410和第二滑动装置420，基座410与立柱330远离第二面222的一端连接，基座410与立柱330垂直，第二滑动装置420与基座410滑动连接。

通过升降+旋转+横向移动的三轴联动设计，使桁架机械手100的末端能在立体空间内任意位置快速定位，覆盖传统直线分拣机无法触及的死角，尤其适合高密度、多格口的分拣场景。通过齿轮盘320旋转替代传统的机械臂中的多轴关节臂的复杂结构，在水平面内实现360°无限制旋转（或至少270°），大幅减少分拣路径冗余。例如，同一位置可服务周围多个分拣口，无需移动整个桁架机械手100。同时，相较于传统的机械臂，旋转组件300中旋转驱动装置310和齿轮盘320的组合，以及横向移动组件400中基座410和第二滑动装置420的组合，均能提供较快的运行速率，大幅提升了该桁架机械手100分拣时的效率，处理能力显著提高。

进一步的，竖板212上设有两条并行的第一导轨230，第一面221通过滑块与第一导轨230滑动连接，两条第一导轨230之间设有一条竖向齿条240，升降组件还包括升降驱动装置250，升降驱动装置250与第一面221固定连接，升降驱动装置250的输出轴与竖向齿条240啮合，升降驱动装置250驱动第一滑座220沿竖向齿条240进行升降运动。只需加长竖板212与竖向齿条240即可增加行程，无需改动第一导轨230的中心距；若未来需搬运更重包裹（如50kg大件），可把升级第一导轨230的重载规格，竖向齿条240的模数同步加大，仍保持原有安装接口，实现“即插即用”升级。另外，两条第一导轨230+滑块形成“框式”约束，第一滑座220受力时产生的倾覆力矩被两条第一导轨230同时分担，升降运动时的左右晃动量可降低40%–60%；同时竖向齿条240放在两条第一导轨230中间，驱动力作用线几乎与重心重合，消除了传统单边齿条导致的“剪刀差”偏载，使竖板212/第一滑座220的应力集中下降，延长使用寿命。

进一步的，立柱330包括主柱体331、与齿轮盘320连接的第一连接部332和与基座410连接的第二连接部333，第一连接部332呈圆盘状，第一连接部332的圆心与齿轮盘320的圆心相重合，第二连接部333呈长方形的片状。圆盘状第一连接部332与齿轮盘320同圆心，形成“面-面”全贴合，所有螺栓组均布在圆周上，旋转时力臂相等，消除了传统单点或矩形法兰531产生的偏心弯矩。第二连接部333做成“长方形片状”，与基座410之间是“线-面”接触，只需2–4颗螺栓即可完成定位；片状结构自带天然基准面，现场安装时通过塞尺一次调平即可，省去传统多孔对位或销钉铰配，缩短装配时间。

进一步的，旋转组件300还包括限位装置340，限位装置340包括限位块341和限位杆342，限位块341安装于齿轮盘320上，限位杆342安装于第二面222上，限位杆342位于升降驱动装置250两侧，限位杆342的长度可以调整，以调整齿轮盘320的旋转角度。限位杆342长度可调→通过简单旋入/旋出即可把旋转终点角度精确到±1°以内，满足分拣口间距经常微调的场景，无需重新编程或更换机械挡块。另外，当编码器或伺服失控时，机械限位可在5°内强制制动，防止电缆、气管被过度缠绕拉断，形成“电控+机械”双保险。

进一步的，在本实施例中，第二滑动装置420包括第二滑座421与辅助块422，基座410包括与底座211平行的上端面411，以及与上端面411垂直并远离第二连接部333的前端面412，前端面412上设有凹槽，凹槽内设有主导轨413，第二滑座421通过滑块与主导轨413滑动连接，上端面411上设有辅助导轨414，辅助导轨414上安装有滑块，辅助块422分别与辅助导轨414上的滑块和第二滑座421固定连接。前端面412主导轨413承担主要载荷，上端面411辅助导轨414通过辅助块422把第二滑座421拉住，形成“L形闭合受力框”。同等负载下第二滑座421前端下垂量降低60%，可稳定搬运30kg以上大件快递而无须额外加强筋。前端面412上的凹槽把主导轨413至于基座410的厚度内，整台桁架机械手100的横向厚度减少15–20mm；辅助导轨414位于上端面411，不增加侧面突出，适配狭窄巷道。

进一步的，吸取组件500包括悬臂510、腕部连接件520以及吸取装置530，悬臂510的一端与第二滑动装置420连接，悬臂510远离第二滑动装置420的一端设有夹位511，腕部连接件520被夹紧于夹位511中，腕部连接件520可在夹位511中旋转，吸取装置530与腕部连接件520连接。腕部连接件520在夹位511中可360°连续旋转（或按限位±180°），使吸取装置530能在同一水平位置随机切换长边/短边、正面/侧面吸附，轻松应对软袋、信封、箱体混杂的快递流，分拣口无需额外翻转机构。在一些实施例中，吸取装置530与腕部采用快插气路+卡扣电接口，3秒整体拔插；悬臂510末端夹位511开口设计，腕部可整体侧向抽出，无需拆悬臂510或第二滑座421，维护停机时间较短。

进一步的，在本实施例中，吸取装置530包括法兰531、承载盘532和吸盘533，法兰531与腕部连接件520连接并可相对腕部连接件520旋转，承载盘532的一端与法兰531固定连接，承载盘532背向法兰531的一面上安装有吸盘533。腕部连接件520已提供一级大角度旋转，法兰531再次提供一级360°微调，吸盘533可在不移动桁架机械手100的情况下完成“俯仰-偏航-滚转”四维姿态补偿，轻松贴紧表面凹凸或倾斜包裹，提高一次性吸取成功率10%以上。承载盘532把吸盘533产生的垂直吸力与法兰531的旋转轴承完全隔离，旋转轴承只承受扭矩、不承受拉压载荷，轴承寿命提高2–3倍；同时承载盘532可按需加厚而不增加旋转惯量，30kg重箱也可稳定吸取。

进一步的，在本实施例中，承载盘532为圆形，吸盘533沿承载盘532的周向等间距分布。各吸盘533到圆心距离相等，真空腔容积相同，瞬间抽真空时压降一致，避免因吸附力不均导致的包裹歪斜或局部脱落

进一步的，在本实施例中，吸取组件500还包括转动装置540，转动装置540包括转动电机541和转盘542，转动电机541与第二滑座421固定连接，转盘542与转动电机541的输出轴连接，驱动电机驱动转盘542旋转，悬臂510与转盘542固定连接并转盘542旋转。通过新增的转盘542提供的360°旋转能力，使末端的吸盘533装置真正具备4DOF能力；无需移动桁架机械手100即可让吸盘533从“水平吸附”瞬间变为“垂直吸附”，直接兼容软袋侧吸、箱体顶吸、信封端吸等多种工况。

请参阅图5所示，为本发明提供的一种快递分拣系统600，包括上述的桁架机械手100，以及主环线610和位于主环线610中的输送线620，桁架机械手100安装于输送线620一侧，桁架机械手100配置为吸取输送线620上的物品，桁架机械手100旁设有工作台630，桁架机械手100将输送线620上的物品吸取至工作台630上，工作台630处理后将物品运至快递环线上。通过装配的桁架机械手100，通过升降+旋转+横向移动的三轴联动设计，使桁架机械手100的末端的吸取组件500能在立体空间内任意位置快速定位，覆盖传统直线分拣机无法触及的死角，尤其适合高密度、多格口的分拣场景。通过齿轮盘320旋转替代传统的机械臂中的多轴关节臂的复杂结构，在水平面内实现360°无限制旋转（或至少270°），大幅减少分拣路径冗余。同时，相较于传统的机械臂，旋转组件300中旋转驱动装置310和齿轮盘320的组合，以及横向移动组件400中基座410和第二滑动装置420的组合，均能提供较快的运行速率，大幅提升了该桁架机械手100分拣时的效率，该快递分拣系统600处理快递的能力显著提高。

本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种桁架机械手，应用于快递分拣系统，其特征在于，包括

升降组件，包括支架装置和第一滑座，所述支架装置包括底座和竖板，所述竖板垂直于所述底座，所述第一滑座包括相互垂直的第一面与第二面，所述第一面与所述竖板滑动连接；

旋转组件，包括旋转驱动装置、齿轮盘和立柱，所述旋转驱动装置与所述齿轮盘均安装于所述第二面上，所述立柱的底部与所述齿轮盘固定连接，所述旋转驱动装置的输出轴与所述齿轮盘啮合，所述旋转驱动装置驱动所述齿轮盘转动；

横向移动组件，包括基座和第二滑动装置，所述基座与所述立柱远离所述第二面的一端连接，所述基座与所述立柱垂直，所述第二滑动装置与所述基座滑动连接。

2.根据权利要求1所述的桁架机械手，其特征在于，所述竖板上设有两条并行的第一导轨，所述第一面通过滑块与所述第一导轨滑动连接，两条所述第一导轨之间设有一条竖向齿条，所述升降组件还包括升降驱动装置，所述升降驱动装置与所述第一面固定连接，所述升降驱动装置的输出轴与所述竖向齿条啮合，所述升降驱动装置驱动所述第一滑座沿所述竖向齿条进行升降运动。

3.根据权利要求2所述的桁架机械手，其特征在于，所述立柱包括主柱体、与所述齿轮盘连接的第一连接部和与所述基座连接的第二连接部，所述第一连接部呈圆盘状，所述第一连接部的圆心与所述齿轮盘的圆心相重合，所述第二连接部呈长方形的片状。

4.根据权利要求3所述的桁架机械手，其特征在于，所述旋转组件还包括限位装置，所述限位装置包括限位块和限位杆，所述限位块安装于所述齿轮盘上，所述限位杆安装于所述第二面上，所述限位杆位于所述升降驱动装置两侧，所述限位杆的长度可以调整，以调整所述齿轮盘的旋转角度。

5.根据权利要求1所述的桁架机械手，其特征在于，所述第二滑动装置包括第二滑座与辅助块，所述基座包括与所述底座平行的上端面，以及与所述上端面垂直并远离所述第二连接部的前端面，所述前端面上设有凹槽，所述凹槽内设有主导轨，所述第二滑座通过滑块与所述主导轨滑动连接，所述上端面上设有辅助导轨，所述辅助导轨上安装有滑块，所述辅助块分别与所述辅助导轨上的滑块和所述第二滑座固定连接。

6.根据权利要求1~5任意一项所述的桁架机械手，其特征在于，所述桁架机械手还包括吸取组件，所述吸取组件包括悬臂、腕部连接件以及吸取装置，所述悬臂的一端与所述第二滑动装置连接，所述悬臂远离所述第二滑动装置的一端设有夹位，所述腕部连接件被夹紧于所述夹位中，所述腕部连接件可在所述夹位中旋转，所述吸取装置与所述腕部连接件连接。

7.根据权利要求6所述的桁架机械手，其特征在于，所述吸取装置包括法兰、承载盘和吸盘，所述法兰与所述腕部连接件连接并可相对所述腕部连接件旋转，所述承载盘的一端与所述法兰固定连接，所述承载盘背向所述法兰的一面上安装有吸盘。

8.根据权利要求7所述的桁架机械手，其特征在于，所述承载盘为圆形，所述吸盘沿所述承载盘的周向等间距分布。

9.根据权利要求6所述的桁架机械手，其特征在于，所述吸取组件还包括转动装置，所述转动装置包括转动电机和转盘，所述转动电机与所述第二滑动装置固定连接，所述转盘与所述转动电机的输出轴连接，所述转动电机驱动所述转盘旋转，所述悬臂与所述转盘固定连接并所述转盘旋转。

10.一种快递分拣系统，其特征在于，包括权利要求1~9任意一项所述的桁架机械手，以及主环线和位于主环线中的输送线，所述桁架机械手安装于所述输送线一侧，所述桁架机械手旁设有工作台，所述桁架机械手将所述输送线上的物品吸取至所述工作台上。