[发明专利]3D驱动单元和系统

说明书

本申请涉及模块化驱动装置及其在用于接合和移动重物的系统中的用途，解决了在低轮廓负载形式(例如标准托盘和推车)下配合的问题，同时仍提供足够的提升扭矩和输送扭矩。公开了一种三维驱动单元(120)，包括安装在筒形旋转驱动器壳体组件(210)中的一个或多个被驱动的轮，所述筒形旋转驱动器壳体组件本身被支撑但能够在筒形非旋转底座套管(130)内旋转，其间是滑环组件(150)。该解决方案用于具有通常应用的材料的机器人运输，包括接合和移动托盘、纸卷、电缆卷筒、车辆、推车等。

技术领域

本申请涉及用于在任意方向上接合和移动负载的装置和系统。

背景技术

与轮式负载(例如推车或手推车)或非轮式负载(例如滑板或托盘)接合的、以自动方式/机器人方式控制的牵引机是相对较新的产品类别。由于增大周期时间、减少劳动力含量、减少错误等的压力，这种自动化背后的驱动力在制造、仓储、物流行业中随处可见，它们的普及程度近年来一直在增加。由于近来在电机技术、导航传感器技术的诸多进步以及当然通常在计算机技术方面的持续进步，使得自动化率成为可能。

现在存在许多品牌的自动/机器人负载牵引机，包括来自诸如Amazon Robotics(之前的KIVA Systems)、Fetch Robotics Inc.(VirtualConveyor robots)、ClearpathRobotics Inc.(OTTO)、Motion Controls Robotics Inc.(MCRI)、KUKA(移动平台)、BMW(智能交通机器人)、SSI Schaefer(Weasel，AGV 2Move)、移动工业机器人ApS(MiR)以及其他公司的产品。不过，这些设备的共同局限包括：

i)目前的机器人牵引机，使用传统设计，机器人牵引机通常太高而无法在托盘或托盘高度推车下方配合，因此需要额外的装载和卸载设备将推车或托盘提升到机器人平台上。然而，本发明具有极低的轮廓(在90mm高度下)还具有80mm直径的驱动轮，因此能够在标准的100mm间隙EUR托盘内在具有10mm的间隙的情况下进行配合。

ii)目前的机器人牵引机通常具有固定的尺寸、形状和负载处理能力。然而，使用推车和托盘的客户通常具有变化的尺寸和高度的推车和托盘。即使是“标准”EUR托盘，但100mm间隙的所有托盘有6种不同的“标准”尺寸。然而，本发明可以使用驱动单元之间的伸缩和枢转连杆来改变尺寸和形状，并且或多或少可以用于增加或减小承载能力。

iii)当前的机器人牵引机是底座、驱动系统、传感器、电池组、控制器等的集成设计，因此对于大多数新应用，需要全新的机器人牵引机设计。然而，本发明将驱动系统分离，该驱动系统将驱动、转向以及升降全部提供到一个紧凑的模块化低成本单元，然后所述紧凑的模块化低成本单元可以快速且容易地将其配置成任意期望的最终机器形状或设计。

iv)当前的机器人牵引机通常具有非常高的单位成本并且在它们具有商业意义之前需要大量部署。本发明结合了紧凑的成本极其低廉的部件，利用机械优势在需要时倍增扭矩并且使用同一电机用于驱动、转动和提升功能，而通常是单独的驱动系统用于每个功能。此外，该结构设计为由低成本注塑模制的塑料或挤出铝型材制造，并且单元尺寸很小，反过来材料使用量也很少。最终的结果是显著地降低了驱动单元的成本，这使得它可以极大的灵活的结合到许多不同构造的机器人牵引机中，用于更广泛的潜在应用。

发明内容

本申请的装置被称为“三维驱动”(Three Dimensional Drive,3DD)单元，除了在“XY”平面中(在地面上向前、向后和向任意方向上转动)中进行运动之外，采用相当大的机械优势，它们可以提升以与其将要搬运的负载接合。通过驱动组件在其自身壳体内的旋转，3DD也产生竖向提升力，因此产生“Z”方向行进。这允许装备3DD的系统在负载下行进然后将其提升离开地面(或施加足够的向上力以向被驱动的轮提供牵引力，以移动负载)，然后接合所述负载并在地面上在任意方向上移动负载。