CN108436894A - 一种捆状物品搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种捆状物品搬运机器人,包括底盘和控制系统,底盘底端设四对称设置的行走单元,行走单元的车轮同步转动和/或差速转动能带动底盘行走或转向;底盘上设支架，支架上设两导柱,两导柱上设沿两导柱滑动的滑座，滑座与传动组件连接并由传动组件传动而竖向移动，滑座还与桁臂垂直连接,桁臂的另一端设安装座，安装座上设能相对安装座轴转的旋转组件,旋转组件连接第一旋转组件，第一旋转组件连接旋转座，旋转座上设由第一驱动装置传动带动相互铰转合拢/张开的机械手臂；传动组件传动机械手臂竖向移动,配合旋转组件、第一旋转组件和第一驱动装置的传动带动,使机械手臂匹配夹取捆状物品或钩挂捆状物品匹配完成对捆状物品的搬运。

Description

一种捆状物品搬运机器人

技术领域

本发明涉及自动搬运机器人技术领域,特别涉及一种捆状物品搬运机器人。

背景技术

现有工农业生产中，常常会涉及到货品或物品进行搬运。现有中,对于在平原上采用机械化设备进行农作物收割后农作物的麦穗、桔梗，会采用将其压结成捆,对于打捆的桔梗或麦穗，现有农耕作业中会采用大型拖拉机进行搬运；在工业生产中,利于卷绕成捆的钢筋、软管、电线电缆、线绳等，则会采用轨道平板车或场内叉车进行搬运。无论是采用大型拖拉机进行搬运，还是采用平板车或叉车进行搬运,均需要人工驾驶车辆进行来回往复搬运。因此，对于驾驶人员或操作人员而言,其劳动力强度是较大的。

随着工业技术的发展,搬运机器人因运而生,在工业生产中搬运机器人扮演者不可缺少的角色。而搬运机器人的出现，大大的解放了劳动力,同时搬运的效率及准确率也得到保证。搬运机器人可以更高效的完成高精度、高重复性的工作。搬运机器人可以直观的减少工业生产的劳动成本,并增加其生产效率。为满足工业加工生产的需求，产生了各式各样的机器人。

但在相关技术领域中，尚欠缺对用于捆状物品搬运的机器人的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有设计技术中存在的缺陷,提供一种捆状物品搬运机器人,该搬运机器人结构精简、搬运捆状物品效率高、自动化程度高，工业实用性强。

为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案如下:一种捆状物品搬运机器人,包括底盘和控制系统,所述底盘底端设有四组对称设置的行走单元,所述行走单元的车轮匹配同步转动和/或差速转动能带动所述底盘行走或转向;所述底盘上端设支架，所述支架上设两竖向延伸的导柱，两所述导柱上设有能沿两导柱竖向滑动的滑座，该滑座与设在两导柱上的传动组件连接并能由传动组件传动而竖向移动,所述滑座还与垂直滑座沿横向方向延伸的桁臂连接,所述桁臂的另一端设安装座，所述安装座上设能相对所述安装座轴转的旋转组件,所述旋转组件连接第一旋转组件，所述第一旋转组件连接一旋转座，所述旋转座上设由第一驱动装置传动带动相互铰转合拢/张开的机械手臂；所述传动组件传动滑座、桁臂、旋转组件、第一旋转组件和机械手臂竖向移动,配合所述旋转组件、第一旋转组件和第一驱动装置的传动带动,使机械手臂匹配夹取捆状物品或钩挂捆状物品并匹配行走单元驱动底盘行走或转向完成对捆状物品的搬运。

作为对上述技术方案的进一步阐述：

在上述技术方案中,每一所述行走单元还包括伺服电机,所述伺服电机通过“L”型电机固定支架装配于所述底盘底端匹配位置上,所述伺服电机的输出轴与自每一车轮中心侧向延伸出的转轴连接，匹配使所述伺服电机与车轮连接并由所述伺服电机驱动转动而带动底盘行走或转向;所述伺服电机还与设在底盘上的伺服电机驱动器连接,所述伺服电机驱动器还与所述控制系统电气连接，所述控制系统控制所述伺服电机驱动器传动伺服电机驱动所有车轮同步或差速转动，匹配使搬运机器人行走或转向。

在上述技术方案中,所述传动组件包括第一驱动电机、减速机、主同步轮、同步带和同步轮;所述第一驱动电机与所述减速机传动连接，所述主同步轮安设在所述减速机的输出轴上，所述同步轮通过同步轮轴装配于两所述导柱顶端,所述主同步轮通过所述同步带与所述同步轮传动连接,且所述同步带还与所述滑座连接；所述第一驱动电机通过减速机传动所述主同步轮转动,匹配传动同步带转动并带动所述滑座沿两导柱竖向滑动。

在上述技术方案中,所述第一驱动电机为蜗杆电机。

在上述技术方案中,所述安装座为“U”型安装座，所述旋转组件包括摆座,所述摆座设在所述“U”型安装座的“U”型槽内，且所述摆座一侧通过旋转轴配合轴承与所述“U”型安装座活动连接，另一侧通过旋转法兰与设在“U”型安装座旁侧的第二驱动电机传动连接;所述第二驱动电机传动所述旋转法兰转动，匹配带动所述摆座绕所述旋转轴摆动;匹配所述旋转组件相对所述安装座轴转并匹配带动设在所述摆座上的所述第一旋转组件摆动。

在上述技术方案中,所述第二驱动电机为旋转舵机;所述第一旋转组件包括旋转电机，且所述旋转电机的输出轴竖向贯穿所述摆座并通过旋转法兰连接所述旋转座,所述旋转电机传动匹配的旋转法兰转动,匹配带动所述旋转座转动。

在上述技术方案中,所述旋转座前后方向的每一侧均设两所述机械手臂,且位于所述旋转座前后方向每一侧的两所述机械手臂通过齿轮啮合连接;位于所述旋转座左右两侧的两所述机械手臂还通过弧形连接块连接并匹配构成左夹持臂和右夹持臂,所述第一驱动装置设于所述旋转座的凹槽内,且所述第一驱动装置的输出轴贯穿所述旋转座的前侧壁/后侧壁后与四机械手臂其中之一传动连接；所述第一驱动装置传动匹配的机械手臂转动，配合所述机械手臂之间啮合传动,使左夹持臂和右夹持臂匹配铰转合拢/张开并夹取/松放捆状物品。

在上述技术方案中,所述第一驱动装置为旋转舵机,每一机械手臂为弓形机械手臂。

在上述技术方案中,所述底盘的前、后两端均设有用于引导机器人行走或转向的引导模块,所述引导模块包括支撑底座，所述支撑底座上端面两侧均设具有双吊耳的连接座，所述连接座通过螺栓、轴承和螺母连接连杆,所述连杆的另一端则通过螺栓、轴承和螺母与固设在所述底盘上的连接吊耳活动连接;所述支撑底座上还设有用于引导机器人沿预设轨道的行走或转向的寻际灯板,所述寻际灯板与所述控制系统电连接并匹配所述控制系统的控制，通过检测预设在预定轨道上轨迹标示匹配完成轨迹识别。

在上述技术方案中,所述底盘上还设有用于供所述机器人进行搬运工作电源的电池组和承载安装所述控制系统的载台，所述控制系统的主控制器为STM32F103单片机。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于:本发明的搬运机器人通过四个行走单元的独立车速响应,能实现机器人平稳的行走或转向,同时,抓取机械手臂由旋转组件和第一旋转组件旋转带动，可以以任意角度对捆状物品进行抓取，而左右夹持臂相互铰转合拢/张开的角度大，可以实现产品的抓取或钩挂；再者,本发明的搬运机器人结构精简、搬运捆状物品效率高、自动化程度高,工业实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明捆状物品搬运机器人的立体视图；

图2是本发明捆状物品搬运机器人的另一立体视图；

图3是本发明安装座、旋转组件、第一旋转组件及机械手臂的装配图；

图中，1.底盘，101.载台，2.行走单元，21.车轮，22.伺服电机，23.“L”型电机固定支架,24.伺服电机驱动器;3.支架；4.导柱；5.滑座；6.传动组件，61.第一驱动电机，62.减速机，63.主同步轮，64.同步轮，65.同步轮轴；7.桁臂；8.安装座；9.旋转组件，91.摆座，92.旋转轴，93.轴承，94.旋转法兰，95.第二驱动电机；11.第一旋转组件，111.旋转电机；12.旋转座；13.第一驱动装置;14.机械手臂,141.齿轮；15.引导模块，151.支撑底座，152.连接座，153.螺栓，154.螺母，155.连杆，156.连接吊耳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“若干个”、“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。在本申请中,除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。在本申请中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

附图1-3实例了本发明的具体实施例,且本发明以微型机器人模型对本实施例进行阐述，实际用于工业搬运的此种机械人采用同比例放大生产，通过会对结构件的材质、受力及驱动承载力予以相应的改变,从而使其适用于工业生产搬运。参考附图1-3,本实施例的一种捆状物品搬运机器人,包括底盘1和控制系统,在本实施例中,该控制系统采用主控制器为STM32F103单片机的电控模组,且电控模组装配在设在底盘1的载台101上，所述底盘1底端设有四组对称设置的行走单元2,所述行走单元2的车轮21匹配同步转动和/或差速转动能带动所述底盘1行走或转向，实际设计开发过程中,考虑机器人需求满足行走和灵活转向,机器人采用四个行走单元2独立驱动,一个行走单元2匹配控制对应的车轮21,而机器人的差速功能通过调整车轮21的转速实现,实际中,驱动车轮21转动的是伺服电机22,所述伺服电机22通过“L”型电机固定支架23装配于所述底盘1底端匹配位置上,所述伺服电机的输出轴与自每一车轮21中心侧向延伸出的转轴连接，匹配使所述伺服电机22与车轮21连接并由所述伺服电机22驱动转动而带动底盘1行走或转向,并且所述伺服电机22还与设在底盘1上的伺服电机驱动器24连接,所述伺服电机驱动器24还与所述控制系统电气连接，所述控制系统输出PWM信号,并通过所述伺服电机驱动器24传动伺服电机22驱动匹配的车轮21转动，通过使所有车轮21同步或差速转动，匹配使搬运机器人行走或转向,也就是伺服电机22的工作是由伺服电机驱动器24驱动的，而伺服电机驱动器24而又由所述控制系统控制,而匹配完成机器人的行走或转向;实际中,为了能控制车轮21的转速，可以采取 PWM 调速法,即由控系统输出一系列频率固定的方波，再通过功率放大（伺服电机驱动器24）来驱动伺服电机22,在控制系统的软体程序中通过改变输出方波的占空比就可以改变加到伺服电机上的平均电压，从而可以改变伺服电机的转速,通过使设于底盘1左、右侧的伺服电机一边转速快，一边转速慢，这样实现底盘1及机器人的转向，而位于底盘1同一侧的两个伺服电机22转速的配合就可以实现机器人的前进、倒退、转弯等功能;所述底盘1上端设支架3，所述支架3上设两竖向延伸的导柱4，两所述导柱4上设有能沿两导柱4竖向滑动的滑座5,该滑座5与设在两导柱4上的传动组件6连接并能由传动组件6传动而竖向移动,所述滑座5还与垂直滑座5沿横向方向延伸的桁臂7连接,所述桁臂7的另一端设安装座8,所述安装座8上设能相对所述安装座8轴转的旋转组件9,所述旋转组件9连接第一旋转组件11,所述第一旋转组件11连接一旋转座12，所述旋转座12上设由第一驱动装置13传动带动相互铰转合拢/张开的机械手臂14,所述第一驱动装置13为旋转舵机,每一机械手臂14为弓形机械手臂;实际搬运捆状物品过程中,所述传动组件6传动滑座5、桁臂7、旋转组件9、第一旋转组件11和机械手臂14竖向移动,配合所述旋转组件9、第一旋转组件11和第一驱动装置13的传动带动,使机械手臂14匹配铰转合拢/张开并匹配夹取捆状物品(参考附图1)或钩挂捆状物品(参考附图2，捆扎物品通过挂绳与机械手臂14连接）,再匹配行走单元2驱动底盘1行走或转向完成对捆状物品的搬运;所述底盘1的前、后两端均设有用于引导机器人行走或转向的引导模块15,所述引导模块15包括支撑底座151，所述支撑底座151上端面两侧均设具有双吊耳的连接座152，所述连接座152通过螺栓153、轴承（附图未显示）和螺母154连接连杆155,所述连杆155的另一端（竖向的另一端）则通过螺栓153、轴承（附图未显示）和螺母与固设在所述底盘1上的连接吊耳156活动连接;所述支撑底座151上还设有用于引导机器人沿预设轨道的行走或转向的寻际灯板（附图未标号）,所述寻际灯板与所述控制系统电连接并匹配所述控制系统的控制，通过检测预设在预定轨道上轨迹标示匹配完成轨迹识别，实际中，该寻际灯板采用多对光电对管设置的寻际模块，具体的为采用光敏三极管,即利用经高亮的LED灯发射出来的光在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在机器人行驶过程中不断地向预设轨道上地面发射光,当光遇到预设轨道上白色轨迹标示时发生漫反射，反射光被装在机器人上的光敏三极管接收;如果遇设置预设轨道上的黑色轨迹标示则光被吸收，机器人上的光敏三极管接收不到反射光,控制系统就是否收到反射回来的反射光为依据来确定黑色轨迹标示的位置和机器人的行走路线;本实施例的机器人的底盘1上还设有用于供所述机器人进行搬运工作电源的电池组，该电池组可以是24V的直流电源模块和12V的直流电源模块,大电压的直流电源模块用于供电给用于机器人行走、抓取旋转和升降对应的组件,而12V直流电源模块则用于电控供电。

参考附图1-2，在本实施例中，所述传动组件6包括第一驱动电机61、减速机62、主同步轮63、同步带（附图未显示）和同步轮64;所述第一驱动电机61与所述减速机62传动连接,所述第一驱动电机61为蜗杆电机,所述主同步轮63安设在所述减速机62的输出轴上，所述同步轮63通过同步轮轴65装配于两所述导柱4顶端,所述主同步轮63通过所述同步带与所述同步轮63传动连接,且所述同步带还与所述滑座5连接,具体的为滑座5上一边制供同步带转动穿过的通槽，通过同步带还是与滑座5固定连接的,同步带转动时,滑座5被带动而匹配竖向移动,而同步带不与滑座5连接部分则匹配沿通槽滑动；传动组件6传动滑座5移动过程为:所述第一驱动电机61通过减速机62传动所述主同步轮63转动,匹配传动同步带转动并带动所述滑座5沿两导柱4竖向滑动。

参考附图1-3,在本实施例中,所述安装座8为“U”型安装座,所述旋转组件9包括摆座91,所述摆座91设在所述“U”型安装座的“U”型槽内,且所述摆座91一侧通过旋转轴92配合轴承93与所述“U”型安装座活动连接，另一侧通过旋转法兰94与设在“U”型安装座旁侧的第二驱动电机95传动连接;在本实施例中,所述第二驱动电机95为旋转舵机,所述第二驱动电机95传动所述旋转法兰94转动，匹配带动所述摆座91绕所述旋转轴92摆动;匹配所述旋转组件9相对所述安装座8轴转并匹配带动设在所述摆座91上的所述第一旋转组件11摆动;而所述第一旋转组件11包括旋转电机111，且所述旋转电机111的输出轴竖向贯穿所述摆座92并通过旋转法兰94连接所述旋转座12,所述旋转电机111传动匹配的旋转法兰94转动,匹配带动所述旋转座12转动。

参考附图1-3,在本实施例中,所述旋转座12前后方向的每一侧均设两所述机械手臂14,且位于所述旋转座12前后方向每一侧的两所述机械手臂14通过齿轮141啮合连接;位于所述旋转座12左右两侧的两所述机械手臂14还通过弧形连接块15连接并匹配构成左夹持臂和右夹持臂,所述第一驱动装置13设于所述旋转座12的凹槽内,且所述第一驱动装置13的输出轴贯穿所述旋转座12的前侧壁/后侧壁后与四机械手臂14其中之一传动连接；所述第一驱动装置13传动匹配的机械手臂14转动，配合所述机械手臂14之间啮合传动,使左夹持臂和右夹持臂匹配铰转合拢/张开并夹取/松放捆状物品。

本实施例的搬运机器人通过四个行走单元的独立车速响应,能实现机器人平稳的行走或转向,同时,抓取机械手臂由旋转组件和第一旋转组件旋转带动,可以以任意角度对捆状物品进行抓取,而左右夹持臂相互铰转合拢/张开的角度大，可以实现产品的抓取或钩挂;再者,本实施例的搬运机器人结构精简、搬运捆状物品效率高、自动化程度高,工业实用性强。

以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，故凡依本发明专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种捆状物品搬运机器人,包括底盘和控制系统,其特征在于,所述底盘底端设有四组对称设置的行走单元,所述行走单元的车轮匹配同步转动和/或差速转动能带动所述底盘行走或转向;所述底盘上端设支架，所述支架上设两竖向延伸的导柱，两所述导柱上设有能沿两导柱竖向滑动的滑座，该滑座与设在两导柱上的传动组件连接并能由传动组件传动而竖向移动，所述滑座还与垂直滑座沿横向方向延伸的桁臂连接,所述桁臂的另一端设安装座，所述安装座上设能相对所述安装座轴转的旋转组件,所述旋转组件连接第一旋转组件，所述第一旋转组件连接一旋转座，所述旋转座上设由第一驱动装置传动带动相互铰转合拢/张开的机械手臂；所述传动组件传动滑座、桁臂、旋转组件、第一旋转组件和机械手臂竖向移动,配合所述旋转组件、第一旋转组件和第一驱动装置的传动带动,使机械手臂匹配夹取捆状物品或钩挂捆状物品并匹配行走单元驱动底盘行走或转向完成对捆状物品的搬运。

2.根据权利要求1所述的一种捆状物品搬运机器人,其特征在于,每一所述行走单元还包括伺服电机,所述伺服电机通过“L”型电机固定支架装配于所述底盘底端匹配位置上,所述伺服电机的输出轴与自每一车轮中心侧向延伸出的转轴连接，匹配使所述伺服电机与车轮连接并由所述伺服电机驱动转动而带动底盘行走或转向;所述伺服电机还与设在底盘上的伺服电机驱动器连接,所述伺服电机驱动器还与所述控制系统电气连接，所述控制系统控制所述伺服电机驱动器传动伺服电机驱动所有车轮同步或差速转动，匹配使搬运机器人行走或转向。

3.根据权利要求1所述的一种捆状物品搬运机器人,其特征在于,所述传动组件包括第一驱动电机、减速机、主同步轮、同步带和同步轮;所述第一驱动电机与所述减速机传动连接，所述主同步轮安设在所述减速机的输出轴上，所述同步轮通过同步轮轴装配于两所述导柱顶端,所述主同步轮通过所述同步带与所述同步轮传动连接,且所述同步带还与所述滑座连接；所述第一驱动电机通过减速机传动所述主同步轮转动,匹配传动同步带转动并带动所述滑座沿两导柱竖向滑动。

4.根据权利要求3所述的一种捆状物品搬运机器人,其特征在于,所述第一驱动电机为蜗杆电机。

5.根据权利要求1所述的一种捆状物品搬运机器人,其特征在于,所述安装座为“U”型安装座，所述旋转组件包括摆座,所述摆座设在所述“U”型安装座的“U”型槽内，且所述摆座一侧通过旋转轴配合轴承与所述“U”型安装座活动连接，另一侧通过旋转法兰与设在“U”型安装座旁侧的第二驱动电机传动连接;所述第二驱动电机传动所述旋转法兰转动，匹配带动所述摆座绕所述旋转轴摆动;匹配所述旋转组件相对所述安装座轴转并匹配带动设在所述摆座上的所述第一旋转组件摆动。

6.根据权利要求5所述的一种捆状物品搬运机器人,其特征在于,所述第二驱动电机为旋转舵机;所述第一旋转组件包括旋转电机，且所述旋转电机的输出轴竖向贯穿所述摆座并通过旋转法兰连接所述旋转座,所述旋转电机传动匹配的旋转法兰转动,匹配带动所述旋转座转动。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种捆状物品搬运机器人,其特征在于,所述旋转座前后方向的每一侧均设两所述机械手臂,且位于所述旋转座前后方向每一侧的两所述机械手臂通过齿轮啮合连接;位于所述旋转座左右两侧的两所述机械手臂还通过弧形连接块连接并匹配构成左夹持臂和右夹持臂,所述第一驱动装置设于所述旋转座的凹槽内,且所述第一驱动装置的输出轴贯穿所述旋转座的前侧壁/后侧壁后与四机械手臂其中之一传动连接；所述第一驱动装置传动匹配的机械手臂转动，配合所述机械手臂之间啮合传动,使左夹持臂和右夹持臂匹配铰转合拢/张开并夹取/松放捆状物品。

8.根据权利要求7所述的一种捆状物品搬运机器人,其特征在于，所述第一驱动装置为旋转舵机,每一机械手臂为弓形机械手臂。

9.根据权利要求7所述的一种捆状物品搬运机器人,其特征在于,所述底盘的前、后两端均设有用于引导机器人行走或转向的引导模块,所述引导模块包括支撑底座，所述支撑底座上端面两侧均设具有双吊耳的连接座，所述连接座通过螺栓、轴承和螺母连接连杆,所述连杆的另一端则通过螺栓、轴承和螺母与固设在所述底盘上的连接吊耳活动连接;所述支撑底座上还设有用于引导机器人沿预设轨道的行走或转向的寻际灯板,所述寻际灯板与所述控制系统电连接并匹配所述控制系统的控制，通过检测预设在预定轨道上轨迹标示匹配完成轨迹识别。

10.根据权利要求7所述的一种捆状物品搬运机器人,其特征在于,所述底盘上还设有用于供所述机器人进行搬运工作电源的电池组和承载安装所述控制系统的载台，所述控制系统的主控制器为STM32F103单片机。