CN103878759B - 一种智能移动工作机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及搬运摆放需要精准定位的物料的机器人，具体地说是一种智能移动工作机器人，包括移动机构、货叉升降机构、货叉取送料机构、货叉夹持机构、抓取机构、多轴联动机器人及架体，移动机构安装在架体上、驱动架体行走，货叉升降机构及多轴联动机器人分别安装在架体上，在多轴联动机器人的输出端连接有抓取机构，货叉升降机构、货叉取送料机构、货叉夹持机构构成了内部拆堆垛机构，货叉升降机构带动货叉取送料机构升降，货叉取送料机构3带动货叉夹持机构水平方向平移并夹持物料，实现了成垛物料的拆分和再堆垛的过程。本发明应用范围广，可适用多种工作场合，适应不同的工况要求，具有很好的发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及搬运摆放需要精准定位的物料的机器人，具体地说是一种智能移动工作机器人，可适用于仓储、物流等行业。
背景技术
随着现代工业企业的飞速发展，自动化水平要求越来越高，机器逐渐取代了人在生产中的主导作用。机器人以其精准的定位，流畅的动作和较高的效率受到人们的青睐。但传统的机器人位置固定，可活动范围有限，无法与物料的运输结合起来；因此在实际应用中具有很大的局限性，不能满足客户在实际工作中的需要。
发明内容
为了克服传统机器人无法满足实际工作要求的缺陷，本发明的目的在于提供一种智能移动工作机器人。该智能移动工作机器人可自动取、存、送物料，全自动上下料无需人工干涉的装置，满足了实际工作的需求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括移动机构、货叉升降机构、货叉取送料机构、货叉夹持机构、抓取机构、多轴联动机器人及架体，其中移动机构安装在架体上、驱动架体行走，所述货叉升降机构及多轴联动机器人分别安装在架体上，在多轴联动机器人的输出端连接有抓取机构，货叉升降机构包括第二伺服电机及由第二伺服电机驱动的第一丝杠和第一丝母；所述货叉取送料机构整体连接于第一丝母上，随第一丝母沿第一丝杠升降，货叉取送料机构包括第三伺服电机及由第三伺服电机驱动的第二丝杠和第二丝母；所述货叉夹持机构整体连接于第二丝母上，随第二丝母沿第二丝杠在水平方向平移，货叉夹持机构包括货叉及分别容置于货叉内部的第一气缸、连杆、铰板、铰轴，所述第一气缸通过连杆与铰板连接，且该铰板通过铰轴铰接于货叉的内部；放于所述架体内的物料，通过铰板夹持到位，并通过由多轴联动机器人驱动的抓取机构进行取放。
其中：所述移动机构带动所述机器人沿固定在地面上的轨道往复运动，该移动机构包括第一伺服电机、轮箱及驱动轴，其中架体的两侧对称设有多个轮箱，在任一轮箱上安装有第一伺服电机，第一伺服电机与驱动轴相连，所述驱动轴的两端分别与安装在架体上的轮箱中的行走轮相连，实现机器人整体的移动；所述架体的两侧分别设有两个轮箱，两两对称，其中两个轮箱为主动轮箱，另两个为从动轮箱；所述轮箱包括上支撑板、侧固定板、行走轮及连接轴承，在上支撑板的两侧分别安装有侧固定板，所述行走轮的轮架通过连接轴承与侧固定板中间向内延伸形成的延伸部转动连接，行走轮位于上支撑板与两侧的侧固定板围成的空间中；所述驱动轴与行走轮的轮架连接，带动行走轮在轨道上移动；所述货叉升降机构整体通过第一框体安装在架体上，第二伺服电机固定在第一框体上，第一丝杠的两端转动安装在第一框体上，任一端设有第一同步带轮，该第一同步带轮通过第一同步带与所述第二伺服电机相连；所述第一丝母与第一丝杠螺纹连接；所述第一丝杠的两侧分别设有安装在第一框体上的第一导轨，货叉取送料机构的两侧设有在所述第一导轨上滑动的第一滑块；所述货叉取送料机构整体通过第二框体与第一丝母相连，第三伺服电机固定在第二框体上，第二丝杠为两根，每根第二丝杠上分别通过第二丝母连接有货叉夹持机构；所述每根第二丝杠的两端均转动安装在第二框体上，其中任一根第二丝杠的一端通过第二同步带与第三伺服电机相连，两根第二丝杠之间则通过第三同步带连接、由第三伺服电机驱动同步转动；所述每根第二丝杠的外侧分别设有安装在第二框体上的第二导轨，每个货叉夹持机构分别设有在所述第二导轨上滑动的第二滑块；所述铰板为多个，分别连接于所述连杆的另一端，每个铰板分别通过铰轴铰接于货叉的内部；所述抓取机构包括连接板、气动滑台、第二气缸及抓手，其中连接板与多轴联动机器人的输出端相连，第二气缸为多个，位于两侧的第二气缸通过气动滑台安装在连接板上，中间的第二气缸与连接板直连，每个第二气缸上均连接有抓手，两侧的抓手与中间的抓手之间的间距通过气动滑台进行调节。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明为可智能移动承载工作机器人，并可自动取、存、送物料，在移动过程中可精准定位，无论从停留位置和物料摆放位置都能保证较高的精度，可适用于高精度的工况条件。
2.本发明实现了物料的运输、抓取和摆放，全自动一体化，无需人工干涉，节省了大量的人力。
3.本发明应用范围广，可适用多种工作场合，具有很好的发展前景。
4.本发明的货叉取送料机构采用了双侧两根丝杠同时传动的形式，利用了电机驱动其中的一根丝杠，这根丝杠再经同步带带动另一根丝杠，以达到两根丝杠同时转动的目的；运用双丝杠的传动形式比带链传动更加平稳，传动位置更加精确，为设备的精准定位和稳定性又增加了一层保障。
5.本发明的货叉夹持机构可实现货叉对物料的抓取和摆放，在夹持机构张开时，铰板与货叉外表面处于同一平面上，因此夹持机构被隐藏其中，不易被看出，保证了设备的美观性；只有在有物料需要货叉夹取时夹持机构铰板才伸出来；该货叉夹持机构比传统的直接取料机构具有更大的灵活性，在货叉伸出时对物料进行初定位，允许物料有较大的活动量，在物料进入到货叉内后再启动夹持机构，因货叉两侧各有一个夹持机构同时启动，所以物料被夹持机构推送到中间位置，保证了物料的定位精准，进而保证了机器人的抓取位置的准确性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明移动机构中轮箱的结构示意图；
图3为图1中货叉升降机构的结构示意图；
图4为图1中货叉取送料机构的结构示意图；
图5为图1中货叉夹持机构的结构示意图；
图6为图1中抓取机构的结构示意图；
其中：1为移动机构，101为第一伺服电机，102为上支撑板，103为侧固定板，104为行走轮，105为连接轴承，106为轮架；
2为货叉升降机构，201为第一同步带轮，202为第一丝杠，203为第一导轨，204为第一丝母，205为第一滑块，206为第一框体；
3为货叉取送料机构，301为第三伺服电机，302为第二同步带，303为第二同步带轮，304为第三同步带轮，305为第三同步带，306为第二丝杠，307为第二丝母，308为第二导轨，309为第二框体，310为第二滑块；
4为货叉夹持机构，401为货叉，402为第一气缸，403为连杆，404为铰板，405为铰轴，406为丝母座；
5为抓取机构，501为连接板，502为气动滑台，503为第二气缸，504为抓手；
6为多轴联动机器人，7为架体，8为物料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
本发明的智能移动工作机器人可自动移动，并可自动取、存、送物料，全自动上下料无需人工干涉。如图1所示，本发明包括移动机构1、货叉升降机构2、货叉取送料机构3、货叉夹持机构4、抓取机构5、多轴联动机器人6及架体7，其中移动机构1安装在架体7上、驱动架体7行走，货叉升降机构2及多轴联动机器人6分别安装在架体7上，多轴联动机器人6的输出端连接有抓取机构5，货叉升降机构2、货叉取送料机构3、货叉夹持机构4构成了内部拆堆垛机构，货叉升降机构2带动货叉取送料机构3升降，货叉取送料机构3带动货叉夹持机构4水平方向平移并夹持物料8，实现了成垛物料的拆分和再堆垛的过程。
移动机构1带动整个机器人沿着固定在地面上的轨道往复移动，该移动机构包括第一伺服电机101、轮箱及驱动轴，架体7的两侧分别设有两个轮箱(轮箱共有四个)，两两对称，前面两个为主动轮箱，后面两个为从动轮箱；两个主动轮箱中的任一个上固定有第一伺服电机101，第一伺服电机101与驱动轴相连，驱动轴的两端分别与两相对称的轮箱中的行走轮104相连，实现机器人整体的移动。如图2所示，轮箱包括上支撑板102、侧固定板103、行走轮104及连接轴承105，在上支撑板102的两侧分别安装有侧固定板103，行走轮104的轮架106通过连接轴承105与侧固定板103中间向内延伸形成的延伸部转动连接，行走轮104位于上支撑板102与两侧的侧固定板103)成的空间中；驱动轴与行走轮104的轮架106连接，由第一伺服电机101驱动进而带动行走轮104在轨道上移动。本发明的轮箱是利用两侧承受负载的侧固定板103与连接轴承105的内圈联接，连接轴承105的外圈再与行走轮104的胶轮连接，使行走轮104处于轮箱的保护之中，增加了机器人的美观性和安全性；并且轮箱自身承受机器人的重量及负载，不同于以往的负载通过驱动轴作用于行走轮，减少了驱动轴的负担，避免了驱动轴因受压过大而变形的危险。
如图3所示，货叉升降机构2实现了货叉的上下移动功能，包括第二伺服电机、第一导轨203、第一滑块205、第一框体206及由第二伺服电机驱动的第一丝杠202和第一丝母204，货叉升降机构2整体通过第一框体206安装在架体7上，第二伺服电机固定在第一框体206上，第一丝杠202的两端转动安装在第一框体206上，任一端设有第一同步带轮201，该第一同步带轮201通过第一同步带与第二伺服电机相连，第一丝母204与第一丝杠202螺纹连接。第一丝杠202的两侧分别设有安装在第一框体206上的第一导轨203，货叉取送料机构3整体连接于第一丝母204上，随第一丝母204沿第一丝杠202升降，在货叉取送料机构3的两侧设有在第一导轨203上滑动的第一滑块205。
如图4所示，货叉取送料机构3包括第三伺服电机301、第二同步带302、第三同步带305、第二导轨308、第二框体309、第二滑块310及由第三伺服电机301驱动的第二丝杠306和第二丝母307，货叉取送料机构3整体通过第二框体309与第一丝母204相连，第三伺服电机301固定在第二框体309上，货叉取送料机构采用双丝杠的传动形式，即第二丝杠306为两根，每根第二丝杠306上分别通过第二丝母307连接有货叉夹持机构4；每根第二丝杠306的两端均转动安装在第二框体309上，其中任一根第二丝杠306的一端设有第二同步带轮303及第三同步带轮304，另一根第二丝杠306的一端设有第三同步带轮304，第二同步带轮303通过第二同步带302与第三伺服电机301相连，两根第二丝杠306的第三同步带轮304之间则通过第三同步带305连接、由第三伺服电机301驱动同步转动。每根第二丝杠306上均螺纹连接有第二丝母307，每个第二丝母307上均设有一个货叉夹持机构4，随第二丝母307沿第二丝杠306在水平方向平移；每根第二丝杠306的外侧分别设有安装在第二框体309上的第二导轨308，每个货叉夹持机构4分别设有在第二导轨308上滑动的第二滑块310；第二导轨308主要起到承受负载和导向的作用。。
如图5所示，货叉夹持机构4包括货叉401及夹持机构，夹持机构整体容置于货叉401内部，包括第一气缸402、连杆403、铰板404和铰轴405；货叉401上设有丝母座406，货叉401通过该丝母座406安装在第二丝母307上；第一气缸402的输出端与连杆403的一端相连，连杆403的另一端连接有铰板404，且该铰板404通过铰轴405铰接于货叉401的内部；本实施例的铰板404为多个，分别连接于连杆403的另一端，每个铰板404分别通过铰轴405铰接于货叉401的内部。
架体7内的物料8，通过铰板404夹持到位，并通过由多轴联动机器人6驱动的抓取机构5进行取放。如图6所示，抓取机构5包括连接板501、气动滑台502、第二气缸503及抓手504，其中连接板501的上面与多轴联动机器人6的输出端相连，下面并排布置多个第二气缸503(本实施例为三个第二气缸503)，每个第二气缸503的输出端均连接有抓手504，抓手504由第二气缸503带动夹紧松开；位于两侧的第二气缸503通过气动滑台502安装在连接板501上，中间的第二气缸503与连接板501直连，两侧的抓手与中间的抓手之间的间距通过气动滑台502进行调节。
本发明的工作原理为：
第一伺服电机101工作，驱动轮箱中的行走轮104移动，机器人移动到位后第一伺服电机101停止工作。第二伺服电机工作，驱动第一丝杠202转动，进而带动第一丝母204及与第一丝母204连接的货叉取送料机构3下降；货叉取送料机构3下降到位后，第二伺服电机停止工作。第三伺服电机301工作，通过同步带及同步带轮的传动，驱动两根第二丝杠306转动，使两根第二丝杠306上的第二丝母307和各自的货叉夹持机构4在水平方向平移；平移到位后，两个货叉夹持机构4中的第一气缸402工作，通过连杆403使各铰板404分别绕铰轴405转动，从而完成了直线运动向圆周运动的转换过程，达到了夹持机构夹取物料的目的。在夹持机构张开时，铰板404与货叉401的外表面处于同一平面，因此夹持机构被隐藏其中，不易被看出，保证了设备的美观性；只有在有物料需要货叉夹取时，夹持机构的铰板404才伸出来。本发明货叉夹持机构4比传统的直接取料机构具有更大的灵活性，在货叉伸出时对物料进行初定位，允许物料有较大的活动量，在物料进入到货叉内后再启动夹持机构，因货叉两侧各有一个夹持机构同时启动，所以物料被夹持机构推送到中间位置，保证了物料的定位精准，进而保证了机器人的抓取位置的准确性，为本发明的精准定位和稳定性奠定了基础。
最后，多轴联动机器人6工作，带动抓取机构5至货叉夹持机构4夹持的物料处，各第二气缸503工作，带动抓手504分别夹紧物料8，在多轴联动机器人6的作用下取放；为了适应物料在物料箱中和存放物料台的不同间距，两侧的气动滑台502工作，带动两侧的第二气缸503移动，直至适应物料在物料台上的间距。本发明的抓气504具有断气锁定功能，在气源突然切断后能够保持位置，防止突然断气后物料掉落损伤物料或伤人，比传统的吸盘机构稳定性更高，更具安全性，机器人可实现对物料的多角度、多位置的抓取和摆放。
从整个机器人的结构上来看，整个机器人所采用的机构都是具有高稳定性和高精度，并且在设计中充分考虑了由于摆放等原因造成的物料的位置不准，在结构方面设计成了既满足于此误差范围，又能精准定位，使本发明的机器人能够满足于多种行业、多种工况的要求。
Claims (9)
1.一种智能移动工作机器人，其特征在于：包括移动机构(1)、货叉升降机构(2)、货叉取送料机构(3)、货叉夹持机构(4)、抓取机构(5)、多轴联动机器人(6)及架体(7)，其中移动机构(1)安装在架体(7)上、驱动架体(7)行走，所述货叉升降机构(2)及多轴联动机器人(6)分别安装在架体(7)上，在多轴联动机器人(6)的输出端连接有抓取机构(5)，货叉升降机构(2)包括第二伺服电机及由第二伺服电机驱动的第一丝杠(202)和第一丝母(204)；所述货叉取送料机构(3)整体连接于第一丝母(204)上，随第一丝母(204)沿第一丝杠(202)升降，货叉取送料机构(3)包括第三伺服电机(301)及由第三伺服电机(301)驱动的第二丝杠(306)和第二丝母(307)；所述货叉夹持机构(4)整体连接于第二丝母(307)上，随第二丝母(307)沿第二丝杠(306)在水平方向平移，货叉夹持机构(4)包括货叉(401)及分别容置于货叉(401)内部的第一气缸(402)、连杆(403)、铰板(404)、铰轴(405)，所述第一气缸(402)通过连杆(403)与铰板(404)连接，且该铰板(404)通过铰轴(405)铰接于货叉(401)的内部；放于所述架体(7)内的物料(8)，通过铰板(404)夹持到位，并通过由多轴联动机器人(6)驱动的抓取机构(5)进行取放。
2.按权利要求1所述的智能移动工作机器人，其特征在于：所述移动机构(1)带动所述机器人沿固定在地面上的轨道往复运动，该移动机构(1)包括第一伺服电机(101)、轮箱及驱动轴，其中架体(7)的两侧对称设有多个轮箱，在任一轮箱上安装有第一伺服电机(101)，第一伺服电机(101)与驱动轴相连，所述驱动轴的两端分别与安装在架体(7)上的轮箱中的行走轮(104)相连，实现机器人整体的移动。
3.按权利要求2所述的智能移动工作机器人，其特征在于：所述架体(7)的两侧分别设有两个轮箱，两两对称，其中两个轮箱为主动轮箱，另两个为从动轮箱；所述轮箱包括上支撑板(102)、侧固定板(103)、行走轮(104)及连接轴承(105)，在上支撑板(102)的两侧分别安装有侧固定板(103)，所述行走轮(104)的轮架(106)通过连接轴承(105)与侧固定板(103)中间向内延伸形成的延伸部转动连接，行走轮(104)位于上支撑板(102)与两侧的侧固定板(103)围成的空间中；所述驱动轴与行走轮(104)的轮架(106)连接，带动行走轮(104)在轨道上移动。
4.按权利要求1所述的智能移动工作机器人，其特征在于：所述货叉升降机构(2)整体通过第一框体(206)安装在架体(7)上，第二伺服电机固定在第一框体(206)上，第一丝杠(202)的两端转动安装在第一框体(206)上，任一端设有第一同步带轮(201)，该第一同步带轮(201)通过第一同步带与所述第二伺服电机相连；所述第一丝母(204)与第一丝杠(202)螺纹连接。
5.按权利要求4所述的智能移动工作机器人，其特征在于：所述第一丝杠(202)的两侧分别设有安装在第一框体(206)上的第一导轨(203)，货叉取送料机构(3)的两侧设有在所述第一导轨(203)上滑动的第一滑块(205)。
6.按权利要求1所述的智能移动工作机器人，其特征在于：所述货叉取送料机构(3)整体通过第二框体(309)与第一丝母(204)相连，第三伺服电机(301)固定在第二框体(309)上，第二丝杠(306)为两根，每根第二丝杠(306)上分别通过第二丝母(307)连接有货叉夹持机构(4)；所述每根第二丝杠(306)的两端均转动安装在第二框体(309)上，其中任一根第二丝杠(306)的一端通过第二同步带(302)与第三伺服电机(301)相连，两根第二丝杠(306)之间则通过第三同步带(305)连接、由第三伺服电机(301)驱动同步转动。
7.按权利要求6所述的智能移动工作机器人，其特征在于：所述每根第二丝杠(306)的外侧分别设有安装在第二框体(309)上的第二导轨(308)，每个货叉夹持机构(4)分别设有在所述第二导轨(308)上滑动的第二滑块(310)。
8.按权利要求1所述的智能移动工作机器人，其特征在于：所述铰板(404)为多个，分别连接于所述连杆(403)的另一端，每个铰板(404)分别通过铰轴(405)铰接于货叉(401)的内部。
9.按权利要求1所述的智能移动工作机器人，其特征在于：所述抓取机构(5)包括连接板(501)、气动滑台(502)、第二气缸(503)及抓手(504)，其中连接板(501)与多轴联动机器人(6)的输出端相连，第二气缸(503)为多个，位于两侧的第二气缸(503)通过气动滑台(502)安装在连接板(501)上，中间的第二气缸(503)与连接板(501)直连，每个第二气缸(503)上均连接有抓手(504)，两侧的抓手与中间的抓手之间的间距通过气动滑台(502)进行调节。
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