一种万向球运输平台
技术领域
本申请属于物流设备技术领域，具体涉及一种万向球运输平台。
背景技术
在物流运输中，利用自动化小车运输的方式较多，但现有的自动化小车运输，通过自动导引装置引导小车沿规定的路径行驶，缺点是一个小车只能运送一件货物，效率低下，占用面积大，且只能沿着固定线路走，路径易损坏，一旦损坏整条线路停止运作。
故物流仓储逐渐向单元化物流方式发展，在单元化物流仓储和供应链过程中，采用一定的单元器具构成运输平台对货物进行存储和规范操作，以便实施物流作业，提升作业效率的一种物流过程。
但是现有的半自动化货物运输平台多为滚筒式运输和皮带轮运输，缺点是只能单向运输；并且现有的货物运输平台分拣货物时需要人力的参与，增加了人工成本且分拣效率低下。
在市场需求的推动下，一些组合式的运输平台应运而生，但是组合式的运输平台存在与货物的接触面积较小时容易出现运输方向改变，或运输不流畅等问题。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种万向球运输平台，运输平台由多个独立的运输单元组合形成，提高了运输平台运输的可靠性以及灵活性。
为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：
一种万向球运输平台，所述万向球运输平台包括多个相互拼接的运输单元，所述运输单元包括箱体，所述箱体具有箱盖、底板以及环布在箱盖和底板之间的侧壁，所述箱盖上设有避让口；
所述箱体的内部安装有万向球，所述万向球的顶部经所述避让口突出箱体，所述箱体的内部设有四组滚轮结构，四组滚轮结构均布在所述万向球的周侧，四组滚轮结构中相邻的两组为主动轮结构、另两组为辅助轮结构；
各所述辅助轮结构包括安装在所述底板上的导轨，所述导轨上配合安装有推框，该推框朝向万向球的一侧开口，并在推框的开口处通过菱形座轴承连接有万向轮，该万向轮的滚动面与万向球相抵，且万向轮滚动轴线水平，所述推框沿所在辅助轮结构的万向轮滚动轴线的两个外侧面分别安装有直线轴承座，所述直线轴承座上安装有垂直于所在辅助轮结构的万向轮滚动轴线的直线轴承，该直线轴承远离万向球的一侧固定于所述侧壁上，所述直线轴承上套设有处于压缩状态的弹簧，该弹簧的两端分别与侧壁和直线轴承座相抵。
作为优选，所述辅助轮结构中的导轨垂直于所在辅助轮结构的万向轮滚动轴线的方向延伸。
作为优选，所述主动轮结构包括电机、电机固定板、联轴器、立式轴承座、万向轮，所述电机通过电机固定板与所述侧壁连接，所述万向轮通过立式轴承座与所述底板固定，所述电机的输出轴通过联轴器驱动万向轮，该万向轮的滚动面与万向球相抵，且各主动轮结构的万向轮滚动轴线与相对侧的辅助轮结构的万向轮滚动轴线平行。
作为优选，所述万向球1/2高度处的表面与万向轮相抵。
作为优选，所述万向轮包括第一主体和固定在所述第一主体上的椭圆形小滚轮，所述第一主体包括中部固定板、以及设置在所述中部固定板两侧的分支架，所述椭圆形小滚轮连接在分支架上，所述中部固定板两侧的椭圆形小滚轮数量相等且交错布置，所述椭圆形小滚轮的滚动轴线垂直于所在万向轮的滚动轴线。
作为优选，所述箱盖的顶部安装有第一牛眼滚轮，所述第一牛眼滚轮的滚珠朝上，所述第一牛眼滚轮的滚珠顶部与所述万向球的顶部等高。
作为优选，所述避让口的内表面安装有第二牛眼滚轮，所述第二牛眼滚轮的滚珠朝向万向球，所述第二牛眼滚轮的滚珠与所述万向球相抵；
所述第二牛眼滚轮的数量和位置与四组滚轮结构相对应。
作为优选，所述底板上安装有第三牛眼滚轮，所述第三牛眼滚轮的滚珠朝上，第三牛眼滚轮的滚珠与所述万向球相抵。
本申请提供的万向球运输平台，运输平台由多个独立的运输单元组合形成，多个独立的运输单元实现货物的运输及转向，当某一运输单元损坏且无法及时更换时，可规避损坏的运输单元进行运输路径的规划，保证运输流程的正常进行；并且在更换损坏的运输单元时，仅需更换对应的运输单元而无需整体维修，不仅降低了维护成本同时也提高了维修效率。并且本申请的运输单元相对于货物而言动力仅来源于唯一的万向球，即每个运输单元对货物的调度准确，不存在同一运输单元具有多个动力来源而导致货物接触部分动力来源时改变预设方向的情况，提高了运输的可靠性和准确性。
附图说明
图1为本申请的万向球运输平台的结构示意图；
图2为本申请的运输单元的结构示意图；
图3为本申请的运输单元的拆分结构示意图；
图4为本申请的万向球与四组滚轮结构的结构示意图；
图5为本申请的万向轮的结构示意图；
图6为本申请的万向球运输平台的控制结构示意图；
图7为实施例的运输方法中运输路径的一种实施例示意图以及一个运输单元的速度示意放大图。
图示中：1、运输平台；11、运输单元；101、箱体；102、第一牛眼滚轮；103、万向球；104、第二牛眼滚轮；105、避让口；106、箱盖；107、侧壁；108、底板；109、第三牛眼滚轮；110、辅助轮结构；1101、直线轴承座；1102、直线轴承；1103、弹簧；1104、推框；1105、菱形座轴承；1106、导轨；1107、万向轮；111、主动轮结构；1111、电机固定板；1112、电机；1113、联轴器；1114、立式轴承座；1115、万向轮；1121、中部固定板；1122、椭圆形小滚轮；1123、分支架；12、电机控制器；13、PLC控制器；14、PC端。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件；当组件被称为与另一个组件“固定”时，它可以直接与另一个组件固定或者也可以存在居中的组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。
如图1所示，在一实施例中，提供一种万向球运输平台，其特征在于，万向球运输平台1包括多个相互拼接的运输单元11。运输平台1由多个独立的运输单元11组合形成，多个独立的运输单元11实现货物的运输及转向，当某一运输单元11损坏且无法及时更换时，可规避损坏的运输单元11进行运输路径的规划，保证运输流程的正常进行；并且在更换损坏的运输单元11时，仅需更换对应的运输单元11而无需整体维修，不仅降低了维护成本同时也提高了维修效率。
如图2～3所示，运输单元11包括箱体101，箱体101具有箱盖106、底板108以及环布在箱盖106和底板108之间的侧壁107，箱盖106上设有避让口105。
为了便于多个运输单元11之间的稳定拼接，箱体101优选采用长方体形，也可以是侧壁107为平板的其他立体结构，例如四棱台。
箱体101的内部安装有万向球103，万向球103的顶部经避让口105突出箱体101。为了便于路径规划，万向球103优选设置在箱体101的中心位置，并且万向球103突出箱体101的部分越多越便于货物传输，但突出部分不应超过万向球103高度的一半，以保证结构的稳定性。
本实施例中以万向球103为货物提供动力，而考虑到万向球103自身难以驱动的情况，本实施例采用间接驱动万向球103的方式，具体为在箱体101的内部设置四组滚轮结构，四组滚轮结构均布在万向球103的周侧，四组滚轮结构中相邻的两组为主动轮结构111、另两组为辅助轮结构110。
如图4所示，四组滚轮结构均布在万向球103的周侧，便于向万向球103提供两组相互垂直的驱动力，通过两组相互垂直的驱动力实现万向球103的多方向转动。
在四组滚轮结构中，为了节省能耗，同时降低控制难度，设置两组为主动轮结构111、另两组为辅助轮结构110。
其中各辅助轮结构110包括安装在底板108上的导轨1106，导轨1106上配合安装有推框1104。推框1104应理解为框状或内部中空的箱体结构。该推框1104朝向万向球103的一侧开口，并在推框1104的开口处通过菱形座轴承1105连接有万向轮1107，该万向轮1107的滚动面与万向球103相抵，且万向轮1107滚动轴线水平。
所述推框1104沿所在辅助轮结构110的万向轮1107滚动轴线的两个外侧面分别安装有直线轴承座1101，所述直线轴承座1101上安装有垂直于所在辅助轮结构110的万向轮1107滚动轴线的直线轴承1102，该直线轴承1102远离万向球103的一侧固定于所述侧壁107上，所述直线轴承1102上套设有处于压缩状态的弹簧1103，该弹簧1103的两端分别与侧壁107和直线轴承座1101相抵。
由于两组辅助轮结构110为相邻布置，且四组滚轮结构为均布，故可知一组辅助轮结构110与一组主动轮结构111为相对布置，另一组辅助轮结构110与另一组主动轮结构111为相对布置。因此两组辅助轮结构110中的一组辅助轮结构110的万向轮1107的滚动轴线沿图4中A所示方向延伸、一组辅助轮结构110的万向轮1107的滚动轴线沿图4中B所示方向延伸。
并且辅助轮结构110中的导轨1106垂直于所在辅助轮结构110的万向轮1107滚动轴线的方向延伸，以便于调节辅助轮结构110的位置并始终保持万向轮1107的滚动面与万向球103相切抵靠。
辅助轮结构110采用柔性固定方式，即万向轮1107通过弹簧1103压紧与万向球103相抵，避免因加工误差或安装误差出现万向轮无法接触万向球的现象，保证了结构的可靠性。并且推框1104通过导轨1106进行安装，即推框1104在受到弹簧1103和万向轮1107两者的力的作用时，可沿导轨1106平稳调节位置，避免推框1104出现移动卡死现象，保证万向轮1107对万向球103的正常驱动。
其中主动轮结构111可采用现有技术中常用的动力轮驱动方式，即采用电机驱动滚轮的方式。在一个实施例中，为了提升万向球103的驱动效果，同时提高四组滚轮结构的一致性和协调性，采用的主动轮结构111包括电机1112、电机固定板1111、联轴器1113、立式轴承座1114、万向轮1115，电机1112通过电机固定板1111与侧壁107连接，万向轮1115通过立式轴承座1114与底板108固定，电机1112的输出轴通过联轴器1113驱动万向轮1115，该万向轮1115的滚动面与万向球103相抵，且各主动轮结构111的万向轮1115滚动轴线与相对侧的辅助轮结构110的万向轮1107滚动轴线平行。
主动轮结构111和辅助轮结构110均采用了万向轮，为了尽可能保证与万向球103的接触效果相近，本实施例中设置万向轮1115和万向轮1107的结构相同，且与万向球103的相对关系相同。
如图5所示，万向轮1107、1115的结构包括第一主体和固定在第一主体上的椭圆形小滚轮1122，第一主体包括中部固定板1121、以及设置在中部固定板1121两侧的分支架1123，椭圆形小滚轮1122连接在分支架1123上，中部固定板1121两侧的椭圆形小滚轮1122数量相等且交错布置，椭圆形小滚轮1122的滚动轴线垂直于所在万向轮的滚动轴线。
椭圆形小滚轮1122可减少万向球103与万向轮之间的横向摩擦力，便于实现万向球103的多方向滚动。并且为了增强万向轮的驱动效果，可以在第一主体上增加防滑橡胶等增大万向轮和万向球之间摩擦力的部件。
以运输单元11正常使用状态为参考，四组滚轮结构等效为点后位于同一水平面内。虽然万向轮与万向球接触即可驱动万向球转动，但为了提高传动效率以及保证驱动流程性，在一个实施例中，设置万向球103的1/2高度处的表面与万向轮1107、1115相抵。
考虑到各运输单元11仅中心位置布置万向球可能出现对货物的支撑点不够的现象，故在箱盖106的顶部安装第一牛眼滚轮102，第一牛眼滚轮102的滚珠朝上，第一牛眼滚轮102的滚珠顶部与万向球103的顶部等高。
本实施例中设置第一牛眼滚轮102的数量为4个，且分布在箱盖106的端角位置，起到了良好支撑货物并且减少货物运输摩擦的作用。
在另一实施例中，避让口105的内表面安装有第二牛眼滚轮104，第二牛眼滚轮104的滚珠朝向万向球103，第二牛眼滚轮104的滚珠与万向球103相抵。第二牛眼滚轮104的数量和位置与四组滚轮结构相对应。
第二牛眼滚轮104与万向球103相切接触，既实现了对万向球103的位置限定，同时避免了万向球103与避让口105的摩擦，通过第二牛眼滚轮104的辅助，万向球103的转动流畅性大大提升。
在另一实施例中，底板108上安装有第三牛眼滚轮109，第三牛眼滚轮109的滚珠朝上，第三牛眼滚轮109的滚珠与万向球103相抵，起到了轴向支撑万向球103且降低万向球滚动摩擦力的作用。
如图6所示，在一个实施例中，为了便于控制运输平台的工作，设置每个运输单元11的两个电机分别连接有一个电机控制器12，这两个电机控制器12连接至同一个PLC控制器13，所有运输单元的PLC控制器13连接至同一PC端14。PLC控制器13计算两个电机分别需要的参数，PC端只需要发出工作指令给各PLC控制器，即可控制运输单元11工作，控制更加方便，运算更加快速。
为了便于对本申请的万向球运输平台的理解，在另一实施例中，还提供一种基于本申请的万向球运输平台的运输方法。该实施例对万向球运输平台的应用以将万向球运输平台1上的货物由初始位置A运输至目的位置B为例进行说明。
所述运输方法包括：
步骤S1、规划货物从初始位置A至目的位置B的运输路径，并预设货物的旋转角度α与运输时间T。
对货物进行路径规划时，货物的复杂路径可以由一段或多段直线路径组成，即当运输平台上无运输单元损坏，同时无其他货物的运输路径干扰时，货物的运输路径为初始位置A和目的位置B之间的最短线段；当运输平台上有运输单元损坏，或有其他货物的运输路径干扰时，运输路径由多线段组成以实现避障，避障路径的规划可参见申请号为2019100329613的专利文献，在此不再进行赘述。
如图7所示，线段AB为规划的运输路径，a表示货物在运输平台上的投影范围。货物的旋转角度α指货物在完成由初始位置A至目的位置B运动的同时，需要旋转θ，货物旋转的目的通常是为了实现货物的头部对准运动方向。
步骤S2、根据运输路径的长度S和运输时间T计算货物的直线运动速度v1，同时根据旋转角度θ与运输时间T计算货物的旋转角速度ω：
步骤S3、以运输平台1的一个运输单元11为原点建立直角坐标系，直角坐标系中的x轴和y轴两者中一者平行于其中一组辅助轮结构110的万向轮1107滚动轴线、另一者平行于另一组辅助轮结构110的万向轮1107滚动轴线。
通常情况，运输平台1的运输面为矩形，即直角坐标系的原点为该矩形的一个端角，x轴和y轴为该矩形中相邻的两条边；若运输平台的运输面不是矩形，则随机选取一个运输单元11作为原点，通常选取最边缘的运输单元11，以两组辅助轮结构110的万向轮1107滚动轴线建立x轴和y轴，以便于计算。
步骤S4、根据所述旋转角速度ω计算对应时刻在运输路径上与货物接触的各运输单元11的万向球103旋转的线速度v2：
v2＝ωr
其中，r为各运输单元11的中心与货物的质心的距离，由于不同时刻不同运输单元11的中心与货物的质心距离不同，故所得到的线速度v2为一个实时变化的量。并且本实施例中所指的与货物接触为货物与运输单元11的任一位置接触即算接触。
由于货物具有一定的体积，故存在在某一段时间内均与同一个运输单元11接触的情况，为了适应r的变化，提高货物运输的准确性，本实施例中设置以一定的时间间隔计算一次线速度v2。例如若预设的时间间隔为30秒，且在货物运输的第2分钟至第3分钟会与同一运输单元接触，故需计算该运输单元在第2分钟时的线速度v2、在第2分30秒时的线速度v2以及第3分钟时的线速度v2。
步骤S5、直线运动速度v1的方向为对应时刻货物所处运输路径的方向，线速度v2的方向为运输单元11的中心与货物的质心的连线的垂线，因此得到向量
步骤S6、根据瞬时运动速度
步骤S7、将瞬时运动速度
为节约运输成本，本实施例根据与货物接触的先后顺序控制相应的运输单元11工作，即货物在途经对应的运输单元时，相应的运输单元才进行工作，其他时间该运输单元不运动。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
