CN106142057A - 一种基于agv的自行走式双臂工业机器人装置 - Google Patents

一种基于agv的自行走式双臂工业机器人装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及3C工业机器人技术领域，尤其是一种基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置，包括AGV小车和安装在AGV小车上的抓取机构，抓取机构包括固定在AGV小车上的基座和安装在基座上的抓取组件，抓取组件包括大臂、小臂和执行器，抓取组件具有四个自由度。本发明的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置结构紧凑、传动简单，而且通过多个电机、多个减速器以及滚珠丝杠和花键轴的配合使用，达到两组抓取组件协同工作的效果，而且本发明的工业机器人改变了腕部采用传统的滑轮和同步带驱动的驱动机构，避免了滑轮和同步带出现空转现象以及皮带的破损、松弛和老化等，可以长期维持高精度作业，实现长期免维护。

Description

一种基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置
技术领域
本发明涉及3C工业机器人技术领域，尤其是基于AGV的自行走式双臂工业机器人。
背景技术
在一些搬运、取料等重复的工作中，常常需要工业机器人来代替人类工作，以提高效率。平面关节型机器人具有良好的刚度，成本较低。目前，市面上的机器人大多只有单臂，其工作范围狭小，不利于搬运、取料等工作，急需一种双臂机器人扩大其工作范围。目前，大多数的工业机器人不能自行移动，只能在固定工位作业，人工搬运麻烦，限制了机器人的工作空间和使用率，急需一种可以自已移动、具备多方位抓取的机器人。现有的一些工业机器人，其腕部采用滑轮和同步带驱动，会出现空转现象以及皮带的破损、松弛和老化等，不利于长期维持高精度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种结构紧凑、传动简单且可以长期维持高精度作业的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：
本发明的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置包括AGV小车和安装在AGV小车上的抓取机构，所述抓取机构包括固定在AGV小车上的基座和安装在基座上的抓取组件，所述抓取组件包括大臂、小臂和执行器，所述抓取组件具有四个自由度，第一自由度为安装在基座上的驱动装置Ⅰ驱动大臂旋转，第二自由度为安装在小臂上的驱动装置Ⅱ驱动小臂旋转，第三自由度为安装在小臂上的驱动装置Ⅲ驱动执行器沿Z轴向上下移动，第四自由度为安装在小臂上的驱动装置Ⅳ驱动执行器旋转。
本发明所述AGV小车包括安装在车体上的导航系统、控制系统、驱动系统和动力系统，其中，所述导航系统包括磁性传感器和金属磁带，所述导航系统通过磁场偏差测定控制驱动转向来调整车体行驶方向，所述控制系统包括车上控制器和地面控制器，所述车上控制器和地面控制器之间采用定点光导通讯或无线局域网通讯，所述驱动系统包括驱动电机、减速器、链条、驱动轮和导向轮，所述驱动电机依次通过减速器和链条驱动所述驱动轮转动。
本发明所述动力系统包括蓄电池和充电装置，所述蓄电池为48V直流工业蓄电池，所述蓄电池为AGV小车和抓取机构供电。
本发明所述基座为T型基座，所述T型基座包括机架和固定在机架上的横向支架，所述横向支架的两端各安装一组所述抓取组件，其中一组所述抓取组件的高度高于另外一组所述抓取组的高度。
本发明所述横向支架的端部设有安装盘Ⅰ，所述驱动装置Ⅰ安装在安装盘Ⅰ的通孔内，所述驱动装置Ⅰ包括伺服电机Ⅰ和减速器Ⅰ，所述减速器Ⅰ的输出端连接所述大臂靠近基座的一端，所述伺服电机Ⅰ通过所述减速器Ⅰ驱动所述大臂旋转。
本发明所述小臂靠近基座的一端设有安装盘Ⅱ，驱动装置Ⅱ安装在所述安装盘Ⅱ的通孔内，所述驱动装置Ⅱ包括伺服电机Ⅱ和减速器Ⅱ，所述减速器Ⅱ的输出端连接所述大臂远离基座的一端，所述伺服电机Ⅱ通过所述减速器Ⅱ驱动所述小臂旋转。
本发明所述驱动装置Ⅲ包括安装在所述小臂上的伺服电机Ⅲ、由伺服电机Ⅲ驱动的滚珠丝杠、螺接在所述滚珠丝杠上的连接板和与所述连接板转动配合的花键轴，所述花键轴的一端通过轴承与所述连接板连接，所述花键轴的另外一端穿过所述小臂并在该端安装所述执行器，所述花键轴与所述小臂滑动配合，所述伺服电机Ⅲ依次通过滚珠丝杠、连接板和花键轴驱动所述执行器沿Z轴向运动。
本发明所述驱动装置Ⅳ包括固定在所述小臂上的中空电机和中空减速器，所述花键轴贯穿所述中空电机和中空减速机，所述中空减速机的输出端设有法兰盘，所述花键轴与所述法兰盘通过平键相连，所述花键轴相对于所述法兰盘竖向滑动，所述中空电机依次通过中空减速机、法兰盘、平键和花键轴驱动所述执行器旋转。
本发明的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置的有益效果是：本发明的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置结构紧凑、传动简单，而且通过多个电机、多个减速器以及滚珠丝杠和花键轴的配合使用，达到两组抓取组件协同工作的效果，而且本发明的基座的形状为T型基座，可实现两个抓取组件等高有落差地安装，工作范围扩大，运动互不干涉，能同时进行上料和下料工作等，扩大工作范围，提高工作效率。此外，本发明的工业机器人改变了腕部采用传统的滑轮和同步带驱动的驱动机构，避免了滑轮和同步带出现空转现象以及皮带的破损、松弛和老化等，可以长期维持高精度作业，实现长期免维护。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置的结构示意图；
图2是本发明的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置的侧视图；
图3是本发明的驱动装置Ⅰ的结构示意图；
图4是本发明的驱动装置Ⅱ、驱动装置Ⅲ和驱动装置Ⅳ的装配结构示意图；
图5是本发明的AGV小车结构示意图。
其中：AGV小车1，导航系统11，控制系统12，驱动系统14，动力系统15；T型基座2；大臂3，伺服电机Ⅰ31，减速器Ⅰ32；小臂4，伺服电机Ⅱ41，减速器Ⅱ42；执行器5，伺服电机Ⅲ51，滚珠丝杠52，连接板53，花键轴54；中空电机61，中空减速机62，法兰盘63。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-5所示，本实施例的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置包括AGV小车1和安装在AGV小车1上的抓取机构，AGV小车1沿着事先规划好的运行路线行走，并同时可实现四个自由度的抓取动作，其具体实施方式如下：
抓取机构包括固定在AGV小车1上的基座和安装在基座上的抓取组件，其中，基座为T型基座2，T型基座2包括机架和固定在机架上的横向支架，横向支架的两端各安装一组抓取组件，其中一组抓取组件的高度高于另外一组抓取组的高度，两组抓取组件等高有落差地安装，工作范围扩大，运动互不干涉，其落差安装结构可以采用多种方式实现，例如在横向支架的一端安装凸台，凸台上安装其中一组抓取组件，或者两组抓取组件错落安装。
本实施例中的抓取组件包括大臂3、小臂4和执行器5，抓取组件具有四个自由度。
其中，第一自由度为安装在基座上的驱动装置Ⅰ驱动大臂3旋转，具体地，横向支架的端部设有安装盘Ⅰ并通过螺钉相互固定，驱动装置Ⅰ安装在安装盘Ⅰ的通孔内并通过螺钉固定，驱动装置Ⅰ包括伺服电机Ⅰ31和减速器Ⅰ32，伺服电机Ⅰ31为直流伺服电机，伺服电机Ⅰ31的传动轴与减速器Ⅰ32通过平键连接，减速器Ⅰ32的输出端与大臂3靠近基座的一端通过螺钉相连，伺服电机Ⅰ31通过减速器Ⅰ32驱动大臂3旋转实现第一自由度。
其中，第二自由度为安装在小臂4上的驱动装置Ⅱ驱动小臂4旋转，具体地，小臂4靠近基座的一端设有安装盘Ⅱ并通过螺钉相互固定，驱动装置Ⅱ安装在安装盘Ⅱ的通孔内并通过螺钉固定，驱动装置Ⅱ包括伺服电机Ⅱ41和减速器Ⅱ42,伺服电机Ⅱ41也为直流伺服电机，伺服电机Ⅱ41的传动轴与减速器Ⅱ42通过平键连接，减速器Ⅱ42的输出端与大臂3远离基座的一端相连，伺服电机Ⅱ41通过减速器Ⅱ42驱动小臂4旋转实现第二自由度。
其中，第三自由度为安装在小臂4上的驱动装置Ⅲ驱动执行器5沿Z轴向上下移动，具体地，驱动装置Ⅲ包括安装在小臂4上的伺服电机Ⅲ51、由伺服电机Ⅲ51驱动的滚珠丝杠52、螺接在滚珠丝杠52上的连接板53和与连接板53转动配合的花键轴54，伺服电机Ⅲ51安装在小臂4的中间位置，花键轴54的一端通过轴承与连接板53连接，花键轴54的另外一端穿过小臂4并在该端安装执行器5，花键轴54与小臂4远离基座的一端滑动配合，伺服电机Ⅲ51依次通过滚珠丝杠52、连接板53和花键轴54驱动执行器5沿Z轴向运动实现第三自由度。
其中，第四自由度为安装在小臂4上的驱动装置Ⅳ驱动执行器5旋转，驱动装置Ⅳ包括固定在小臂4上的中空电机61和中空减速器，花键轴54贯穿中空电机61和中空减速机62，中空减速机62的输出端设有法兰盘63，中空电机61的传动轴与中空减速机62通过平键连接，并将动力传递给法兰盘63，花键轴54与法兰盘63通过平键相连，花键轴54可相对于法兰盘63竖向滑动，中空电机61依次通过中空减速机62、法兰盘63、法兰盘63上的平键和花键轴54驱动执行器5旋转实现第四自由度。
本实施例中的工业机器人结构紧凑、传动简单，而且通过多个电机、多个减速器以及滚珠丝杠52和花键轴54的配合使用，达到两组抓取组件协同工作的效果。本实施例中的基座的形状为T型基座2，可实现两个抓取组件等高有落差地安装，工作范围扩大，运动互不干涉，能同时进行上料和下料工作等，扩大工作范围，提高工作效率。此外，本实施例中的工业机器人改变了腕部采用传统的滑轮和同步带驱动的驱动机构，避免了滑轮和同步带出现空转现象以及皮带的破损、松弛和老化等，可以长期维持高精度作业，实现长期免维护。
本实施例中的AGV小车1包括安装在车体13上的导航系统11、控制系统12、驱动系统14和动力系统15，其中，导航系统11包括磁性传感器和金属磁带，导航系统11通过磁场偏差测定控制驱动转向来调整车体13行驶方向，控制系统12包括车上控制器和地面控制器，车上控制器和地面控制器之间采用定点光导通讯或无线局域网通讯，驱动系统14包括驱动电机、减速器、链条、驱动轮和导向轮，驱动电机依次通过减速器和链条驱动驱动轮转动，驱动轮驱动AGV小车1运行，并具有速度控制能力，导向轮优选为万向轮。动力系统15包括蓄电池和充电装置，蓄电池采用48V直流工业蓄电池为动力，能够同时为AGV小车1和抓取机构提供动力。
本实施例中的工业机器人与AGV小车1配合，实现抓取运输二和一，具备多功能、多方位的抓取功能。
上述基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置的工作原理如下：AGV小车1收到地面控制器的指令信息，在导航系统11的作用下，沿着金属磁带到达预定作业位置，基座和大臂3、大臂3和小臂4之间均有一个旋转自由度，小臂4和执行器5之间有一个沿Z轴的上下移动自由度和旋转自由度。在车载动力系统15的驱动下，伺服电机Ⅰ31和伺服电机Ⅱ41分别驱动大臂3和小臂4旋转，安装在小臂4上的伺服电机Ⅲ51通过滚珠丝杠52和连接板53带动花键轴54实现执行器5Z轴向上下移动，同时中空电机61和中空减速机62将动力传递给法兰盘63，从而带动花键轴54和执行器5的转动，实现两臂在预定工位的取料或搬运工作。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置，包括AGV小车(1)和安装在AGV小车(1)上的抓取机构，其特征在于：所述抓取机构包括固定在AGV小车(1)上的基座和安装在基座上的抓取组件，所述抓取组件包括大臂(3)、小臂(4)和执行器(5)，所述抓取组件具有四个自由度，第一自由度为安装在基座上的驱动装置Ⅰ驱动大臂(3)旋转，第二自由度为安装在小臂(4)上的驱动装置Ⅱ驱动小臂(4)旋转，第三自由度为安装在小臂(4)上的驱动装置Ⅲ驱动执行器(5)沿Z轴向上下移动，第四自由度为安装在小臂(4)上的驱动装置Ⅳ驱动执行器(5)旋转。
2.根据权利要求1所述的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置，其特征在于：所述AGV小车(1)包括安装在车体(13)上的导航系统(11)、控制系统(12)、驱动系统(14)和动力系统(15)，其中，所述导航系统(11)包括磁性传感器和金属磁带，所述导航系统(11)通过磁场偏差测定控制驱动转向来调整车体(13)行驶方向，所述控制系统(12)包括车上控制器和地面控制器，所述车上控制器和地面控制器之间采用定点光导通讯或无线局域网通讯，所述驱动系统(14)包括驱动电机、减速器、链条、驱动轮和导向轮，所述驱动电机依次通过减速器和链条驱动所述驱动轮转动。
3.根据权利要求2所述的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置，其特征在于：所述动力系统(15)包括蓄电池和充电装置，所述蓄电池为48V直流工业蓄电池，所述蓄电池为AGV小车(1)和抓取机构供电。
4.根据权利要求1所述的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置，其特征在于：所述基座为T型基座(2)，所述T型基座(2)包括机架和固定在机架上的横向支架，所述横向支架的两端各安装一组所述抓取组件，其中一组所述抓取组件的高度高于另外一组所述抓取组的高度。
5.根据权利要求4所述的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置，其特征在于：所述横向支架的端部设有安装盘Ⅰ，所述驱动装置Ⅰ安装在安装盘Ⅰ的通孔内，所述驱动装置Ⅰ包括伺服电机Ⅰ(31)和减速器Ⅰ(32)，所述减速器Ⅰ(32)的输出端连接所述大臂(3)靠近基座的一端，所述伺服电机Ⅰ(31)通过所述减速器Ⅰ(32)驱动所述大臂(3)旋转。
6.根据权利要求5所述的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置，其特征在于：所述小臂(4)靠近基座的一端设有安装盘Ⅱ，驱动装置Ⅱ安装在所述安装盘Ⅱ的通孔内，所述驱动装置Ⅱ包括伺服电机Ⅱ(41)和减速器Ⅱ(42)，所述减速器Ⅱ(42)的输出端连接所述大臂(3)远离基座的一端，所述伺服电机Ⅱ(41)通过所述减速器Ⅱ(42)驱动所述小臂(4)旋转。
7.根据权利要求6所述的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置，其特征在于：所述驱动装置Ⅲ包括安装在所述小臂(4)上的伺服电机Ⅲ(51)、由伺服电机Ⅲ(51)驱动的滚珠丝杠(52)、螺接在所述滚珠丝杠(52)上的连接板(53)和与所述连接板(53)转动配合的花键轴(54)，所述花键轴(54)的一端通过轴承与所述连接板(53)连接，所述花键轴(54)的另外一端穿过所述小臂(4)并在该端安装所述执行器(5)，所述花键轴(54)与所述小臂(4)滑动配合，所述伺服电机Ⅲ(51)依次通过滚珠丝杠(52)、连接板(53)和花键轴(54)驱动所述执行器(5)沿Z轴向运动。
8.根据权利要求7所述的基于AGV的自行走式双臂工业机器人装置，其特征在于：所述驱动装置Ⅳ包括固定在所述小臂(4)上的中空电机(61)和中空减速器，所述花键轴(54)贯穿所述中空电机(61)和中空减速机(62)，所述中空减速机(62)的输出端设有法兰盘(63)，所述花键轴(54)与所述法兰盘(63)通过平键相连，所述花键轴(54)相对于所述法兰盘(63)竖向滑动，所述中空电机(61)依次通过中空减速机(62)、法兰盘(63)、平键和花键轴(54)驱动所述执行器(5)旋转。
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Application publication date: 20161123