CN105881522B - 物料搬运机械臂结构及具有它的移动式厨房搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物料搬运机械臂结构，包括两个左右对称的机械臂，每个机械臂均包括大臂、小臂电机、小臂、小臂电机、升降臂、上下运动电机和夹持器，两个夹持器左右水平相对以配合夹持物料。本发明能够将不同大小、不同高度的不同物料进行搬运，特别适用于大型食堂、宾馆、饭店的厨房搬运蔬菜、面粉和半成品等物料。本发明还公开了一种具有上述机械臂结构的移动式厨房搬运机器人。本发明移动式厨房搬运机器人能够自动行走和转弯，自动识别物料位置信息，自动避障，自动装卸物料，不需要人工搬运物料，不需要人工操控设备，自动化程度和生产效率高，节省劳动力和生产成本，操控简单可靠。

Description

物料搬运机械臂结构及具有它的移动式厨房搬运机器人

技术领域

本发明涉及一种物料装卸结构及物料搬动机器人，具体涉及一种移动式厨房搬运机器人。

背景技术

专利申请号CN10515022A（申请号201510666177.X）智能厨房机器人，包括调料运送机构、主配菜运送机构、炒勺运送机构、锅体加热及翻转机构、液体调料配送机构以及电气控制机构，主配菜运送机构用于完成菜品主料、配料的定时投放，由拖动电缸使滑块在导轨上移动，实现了厨房标准化烹饪。专利申请号CN105046597N（申请号201510382281.6）基于互联网的智能餐厅系统，包括迎宾机器人、中央厨房机器人、送餐点餐收银机器人、清洁机器人、送货机器人和总控主机，中央厨房机器人可进行烹饪食品，送货机器人为无人汽车机器人或无人飞机，进行实物派送。申请公布号CN105034003A（申请号201510473034.7）磁导航自动送餐机器人系统及自动送餐方法，通过机器人内部的电感传感器感应周围的磁导线，获取到机器人的位置，并且根据磁导线的轨迹行走，当机器人内部的干簧管感应到停靠位置处的磁铁时停止运动，实现精确停靠，机器人到达停靠位置时发出语音提示，顾客根据提示可取餐或者回收空盘子。目前有专利介绍自动送餐机器人，可以完成取菜送菜、空盘回收等功能，有专利介绍厨房炒菜机器人，但在食堂、宾馆饭店等大型用餐的地方，蔬菜需要清洗、切断和拌馅等多道工序，面粉需要和面、压制、成型和蒸制等多道工序才能成为成品，大量的蔬菜、面粉和半成品等物料依然是人工装卸搬运，或人工装卸小车运输，工人劳动强度大，生产效率低，不适应厨房大批量搬运的要求。

目前没有发现专利介绍厨房搬运蔬菜、面粉和半成品等物料方面的机器人。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存中的缺陷之一，提供一种物料搬运机械臂结构及具有它的移动式厨房搬运机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明一方面提供一种物料搬运机械臂结构，包括两个左右对称的机械臂，每个机械臂均包括大臂、大臂电机、小臂、小臂电机、升降臂、上下运动电机和夹持器，两个夹持器左右水平相对以配合夹持物料；其中，所述大臂的后端连接到一基座点并在大臂电机驱动下绕该基座点处一竖直轴线转动，大臂的前端沿水平方向延伸；所述小臂的后端连接到大臂的前端并在小臂电机的驱动下绕大臂前端处的一竖直轴线转动，小壁的前端沿水平方向延伸；所述升降臂竖向设置在小臂的前端，并由上下运动电机驱动该升降臂作上下运动；所述夹持器安装在升降臂的下端。

本发明的物料搬运机械臂结构由两组机械臂配合完成抓取、搬动物料的工作。首先，每组机械臂包括大臂和小臂，大臂与基座点之间及大臂与小臂之间均可绕竖直轴线转动，故使得机械臂能够将不同大小的物料夹持住，并能在机械臂的伸长范围内自由搬动物料。其次，大臂、小臂都在水平面内转动，减小运动空间，升降臂作上下运动，实现夹持器在三维空间内自由移动，从而可以夹持不同大小、不同高度的物料。另外，通过两组机械臂同时抓取、同时搬动物料，能够减少搬运时的偏载，导致机器人翻转。综上所述，本发明的物料搬运机械臂结构能够将不同大小、不同高度的不同物料进行搬运，特别适用于大型食堂、宾馆、饭店的厨房搬运蔬菜、面粉和半成品等物料。

另外，根据本发明实施例的物料搬运机械臂结构还可以具有以下附加技术特征：

优选的，所述升降臂包括螺杆，所述上下运动电机的输出轴连接主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合传动，从动齿轮的中部加工有中心螺纹孔，中心螺纹孔与螺杆的外螺纹形成螺旋副，所述螺杆上还设有纵向的移动槽，小臂的前端设有导轨，导轨与所述移动槽形成滑动副。由此可知，将上下运动电机的转动转化为螺杆的上下直线移动，结构更合理，控制更准确。

优选的，所述夹持器包括吊钩转动电机和呈L形的吊钩，所述吊钩包括连接在所述升降臂下端向下延伸的竖直部，及由竖直部的下端水平延伸的水平部，所述吊钩转动电机连接所述吊钩以使其能够驱动所述吊钩沿竖直部的轴线转动。由此可知，在搬运物料时，由吊钩转动电机驱动吊钩转动，当旋转至左右两个吊钩的水平部相对时，实现物料的抓取。

优选的，所述吊钩通过一传动箱连接在螺杆的下端，所述吊钩转动电机固定在传动箱上，且其输出轴水平伸出，输出轴连接主动锥齿轮，所述吊钩的竖直部与所述传动箱转动连接，竖起部的上端连接有从动锥齿轮，所述从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合传动。

本发明另一方面提供一种移动式搬运机器人，包括行走系统，所述行走系统上设有车架，所述车架的上端设有所述的物料搬运机械臂结构。本发明移动式搬运机器人的车架上端形成所述两个基座点，以用于安装所述大臂。

优选的，所述车架的中部具有盛料箱，所述盛料箱对于两个所述夹持器的下方。

优选的，所述行走系统包括前进电机，所述前进电机通过链传动带动前进轴转动，前进轴上装有前进车轮。

优选的，所述行走系统还包括固定在车架上的转向电机，所述转向电机通过转向减速机连接转向轴连接盘，所述转向轴连接盘内水平穿过有转向轴，且该转向轴的两端分别通过转向轴轴承连接到所述转向轴连接盘上，所述转向轴的两端设有转向车轮。

优选的，还包括磁道识别系统，该系统识别地面上的磁道，并按照设定轨迹沿磁道行走；

还包括条形码识别系统，所述机架上装有第一相机，能够识别物料上的条形码，根据条形码上的信息，将物料搬运至预定位置；

还包括道路障碍物识别系统，所述机架上装有第二相机，当道路上有障碍物时，相机上显示出障碍物，控制系统发出指令，控制转向电机转弯避开障碍物，以最小的路径回到磁道路上前进。

另外，本发明的移动式搬运机器人尤其是一种移动式厨房搬运机器人。

本发明移动式厨房搬运机器人能够自动行走和转弯，自动识别物料位置信息，自动避障，自动装卸物料，不需要人工搬运物料，不需要人工操控设备，自动化程度和生产效率高，节省劳动力和生产成本，操控简单可靠。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明移动式厨房搬运机器人的主视结构图；

图2是本发明移动式厨房搬运机器人的俯视结构图；

图3是本发明移动式厨房搬运机器人的A-A剖视结构图；

图4是本发明移动式厨房搬运机器人的C向结构图；

图5是本发明移动式厨房搬运机器人的小臂和升降部分剖视结构图。

在图1-图5中，1-万向轮；2-道路识别相机；3-物料地址识别相机；4-车架；5-左腰部；6-左大臂；7-左大臂电机；8-左小臂；8-1-小臂主动齿轮；8-2-小臂壳体上盖；8-3螺杆；8-4螺杆移动槽；8-5小臂壳体上盖导轨；8-6-小臂上轴承；8-7-小臂从动齿轮；8-8小臂下轴承；8-9-小臂轴承端盖；9-左小臂电机；10-左吊钩转动电机；11-左吊钩传动箱；11-1-左吊钩传动箱壳体；11-2-左吊钩传动箱轴和轴承；11-3-左吊钩；11-4-左螺纹连接套；11-5-从动锥齿轮；11-6-主动锥齿轮；12-右吊钩传动箱；13-右吊钩转动电机；14-右小臂电机；15-右小臂；16-右大臂电机；17-右大臂；18-右腰部；19-盛料箱；20-转向电机；21-转向车轮；22-车轮驱动系统车架；23-充电开关；24-前进车轮；25-转向电机固定盘；26-转向减速机；27-转向轴连接盘；28-转向轴；29-转向轴轴承；30-前进轴；31-链传动；32-前进电机；33-左上下运动电机；34-右上下运动电机；35-右螺杆；36-右吊钩。

具体实施方式

下面参照本发明实施例对本发明作进一步描述。

如图1-5所示，一种移动式厨房搬运机器人，包括车架4、行走和物料运送系统、物料搬运机械臂结构、条形码识别系统、道路障碍物识别系统和机器人控制系统。

（1）行走和物料运送系统

在车架4下部四个角分别装有四个万向轮1，用于支承整个移动机器人，万向轮1可以自由转动，以实现前进、转弯等运动。

在车架4的下部中间、四个万向轮1的里面固定有车轮驱动系统车架22，在车轮驱动系统车架22的左上方固定有转向电机固定盘25。转向电机20安装在转向电机固定盘25上部，转向减速机26安装在转向电机固定盘25的下部，转向电机20的外伸轴与转向减速机26的中心孔连接，带动转向减速机26的输出盘转动。转向减速机26的输出盘与转向轴连接盘27连接，并一起转动。转向轴连接盘27下部的水平中心孔两端各装有转向轴轴承29，两个转向轴轴承29的内圈与转向轴28过盈连接。转向轴28与两端的转向车轮21固连，转向轴28与两端的转向车轮21可以相对转向轴连接盘27自由转动。转向电机20带动转向轴连接盘27转动，实现转向车轮21的转向。由此可知，转向电机20通过输出轴带动转向减速机26（一种RV减速机，法兰固定，端面输出），转向减速机26的端面与转向轴连接盘27固连，带动转向轴连接盘27、转向轴28、转向车轮21转动，转向轴28上的轴承可以使得车轮转向的同时自身转动，结构简单，运转灵活，传动效率高。

在车轮驱动系统车架22的右上方装有前进电机32，前进电机32通过链传动31带动前进轴30转动，前后两个前进车轮24装在前进轴30上，从而前进电机32带动前进车轮30转动，驱动机器人直线移动。为便于控制，前进电机32和转向电机20可以不同时转动。前进电机30和转向电机20具有停车刹车功能，可以使整个搬运机器人原地不动。

厨房行走通道的地面上贴有磁道或预埋磁道，该移动机器人能够自动识别磁道，机器人按照设定轨迹沿磁道行走。机器人上的前进电机32和转向电机20都带有制动系统，两个机械臂装卸蔬菜等物料时，机器人箱体和车轮固定不动。

整个机器人上的动力由一台蓄电池提供，机器人设有充电接头。前进电机32的右侧装有充电开关23，当机器人上的电源不足时，机器人走到充电位置，充电器伸出接到充电开关23上进行充电。

（2）物料搬运机械臂结构

本发明的移动式厨房搬运机器人的前后装有两个机械臂，每个机械臂都由后臂（大臂）、前臂（小臂）、升降臂和夹持器等组成。

如图1所示，两个机械臂分为左机械臂和右机械臂。下面以左机械臂为例，描述其结构。

左机械臂包括左大臂6的后端连接到车架4的上端，上架的上端也装有左大臂电机7，左大臂电机7驱动左大臂6在水平面内转动。左小臂8的后端连接到左大臂6的前端且左大臂6的前端装有左小臂电机9，左小臂电机9驱动左小臂8在水平面内转动。左小臂8的前端装有左上下运动电机33，左上下运动电机33的输出轴上装有小臂主动齿轮8-1，小臂主动齿轮8-1与小臂从动齿轮8-7啮合传动，小臂从动齿轮8-7的上下两端分别装有小臂上轴承8-6和小臂下轴承8-8，使得小臂从动齿轮8-7上下固定并转动。小臂从动齿轮8-7的加工有中心螺纹孔，小臂从动齿轮8-7的中心螺纹孔与螺杆8-3的外螺纹形成螺旋副。在小臂壳体上盖8-2上加工有矩形的两条小臂壳体上盖导轨8-5，两条小臂壳体上盖导轨8-5与螺杆8-3上加工的对应两条矩形螺杆移动槽8-4形成滑动接触。当小臂从动齿轮8-7转动时，螺杆8-3通过螺旋副在两条小臂壳体上盖导轨8-5作用下上下移动。小臂轴承端盖8-9用来承受轴向载荷并装卸小臂下轴承8-8。

在螺杆8-3的下端装有左吊钩传动箱11上盖，上盖与左吊钩传动箱壳体11-1相连，左吊钩传动箱壳体11-1左端外侧装有左吊钩转动电机10，左吊钩转动电机10的外伸轴上装有主动锥齿轮11-6，主动锥齿轮11-6与从动锥齿轮11-5相啮合传动，通过左吊钩传动箱轴和轴承11-2带动左螺纹连接套11-4和左吊钩11-3转动，实现抓取物料。左螺纹连接套11-4的作用是方便更换和装卸左吊钩11-3。左吊钩11-3包括连接在螺杆8-3下端向下延伸的竖直部，及由竖直部的下端水平延伸的水平部，左吊钩转动电机10连接左吊钩11-3以使其能够驱动左吊钩11-3沿竖直部的轴线转动。由此可知，在搬运物料时，由吊钩转动电机10驱动左吊钩11-3转动，当旋转至左右两个吊钩的水平部相对时，能够实现物料的抓取。

为便于批量搬运物料，车架4的上面有一层板，板的上面是盛料箱19，盛料箱19的左右两侧分别装有左腰部5和右腰部18，左腰部5的上端安装有左大臂电机7。盛料箱19的右侧安装有右腰部18，右腰部18上端装有右大臂电机16，右大臂电机16带动右大臂17在水平面内转动，右大臂17的前端装有右小臂电机14，右小臂电机14带动右小臂15在水平面内转动，右小臂的前端装有右上下运动电机34，右上下运动电机34带动右螺杆35上下运动，右吊钩传动箱12装在右螺杆的下端，右吊钩传动箱12上装有右吊钩转动电机13，通过锥齿轮传动带动右吊钩36转动。

所述大臂和小臂分别由电机带动绕各自的垂直轴在水平面内转动，确定物料的平面坐标位置，升降臂由电机带动丝杠上下运动，确定物料的空间高度，夹持器由电机带动夹持物料，将物料运进机器人盛料箱19中，到达目的地后从机器人盛料箱19卸下。为减小机械臂工作时产生的力矩使得机器人箱体偏载，导致机器人翻转，采用两个机械臂同时工作，完成一定范围的蔬菜装卸。将蔬菜搬运到该移动机器人的盛料箱19中。

单组机械臂的尺寸减小，结构简单，故控制系统控制单组机械臂相对简单，而两组机械臂虽然需要协调，但两组机械臂运动规则调整为一致即可，故整体控制系统要相对容易。

（3）条形码识别系统

本专利移动机器人控制系统包括条形码识别系统，蔬菜上贴有条形码，机器人箱体（车架4）左侧面装有物料地址识别相机3，物料地址识别相机3的高度手动调节，以满足蔬菜等物料的装置高度，物料地址识别相机3自动识别物料（蔬菜）上的条形码信息，根据条形码上蔬菜需要放置的位置信息，反馈到控制系统，驱动前进电机32和转向电机20到达卸料位置。

（4）道路障碍物识别系统

本专利移动机器人控制系统包括道路障碍物识别系统，机器人箱体（车架4）前端装有道路识别相机2，当道路上有障碍物时，道路识别相机2上显示出障碍物，控制系统发出指令，控制转向电机转弯避开障碍物，以最小的路径回到磁道路上前进。

（5）机器人控制系统

本专利移动机器人控制系统包括前进电机和转向电机的控制，条形码和道路障碍物的识别，以及两个机械臂的运动控制，整个控制系统集成在一起，由控制软件控制，采用面板显示，可以人工输入参数调节机器人行走速度等。

本发明移动式厨房搬运机器人用于大型食堂、宾馆、饭店的厨房搬运蔬菜、面粉和半成品等物料，机器人上的物料识别相机识别到物料上的条形码，能够确定物料运送的位置，机器人上的两个机械臂运动，将厨房案板上的物料搬运到机器人上的盛料箱19中，然后机器人上的前进电机和转弯电机驱动车轮转动，机器人上的霍尔元件感应地面上的预置磁道，并沿着磁道前进（当遇到障碍物时，机器人前端的道路识别相机2绕开障碍物回到磁道线路上），根据条形码上的信息到达送料位置后，前进电机或转弯电机停止运动，机器人停止行走，机器人上的两个机械臂将盛料箱19中的物料卸到预定位置，最后机器人返回到取料位置。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施案例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种物料搬运机械臂结构，其特征在于，包括两个左右对称的机械臂，每个机械臂均包括大臂、大臂电机、小臂、小臂电机、升降臂、上下运动电机和夹持器，两个夹持器左右水平相对以配合夹持物料；

其中，所述大臂的后端连接到一基座点并在大臂电机驱动下绕该基座点处一竖直轴线转动，大臂的前端沿水平方向延伸；所述小臂的后端连接到大臂的前端并在小臂电机的驱动下绕大臂前端处的一竖直轴线转动，小臂的前端沿水平方向延伸；所述升降臂竖向设置在小臂的前端，并由上下运动电机驱动该升降臂作上下运动；所述夹持器安装在升降臂的下端；

所述夹持器包括吊钩转动电机和呈L形的吊钩，所述吊钩包括连接在所述升降臂下端向下延伸的竖直部，及由竖直部的下端水平延伸的水平部，所述吊钩转动电机连接所述吊钩以使其能够驱动所述吊钩沿竖直部的轴线转动；

所述升降臂包括螺杆，所述上下运动电机的输出轴连接主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合传动，从动齿轮的中部加工有中心螺纹孔，中心螺纹孔与螺杆的外螺纹形成螺旋副，所述螺杆上还设有纵向的移动槽，小臂的前端设有导轨，导轨与所述移动槽形成滑动副；

所述吊钩通过一传动箱连接在螺杆的下端，所述吊钩转动电机固定在传动箱上，且其输出轴水平伸出，输出轴连接主动锥齿轮，所述吊钩的竖直部与所述传动箱转动连接，竖起部的上端连接有从动锥齿轮，所述从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合传动。

2.一种移动式搬运机器人，其特征在于，包括行走系统，所述行走系统上设有车架，所述车架的上端设有权利要求1所述的物料搬运机械臂结构。

3.根据权利要求2所述的移动式搬运机器人，其特征在于，所述车架的中部具有盛料箱，所述盛料箱位于两个所述夹持器的下方。

4.根据权利要求2所述的移动式搬运机器人，其特征在于，所述行走系统包括前进电机，所述前进电机通过链传动带动前进轴转动，前进轴上装有前进车轮。

5.根据权利要求2所述的移动式搬运机器人，其特征在于，所述行走系统还包括固定在车架上的转向电机，所述转向电机通过转向减速机连接转向轴连接盘，所述转向轴连接盘内水平穿过有转向轴，且该转向轴的两端分别通过转向轴轴承连接到所述转向轴连接盘上，所述转向轴的两端设有转向车轮。

6.根据权利要求2所述的移动式搬运机器人，其特征在于，还包括磁道识别系统，该系统识别地面上的磁道，并按照设定轨迹沿磁道行走；

还包括条形码识别系统，所述车架上装有第一相机，能够识别物料上的条形码，根据条形码上的信息，将物料搬运至预定位置；

还包括道路障碍物识别系统，所述车架上装有第二相机，当道路上有障碍物时，相机上显示出障碍物，控制系统发出指令，控制转向电机转弯避开障碍物，以最小的路径回到磁道路上前进。

7.根据权利要求2-6任一项所述移动式搬运机器人，其特征在于，其是移动式厨房搬运机器人。