CN108381524A - 一种智能解魔方机器人实训平台 - Google Patents
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Abstract
一种智能解魔方机器人实训平台，属于机器人应用技术领域，包括安装桌、双臂协作机器人、摄像机构及两个魔方放置库，电气元件及控制系统安装在安装桌的下方，双臂协作机器人包括机器人安装架、双臂协作机器人本体及两个末端抓手，机器人安装架安装在安装桌上，机器人安装架为中空管状结构，机器人安装架内部用于走线，双臂协作机器人本体的两个活动臂对称安装在机器人安装架上，两个末端抓手对称安装在双臂协作机器人本体的两个输出端上，摄像机构安装在机器人安装架的上端，两个魔方放置库安装在安装桌的上端面，双臂协作机器人本体为两个结构相同的六轴串联机器人；六轴串联机器人为模块化机器人；该装置能够解魔方且具有较高的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人应用技术领域，特别是涉及一种智能解魔方机器人实训平台。
背景技术
魔方玩具是目前最为流行的智力玩具之一，复原任意初态的魔方公认具有相当的难度，因此出现了通过机器解算自动还原魔方的技术，将能够取代人工操作、自动复原魔方的机构简称作“魔方机器人”。
目前上，出现一些解魔方机器人的实训平台，包括多个少自由度的机器人本体或者相应的末端抓手，该种解魔方机器人的解魔方速度较慢，互动性较差，只能对特定姿态的魔方进行解魔方，例如水平放置的魔方，才能对魔方进行还原，适应性较差。
发明内容
本发明装置针对上述技术问题，提供一种智能解魔方机器人实训平台，该种实训平台具有较高的适应性。
一种智能解魔方机器人实训平台，包括安装桌、双臂协作机器人、摄像机构及两个魔方放置库，电气元件及控制系统安装在安装桌的下方，双臂协作机器人包括机器人安装架、双臂协作机器人本体及两个末端抓手，机器人安装架安装在安装桌上，机器人安装架为中空管状结构，机器人安装架内部用于走线，双臂协作机器人本体的两个活动臂对称安装在机器人安装架上，两个末端抓手对称安装在双臂协作机器人本体的两个输出端上，摄像机构安装在机器人安装架的上端，两个魔方放置库安装在安装桌的上端面且位于双臂协作机器人的操作空间之内，双臂协作机器人本体为两个结构相同的六轴串联机器人，六轴串联机器人为模块化机器人，电气元件及控制系统用于控制实训平台的动作过程。
优选的，摄像机构包括两轴云台及工业相机，两轴云台安装在机器人安装架的上端面，工业相机与两轴云台的输出段固定连接，两轴云台能够带动工业相机做俯仰运动及绕Z轴旋转。
优选的，两个末端抓手包括第一末端抓手及第二末端抓手，第一末端抓手安装在六轴串联机器人的动平台上，第二末端抓手安装在另一个六轴串联机器人的动平台上。
优选的，第一末端抓手包括手指气缸及夹指，手指气缸安装在六轴串联机器人的动平台上，两个夹指对称地安装在手指气缸的输出端。
优选的，第二末端抓手包括基板、驱动电机及夹爪运动支链，基板固定在另一个六轴串联机器人的动平台上，驱动电机通过立板安装在基板上，基板上开有通孔，联轴器贯穿通孔，驱动电机的输出轴与滚珠螺杆通过联轴器以固定连接，滚珠螺杆与滚珠螺母配合使用，基板与下安装板固定连接，滚珠螺杆上端的光轴部与安装在基板中轴承内圈配合，滚珠螺杆下端的光轴部与安装在下安装板中轴承内圈配合，多个夹爪运动支链沿空间均布，多个夹爪运动支链的一端与滚珠螺母固定连接，多个夹爪运动支链的中部与下安装板铰接。
优选的，夹爪运动支链包括滑槽板、第一连杆、第二连杆及夹持爪，滑槽板一端与滚珠螺母固定连接，滑槽板开有滑槽，滑槽的形状为圆弧形，第一连杆的一端与滑槽板滑动联接，第一连杆能够沿滑槽板中滑槽滑行，第一连杆的中部与下安装板铰链，第一连杆的另一端与夹持爪的上端铰链，第二连杆的一端与下安装板铰链，第二连杆的另一端与夹持爪的上端铰链，下安装板中两个铰接孔的距离等于夹持爪上两个铰接孔中心之间的距离，第一连杆的中部铰接孔中心与第一连杆的下端铰接孔中心之间的距离与第二连杆的两个铰接孔中心之间的距离相等。
本发明装置的有益效果如下：采用双臂协作机器人，双臂协作机器人的双臂的功能相同，第一末端抓手与第二末端抓手均用于夹持魔方，双臂协作机器人的两个活动臂的功能能够互换，双臂协作机器人具有多个自由度，运动灵活，解魔方的效率高，能够对多种姿态的魔方进行还原，适应性好。
附图说明
图1 为本发明装置的整体结构示意图。
图2 为本发明装置中摄像机构的结构示意图。
图3 为本发明装置中第一末端抓手的结构示意图。
图4 为本发明装置中第二末端抓手的结构示意图。
图5 为本发明装置中第二末端抓手的局部结构示意图。
图6 为本发明装置中魔方放置库的结构示意图。
图7 为本发明装置中触摸控制屏的结构示意图。
图中：1.安装桌；2.双臂协作机器人本体；3.第二末端抓手；31.驱动电机；32.基板；33. 滚珠螺杆；34.下安装板；35.滚珠螺母；36.滑槽板；37.第一连杆；38.第二连杆；39.夹爪；4.机器人安装架；5.摄像机构；51.工业相机；52.两轴云台；6.第一末端抓手；61.气缸；62.夹指；7.魔方放置库；8.触摸控制屏。
具体实施方式
本发明装置包括安装桌1、双臂协作机器人、摄像机构5及两个魔方放置库7，电气元件及控制系统安装在安装桌1的下方，双臂协作机器人包括机器人安装架4、双臂协作机器人本体2及两个末端抓手，机器人安装架4安装在安装桌1上，机器人安装架4为中空管状结构，安装桌1上设有对应的通孔，机器人安装架4内部用于走线，双臂协作机器人本体2的两个活动臂对称安装在机器人安装架4上，两个末端抓手对称安装在双臂协作机器人本体2的两个输出端上，摄像机构5安装在机器人安装架4的上端，两个魔方放置库7安装在安装桌1的上端面且位于双臂协作机器人的操作空间之内，双臂协作机器人本体2为两个结构相同的六轴串联机器人，优选的，六轴串联机器人为模块化机器人，电气元件及控制系统用于控制实训平台的动作过程。
摄像机构5包括两轴云台52及工业相机51，两轴云台52安装在机器人安装架4的上端面，工业相机51与两轴云台52的输出段固定连接，两轴云台52能够带动工业相机51做俯仰运动及绕Z轴旋转，从而，工业相机51能够对圆柱体内多个点进行取像。
两个末端抓手包括第一末端抓手6及第二末端抓手3，第一末端抓手6安装在六轴串联机器人的动平台上，第二末端抓手4安装在另一个六轴串联机器人的动平台上。
第一末端抓手6包括气缸61及夹指62，气缸61安装在六轴串联机器人的动平台上，两个夹指62对称安装在气缸61中两个相对的输出端，从而，气缸61带动夹指62夹紧或者放松魔方，本发明不受上述具有两个相对输出端的气缸的限制，具有单输出的气缸亦可以，一个夹指的位置固定，两个夹指安装在气缸的输出端，两个夹指相对运动起到夹紧或者放松魔方的作用。
六轴串联机器人带动第一末端抓手6在空间内能够沿XYZ三轴平动及绕XYZ三轴运动，第一末端抓手6起到夹持作用。
第二末端抓手3包括基板32、驱动电机31及夹爪运动支链，基板32固定在另一个六轴串联机器人的动平台上，驱动电机31安装在基板32上，基板32上开有通孔，联轴器贯穿通孔，驱动电机31的输出轴与滚珠螺杆33通过联轴器以固定连接，亦可以通过其他方式将驱动电机31的动力输出到滚珠螺杆33，滚珠螺杆33与滚珠螺母35配合使用，驱动电机31带动滚珠螺杆33旋转，滚珠螺杆33带动滚珠螺母35上下运动；基板32与下安装板34通过多个立柱固定连接，滚珠螺杆33的上端光轴部安装在基板32中的轴承内圈，滚珠螺杆33的下端光轴部安装在下安装板34中轴承内圈，轴承用于保证滚螺杆33的上下部转动的同轴度，多个夹爪运动支链沿空间均布，多个夹爪运动支链的一端与滚珠螺母35固定连接，多个夹爪运动支链的中部与下安装板34铰接。
本实施例中，优选的三个夹爪运动支链，三个夹爪运动支链互成120°夹角布置，三个夹爪的结构和安装方式相同。
夹爪运动支链包括滑槽板36、第一连杆37、第二连杆38及夹爪39，滑槽板36一端与滚珠螺母固定连接，滑槽板36上开有滑槽，滑槽优选的形状为圆弧形，滑槽起到导向作用，第一连杆37的一端与滑槽板36滑动联接，第一连杆37能够沿滑槽板36中滑槽滑行，第一连杆37的中部与下安装板34通过销轴铰链，第一连杆37的另一端与夹爪39的上端通过销轴连接，第二连杆38的一端与下安装板34通过销轴铰链，第二连杆38的另一端与夹爪39的上端通过销轴铰链；下安装板34中两个销轴孔中心之间的距离等于夹爪39中两个销轴孔中心之间的距离相等，第一连杆37的中部销轴孔与第一连杆37的下端销轴孔中心之间的距离与第二连杆38的两个销轴孔中心之间的距离相等，四个销轴孔中心构成平行四边形，从而，驱动电机31的动力经过滚珠螺杆33、滚珠螺母35、滑槽板36、第一连杆37、第二连杆38传递到夹爪39上，带动夹爪39平动，驱动电机41带动三个夹爪39之间相对运动，完成魔方的夹紧与放松。
另一个六轴串联机器人带动第二末端抓手3在空间内能够沿XYZ三轴平动及绕XYZ三轴运动，第二末端抓手3起到夹持作用。
三个夹爪39优选为三角形，夹爪39安装有橡胶垫片，橡胶垫片的夹持面为光滑弧形，橡胶垫片起到保护作用。
工业相机51对魔方进行取像，通过数据传输系统传递到视觉处理系统，视觉处理系统对图片信息进行处理，根据图片信息的处理数据来控制两个六轴串联机器人本体的动作以及其上末端抓手进行抓取与拆解魔方。
本发明装置中第一末端抓手6能够对魔方进行夹持，第二末端抓手3在六轴串联机器人的带动下对魔方进行拆解；或者，第二末端抓手3对魔方进行夹持，第一末端抓手6在六轴串联机器人的带动下对魔方进行拆解；双臂协作机械人本体2中两个六轴串联机器人的功能能够互换。
本发明装置中工业相机51在两轴云台52的带动下能够完成旋转和俯仰运动，对不同的位置进行取像，从而，本发明装置能够在空间的多个位置对魔方进行拆解。
双臂协作机器人从一个魔方放置库7中抓取待解的魔方，工业相机51在两轴云台52的带动下对魔方进行取像，控制系统根据系统内置的解魔方程序控制双臂协作机器人进行解魔方，魔方求解完成后，将魔方放置到另一个魔方放置库7中。
优选的，魔方放置库7通过立柱以安装在安装桌1的上端面，魔方放置库7为栅格形状。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种智能解魔方机器人实训平台，其特征在于，包括安装桌、双臂协作机器人、摄像机构及两个魔方放置库，电气元件及控制系统安装在安装桌的下方，双臂协作机器人包括机器人安装架、双臂协作机器人本体及两个末端抓手，机器人安装架安装在安装桌上，机器人安装架为中空管状结构，机器人安装架内部用于走线，双臂协作机器人本体的两个活动臂对称安装在机器人安装架上，两个末端抓手对称安装在双臂协作机器人本体的两个输出端上，摄像机构安装在机器人安装架的上端，两个魔方放置库安装在安装桌的上端面且位于双臂协作机器人的操作空间之内，所述双臂协作机器人本体为两个结构相同的六轴串联机器人；所述六轴串联机器人为模块化机器人，电气元件及控制系统用于控制实训平台的动作过程。
2.根据权利要求1所述的智能解魔方机器人实训平台，其特征在于，所述摄像机构包括两轴云台及工业相机，两轴云台安装在机器人安装架的上端面，工业相机与两轴云台的输出段固定连接，两轴云台能够带动工业相机做俯仰运动及绕Z轴旋转。
3.根据权利要求1所述的智能解魔方机器人实训平台，其特征在于，所述两个末端抓手包括第一末端抓手及第二末端抓手，第一末端抓手安装在六轴串联机器人的动平台上，第二末端抓手安装在另一个六轴串联机器人的动平台上。
4.根据权利要求3所述的智能解魔方机器人实训平台，其特征在于，所述第一末端抓手包括手指气缸及夹指，手指气缸安装在六轴串联机器人的动平台上，两个夹指对称地安装在手指气缸的输出端。
5.根据权利要求3所述的智能解魔方机器人实训平台，其特征在于，所述第二末端抓手包括基板、驱动电机及夹爪运动支链，基板固定在另一个六轴串联机器人的动平台上，驱动电机通过立板安装在基板上，基板上开有通孔，联轴器贯穿通孔，驱动电机的输出轴与滚珠螺杆通过联轴器以固定连接，滚珠螺杆与滚珠螺母配合使用，基板与下安装板固定连接，滚珠螺杆上端的光轴部与安装在基板中轴承内圈配合，滚珠螺杆下端的光轴部与安装在下安装板中轴承内圈配合，多个夹爪运动支链沿空间均布，多个夹爪运动支链的一端与滚珠螺母固定连接，多个夹爪运动支链的中部与下安装板铰接。
6.根据权利要求5所述的智能解魔方机器人实训平台，其特征在于，所述夹爪运动支链包括滑槽板、第一连杆、第二连杆及夹爪，滑槽板一端与滚珠螺母固定连接，滑槽板开有滑槽，滑槽的形状为圆弧形，第一连杆的一端与滑槽板滑动联接，第一连杆能够沿滑槽板中滑槽滑行，第一连杆的中部与下安装板铰链，第一连杆的另一端与夹爪的上端铰链，第二连杆的一端与下安装板铰链，第二连杆的另一端与夹爪的上端铰链，所述下安装板中两个铰接孔的距离等于夹爪上两个铰接孔中心之间的距离，第一连杆的中部铰接孔中心与第一连杆的下端铰接孔中心之间的距离与第二连杆的两个铰接孔中心之间的距离相等。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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