CN107187511B - 变轴距可越障工业机器人全向底盘 - Google Patents

变轴距可越障工业机器人全向底盘 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变轴距可越障工业机器人全向底盘，用于解决现有工业机器人全向底盘越障能力差的技术问题。技术方案是全向底盘前后轮轴距可以改变。此外，底盘的四角各安装有一条支腿。支腿在不使用的情况下可以折叠以减小所占空间，需要使用时则可以张开。支腿张开后，可以向下伸长从而将底盘整体抬离地面。遇到障碍时，支腿先张开迈过障碍，并将底盘整体抬离地面，此时改变轴距，以使轮子越过障碍，越障完成后，将支腿收起，底盘落回地面，可以继续移动。以此，本发明实现了工业机器人全向底盘的越障功能。

Description

变轴距可越障工业机器人全向底盘
技术领域
本发明涉及一种工业机器人全向底盘，特别是涉及一种变轴距可越障工业机器人全向底盘。
背景技术
许多工业领域如航空航天制造行业、船舶制造领域、石油化工行业等的现代化进程不断加快，强大的技术实力和高效的生产力成为了企业的核心竞争力。在仓库、机场、生产车间等场合，大量地采用了工业机器人代替人工作业。然而当前大多数工业机器人都采用固定工位的工作方式，通用性和灵活性较差。由于作业场地的局限性和工业机器人自身的尺寸较大、外形不规则的特性，普通的移动底盘难以对其进行移动，更难以满足人们对其定位精度的要求。近年来出现了采用麦克纳姆轮驱动的全向移动底盘，该移动底盘虽然可以实现灵活地全向移动，却面临着地形适应能力差、对机器人的支撑不够稳定可靠的缺点。尽管厂区内的路面条件一般较为平坦，但时常还是会有一些如凸起的管线、凹陷的沟槽等障碍物，这些障碍一般外形规则，且分布相对集中，采用适当的方式，可以设计出具有翻越这类障碍能力的全向移动底盘。
文献“授权公告号是CN104149857B的中国发明专利”公开了一种轮距无级调节式的全方位移动底盘车底盘。整车包括四个模块，每个模块都包括麦克纳姆全向轮、轮轴、带座轴承A、直流伺服电机、模块车架、小同步轮、同步齿形带、张紧装置和大同步轮。模块1和模块2的结构成左右对称形式，模块3和模块1的结构完全一致，模块4和模块2的结构完全一致。模块1和模块2之间、模块2和模块3之间、模块3和模块4之间以及模块4和模块1之间均通过滚珠丝杠进行连接。每个模块中，由直流伺服电机带动小同步轮转动，通过同步齿形带将动力传递到大同步轮上，继而带动轮轴转动，最后带动麦克纳姆全向轮旋转。根据路况宽窄以及负载体积大小，可以对底盘车的轮距进行无级调节，有效的解决空间不足情况下的运输问题。该车的轴距变化侧重于实现自身外形尺寸的可调节以适应狭小空间，不具备越障能力。
文献“授权公告号是CN104176145B的中国发明专利”公开了一种非对称轮腿式全向移动底盘，包括底盘车架、控制器、机械腿、麦克纳姆轮、驱动器、传感器。机械腿与底盘车架铰接，位于底盘车架四个方位，麦克纳姆轮分别安装在机械腿部末端，各麦克纳姆轮由单独的驱动器驱动，使麦克纳姆轮适应多种路况的全向移动。该底盘具有轮腿复合式底盘的优点，有一定的越障能力，适合在不平坦的地面行走。但该底盘没有针对不同的障碍类型进一步优化结构，在遇到较深的沟槽或垂直方向较高的凸起时越障效率较低。
美国专利“全方位，驱动模块和移动工业机器人(U.S.Pat.No.9248876”Omnidirectional vehicle,driving module,and mobile industrial robot”)”，美国专利“物体移动装置(U.S.Pat.No.8272828”Object moving apparatus”)”，均利用麦克纳姆轮实现全向移动搬运物体的目的，但并不具有越障功能，只能在较简单的环境条件下工作。
发明内容
为了克服现有工业机器人全向底盘越障能力差的不足，本发明提供一种变轴距可越障工业机器人全向底盘。该全向底盘前后轮轴距可以改变。此外，底盘的四角各安装有一条支腿。支腿在不使用的情况下可以折叠以减小所占空间，需要使用时则可以张开。支腿张开后，可以向下伸长从而将底盘整体抬离地面。遇到障碍时，支腿先张开迈过障碍，并将底盘整体抬离地面，此时改变轴距，以使轮子越过障碍，越障完成后，将支腿收起，底盘落回地面，可以继续移动。以此，本发明实现了工业机器人全向底盘的越障功能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种变轴距可越障工业机器人全向底盘，其特点是包括工业机器人安装底座1、外壳2、车架4、支腿支架5、电动推杆6、舵机7、舵机连杆8、伺服电机9、减速器10、法兰11、麦克纳姆轮12、笔式推杆13、合页铰链14、共轴支架15、电机支架16、滑轨17和滑块18。所述工业机器人安装底座1安装在车架4上，车架4由工业铝型材及配套连接角件搭建，承载全向底盘自身和载荷的全部重量。车架4的四周及上部安装外壳2。所述支腿支架5和电动推杆6构成支腿，所述支腿有四条，四条支腿安装在车架4的四角，支腿支架5使用铝型材搭建，通过合页铰链14连接在车架4上。所述电动推杆6安装在支腿支架5上，能够上下伸缩，从而将车架4抬起或放下。每个支腿支架5配一个舵机7，舵机7通过舵机连杆8与支腿支架5连接，控制支腿支架5的开合角度。所述麦克纳姆轮12有四个，每个麦克纳姆轮12由一个伺服电机9单独驱动，伺服电机9与麦克纳姆轮12之间有减速器10和法兰11，麦克纳姆轮12通过法兰11与减速器10的输出轴连接。四个麦克纳姆轮12分为两组，两个前轮为一组，两个后轮为一组。同一组内的两个麦克纳姆轮12通过共轴支架15和电机支架16固连在一起，电机支架16与滑块17连接，滑块17能够在滑轨18上滑动，滑轨18固定在车架4的底部两侧。共轴支架15连接于笔式推杆13的一端，笔式推杆13另一端固定在车架4上。两组麦克纳姆轮12的连接方式完全相同。控制系统控制笔式推杆13伸缩，带动两组麦克纳姆轮12的轴距发生变化，配合支腿实现跨越障碍的功能。
所述舵机7是蜗轮蜗杆式传动的机械式自锁舵机。
本发明的有益效果是：该全向底盘前后轮轴距可以改变。此外，底盘的四角各安装有一条支腿。支腿在不使用的情况下可以折叠以减小所占空间，需要使用时则可以张开。支腿张开后，可以向下伸长从而将底盘整体抬离地面。遇到障碍时，支腿先张开迈过障碍，并将底盘整体抬离地面，此时改变轴距，以使轮子越过障碍，越障完成后，将支腿收起，底盘落回地面，可以继续移动。以此，本发明实现了工业机器人全向底盘的越障功能。
本发明移动方式为全向移动，适应在狭小空间的移动且定位精度较高，同时具有一定的越障能力，可翻越地面的沟槽、凸起等障碍；使用本底盘的工业机器人可以方便地在不同工位间移动作业，提高了通用性和灵活性；到达工位后，本底盘的四条支腿可以对底盘进行稳定的支撑，同时具有自动调节水平的功能，可为工业机器人提供稳定的工作条件。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘的轴测图。
图2是本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘去掉外壳后的轴测图。
图3是本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘去掉外壳后的正视图。
图4是本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘的局部结构图。
图5是本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘的越障过程示意图。
图6是本发明具体实施方式中工业机器人在全向底盘上的安装效果图。
图中：1-工业机器人安装底座；2-外壳；3-超声波传感器；4-车架；5-支腿支架；6-电动推杆；7-舵机；8-舵机连杆；9-伺服电机；10-减速器；11-法兰；12-麦克纳姆轮；13-笔式推杆；14-合页铰链；15-共轴支架；16-电机支架；17-滑轨；18-滑块。
具体实施方式
以下实施例参照图1～6。
本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘包括工业机器人安装底座1、外壳2、超声波传感器3、车架4、支腿支架5、电动推杆6、舵机7、舵机连杆8、伺服电机9、减速器10、法兰11、麦克纳姆轮12、笔式推杆13、合页铰链14、共轴支架15、电机支架16、滑轨17和滑块18。
所述工业机器人安装底座1安装在车架4上，车架4为铝型材连接结构，由国标2020工业铝型材及配套连接角件搭建，是底盘的主体部分，承载底盘自身和载荷的全部重量。车架4的四周及上部安装外壳2。
四条支腿安装在车架4的四角，支腿包括支腿支架5和电动推杆6，支腿支架5使用铝型材搭建，通过合页铰链14连接在车架4上。电动推杆6安装在支腿支架5上，可以上下伸缩，从而将车架4抬起或放下。每个支腿支架5配一个舵机7，舵机7通过舵机连杆8与支腿支架5连接，控制支腿支架5的开合角度。舵机7采用的是蜗轮蜗杆式传动的机械式自锁舵机，在其机械结构不被破坏的前提下，舵机7的转角完全由控制系统决定，不会因外力干扰而改变，从而保证支撑的稳定性。
四个麦克纳姆轮12中每个轮子都由一个伺服电机9单独驱动，伺服电机9与麦克纳姆轮12之间有减速器10和法兰11，麦克纳姆轮12通过法兰11与减速器10的输出轴连接。四个麦克纳姆轮12分为两组，两个前轮为一组，两个后轮为一组。同一组内的两个轮通过共轴支架15和电机支架16固连在一起，电机支架16与滑块17连接，滑块17可在滑轨18上滑动，滑轨18固定在车架4的底部两侧。共轴支架15连接笔式推杆13的一端，笔式推杆13另一端固定在车架4上。两组轮子的连接方式完全相同。控制系统控制笔式推杆13伸缩，带动两组轮子的轴距发生变化，配合支腿实现跨越障碍的功能。
具体在越障时，以翻越沟槽为例，当车架4运行到沟槽边缘时，超声波传感器3检测到前方为沟槽，此时先将四条支腿张开，并将前后轮轴距调至最小，车架4向前移动至前轮达到沟槽边缘，此时前面两条支腿跨越沟槽到对岸，电动推杆6向下运动支撑起车架4，车架4被支起后，再将前后轮轮距调至最大，即完成前轮的越障；电动推杆6缩回，把车架4放下地面，车架4继续前进至后轮到达沟槽边缘时，电动推杆6再次抬起车架4，将前后轴距调至最小，后轮即可完成越障，此时电动推杆6再次缩回并将支腿收回，小车完成越障，可以继续向前运动。

Claims (2)

1.一种变轴距可越障工业机器人全向底盘，其特征在于：包括工业机器人安装底座(1)、外壳(2)、车架(4)、支腿支架(5)、电动推杆(6)、舵机(7)、舵机连杆(8)、伺服电机(9)、减速器(10)、法兰(11)、麦克纳姆轮(12)、笔式推杆(13)、合页铰链(14)、共轴支架(15)、电机支架(16)、滑轨(17)和滑块(18)；所述工业机器人安装底座(1)安装在车架(4)上，车架(4)由工业铝型材及配套连接角件搭建，承载全向底盘自身和载荷的全部重量；车架(4)的四周及上部安装外壳(2)；所述支腿支架(5)和电动推杆(6)构成支腿，所述支腿有四条，四条支腿安装在车架(4)的四角，支腿支架(5)使用铝型材搭建，通过合页铰链(14)连接在车架(4)上；所述电动推杆(6)安装在支腿支架(5)上，能够上下伸缩，从而将车架(4)抬起或放下；支腿张开后，可以向下伸长从而将底盘整体抬离地面；遇到障碍时，支腿先张开迈过障碍，并将底盘整体抬离地面，此时改变轴距，以使轮子越过障碍，越障完成后，将支腿收起，底盘落回地面，可以继续移动，且本底盘的四条支腿可以对底盘进行稳定的支撑，同时具有自动调节水平的功能；每个支腿支架(5)配一个舵机(7)，舵机(7)通过舵机连杆(8)与支腿支架(5)连接，控制支腿支架(5)的开合角度；所述麦克纳姆轮(12)有四个，每个麦克纳姆轮(12)由一个伺服电机(9)单独驱动，伺服电机(9)与麦克纳姆轮(12)之间有减速器(10)和法兰(11)，麦克纳姆轮(12)通过法兰(11)与减速器(10)的输出轴连接；四个麦克纳姆轮(12)分为两组，两个前轮为一组，两个后轮为一组；同一组内的两个麦克纳姆轮(12)通过共轴支架(15)和电机支架(16)固连在一起，电机支架(16)与滑块(17)连接，滑块(17)能够在滑轨(18)上滑动，滑轨(18)固定在车架(4)的底部两侧；共轴支架(15)连接于笔式推杆(13)的一端，笔式推杆(13)另一端固定在车架(4)上；两组麦克纳姆轮(12)的连接方式完全相同；控制系统控制笔式推杆(13)伸缩，带动两组麦克纳姆轮(12)的轴距发生变化，配合支腿实现跨越障碍的功能。
2.根据权利要求1所述的变轴距可越障工业机器人全向底盘，其特征在于：所述舵机(7)是蜗轮蜗杆式传动的机械式自锁舵机。
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