CN107444235B - 减震防爆的化工原液运输机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减震防爆的化工原液运输机器人，包括：保温钵，其内部盛放容器；盖体，其刚好扣合在所述保温钵的上方；底座，所述保温钵设置在所述底座上；两组行走轮组，其平行并列安装在所述底座下方，所述行走轮组由多个大轮毂和两个小轮毂组成，所述大轮毂和小轮毂通过一履带连成一体，所述大轮毂的圆周面上设置有两圈凸棱，所述履带由与所述大轮毂接触的内层和与地面接触的外层叠加构成，所述内层设置有与所述凸棱位置和形状相匹配的第二凹槽，所述外层为中空的气囊结构，所述气囊结构由多个独立气室组成。本发明能够避免普通运输机器人在运送化工原液时，加速或急停过程中化工原液泼洒出容器的情况发生，还能减震防爆。

Description

减震防爆的化工原液运输机器人

技术领域

本发明涉及机械自动化领域。更具体地说，本发明涉及一种减震防爆的化工原液运输机器人。

背景技术

近年来，机器人在汽车工业上的运用越来越普及，从生产线上抓持零件的机械手到焊接工艺中的自动焊接机械臂，无一不发挥着重要的作用，不仅给企业提高了生产效率，同时在一些重复枯燥的生产岗位上，减少了人工失误的几率，长远来看还降低了用工成本，然而，在化工生产领域却普及程度没那么高，原因之一就是部分化工原液的运输不怎么安全，有些化工原液有毒有害或污染严重，现有的运输机器人在运送零部件时没什么问题，但是在运送化工原液过程中，就可能出现机器人在启动或停止瞬间，化工原液泼洒出盛装的容器，从而发生泄漏，另外，也无法解决机器人在运送化工原液过程中上下坡的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够避免机器人加速或急停过程中化工原液泼洒出容器的减震防爆的化工原液运输机器人。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种减震防爆的化工原液运输机器人，包括：

保温钵，其为圆柱形块体，所述保温钵上表面中心同轴开设有一个倒圆台形第一凹槽，所述第一凹槽内盛放装有化工原液的容器，并且容器与所述第一凹槽的倾斜内壁间存在间隙，所述第一凹槽的倾斜内壁上开设有多个圆孔，所述圆孔分布在不同水平层面，且在同一水平层面均匀排列成环形，所述圆孔内设置有与所述圆孔等直径的活塞杆，所述活塞杆一端抵住容器，另一端与所述圆孔内壁形成一密封的液压腔，以提供可控推力，并通过活塞杆传递给容器，使容器内的化工原液可控加速从而不荡出容器，所述第一凹槽底部设置有一托住容器的无阻尼底板，以减小容器所受摩擦力，所述无阻尼底板的下板面紧贴设置有一压力传感器，以检测容器及其内容物重量；

盖体，其为一端封闭的圆筒形，所述盖体的内径大于所述第一凹槽开口处直径，同时所述盖体的敞口端刚好扣合在所述保温钵的上方，所述盖体内的顶部设置有第一测距仪和第二测距仪，所述第一测距仪的探头垂直指向容器内的液面，所述第二测距仪的探头垂直指向容器边沿，通过第一测距仪和第二测距仪的测量结果以计算出容器内液面距容器边沿高度；

底座，其为一板体，所述保温钵设置在所述底座上；

两组行走轮组，其平行并列安装在所述底座下方，所述行走轮组由多个大轮毂和两个小轮毂组成，所述大轮毂和小轮毂排成一列，并且两个小轮毂分别位于所述大轮毂队列的首尾两端，所述大轮毂和小轮毂通过一履带连成一体，其中，所述大轮毂的圆周面上设置有两圈凸棱，两圈凸棱分别位于垂直于所述大轮毂轴线的中心截面的两侧，两圈凸棱均由多个凸棱单元构成，所述凸棱单元为垂直于所述大轮毂圆周面同时与所述大轮毂母线平行的长方体，所述凸棱单元的长度为所述大轮毂宽度的一半，并且一圈凸棱中的凸棱单元与另一圈凸棱中的凸棱单元错开均匀间隔分布，所述履带由与所述大轮毂接触的内层和与地面接触的外层叠加构成，所述内层设置有与所述凸棱位置和形状相匹配的第二凹槽，所述外层为中空的气囊结构，所述气囊结构由多个宽度与履带宽度一致的独立气室首尾相接组成，所述独立气室的间壁水平截面轮廓为一个周期的正弦曲线，在所述独立气室的范围内对应两圈凸棱中的各一个凸棱单元；

第一电机，其转速固定，所述第一电机的输出轴与一所述大轮毂转轴连接以驱动所述行走轮组保持恒定运动速度；

单片机，其设置在所述底座上，所述单片机与所述液压腔电连接，还与所述第一测距仪、第二测距仪、压力传感器通信连接，以根据容器内液面距容器边沿高度、化工原液的粘滞系数、容器及其内容物重量计算液压腔给出的推力。

优选的是，还包括：

谐波减速器，其刚轮固定连接在所述底座上，且所述刚轮的轴心平行所述底座板面，所述谐波减速器的的波发生器与一第二电机的输出轴连接，所述第二电机固定在底座上；

摇臂，其为一杆体，所述摇臂的一端垂直连接在所述保温钵的下表面，另一端连接在一圆柱体的圆周面上，所述圆柱体通过法兰同轴连接在所述谐波发生器的柔轮上，以使所述摇臂及与所述摇臂连接的保温钵一直保持竖直；

第三测距仪，其设置在所述行走轮组在移动方向的前方，所述第三测距仪的探头垂直指向地面以实时测量探头距地面高度；

其中，所述行走轮组的行走方向与所述摇臂的转动平面平行，并且两组行走轮组对称分布在所述摇臂的两侧，所述单片机与所述第二电机电连接，与所述第三测距仪通信连接，以控制摇臂的转动角度。

优选的是，所述第一凹槽的底部开设有多个垂直的通孔，所述保温钵的下方还设置有与所述通孔数量一致的直线电缸，所述直线电缸的输出端从所述通孔中穿过连接在所述无阻尼底板的下表面。

优选的是，所述盖体的下边沿与所述保温钵的上边沿铰接，以使所述盖体在竖直面翻转或扣合。

优选的是，所述第一测距仪和第二测距仪采用超声波测距仪。

优选的是，所述活塞杆抵住容器的一端连接有与容器外壁贴合的弧面板。

优选的是，所述保温钵采用陶瓷材料制作。

优选的是，所述大轮毂或所述小轮毂的中心设置有转轴，所述转轴两端分别延伸至所述大轮毂或所述小轮毂的两侧，所述底座下板面设置有与所述大轮毂和小轮毂数量一致的多对吊杆，每对吊杆均与一大轮毂或小轮毂的转轴转动连接。

本发明至少包括以下有益效果：

1、通过控制液压腔传递给活塞杆的推力，控制容器的加速度小于化工原液因为粘滞阻力产生的加速度，从而避免化工原液溅出容器，保证化工原液不泼洒浪费和造成环境污染。

2、由于车间地面难免会有一些零件车削碎屑，容易引起机器人的震动，故而使用气囊结构尽量减小震动，但是这些零件车削碎屑可能会有尖锐部分容易扎破气囊结构，反而更加不稳，所以使用多个独立气室防爆，而且在某一独立气室出现扎破情况时，相邻独立气室的气压会抵住该破损独立气室间壁，因为气室间壁采用正弦曲线轮廓可以有一个拉伸变形量，所以不会引起连锁爆破情况，同时凸棱的位置与独立气室的形状相对应，能有效分散每个独立气室的承载受力情况，保证机器人的平稳运行。

3、通过第三测距仪在一个单位时间的起始和末尾的测量结果计算出单位时间内探头与地面的高度差，再比上机器人单位时间内的移动距离，即可得出即将遇到的倾斜面的倾斜角正切值，从而推算出将遇到的倾斜面的倾斜角，进而控制摇臂调整容器的倾角，避免上下坡过程中化工原液倾洒。

4、通过直线电缸将容器推送出保温钵，无需人为操作更加便捷，另外相比于油缸，直线电缸的运动更加平稳，也防止了推送过程容器的晃动。

5、通过履带行走能增强机器人运输过程的运动稳定性，碰到车间地面上不平整位置产生的晃动更小，同时每个轮毂均采用独立式悬挂能避免轮毂间运动的相互干扰，也增强了机器人的行走稳定性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述减震防爆的化工原液运输机器人的侧面结构示意图；

图2为本发明所述减震防爆的化工原液运输机器人的下坡运动状态图；

图3为本发明所述大轮毂的结构示意图；

图4为本发明所述履带的结构示意图；

图5为本发明所述独立气室的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，并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。

如图1至图5所示，本发明提供一种减震防爆的化工原液运输机器人，包括：

保温钵1，其为圆柱形块体，所述保温钵1上表面中心同轴开设有一个倒圆台形凹槽，所述凹槽内盛放装有化工原液的容器2，并且容器2与所述凹槽的倾斜内壁间存在间隙，所述凹槽的倾斜内壁上开设有多个圆孔，所述圆孔分布在不同水平层面，且在同一水平层面均匀排列成环形，所述圆孔内设置有与所述圆孔等直径的活塞杆3，所述活塞杆3一端抵住容器2，另一端与所述圆孔内壁形成一密封的液压腔4，所述圆孔的底部开设有贯通至保温钵1外壁的第一通孔，所述第一通孔通过软管与一液压站连接，所述液压站固定在下面将要叙述的底座21上，通过液压站给液压腔4打油以提供可控推力，并通过活塞杆3传递给容器2，使容器2可控加速，从而使化工原液不荡出容器2，所述凹槽底部设置有一托住容器2的无阻尼底板5，以减小容器2所受摩擦力，这样就没有摩擦力的干扰，容器2的所有动力均来自活塞杆3，使控制更为精准，所述无阻尼底板5的下板面紧贴设置有一压力传感器6，以检测容器2及其内容物重量，由于容器2及其内容物重量还是一体的，故计算容器2的加速度还是要以容器2及其内容物的总重量为准；

盖体7，其为一端封闭的圆筒形，所述盖体7的内径大于所述凹槽开口处直径，同时所述盖体7的敞口端刚好扣合在所述保温钵1的上方，所述盖体7内的顶部设置有第一测距仪8和第二测距仪9，所述第一测距仪8的探头垂直指向容器2内的液面，所述第二测距仪9的探头垂直指向容器2边沿，通过第一测距仪8和第二测距仪9的测量结果以计算出容器2内液面距容器2边沿高度，由于化工原液到达容器2边缘即达到边界条件，故可根据化工原液在容器2边缘的瞬间，以越过平静时容器2内的液面线的化工原液截面积来计算这部分化工原液的粘滞阻力，并以此来确定液压腔4可为活塞杆3提供的最大推力；

底座10，其为一板体，所述保温钵1设置在所述底座10上，理想的是底座10的面积大于所述承载系统投影在底座10上的面积，这样机器人的稳定性会更好，缺点在于体积较大；

两组行走轮组，其平行并列安装在所述底座10下方，所述行走轮组由多个大轮毂11和两个小轮毂12组成，所述大轮毂11和小轮毂12排成一列，并且两个小轮毂12分别位于所述大轮毂11队列的首尾两端，所述大轮毂11和小轮毂12通过一履带13连成一体，其中所述行走轮组的安装方式比较多样，可以采用传统的方式，将两行走轮组中相对的轮毂通过一根转轴串起来，然后在底座10下板面设置悬杆，并将悬杆与轮毂的转轴转动连接，也可以采用独立悬挂式，将每个轮毂的转轴通过独立的悬杆固定在底座10下板面，悬杆与轮毂的转轴转动连接，所述大轮毂11的圆周面上设置有两圈凸棱，两圈凸棱分别位于垂直于所述大轮毂11轴线的中心截面的两侧，两圈凸棱均由多个凸棱单元14构成，所述凸棱单元14为垂直于所述大轮毂11圆周面同时与所述大轮毂11母线平行的长方体，所述凸棱单元14的长度为所述大轮毂11宽度的一半，并且一圈凸棱中的凸棱单元14与另一圈凸棱中的凸棱单元14错开均匀间隔分布，所述履带13由与所述大轮毂11接触的内层和与地面接触的外层叠加构成，所述内层设置有与所述凸棱位置和形状相匹配的第二凹槽15，所述外层为中空的气囊结构16，所述气囊结构16由多个宽度与履带宽度一致的独立气室17首尾相接组成，所述独立气室17的间壁水平截面轮廓为一个周期的正弦曲线，在所述独立气室17的范围内对应两圈凸棱中的各一个凸棱单元14。

第一电机18，其转速固定，所述第一电机18的输出轴与一所述大轮毂11转轴连接以驱动所述行走轮组保持恒定运动速度，这样比较方便计算单位时间内，机器人的移动距离；

单片机19，其设置在所述底座10上，所述单片机19与所述液压腔4连接，还与所述第一测距仪8、第二测距仪9、压力传感器6通信连接，以根据容器2内液面距容器2边沿高度、化工原液的粘滞系数、容器2及其内容物重量计算液压腔4给出的推力。

上述实施例在使用过程中，将装入化工原液的容器2放入保温钵1内以后，压力传感器6就会测出装入化工原液的容器2总重量，而第一电机18的转速恒定就表示，机器人的最终速度可提前知晓，由于机器人从静止到恒定速度的过程很快，其中所需的时间和移动的距离基本上可忽略不计，但是此时由于容器2是置于无阻尼底板5上的，所以没有摩擦力使容器2加速，容器2和化工原液都是处于静止状态，要使化工原液不溅出容器2，就要使化工原液的加速度大于容器2的加速度，又化工原液的推力完全由粘滞阻力提供，容器2的推力完全由活塞杆3提供，由于化工原液到达容器2边缘即达到溅出边界条件，故可根据化工原液在容器2边缘的瞬间，以越过平静时容器2内的液面线的化工原液截面积来计算这部分化工原液的粘滞阻力，并根据牛顿第二定律推算出液压腔4可为活塞杆3提供的最大推力，从而让单片机19输出电信号控制液压腔4打油，直至容器2和化工原液达到机器人的恒定运动速度。另外，由于车间地面难免会有一些零件车削碎屑，容易引起机器人的震动，故而使用气囊结构16尽量减小震动，但是这些零件车削碎屑可能会有尖锐部分容易扎破气囊结构16，反而更加不稳，所以使用多个独立气室17防爆，而且在某一独立气室17出现扎破情况时，相邻独立气室17的气压会抵住该破损独立气室17间壁，因为气室间壁采用正弦曲线轮廓可以有一个拉伸变形量，所以不会引起连锁爆破情况，同时凸棱的位置与独立气室17的形状相对应，能有效分散每个独立气室17的承载受力情况，保证机器人的平稳运行。

在另一实施例中，所述的减震防爆的化工原液运输机器人还包括：

谐波减速器20，其刚轮固定连接在所述底座10上，且所述刚轮的轴心平行所述底座10板面，所述谐波减速器20的的波发生器与一第二电机的输出轴连接，所述第二电机固定在底座10上，通过谐波减速器20能将第二电机的转矩平稳有效的传递给下面将要描述的摇臂21；

摇臂21，其为一杆体，所述摇臂21的一端垂直连接在所述保温钵1的下表面，另一端连接在一圆柱体的圆周面上，所述圆柱体通过法兰同轴连接在所述谐波发生器的柔轮上，以使所述摇臂21及与所述摇臂21连接的保温钵1一直保持竖直；

第三测距仪22，其设置在所述行走轮组在移动方向的前方，所述第三测距仪22的探头垂直指向地面以实时测量探头距地面高度；

其中，所述行走轮组的行走方向与所述摇臂21的转动平面平行，并且两组行走轮组对称分布在所述摇臂21的两侧，所述单片机19与所述第二电机电连接，与所述第三测距仪22通信连接，以控制摇臂21的转动角度。

上述实施例在使用过程中，当机器人需要上下坡时，第三测距仪22可以测出在一个单位时间的起始和末尾距地面的高度，并将测量结果传送给单片机19计算出单位时间内探头与地面的高度差，再比上机器人单位时间内的移动距离，即可得出即将遇到的倾斜面的倾斜角正切值，从而推算出将遇到的倾斜面的倾斜角，进而控制摇臂28调整容器2的倾角，避免上下坡过程中化工原液倾洒。

在另一实施例中，所述第一凹槽的底部开设有多个垂直的第二通孔，所述保温钵1的下方还设置有与所述第二通孔数量一致的直线电缸23，所述直线电缸23的输出端从所述第二通孔中穿过连接在所述无阻尼底板5的下表面，通过直线电缸23将容器2推送出保温钵1，无需人为操作更加便捷，另外相比于油缸，直线电缸23的运动更加平稳，也防止了推送过程容器2的晃动。

在另一实施例中，所述盖体7的下边沿与所述保温钵1的上边沿铰接，以使所述盖体7在竖直面翻转或扣合，这样方便盖体7的开关，也能增强盖体7的保温性。

在另一实施例中，所述第一测距仪8和第二测距仪9采用超声波测距仪，由于测量的距离比较近，所以超声波测距仪和激光测距仪的测量精度相差不大，但是因为化工原液的热气会改变空气密度，从而影响到激光的传播，所以在这里使用超声波测距仪。

在另一实施例中，所述活塞杆3抵住容器2的一端连接有与容器2外壁贴合的弧面板，这样活塞杆3上的力就能均匀传递给容器2，不容易出现偏移或打滑的现象。

在另一实施例中，所述保温钵1采用陶瓷材料制作，相比于其他材料，陶瓷的保温性能更好，能长时间保持容器2内化工原液的热量。

在另一实施例中，所述大轮毂11或所述小轮毂12的中心设置有转轴，所述转轴两端分别延伸至所述大轮毂11或所述小轮毂12的两侧，所述底座10下板面设置有与所述大轮毂11和小轮毂12数量一致的多对吊杆24，每对吊杆24均与一大轮毂11或小轮毂12的转轴转动连接，这样每个轮毂均采用独立式悬挂能避免轮毂间运动的相互干扰，也增强了机器人的行走稳定性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种减震防爆的化工原液运输机器人，其特征在于，包括：

保温钵，其为圆柱形块体，所述保温钵上表面中心同轴开设有一个倒圆台形第一凹槽，所述第一凹槽内盛放装有化工原液的容器，并且容器与所述第一凹槽的倾斜内壁间存在间隙，所述第一凹槽的倾斜内壁上开设有多个圆孔，所述圆孔分布在不同水平层面，且在同一水平层面均匀排列成环形，所述圆孔内设置有与所述圆孔等直径的活塞杆，所述活塞杆一端抵住容器，另一端与所述圆孔内壁形成一密封的液压腔，以提供可控推力，并通过活塞杆传递给容器，使容器内的化工原液可控加速从而不荡出容器，所述第一凹槽底部设置有一托住容器的无阻尼底板，以减小容器所受摩擦力，所述无阻尼底板的下板面紧贴设置有一压力传感器，以检测容器及其内容物重量；

盖体，其为一端封闭的圆筒形，所述盖体的内径大于所述第一凹槽开口处直径，同时所述盖体的敞口端刚好扣合在所述保温钵的上方，所述盖体内的顶部设置有第一测距仪和第二测距仪，所述第一测距仪的探头垂直指向容器内的液面，所述第二测距仪的探头垂直指向容器边沿，通过第一测距仪和第二测距仪的测量结果以计算出容器内液面距容器边沿高度；

底座，其为一板体，所述保温钵设置在所述底座上；

两组行走轮组，其平行并列安装在所述底座下方，所述行走轮组由多个大轮毂和两个小轮毂组成，所述大轮毂和小轮毂排成一列，并且两个小轮毂分别位于所述大轮毂队列的首尾两端，所述大轮毂和小轮毂通过一履带连成一体，其中，所述大轮毂的圆周面上设置有两圈凸棱，两圈凸棱分别位于垂直于所述大轮毂轴线的中心截面的两侧，两圈凸棱均由多个凸棱单元构成，所述凸棱单元为垂直于所述大轮毂圆周面同时与所述大轮毂母线平行的长方体，所述凸棱单元的长度为所述大轮毂宽度的一半，并且一圈凸棱中的凸棱单元与另一圈凸棱中的凸棱单元错开均匀间隔分布，所述履带由与所述大轮毂接触的内层和与地面接触的外层叠加构成，所述内层设置有与所述凸棱位置和形状相匹配的第二凹槽，所述外层为中空的气囊结构，所述气囊结构由多个宽度与履带宽度一致的独立气室首尾相接组成，所述独立气室的间壁水平截面轮廓为一个周期的正弦曲线，在所述独立气室的范围内对应两圈凸棱中的各一个凸棱单元；

第一电机，其转速固定，所述第一电机的输出轴与一所述大轮毂转轴连接以驱动所述行走轮组保持恒定运动速度；

单片机，其设置在所述底座上，所述单片机与所述液压腔电连接，还与所述第一测距仪、第二测距仪、压力传感器通信连接，以根据容器内液面距容器边沿高度、化工原液的粘滞系数、容器及其内容物重量计算液压腔给出的推力。

2.如权利要求1所述的减震防爆的化工原液运输机器人，其特征在于，还包括：

谐波减速器，其刚轮固定连接在所述底座上，且所述刚轮的轴心平行所述底座板面，所述谐波减速器的谐波发生器与一第二电机的输出轴连接，所述第二电机固定在底座上；

摇臂，其为一杆体，所述摇臂的一端垂直连接在所述保温钵的下表面，另一端连接在一圆柱体的圆周面上，所述圆柱体通过法兰同轴连接在所述谐波发生器的柔轮上，以使所述摇臂及与所述摇臂连接的保温钵一直保持竖直；

第三测距仪，其设置在所述行走轮组在移动方向的前方，所述第三测距仪的探头垂直指向地面以实时测量探头距地面高度；

其中，所述行走轮组的行走方向与所述摇臂的转动平面平行，并且两组行走轮组对称分布在所述摇臂的两侧，所述单片机与所述第二电机电连接，与所述第三测距仪通信连接，以控制摇臂的转动角度。

3.如权利要求1所述的减震防爆的化工原液运输机器人，其特征在于，所述第一凹槽的底部开设有多个垂直的通孔，所述保温钵的下方还设置有与所述通孔数量一致的直线电缸，所述直线电缸的输出端从所述通孔中穿过连接在所述无阻尼底板的下表面。

4.如权利要求1所述的减震防爆的化工原液运输机器人，其特征在于，所述盖体的下边沿与所述保温钵的上边沿铰接，以使所述盖体在竖直面翻转或扣合。

5.如权利要求1所述的减震防爆的化工原液运输机器人，其特征在于，所述第一测距仪和第二测距仪采用超声波测距仪。

6.如权利要求1所述的减震防爆的化工原液运输机器人，其特征在于，所述活塞杆抵住容器的一端连接有与容器外壁贴合的弧面板。

7.如权利要求1所述的减震防爆的化工原液运输机器人，其特征在于，所述保温钵采用陶瓷材料制作。

8.如权利要求1所述的减震防爆的化工原液运输机器人，其特征在于，所述大轮毂或所述小轮毂的中心设置有转轴，所述转轴两端分别延伸至所述大轮毂或所述小轮毂的两侧，所述底座下板面设置有与所述大轮毂和小轮毂数量一致的多对吊杆，每对吊杆均与一大轮毂或小轮毂的转轴转动连接。