CN104149872B - 一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及运载机械领域，具体说是一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人，包括第一并联机构、推进装置、第二并联机构、第三并联机构、液压泵、电池、气泵和载物台，所述的推进装置位于第一并联机构上方；第二并联机构与推进装置相连接，第一并联机构与第二并联机构可在推进装置的作用下实现转向和行走的功能；第三并联机构安装在第二并联机构上方，具有保持运载物平稳的功能；液压泵与第二并联机构相连接；控制器位于液压泵前方；电池位于控制器前方；气泵安装在第二并联机构上，可为第三并联机构提供动力；载物台与第三并联机构相连接。本发明可完成复杂路面的运输工作，解决了目前复杂路面运输不易的问题，提高了运输效率。

Description

一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人

技术领域

本发明涉及运载机械领域，具体说是一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人。

背景技术

现如今，我国经济正处于的飞速发展的状态，在经济发展的过程中，运输一直占据着非常重要的地位，无论是大面积的货物调配还是小面积的货物调整，这些环节都离不开运输，运输过程中运输工具的选择也是十分重要的，不同的运输条件所选择的运输工具也不相同，针对大面积的货物调配，可以选择飞机、船舶、卡车和拖拉机等运输工具进行货物运输，在面临小面积的货物调整时我们可以选择叉车、手推车和三轮车等，这些运输工具也是目前我国所使用的主要运输工具，在我国的经济发展中也占据着不可替代的地位，但是这些运输工具在使用过程中也具有一定的局限性，如面对毛坯房装修材料的运输问题、旅游景点货物栈道运输的问题、楼层居民房家具搬运的问题和山区农作物运输的问题等小面积复杂路面的运输问题时，以上所述的运输工具似乎就不能大展神威了，因此，复杂路面的货物运输问题已经成为目前我国经济发展的一块绊脚石。近年来，市场上出现了具有在特殊复杂路面运输功能的机械，申请号为200710007471.5的中国专利公开了楼梯道自动搬运机，申请号为201010225320.9的中国专利公开了简易折叠式楼梯搬运车，申请号为200810048808.1的中国专利公开了一种家用楼梯搬运工机器人，以上所述的三项中国专利只能完成特殊的复杂路面运输工作，即楼梯道上的运输，且他们在楼梯运输的过程中也缺少相应的机械化转向装置，其在使用过程中仍然具有一定的局限性。

随着我国经济的不断发展，所面临的运输环境也在不断变化，平整路面上的运输问题已经基本上得到缓解，但复杂路面的运输问题却一直困扰着人们，极大地影响了人们的生产生活，因此，人们急需一种机械化的运输工具来完成复杂路面的运输工作，与此同时，复杂路面的运输工作也对运输工具提出了新要求，目前，在复杂路面货物运输的过程中一般面临以下问题：

(1)现大多数复杂路面的运输还主要依靠人力完成，缺少相应的机械化装置进行运输，人工在复杂路面上进行货物运输不仅运输效率低，而且会对劳动人们的生命财产带来威胁。

(2)现市场上出现了一些复杂路面的运输工具，但其只能完成特定环境下的复杂路面运输，使用范围受限，因此，复杂路面的运输问题并不能得到有效的解决。

针对以上复杂路面运输过程中存在的问题，可以看出现有技术已不能满足人们生产生活的需要，因此，迫切的需要一种新型的复杂路面运输工具，即一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人，可完成楼梯、山体等复杂路面上的运输工作，解放了劳动力，极大的提高了运输效率。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供了一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人，可完成楼梯、山体等复杂路面上的运输工作。

本发明所要解决其技术问题采用以下技术方案来实现。

一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人，包括第一并联机构、推进装置、第二并联机构、第三并联机构、液压泵、控制器、电池、气泵和载物台，所述的推进装置位于第一并联机构上方，所述的第二并联机构与推进装置之间通过移动副相连接，第一并联机构与第二并联机构可在推进装置的作用下实现转向和行走的功能，所述的第三并联机构安装在第二并联机构上方，第三并联机构具有稳定运载物的功能，所述的液压泵通过螺栓与第二并联机构相连接，液压泵可为第一并联机构和第二并联机构的运动提供动力，所述的控制器位于液压泵的前方，控制器用于控制各构件的运动，所述的电池安装在控制器前方，所述的气泵与第二并联机构相连接，且气泵位于液压泵的右侧，气泵用于为第三并联机构提供动力，所述的载物台通过螺栓与第三并联机构相连接，且载物台前方设有摄像头，摄像头可用于观察地形环境，载物台用于装载运输物。

所述的第三并联机构包括前后并联机构和左右并联机构，前后并联机构包括支座、气缸、球铰链和六个双头安装座，所述的支座、气缸和球铰链的数量均为十二，支座对称安装在第二并联机构的左右两侧，气缸安装在支座上，且同侧气缸每两个之间相向倾斜，双头安装座通过球铰链与相向倾斜的两个气缸顶端相连接，前后并联机构可用于调节载物台前后方向上的稳定性，左右并联机构包括支座、气缸、球铰链和单头安装座，其数量均为四，支座对称安装在第二并联机构前后两侧，气缸分别安装在支座上，且同侧气缸之间相向倾斜，单头安装座通过球铰链与气缸顶端相连接，左右并联机构可调节载物台左右方向上的稳定性，第三并联结构可保持载物台上物品的稳定性，并且可减小运输过程中因路程颠簸对物品带来的损伤。

所述的推进装置包括两根滑块纵梁、两根环形横梁、四根转轴、四个小齿轮、两根环形齿条、四个环形滑槽、四个电机、四个减速箱、两个一号支座、两个电动推杆和两个二号支座，两根滑块纵梁与第二并联机构相连接，滑块纵梁可在第二并联机构上前后滑动，两根环形横梁安装在滑块纵梁两端，且环形横梁上设有两根对称支撑柱，四根转轴通过轴承安装在支撑柱中部，小齿轮通过键与转轴外端相连接，环形齿条与第一并联机构相固连，且环形齿条与小齿轮相啮合，环形滑槽与支撑柱底部相固连，电机通过螺栓安装在环形滑槽下方，减速箱与环形滑槽内侧相固连，且减速箱上部分可与转轴内端相连接，减速箱下部分可与电机主轴相连接，电机可通过减速箱对小齿轮进行周期性驱动，通过小齿轮的周期性转动从而实现转向的功能，两个一号支座分别对称安装在环形横梁上，两个电动推杆底端通过销钉与一号支座相连接，其顶端与二号支座相连接，且二号支座与第二并联机构相固连，通过电动推杆的往复伸缩可使运输物发生正向的位移。

所述的第一并联机构包括两根一号纵梁、四个行走足和两根环形滑块横梁，四个行走足分别与两根一号纵梁两端相固连，两根环形滑块横梁与两根一号纵梁相连接，第二并联机构包括两根二号纵梁、两根滑槽横梁、安装板和四个行走足，两根滑槽横梁与两根二号纵梁相固连，滑槽横梁内部设有方形滑槽，安装板与滑槽横梁相固连，四个行走足分别安装在两根纵梁两端，行走足包括液压缸、支腿、球铰链和橡胶垫，支腿与液压缸相连接，球铰链一端与支腿相固连，另一端与橡胶垫相固连，橡胶垫可实现多自由度转动，使行走足可满足不同地形的行走要求，第一并联机构和第二并联机构在推进装置的作用下可实现物体的前进和转向的功能，以上所述的环形滑槽、环形横梁、环形齿条、和环形滑块横梁的圆心在同一垂直轴线上，且其可绕此轴线转动，从而可以实现转向的功能。

本发明的有益效果是：

(1)本发明运用并联机构完成物体在复杂路面的运输工作，可在运输过程中保持物体的稳定性，并减少物体在运输的过程中因路程颠簸给物体带来的损害，有效的提高了复杂路面的运输效率，保障了运输质量；

(2)本发明的推进装置中的小齿轮和环形齿条设在旋转轴的最外端，可有效增大旋转力臂，从而便于本发明实现转向的功能；

(3)本发明中的行走足包括液压缸、支腿、万向铰和橡胶垫，橡胶垫通过万向铰可实现的自由转动，使相邻两个行走足可适应不同坡度的路面，且橡胶垫可增加摩擦力，使运输过程更加稳定；

(4)本发明采用机械化装置可在复杂路面上进行货物运输，可大幅度减少人们劳动量，有效的提高了人们的生活质量。。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的行走状态结构示意图；

图3是本发明的第三并联机构结构示意图；

图4是本发明的双头安装座的结构示意图；

图5是本发明的单头安装座的结构示意图；

图6是本发明的左视图的局部剖视图；

图7是本发明的第一并联机构与推进装置部分构件装配关系示意图；

图8是本发明的第一并联机构的结构示意图；

图9是本发明的第二并联机构的结构示意图；

图10是图6的A-A剖视图；

图11是本发明的行走足的局部剖视图；

图中1.第一并联机构，2.推进装置，3.第二并联机构，4.第三并联机构，5.液压泵，6.控制器，7.电池，8.气泵，9.载物台，11.一号纵梁，12.行走足，13.环形滑块横梁，121.液压缸，122.支腿，123.万向铰，124.橡胶垫，125.传感器，201.滑块纵梁，202.环形横梁，203.转轴，204.小齿轮，205.环形齿条，206.环形滑槽，207.电机，208.减速箱，209.一号支座，210.电动推杆，211.二号支座，31.二号纵梁，32.滑槽横梁，33.安装板，41.前后并联机构，42.左右并联机构，411.支座，412.气缸，413.球铰链，414.双头安装座，421.单头安装座。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1和图2所示，一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人，包括第一并联机构1、推进装置2、第二并联机构3、第三并联机构4、液压泵5、控制器6、电池7、气泵8和载物台9，所述的推进装置2位于第一并联机构1上方，所述的第二并联机构3与推进装置2之间通过移动副相连接，第一并联机构1与第二并联机构3可在推进装置2的作用下实现转向和行走的功能，所述的第三并联机构4安装在第二并联机构3上方，第三并联机构4可保持运载物平稳，所述的液压泵5通过螺栓与第二并联机构3相连接，液压泵5可为第一并联机构1和第二并联机构3的运动提供动力，所述的控制器6位于液压泵5的前方，控制器6用于控制各个构件的运动，所述的电池7安装在控制器6前方，所述的气泵8与第二并联机构3相连接，且气泵8位于液压泵5的右侧，气泵8用于为第三并联机构4提供动力，所述的载物台9通过螺栓与第三并联机构4相连接，且载物台9前方设有摄像头，载物台9用于装载运输物。

如图1、图3、图4、和图5所示，所述的第三并联机构4包括前后并联机构41和左右并联机构42，所述的前后并联机构41包括支座411、气缸412、球铰链413和六个双头安装座414，所述的支座411、气缸412和球铰链413的数量均为十二，支座411对称安装在第二并联机构3的左右两侧，气缸412与支座411相连接，且同侧气缸412每两个之间相向倾斜，双头安装座414通过球铰链413与相向倾斜的两个气缸412顶端相连接，前后并联机构41可用于调节载物台9前后方向上的稳定性，左右并联机构42包括支座411、气缸412、球铰链413和单头安装座421，其数量均为四，所述的支座411对称安装在第二并联机构3前后两侧，气缸412分别安装在支座411上，且同侧气缸412之间相向倾斜，单头安装座421通过球铰链413与气缸412顶端相连接，左右并联机构42可调节载物台9的左右方向上的稳定性，第三并联结构4可保持载物台9上物品的稳定性，并且可减小运输过程中因路程颠簸对物品带来的损伤。

如图1、图6和图7所示，所述的推进装置2包括两根滑块纵梁201、两根环形横梁202、四根转轴203、四个小齿轮204、两根环形齿条205、四个环形滑槽206、四个电机207、四个减速箱208、两个一号支座209、两个电动推杆210和两个二号支座211，两根滑块纵梁201与第二并联机构3相连接，两根环形横梁202安装在滑块纵梁201两端，且环形横梁202上设有两根对称支撑柱，四根转轴203通过轴承安装在支撑柱中部，小齿轮204通过键与转轴203外端相连接，环形齿条205与第一并联机构1相固连，且环形齿条205与小齿轮204相啮合，环形滑槽206与支撑柱底部相固连，电机207通过螺栓安装在环形滑槽206下方，减速箱208与环形滑槽206内侧相固连，且减速箱208上部分可与转轴203内端相连接，减速箱208下部分可与电机207主轴相连接，电机207可通过减速箱208对小齿轮204进行周期性驱动，通过小齿轮204的周期性转动从而实现转向的功能，两个一号支座209分别对称安装在环形横梁202上，两个电动推杆210底端通过销钉与一号支座209相连接，其顶端通过二号支座211与第二并联机构3相连接，通过电动推杆210的往复伸缩可使运输物发生正向的位移。

如图8、图9、图10和图11所示，所述的第一并联机构1包括两根一号纵梁11、四个行走足12和两根环形滑块横梁13，四个行走足12分别与两根一号纵梁11两端相固连，所述的两根环形滑块横梁13与两根一号纵梁11相连接，第二并联机构3包括两根二号纵梁31、两根滑槽横梁32、安装板33和四个行走足12，两根滑槽横梁32与两根二号纵梁31相固连，滑槽横梁32内部设有方形滑槽，安装板33与滑槽横梁32相固连，四个行走足12分别安装在两根二号纵梁31两端，行走足12包括液压缸121、支腿122、万向铰123、橡胶垫124和传感器125，所述的支腿122与液压缸121相连接；所述的万向铰123一端与支腿122相固连，另一端与橡胶垫124相固连，橡胶垫124可实现多自由度转动，所述的传感器125安装在液压缸121上，第一并联机构1和第二并联机构3在推进装置2的作用下可实现物体的前进和转向的功能，以上所述的环形滑块横梁13、环形横梁202、环形齿条205和环形滑槽206的圆心在同一垂直轴线上，且其可绕此轴线转动，从而可以实现转向的功能。

工作时，第一并联结构1可在液压泵5的作用下率先工作，行走足12上的传感器125可对地面高度进行判断，然后将信号反馈至控制器6，控制器6根据前后两处的高度差驱动液压缸121伸缩，使第一并联机构1可以适应多种复杂路面，平稳着地，后第三并联机构4在气泵8的作用下工作，对载物台9进行微调，使其处于水平状态，将货物放入载物台9上，摄像头开始工作，观察周围地形环境，同时第二并联机构3在电动推杆210的作用下在沿滑块纵梁201上滑动前进，安装在第二并联机构3上的构件也会随之前进，第二并联机构2根据地形前进一定距离后，第二并联机构3上的液压缸121在传感器125的作用下开始伸展，第一并联机构1上的行走足12开始收缩，同时电动推杆210收缩，第一并联机构1前进，从而实现了本发明的前进的功能，当遇到转向路况时，电机207带动小齿轮204转动，可使第二并联机构3转动，从而第二并联机构3上的构件也随之转动，当第二并联机构3着地时，电机207带动小齿轮204回转，从而使第一并联机构1转向，此处第一并联机构1和第二并联机构3的转向顺序可根据条件进行交换，通过以上各个构件的相互配合，最终实现了本发明在复杂路面上的运输功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施方式和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人，包括第一并联机构(1)、推进装置(2)、第二并联机构(3)、第三并联机构(4)、液压泵(5)、控制器(6)、电池(7)、气泵(8)和载物台(9)，其特征在于：所述的推进装置(2)位于第一并联机构(1)上方；所述的第二并联机构(3)与推进装置(2)之间通过移动副相连接；所述的第三并联机构(4)安装在第二并联机构(3)上方；所述的液压泵(5)通过螺栓与第二并联机构(3)相连接；所述的控制器(6)位于液压泵(5)的前方；所述的电池(7)安装在控制器(6)前方；所述的气泵(8)与第二并联机构(3)相连接，且气泵(8)位于液压泵(5)的右侧；所述的载物台(9)通过螺栓与第三并联机构(4)相连接，且载物台(9)前方设有摄像头；其中：

所述的第三并联机构(4)包括前后并联机构(41)和左右并联机构(42)，所述的前后并联机构(41)包括支座(411)、气缸(412)、球铰链(413)和六个双头安装座(414)，所述的支座(411)、气缸(412)和球铰链(413)的数量均为十二；所述的十二支座(411)对称安装在第二并联机构(3)的左右两侧；所述的气缸(412)与支座(411)相连接，且同侧气缸(412)每两个之间相向倾斜；所述的双头安装座(414)通过球铰链(413)与相向倾斜的两个气缸(412)顶端相连接；所述的左右并联机构(42)包括支座(411)、气缸(412)、球铰链(413)和单头安装座(421)，其数量均为四；所述的支座(411)对称安装在第二并联机构(3)前后两侧；所述的气缸(412)分别安装在支座(411)上，且同侧气缸(412)之间相向倾斜；所述的单头安装座(421)通过球铰链(413)与气缸(412)顶端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人，其特征在于：所述的推进装置(2)包括两根滑块纵梁(201)、两根环形横梁(202)、四根转轴(203)、四个小齿轮(204)、两根环形齿条(205)、四个环形滑槽(206)、四个电机(207)、四个减速箱(208)、两个一号支座(209)、两个电动推杆(210)和两个二号支座(211)，所述的两根滑块纵梁(201)与第二并联机构(3)相连接；所述的两根环形横梁(202)安装在滑块纵梁(201)两端，且环形横梁(202)上设有两根对称支撑柱；所述的四根转轴(203)通过轴承安装在支撑柱中部；所述的小齿轮(204)通过键与转轴(203)外端相连接；所述的环形齿条(205)与第一并联机构(1)相固连，且环形齿条(205)与小齿轮(204)相啮合；所述的环形滑槽(206)与支撑柱底部相固连；所述的电机(207)通过螺栓安装在环形滑槽(206)下方；所述的减速箱(208)与环形滑槽(206)内侧相固连，且减速箱(208)上部分可与转轴(203)内端相连接，减速箱(208)下部分可与电机(207)主轴相连接；所述的两个一号支座(209)分别对称安装在环形横梁(202)上，且位于支撑柱外侧；所述的两个电动推杆(210)底端与一号支座(209)相连接，顶端通过二号支座(211)与第二并联机构(3)相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人，其特征在于：所述的第一并联机构(1)包括两根一号纵梁(11)、四个行走足(12)和两根环形滑块横梁(13)，所述的四个行走足(12)分别与两根一号纵梁(11)两端相固连；所述的两根环形滑块横梁(13)与两根一号纵梁(11)相连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人，其特征在于：所述的第二并联机构(3)包括两根二号纵梁(31)、两根滑槽横梁(32)、安装板(33)和四个行走足(12)，所述的两根滑槽横梁(32)与两根二号纵梁(31)相固连，滑槽横梁(32)内部设有方形滑槽；所述的安装板(33)与滑槽横梁(32)相固连；所述的四个行走足(12)分别安装在两根二号纵梁(31)两端。

5.根据权利要求4所述的一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人，其特征在于：所述的行走足(12)包括液压缸(121)、支腿(122)、万向铰(123)、橡胶垫(124)和传感器(125)，所述的支腿(122)与液压缸(121)相连接；所述的万向铰(123)一端与支腿(122)相固连，另一端与橡胶垫(124)相固连；橡胶垫(124)可实现多自由转动；所述的传感器(125)安装在液压缸(121)上。

6.根据权利要求3所述的一种基于并联机构的复杂路面搬运机器人，其特征在于：所述的环形滑块横梁(13)、环形横梁(202)、环形齿条(205)和环形滑槽(206)的圆心在同一垂直轴线上。