CN106965159A - 一种机器人运动底座及包括其的工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人运动底座及包括其的工业机器人，其中包括底盘、运动机构和无线感应充电装置，所述底盘的上方设置有对应的机器人躯干和驱动电机，所述机器人躯干与所述底盘之间还设置有旋转机构，所述机器人躯干中设置有中央控制器和蓄电池，所述机器人躯干的侧面设置有一摄像头。本发明在机器人运动底座中增加无线充电设备，并进一步在机器人中增加定位导航设备，方便机器人在电量不足时主动寻找充电设备为其充电，机器人通过摄像头可以自动识别充电口并计算机器人与充电口的位置，实现全自动化控制充电，并且通过无线充电方式，快速便捷，实用性很强，适用于大规模推广应用。

Description

一种机器人运动底座及包括其的工业机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及工业机器人结构技术领域，具体是指一种机器人运动底座及包括其的工业机器人。

背景技术

工业型码垛机器人被应用于各个领域，码垛机器人可以通过更换抓手达到多功能的物料搬运，例如：塑料箱、方形桶、包装袋、包装箱、瓶类的码垛。现在用户对于码垛机器人的抓手需求越来越多元化，现有的码垛机器人已经越来越满足不了用户的需求。

另外，码垛机器人由于在工作过程中需要四处移动，如果一直连接着电源线，则很容易发生绕线、绊倒等意外事件，尤其是在多台码垛机器人同时工作的情况下，这种情况尤为突出。如果在码垛机器人上增加蓄电池，考虑到码垛机器人工作的持续性以及行走自身重量不宜过重，码垛机器人的续航时间则成为了考虑的重点问题。

发明内容

本发明提供了一种机器人运动底座及包括其的工业机器人，其目的在于克服现有技术中的缺陷，在机器人运动底座中增加无线充电设备，并进一步在机器人中增加定位导航设备，方便机器人在电量不足时主动寻找充电设备为其充电，并且通过无线充电方式，快速便捷，实用性很强。

为了实现上述目的，本发明具有如下构成：

该一种机器人运动底座，其主要特点是，所述底座包括：

底盘，所述底盘的上方设置有对应的机器人躯干和驱动电机，所述机器人躯干与所述底盘之间还设置有旋转机构，所述机器人躯干中设置有中央控制器和蓄电池，所述机器人躯干的侧面设置有一摄像头，所述摄像头分别与所述中央控制器和蓄电池相连接，所述驱动电机的驱动轴穿设于所述底盘中，所述底盘的各个侧面还分别设置有一距离传感器，各个所述距离传感器与所述中央控制器进行通信；

运动机构，所述运动机构包括四个万向滚轮，所述四个万向滚轮分别设置于所述底盘的下表面的边缘位置，所述驱动电机的驱动轴分别通过一齿轮传动机构驱动所述四个万向滚轮；

无线感应充电装置，所述无线感应充电装置与所述蓄电池相连接，所述无线感应充电装置设置于一无线充电板上，所述无线充电板通过两个机械抓手固定于所述底盘的下表面，所述无线充电板的下表面还设置有滚轮，所述底盘的底面还设置有机械抓手控制器，所述机械抓手控制器与所述中央控制器进行通信。

可选地，所述机器人躯干与所述旋转机构之间还设置有升降机构，所述升降机构包括气囊和充气装置，所述充气装置与所述中央控制器进行通信，所述充气装置在所述中央控制器的控制下对所述气囊进行充气，所述气囊在内部气压的变化下改变其高度。

可选地，所述两个机械抓手分别通过一伸缩杆连接至所述底盘的下表面，所述伸缩杆包括内杆、外杆和弹簧，所述内杆的一端与所述弹簧相连接，所述弹簧设置于所述外杆的内部，所述内杆的另一端与所述机械抓手相连接，所述外杆固定于所述底盘的下表面，各个所述机械抓手包括手指部和手腕部，所述手指部的顶端设置有吸盘。机械抓手的数量还可以根据需要进一步增加。

可选地，所述无线感应充电装置包括充电接收线圈、电能转换模块、电池电量检测模块和电能计量模块，其中：

所述充电接收线圈用于接收充电端的充电电磁能，并将其转换成电能；

所述电能转换模块将所述充电接收线圈的电能转换成直流电输出电能对所述蓄电池进行充电；

所述电能计量模块连接于所述电能转换模块和蓄电池之间，用于检测所述机器人充电所消耗的电能，并将其输出至所述中央控制器；

所述电池电量检测模块与所述蓄电池相连接，将所述蓄电池的电量检测数据发送至所述中央控制器。

可选地，所述旋转机构包括第一圆盘、第二圆盘和转动轴，所述第一圆盘设置于所述第二圆盘的上方，所述机器人躯干固定于所述第一圆盘上，所述第二圆盘设置于所述底盘上，所述转动轴穿设于所述第一圆盘和第二圆盘的中心，所述转动轴与所述第一圆盘相固定，且所述转动轴与所述第二圆盘可旋转连接。

本发明实施例还提供一种工业机器人，包括所述的机器人运动底座，所述工业机器人的内部设置有无线通信模块，所述无线通信模块与所述中央控制器相连接，所述中央控制器通过所述无线通信模块与上位机进行通信。

可选地，所述工业机器人还包括两个机器人手臂，所述两个机器人手臂分别设置于所述机器人躯干的两侧面，所述工业机器人的内部设置有GPS定位模块，所述GPS定位模块分别与所述中央控制器相连接，所述无线通信模块为GPRS通信模块、WIFI通信模块、3G/4G通信模块、CDMA通信模块、蓝牙通信模块或红外通信模块。

可选地，所述工业机器人的内部还设置有图像处理模块和存储模块，所述存储模块中存储有预设充电装置图像和充电装置标准尺寸，所述图像处理模块获取所述摄像头的拍摄图像，并根据所述摄像头的拍摄图像与预设充电装置图像进行比对，判断拍摄图像中是否有充电装置，当拍摄图像中存在充电装置时，根据拍摄图像中充电装置的尺寸与充电装置标准尺寸的比对得到所述工业机器人与充电装置的距离；

得到所述工业机器人与充电装置的距离后，通过所述中央控制器控制所述运动机构移动至所述充电装置前方，所述中央控制器控制所述机械抓手松开所述无线充电板；

所述工业机器人通过所述旋转机构旋转360°拍摄的图像中仍不包含充电装置时，所述工业机器人通过所述GPS定位模块获取当前位置数据，并将位置数据和充电请求发送至上位机，所述上位机选择最近的充电装置，并将最近的充电装置的位置数据和路径规划数据发送至所述工业机器人。

可选地，所述机器人手臂为伸缩式手臂，所述机器人手臂包括大臂段和小臂段，所述大臂段的内部为中空的，所述小臂段的一端设置于所述大臂段的内部，所述小臂段设置于所述大臂段内部的一端设置有与所述导轨配合的滑块，所述滑块套设于一丝杆机构上，所述丝杆机构由一伺服电机驱动带动所述滑块在所述导轨中移动，所述伺服电机与所述中央控制器进行通信。

可选地，所述小臂段的另一端设置有手掌部，所述手掌部的侧面设置有手掌摄像头和RFID识别装置，所述工业机器人的内部还设置有二维码识别模块，所述二维码识别模块与所述手掌摄像头相连接，所述二维码识别模块和RFID识别装置均与所述中央控制器进行通信；

所述手掌部还设置有夹紧机构，所述夹紧机构包括夹紧直线滑轨、夹紧滑块、两个外夹板、固定夹板、中间夹板和两个夹紧气缸；夹紧直线滑轨的一端安装在所述小臂段的另一端，所述两个外夹板通过夹紧滑块安装在夹紧直线滑轨上，所述固定夹板通过一固定夹板座固定安装在夹紧直线滑轨中的另一端，所述中间夹板通过夹紧滑块安装在外夹板和固定夹板之间的夹紧直线滑轨上，所述两个夹紧气缸分别固定在所述固定夹板座两侧，所述夹紧气缸的活塞杆端部与所述外夹板的一端相连，用于夹紧码垛物件。

采用了该发明中的一种机器人运动底座及包括其的工业机器人，在机器人运动底座中增加无线充电设备，并进一步在机器人中增加定位导航设备，方便机器人在电量不足时主动寻找充电设备为其充电，机器人通过摄像头可以自动识别充电口并计算机器人与充电口的位置，实现全自动化控制充电，并且通过无线充电方式，快速便捷，实用性很强，适用于大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明的工业机器人的结构示意图；

图2为本发明的机器人运动底座的结构示意图；

图3为本发明的无线充电板的结构示意图；

图4为本发明的工业机器人的控制模块框图；

图5为本发明的工业机器人的大臂段和小臂段连接的丝杆结构的机械示意图。

附图标记：

1 机器人躯干

2 机器人手臂

21 滑块

22 丝杆

23 导轨

24 伺服电机

25 大臂段

26 小臂段

3 底盘

4 运动机构

5 无线充电感应装置

51 无线充电板

52 滚轮

53 机械抓手

6 旋转机构

7 升降机构

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

如图1～2所示，本发明提供了一种机器人运动底座及包括其的工业机器人，所述

底盘3，所述底盘3的上方设置有对应的机器人躯干1和驱动电机，所述机器人躯干1与所述底盘3之间还设置有旋转机构6，所述机器人躯干1中设置有中央控制器和蓄电池，所述机器人躯干1的侧面设置有一摄像头，所述摄像头分别与所述中央控制器和蓄电池相连接，所述驱动电机的驱动轴穿设于所述底盘3中，所述底盘3的各个侧面还分别设置有一距离传感器，各个所述距离传感器与所述中央控制器进行通信；距离传感器可以测量底盘3与周围障碍物之间的距离，起到防止与障碍物撞到的作用，实现工业机器人行走过程中的自动避障。

运动机构4，所述运动机构4包括四个万向滚轮，所述四个万向滚轮分别设置于所述底盘3的下表面的边缘位置，所述驱动电机的驱动轴分别通过一齿轮传动机构驱动所述四个万向滚轮；采用万向滚轮可以使得工业机器人向任意需要的方向行走，而不受任何的限制。

如图3所示，无线感应充电装置5，所述无线感应充电装置5与所述蓄电池相连接，所述无线感应充电装置5设置于一无线充电板51上，所述无线充电板通过两个机械抓手53固定于所述底盘3的下表面，所述无线充电板51的下表面还设置有滚轮52，所述底盘3的底面还设置有机械抓手控制器，所述机械抓手控制器与所述中央控制器进行通信。所述无线感应充电装置5为无线感应线圈。

采用本发明的该种结构，当工业机器人靠近充电装置时，机械抓手53控制器会控制机械抓手53松开，然后无线充电板51可以通过滚轮52自动滑出或人工将无线充电板51拖出，通过无线充电板51上的无线感应线圈实现工业机器人的自动充电。

在一种优选的实施方式中，所述机器人躯干1与所述旋转机构6之间还设置有升降机构7，所述升降机构7包括气囊和充气装置，所述充气装置与所述中央控制器进行通信，所述充气装置在所述中央控制器的控制下对所述气囊进行充气，所述气囊在内部气压的变化下改变其高度。

在一种优选的实施方式中，所述两个机械抓手53分别通过一伸缩杆连接至所述底盘3的下表面，所述伸缩杆包括内杆、外杆和弹簧，所述内杆的一端与所述弹簧相连接，所述弹簧设置于所述外杆的内部，所述内杆的另一端与所述机械抓手53相连接，所述外杆固定于所述底盘3的下表面，各个所述机械抓手53包括手指部和手腕部，所述手指部的顶端设置有吸盘。

在一种优选的实施方式中，所述无线感应充电装置5包括充电接收线圈、电能转换模块、电池电量检测模块和电能计量模块，其中：

所述充电接收线圈用于接收充电端的充电电磁能，并将其转换成电能；

所述电能转换模块将所述充电接收线圈的电能转换成直流电输出电能对所述蓄电池进行充电；

所述电能计量模块连接于所述电能转换模块和蓄电池之间，用于检测所述机器人充电所消耗的电能，并将其输出至所述中央控制器；

所述电池电量检测模块与所述蓄电池相连接，将所述蓄电池的电量检测数据发送至所述中央控制器。

在一种优选的实施方式中，所述旋转机构6包括第一圆盘、第二圆盘和转动轴，所述第一圆盘设置于所述第二圆盘的上方，所述机器人躯干1固定于所述第一圆盘上，所述第二圆盘设置于所述底盘3上，所述转动轴穿设于所述第一圆盘和第二圆盘的中心，所述转动轴与所述第一圆盘相固定，且所述转动轴与所述第二圆盘可旋转连接。

本发明实施例还提供一种工业机器人，包括所述的机器人运动底座，所述工业机器人的内部设置有无线通信模块，所述无线通信模块与所述中央控制器相连接，所述中央控制器通过所述无线通信模块与上位机进行通信。

如图4所示，在一种优选的实施方式中，所述工业机器人还包括两个机器人手臂2，所述两个机器人手臂2分别设置于所述机器人躯干1的两侧面，所述工业机器人的内部设置有GPS定位模块，所述GPS定位模块分别与所述中央控制器相连接，所述无线通信模块为GPRS通信模块、WIFI通信模块、3G/4G通信模块、CDMA通信模块、蓝牙通信模块或红外通信模块。GPS定位模块和无线通信模块配合，可以实现工业机器人自动导航和接收上位机的路径规划数据，可以自动行走至工位，而无需人工手动操作，实现自动化管理。

在一种优选的实施方式中，所述工业机器人的内部还设置有图像处理模块和存储模块，所述存储模块中存储有预设充电装置图像和充电装置标准尺寸，所述图像处理模块获取所述摄像头的拍摄图像，并根据所述摄像头的拍摄图像与预设充电装置图像进行比对，判断拍摄图像中是否有充电装置，当拍摄图像中存在充电装置时，根据拍摄图像中充电装置的尺寸与充电装置标准尺寸的比对得到所述工业机器人与充电装置的距离；

得到所述工业机器人与充电装置的距离后，通过所述中央控制器控制所述运动机构4移动至所述充电装置前方，所述中央控制器控制所述机械抓手松开所述无线充电板；

所述工业机器人通过所述旋转机构6旋转360°拍摄的图像中仍不包含充电装置时，所述工业机器人通过所述GPS定位模块获取当前位置数据，并将位置数据和充电请求发送至上位机，所述上位机选择最近的充电装置，并将最近的充电装置的位置数据和路径规划数据发送至所述工业机器人。

如图5所示，在一种优选的实施方式中，所述机器人手臂2为伸缩式手臂，所述机器人手臂2包括大臂段25和小臂段26，所述大臂段25的内部为中空的，所述小臂段26的一端设置于所述大臂段25的内部，所述小臂段26设置于所述大臂段25内部的一端设置有与所述导轨配合的滑块21，所述滑块21套设于一丝杆22机构上，所述丝杆22机构由一伺服电机驱动带动所述滑块21在所述导轨23中移动，所述伺服电机24与所述中央控制器进行通信。

在一种优选的实施方式中，所述小臂段26的另一端设置有手掌部，所述手掌部的侧面设置有手掌摄像头和RFID识别装置，所述工业机器人的内部还设置有二维码识别模块，所述二维码识别模块与所述手掌摄像头相连接，所述二维码识别模块和RFID识别装置均与所述中央控制器进行通信；

所述手掌部还设置有夹紧机构，所述夹紧机构包括夹紧直线滑轨、夹紧滑块21、两个外夹板、固定夹板、中间夹板和两个夹紧气缸；夹紧直线滑轨的一端安装在所述小臂段26的另一端，所述两个外夹板通过夹紧滑块21安装在夹紧直线滑轨上，所述固定夹板通过一固定夹板座固定安装在夹紧直线滑轨中的另一端，所述中间夹板通过夹紧滑块21安装在外夹板和固定夹板之间的夹紧直线滑轨上，所述两个夹紧气缸分别固定在所述固定夹板座两侧，所述夹紧气缸的活塞杆端部与所述外夹板的一端相连，用于夹紧码垛物件。

伸缩式机器人手臂2结合手掌部的夹紧机构，可以十分方便地夹紧和码垛物件，手掌摄像头、二维码识别模块可以实现通过二维码识别码垛物件，从而实现码垛指定物件，RFID识别装置则可以通过射频接收各种有用信息，提高智能化。

采用了该发明中的一种机器人运动底座及包括其的工业机器人，在机器人运动底座中增加无线充电设备，并进一步在机器人中增加定位导航设备，方便机器人在电量不足时主动寻找充电设备为其充电，机器人通过摄像头可以自动识别充电口并计算机器人与充电口的位置，实现全自动化控制充电，并且通过无线充电方式，快速便捷，实用性很强，适用于大规模推广应用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种机器人运动底座，其特征在于，所述机器人运动底座包括：

底盘，所述底盘的上方设置有对应的机器人躯干和驱动电机，所述机器人躯干与所述底盘之间还设置有旋转机构，所述机器人躯干中设置有中央控制器和蓄电池，所述机器人躯干的侧面设置有一摄像头，所述摄像头分别与所述中央控制器和蓄电池相连接，所述驱动电机的驱动轴穿设于所述底盘中，所述底盘的各个侧面还分别设置有一距离传感器，各个所述距离传感器与所述中央控制器进行通信；

运动机构，所述运动机构包括四个万向滚轮，所述四个万向滚轮分别设置于所述底盘的下表面的边缘位置，所述驱动电机的驱动轴分别通过一齿轮传动机构驱动所述四个万向滚轮；

无线感应充电装置，所述无线感应充电装置与所述蓄电池相连接，所述无线感应充电装置设置于一无线充电板上，所述无线充电板通过两个机械抓手固定于所述底盘的下表面，所述无线充电板的下表面还设置有滚轮，所述底盘的底面还设置有机械抓手控制器，所述机械抓手控制器与所述中央控制器进行通信。

2.根据权利要求1所述的一种机器人运动底座，其特征在于，所述机器人躯干与所述旋转机构之间还设置有升降机构，所述升降机构包括气囊和充气装置，所述充气装置与所述中央控制器进行通信，所述充气装置在所述中央控制器的控制下对所述气囊进行充气，所述气囊在内部气压的变化下改变其高度。

3.根据权利要求1所述的一种机器人运动底座，其特征在于，所述两个机械抓手分别通过一伸缩杆连接至所述底盘的下表面，所述伸缩杆包括内杆、外杆和弹簧，所述内杆的一端与所述弹簧相连接，所述弹簧设置于所述外杆的内部，所述内杆的另一端与所述机械抓手相连接，所述外杆固定于所述底盘的下表面，各个所述机械抓手包括手指部和手腕部，所述手指部的顶端设置有吸盘。

4.根据权利要求1所述的一种机器人运动底座，其特征在于，所述无线感应充电装置包括充电接收线圈、电能转换模块、电池电量检测模块和电能计量模块，其中：

所述充电接收线圈用于接收充电端的充电电磁能，并将其转换成电能；

所述电能转换模块将所述充电接收线圈的电能转换成直流电输出电能对所述蓄电池进行充电；

所述电能计量模块连接于所述电能转换模块和蓄电池之间，用于检测所述机器人充电所消耗的电能，并将其输出至所述中央控制器；

所述电池电量检测模块与所述蓄电池相连接，将所述蓄电池的电量检测数据发送至所述中央控制器。

5.根据权利要求1所述的一种机器人运动底座，其特征在于，所述旋转机构包括第一圆盘、第二圆盘和转动轴，所述第一圆盘设置于所述第二圆盘的上方，所述机器人躯干固定于所述第一圆盘上，所述第二圆盘设置于所述底盘上，所述转动轴穿设于所述第一圆盘和第二圆盘的中心，所述转动轴与所述第一圆盘相固定，且所述转动轴与所述第二圆盘可旋转连接。

6.一种工业机器人，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的机器人运动底座，所述工业机器人的内部设置有无线通信模块，所述无线通信模块与所述中央控制器相连接，所述中央控制器通过所述无线通信模块与上位机进行通信。

7.根据权利要求6所述的工业机器人，其特征在于，所述工业机器人还包括两个机器人手臂，所述两个机器人手臂分别设置于所述机器人躯干的两侧面，所述工业机器人的内部设置有GPS定位模块，所述GPS定位模块分别与所述中央控制器相连接，所述无线通信模块为GPRS通信模块、WIFI通信模块、3G/4G通信模块、CDMA通信模块、蓝牙通信模块或红外通信模块。

8.根据权利要求7所述的工业机器人，其特征在于，所述工业机器人的内部还设置有图像处理模块和存储模块，所述存储模块中存储有预设充电装置图像和充电装置标准尺寸，所述图像处理模块获取所述摄像头的拍摄图像，并根据所述摄像头的拍摄图像与预设充电装置图像进行比对，判断拍摄图像中是否有充电装置，当拍摄图像中存在充电装置时，根据拍摄图像中充电装置的尺寸与充电装置标准尺寸的比对得到所述工业机器人与充电装置的距离；

得到所述工业机器人与充电装置的距离后，通过所述中央控制器控制所述运动机构移动至所述充电装置前方，所述中央控制器控制所述机械抓手松开所述无线充电板；

所述工业机器人通过所述旋转机构旋转360°拍摄的图像中仍不包含充电装置时，所述工业机器人通过所述GPS定位模块获取当前位置数据，并将位置数据和充电请求发送至上位机，所述上位机选择最近的充电装置，并将最近的充电装置的位置数据和路径规划数据发送至所述工业机器人。

9.根据权利要求7所述的工业机器人，其特征在于，所述机器人手臂为伸缩式手臂，所述机器人手臂包括大臂段和小臂段，所述大臂段的内部为中空的，所述小臂段的一端设置于所述大臂段的内部，所述小臂段设置于所述大臂段内部的一端设置有与所述导轨配合的滑块，所述滑块套设于一丝杆机构上，所述丝杆机构由一伺服电机驱动带动所述滑块在所述导轨中移动，所述伺服电机与所述中央控制器进行通信。

10.根据权利要求9所述的工业机器人，其特征在于，所述小臂段的另一端设置有手掌部，所述手掌部的侧面设置有手掌摄像头和RFID识别装置，所述工业机器人的内部还设置有二维码识别模块，所述二维码识别模块与所述手掌摄像头相连接，所述二维码识别模块和RFID识别装置均与所述中央控制器进行通信；

所述手掌部还设置有夹紧机构，所述夹紧机构包括夹紧直线滑轨、夹紧滑块、两个外夹板、固定夹板、中间夹板和两个夹紧气缸；夹紧直线滑轨的一端安装在所述小臂段的另一端，所述两个外夹板通过夹紧滑块安装在夹紧直线滑轨上，所述固定夹板通过一固定夹板座固定安装在夹紧直线滑轨中的另一端，所述中间夹板通过夹紧滑块安装在外夹板和固定夹板之间的夹紧直线滑轨上，所述两个夹紧气缸分别固定在所述固定夹板座两侧，所述夹紧气缸的活塞杆端部与所述外夹板的一端相连，用于夹紧码垛物件。