CN108481298A - 一种智能存取带电作业工器具的机器人及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能存取带电作业工器具的机器人及其应用方法，机器人包括底盘、固定架和升降台架；固定架连接于底盘上，升降台架包括支撑架、承载台、纵向驱动装置和横向移动装置，承载台连接于支撑架的下端，纵向驱动装置连接于支撑架和底盘之间，通过纵向驱动装置使支撑架带着承载台沿固定架上下运动，连接有磁铁的横向移动装置连接于承载台上。机器人行走至操作人员需要工器具所存放抽屉在存储柜的地面位置处，使升降台架下端的承载台高度调整至选定抽屉的高度，使横向移动装置向选定抽屉移动，使磁铁吸附抽屉面板并将抽屉拖至承载台上后送至窗口处，操作人员取完工器具后，机器人将抽屉送回原位，完成一次工器具的选取工作。

Description

一种智能存取带电作业工器具的机器人及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体涉及一种智能存取带电作业工器具的机器人及其应用方法。

背景技术

目前，带电作业工器具管理全部采用人工管理模式，工器具从存储柜位置的选取、存取到工器具的搬运全过程都依赖人力，工作效率低、劳动强度大，且存在工器具存取位置不对应的问题，所以使存品信息与实际工具不匹配，这样可能对作业安全埋下隐患。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能从存储柜自动选取及搬运装有工器具抽屉的机器人。

本发明提供的这种智能存取带电作业工器具的机器人，包括底盘、固定架和升降台架；固定架连接于底盘上，升降台架包括支撑架、承载台、纵向驱动装置和横向移动装置，承载台连接于支撑架的下端，纵向驱动装置连接于支撑架和底盘之间，通过纵向驱动装置使支撑架带着承载台沿固定架上下运动，连接有磁铁的横向移动装置连接于承载台上，磁铁用于吸附抽屉。

所述底盘为轮式底盘，其四个行走轮为全向轮，底盘上安装有电量显示器、暂停按钮开关、蜂鸣器、车体控制屏、急停开关、启动按钮开关、自动充电接口、电池、电路板、磁导航传感器和防碰撞传感器。

所述固定架包括连接于底盘四个角部的立柱和连接于同侧两立柱之间的横梁，立柱的内侧有导轨。

所述支撑架包括支撑柱和连接梁，支撑柱有四根，分别布置于所述立柱的内侧，同侧支撑柱的上端段和下端段之间分别设置有连接梁，支撑柱上连接有与所述导轨匹配的滑块；支撑柱上安装有对应不同抽屉高度的限位传感器。

所述承载台包括托架和面板，托架连接于所述支撑柱之间，面板连接于托架的上侧。

所述纵向驱动装置包括伺服电机及其驱动的丝杆组件和减速电机及其驱动的同步带组件；伺服电机及其驱动的丝杆组件有两组，对称布置于支撑架的两侧，每组丝杆组件包括丝杆和螺母座，丝杆的上端段和下端段分别连接螺母座，螺母座分别固定于所述支撑柱之间连接梁的中间位置处，伺服电机通过联轴器连接于丝杆的上端，伺服电机通过连接于支撑柱上端段之间连接梁上的安装座支承；减速电机及其驱动的同步带组件有四组，每组伺服电机及其驱动的丝杆组件两侧对称布置一组减速电机及其驱动的同步带组件；同步带组件包括同步带和两个同步轮，减速电机固定于所述底盘上，两个同步轮分别连接于减速电机的输出轴上和所述支撑柱上端段之间的连接梁上，同步带的一端通过固定座连接于所述托架上，另一端绕过连接梁上的同步轮后连接于减速电机输出轴的同步轮上。

所述横向移动装置包括驱动电机、输出齿轮、滑块座、齿条和滑轨，齿条连接于所述托架上，滑轨有两根，平行连接于托架上齿条的两侧，滑块座的两侧分别通过其滑块连接于滑轨上，伺服电机固定于滑块座上，其朝下的输出轴上连接沿水平方向的输出轮，输出齿轮与齿条啮合；滑轨的外侧安装有限位传感器。

所述承载台的面板有两块，分别位于所述横向移动装置的两侧，面板上嵌装有检测传感器。

所述磁铁沿所述齿条长度方向连接于所述滑块座的端部，滑块座安装磁铁的端部安装有与磁铁外端面位置平齐的碰撞传感器。

本发明的另一目的在于提供一种上述机器人存取带电作业工器具的方法，包括以下步骤：

(1)操作人员操作上位机选取所需工器具，上位机发送对应指令，机器人接受指令，通过底盘自动行走至对应位置；

(2)通过机器人的底盘自动调整机身与存储柜平行；

(3)自动控制纵向驱动装置工作，调整升降台架的位置，使升降台架的承载台高度与所需工器具存放抽屉的高度对应；

(4)自动控制横向移动装置向步骤(3)选定的抽屉移动，直至横向移动装置端部的碰撞传感器和磁铁碰触到该抽屉面板；

(5)给磁铁通电，使磁铁吸附抽屉面板；

(6)自动控制横向移动装置远离存储柜移动，使磁铁将抽屉拖至承载台的面板上，直至碰触到滑轨外侧限位传感器停止移动；

(7)当承载台面板上的检测传感器检测到抽屉，自动控制纵向驱动装置工作，将承载台的高度调整至取物窗口高度；

(8)自动控制机器人行走至取物窗口处，行驶过程中发送信号使取物窗自动打开，调整机身与取物窗平行，通过横向移动装置将抽屉推至取物窗口处的托板上，当碰触到滑轨外侧限位传感器时停止工作，承载台面板的传感器检测不到抽屉时，原地等待操作人员利用上位机发出的指令；

(9)操作人员从该抽屉取走工器具后操作上位机发出指令，自动控制机器人将抽屉送回其在存储柜的相应位置；

(10)操作人员归还工器具时，参照上述步骤操作。

本发明通过底盘实现在存储柜之间灵活行走至操作人员需要工器具存放抽屉在存储柜的地面位置处，通过纵向驱动装置实现升降台架沿固定架的上下运动，将升降台架下端的承载台高度调整对应相应抽屉的高度，通过横向移动装置相对于承载台的横向移动，使横向移动装置端部的磁铁吸附抽屉面板并将抽屉拖至承载台上，机器人通过底盘行走至窗口处，操作人员取完工器具后，机器人将抽屉送回原位，完成一次工器具的选取工作。操作人员归还工器具时参照上述操作。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1的侧视示意图。

图3为图1中的A向放大示意图。

图4为图1中的B部放大示意图。

具体实施方式

本实施例公开的这种智能存取带电作业工器具的机器人，主要包括底盘1、固定架2和升降台架3。

底盘1为轮式底盘，其四个行走轮为全向轮，底盘1上安装有电量显示器、暂停按钮开关、蜂鸣器、车体控制屏、急停开关、启动按钮开关、自动充电接口、电池、电路板、磁导航传感器和防碰撞传感器，防碰撞传感器设置于底盘1的四周。

结合图1和图2可以看出，固定架2包括连接于底盘1四个角部的立柱21和连接于同侧两立柱21之间的横梁22，立柱21的内侧有导轨211。

结合图1和图2可以看出，升降台架3包括支撑架31、承载台32、纵向驱动装置33和横向移动装置34。

从图2可以看出，支撑架31包括支撑柱311和连接梁312。支撑柱311有四根，分别布置于各立柱21的内侧，同侧支撑柱311的上端段和下端段之间分别设置连接梁312。支撑柱311上连接有与立柱21上导轨211配套的滑块313。支撑柱311上安装有对应不同抽屉高度的限位传感器XWCGQ。

从图1可以看出，承载台32包括托架321和面板322。托架321连接于支撑柱31之间，面板322位于托架321的上侧。

结合图1和图3可以看出，面板322有两块，分别位于横向移动装置34的两侧。从图3可以看出，面板322上嵌装有检测传感器JCCGQ，用于检测面板322上是否有抽屉。

从图2可以看出，纵向驱动装置33包括伺服电机331及其驱动的丝杆组件和减速电机JSDJ及其驱动的同步带组件。

伺服电机331及其驱动的丝杆组件有两组，对称布置于支撑架31的两侧。每组丝杆组件包括丝杆332和螺母座333。丝杆332的上端段和下端段分别连接螺母座333，螺母座333固定于相应连接梁312的中间位置处。伺服电机331通过联轴器连接于丝杆332的上端。伺服电机331通过连接于支撑架31上端段连接梁312上的安装座支承。

减速电机JSDJ及其驱动的同步带组件有四组，每组伺服电机及其驱动的丝杆组件两侧对称布置一组减速电机及其驱动的同步带组件。同步带组件包括同步带334和两个同步轮335。减速电机JSDJ安装于底盘1上，两个同步轮335分别连接于减速电机JSDJ的输出轴上和支撑架31上端段的连接梁312上，同步带334的一端通过固定座连接于托架321上，另一端绕过支撑架31上的同步轮后连接于减速电机JSDJ输出轴连接的同步轮335上。

控制伺服电机331和减速电机JSDJ同时工作，使升降台架3进行升降，以使承载台32与需要存取工具的抽屉位置对应。

如图3所示，横向移动装置34包括驱动电机JSDJ、输出齿轮341、滑块座342、齿条343和滑轨344。齿条343连接于托架321上，滑轨344有两根，平行连接于托架321上齿条343的两侧，滑块座342的两侧分别通过其滑块连接于滑轨344上，减速电机JSDJ固定于滑块座342上，其朝下的输出轴上连接沿水平方向的输出齿轮341，输出齿轮341与齿条343啮合。滑块座342的两端上部分别连接有圆柱形的磁铁CT。

滑块座342安装磁铁CT的端部安装有与磁铁外端面位置对应的碰撞传感器PZCGQ，拿取抽屉时，碰撞传感器碰到抽屉面板时，使滑块座342停止移动。滑轨344的外侧安装有限位传感器XWCGQ，将抽屉送回储存柜时，限制滑块座的行程。

减速电机JSDJ工作使输出齿轮341旋转，由于输出齿轮341与齿条343啮合，而齿条343是固定的，所以输出齿轮341带着滑块座342及其上的磁铁CT以齿条343为导轨横向移动。

操作人员需要拿取工器具时，操作人员操作上位机选取所需工器具，上位机发送对应指令，控制机器人通过底盘行走至对应位置后将机身调整至与存储柜平行。本实施例的上位机通过wifi发送指令。控制纵向驱动装置的伺服电机和减速电机同时工作，使伺服电机带动丝杆做旋转运动，丝杆的旋转运动通过螺母座转化为升降台架沿固定架的上下运动，同时减速电机带动同步带的伸缩在调整升降台架高度的同时保证升降台架的稳定运动。升降台架的升降运动调整承载台的高度，使承载台的高度与选定抽屉的高度对应。再控制横向移动装置的驱动电机工作，使横向移动装置以齿条为导轨向选择好的抽屉移动，当横向移动装置端部的碰撞传感器和磁铁碰触到该抽屉面板时，横向移动装置停止移动。此时给移动装置上的磁铁通电，使磁铁吸附抽屉面板后控制横向移动装置远离存储柜移动，使磁铁将抽屉拖至承载台的面板上。当承载台面板上的检测传感器检测到抽屉，控制纵向驱动装置工作，将承载台的高度调整至取物窗口高度。控制机器人行走至取物窗口处，调整机身与取物窗平行，通过横向移动装置将抽屉推至取物窗口处的托板上，当碰触到滑轨外侧的限位传感器时停止工作，承载台面板的检测传感器检测不到抽屉时，原地等待操作人员利用上位机发出的指令。操作人员从该抽屉取走工器具后操作上位机发出指令，自动控制机器人将抽屉送回其在存储柜的相应位置。至此机器人自动完成一次从个存储柜搬运工器具给操作人员的工作。当操作人员归还工器具时，参照上述步骤操作。机器人根据指令将相应抽屉搬运至取物窗口处，操作人员将工器具放入抽屉后，机器人将抽屉送回至存储柜的原位。

Claims (10)

1.一种智能存取带电作业工器具的机器人，其特征在于：它包括底盘、固定架和升降台架；固定架连接于底盘上，升降台架包括支撑架、承载台、纵向驱动装置和横向移动装置，承载台连接于支撑架的下端，纵向驱动装置连接于支撑架和底盘之间，通过纵向驱动装置使支撑架带着承载台沿固定架上下运动，连接有磁铁的横向移动装置连接于承载台上，磁铁用于吸附抽屉。

2.如权利要求1所述的智能存取带电作业工器具的机器人，其特征在于：所述底盘为轮式底盘，其四个行走轮为全向轮，底盘上安装有电量显示器、暂停按钮开关、蜂鸣器、车体控制屏、急停开关、启动按钮开关、自动充电接口、电池、电路板、磁导航传感器和防碰撞传感器。

3.如权利要求1所述的智能存取带电作业工器具的机器人，其特征在于：所述固定架包括连接于底盘四个角部的立柱和连接于同侧两立柱之间的横梁，立柱的内侧有导轨。

4.如权利要求3所述的智能存取带电作业工器具的机器人，其特征在于：所述支撑架包括支撑柱和连接梁，支撑柱有四根，分别布置于所述立柱的内侧，同侧支撑柱的上端段和下端段之间分别设置有连接梁，支撑柱上连接有与所述导轨匹配的滑块；支撑柱上安装有对应不同抽屉高度的限位传感器。

5.如权利要求4所述的智能存取带电作业工器具的机器人，其特征在于：所述承载台包括托架和面板，托架连接于所述支撑柱之间，面板连接于托架的上侧。

6.如权利要求5所述的智能存取带电作业工器具的机器人，其特征在于：所述纵向驱动装置包括伺服电机及其驱动的丝杆组件和减速电机及其驱动的同步带组件；

伺服电机及其驱动的丝杆组件有两组，对称布置于支撑架的两侧，每组丝杆组件包括丝杆和螺母座，丝杆的上端段和下端段分别连接螺母座，螺母座分别固定于所述支撑柱之间连接梁的中间位置处，伺服电机通过联轴器连接于丝杆的上端，伺服电机通过连接于支撑柱上端段之间连接梁上的安装座支承；

减速电机及其驱动的同步带组件有四组，每组伺服电机及其驱动的丝杆组件两侧对称布置一组减速电机及其驱动的同步带组件；

同步带组件包括同步带和两个同步轮，减速电机固定于所述底盘上，两个同步轮分别连接于减速电机的输出轴上和所述支撑柱上端段之间的连接梁上，同步带的一端通过固定座连接于所述托架上，另一端绕过连接梁上的同步轮后连接于减速电机输出轴的同步轮上。

7.如权利要求5所述的智能存取带电作业工器具的机器人，其特征在于：所述横向移动装置包括驱动电机、输出齿轮、滑块座、齿条和滑轨，齿条连接于所述托架上，滑轨有两根，平行连接于托架上齿条的两侧，滑块座的两侧分别通过其滑块连接于滑轨上，伺服电机固定于滑块座上，其朝下的输出轴上连接沿水平方向的输出轮，输出齿轮与齿条啮合；滑轨的外侧安装有限位传感器。

8.如权利要求7所述的智能存取带电作业工器具的机器人，其特征在于：所述承载台的面板有两块，分别位于所述横向移动装置的两侧，面板上嵌装有检测传感器。

9.如权利要求7所述的智能存取带电作业工器具的机器人，其特征在于：所述磁铁沿所述齿条长度方向连接于所述滑块座的端部，滑块座安装磁铁的端部安装有与磁铁外端面位置平齐的碰撞传感器。

10.一种权利要求9所述机器人存取带电作业工器具的方法，包括以下步骤：

(1)操作人员操作上位机选取所需工器具，上位机发送对应指令，机器人接受指令，通过底盘自动行走至对应位置；

(2)通过机器人的底盘自动调整机身与存储柜平行；

(3)自动控制纵向驱动装置工作，调整升降台架的位置，使升降台架的承载台高度与所需工器具存放抽屉的高度对应；

(4)自动控制横向移动装置向步骤(3)选定的抽屉移动，直至横向移动装置端部的碰撞传感器和磁铁碰触到该抽屉面板；

(5)给磁铁通电，使磁铁吸附抽屉面板；

(6)自动控制横向移动装置远离存储柜移动，使磁铁将抽屉拖至承载台的面板上，直至碰触到滑轨外侧限位传感器停止移动；

(7)当承载台面板上的检测传感器检测到抽屉，自动控制纵向驱动装置工作，将承载台的高度调整至取物窗口高度；

(8)自动控制机器人行走至取物窗口处，行驶过程中发送信号使取物窗自动打开，调整机身与取物窗平行，通过横向移动装置将抽屉推至取物窗口处的托板上，当碰触到滑轨外侧限位传感器时停止工作，承载台面板的传感器检测不到抽屉时，原地等待操作人员利用上位机发出的指令；

(9)操作人员从该抽屉取走工器具后操作上位机发出指令，自动控制机器人将抽屉送回其在存储柜的相应位置；

(10)操作人员归还工器具时，参照上述步骤操作。