CN108568801A - 一种自适应夹持搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应夹持搬运机器人，包括轮式底盘和设置于所述轮式底盘上的机械臂，以及由所述机械臂带动的夹持装置；所述夹持装置包括由导磁材料制作的Π型的架体，面板和接触杆组件；所述架体包括两侧板和固定于两侧板之间的连接板；所述连接板上缠绕有励磁线圈，侧板通过连接柱固定与其平行的所述面板；所述面板与侧板之间设有气缸和固定于气缸活塞杆外端的推板；本机器人能够适应不同外形结构的物品，当物品或工件尺寸发生变化时，夹持装置能够主动做出变化以适应不同不同外形工件，并且在夹持工件时，夹持装置稳定性较高。

Description

一种自适应夹持搬运机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种自适应夹持搬运机器人。

背景技术

搬运机器人已经成为现代物流的的基本设备之一，为了满足自动化生产线或分拣流水线不同产品或工件共线生产、分拣的需要，要求机器人的机械手在抓取过程中能够适应不同几何尺寸的物品或工件。现有技术的机械手夹具多为固定式结构，这些夹具通常配置传统的波纹吸盘，多个波纹吸盘组成一个吸盘组来抓取一件物品。由于波纹吸盘固有的缺陷会导致夹具在抓取过程中，随着夹具的运动，物品会发生抖动，造成物品脱离夹具而摔坏。另外，对于表面不够光洁或者是没有吸附平面的物体，这种吸盘式夹具也无法使用。当物品或工件尺寸发生变化时，往往需要更换不同的夹具才能完成工作。虽然个别的机械手也配备具有调节功能的夹具，但其调节的适应性较差，而且结构复杂，不便于推广使用；公开号为CN107598953A的中国专利公开了一种离散式夹持机构，这种夹持机构采用多个可伸缩的离散的接触端子对物体进行夹持，以适应不同工件的外形结构，这种结构的夹持机构中，接触端子为柔性(即在外界压力作用下能够缩入机体内)这种结构在抓取自重较大的工件时，稳定性较差，容易发生脱落导致安全事故。

因此，需要一种能够适应不同外形结构的物品，当物品或工件尺寸发生变化时，夹持装置能够主动做出变化以适应不同不同外形工件，并且在夹持工件时，夹持装置稳定性较高的自适应夹持搬运机器人。

发明内容

有鉴于此，本发明为解决现有相关技术中，夹持装置不能适应不同外形结构的工件，并且夹持的稳定性较低的自适应夹持搬运机器人。

本发明的自适应夹持搬运机器人，包括轮式底盘和设置于所述轮式底盘上的机械臂，以及由所述机械臂带动的夹持装置；所述夹持装置包括由导磁材料制作的Π型的架体、面板和接触杆组件；所述架体包括两侧板和固定于两侧板之间的连接板；所述连接板上缠绕有励磁线圈，侧板通过连接柱固定与其平行的所述面板；所述面板与侧板之间设有气缸和固定于气缸活塞杆外端的推板；

所述接触杆组件分布于所述推板上，其包括固定于推板的外筒，同轴安装于所述外筒内的内筒，与所述内筒内壁滑动配合的活塞，以及内端固定于活塞、外端伸出面板外的接触杆；所述活塞将内筒内腔分隔为压力腔和复原腔，内筒与外筒之间形成回油腔；所述活塞上设有连通压力腔和复原腔的过流孔，所述内筒设有连通回油腔与压力腔的回流孔；所述压力腔内填充有磁流变液；

进一步，所述接触杆位于外筒外的节段设有挡圈，所述挡圈与外筒端部之间设有弹簧；

进一步，所述接触杆的外端固定有橡胶短柱，且短柱的外端面分布有点状凸起；

进一步，所述内筒与外筒之间设有橡胶圈；

进一步，所述轮式底盘包括前驱动桥、中间驱动桥和后驱动桥；所述前驱动桥的两个驱动轮和后驱动桥的两个驱动轮均通过机械式差速器接受来自驱动电机的动力；所述中间驱动桥的驱动轮通过与其一一对应的轮毂电机或轮边驱动电机进行分布式驱动；所述前驱动桥的两个驱动轮通过机械式转向系统进行转向；所述中间驱动桥的驱动轮通过电子差速转向系统进行转向；所述后驱动桥的两个驱动轮通过电控转向系统进行转向。

本发明的有益效果：

1.夹持装置自适应性好，夹持物体时，气缸推动推板使接触杆向外推出，接触杆的外端与被夹持物体的表面相互接触实现夹持，接触杆和活塞受压后能够相对于内筒滑动，此时磁流变液从将从压力腔通过过流孔流向复原腔，因此，接触杆伸出面板的长度不同以适应不同外形尺寸的工件，因此能够抓取不同几何尺寸物体，然后对励磁线圈通电，使磁流变液由液态转变为固态，其不能流过过流孔，因此接触杆伸出面板的长度将被固定，提高夹持装置的稳定性，当需要放下被夹持物时，断开线圈的电流，气缸带动推板移动使接触杆回缩；本发明的过流孔和回流孔均为多个，且孔径范围为0.5-2mm，当磁流变液在磁场作用下变为固态时，几乎无法流过过流孔和回流孔。

2.轮式底盘的转弯半径小，且能实现原地转向。本发明可被理解为阿克曼转向加电子差速转向的原理形式。在车辆正常行驶过程中，前后驱动桥逆向转动，中间驱动桥产生辅助驱动力矩及制动力矩，从而为整车提供辅助横摆力矩，以减小车辆的转弯半径，并且避免了纯电子差速转向的操纵稳定性差，轮胎磨损严重的缺点。在原地转向过程中，前后驱动桥同向转向并且其驱动轮旋转方向相反，以产生驱动车辆原地转向的力偶，同时中间驱动桥辅助提供横摆力矩，从而实现车辆原地360度转向，提高车辆的机动性能，这对于特种车辆如多轮装甲车而言是十分重要的。并且，由于本发明中，采用轮边驱动或轮毂驱动的驱动轮均采用电子差速转向，因此，能够避免转向时悬架与转向机构发生干涉的问题，转向轮所能达到的转角幅度更大，这也进一步减小了转弯半径。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的结构的示意图；

图2为本发明的夹持装置的示意图；

图3为本发明的接触杆组件的示意图；

图4为本发明的轮式底盘结构的示意图；

图5为本发明的轮式底盘结构进行正常转向的示意图；

图6为本发明的轮式底盘结构进行原地转向的示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图；如图所示：本实施例的一种自适应夹持搬运机器人，包括轮式底盘17和设置于所述轮式底盘17上的机械臂19，以及由所述机械臂19带动的夹持装置18(机械臂19可采用现有一切机械臂19结构实现，其能够带动夹持装置18在空间内移动)；所述夹持装置18包括由导磁材料制作的Π型的架体，面板25和接触杆组件；所述架体包括两侧板20和固定于两侧板20之间的连接板；所述连接板上缠绕有励磁线圈23，侧板20通过连接柱21固定与其平行的所述面板25；所述面板25与侧板20之间设有气缸24和固定于气缸24活塞30杆外端的推板31；

所述接触杆组件分布于所述推板31上，其包括固定于推板31的外筒27，同轴安装于所述外筒27内的内筒28(本实施例中，内筒28与外筒27之间过盈配合有两道密封橡胶圈32，使得内筒28能够固定在外筒27内)，与所述内筒28内壁滑动配合的活塞30，以及内端固定于活塞30、外端伸出面板25外的接触杆22；所述活塞30将内筒28内腔分隔为压力腔和复原腔(图3中活塞30左侧为压力腔，右侧为复原腔)，内筒28与外筒27之间形成回油腔；所述活塞30上设有连通压力腔和复原腔的过流孔29，所述内筒28设有连通回油腔与压力腔的回流孔26；所述压力腔和复原腔内均填充有磁流变液，夹持物体时，气缸24推动推板31使接触杆22向外推出，接触杆22的外端与被夹持物体的表面相互接触实现夹持，在此过程中，接触杆22和活塞30受压后能够相对于内筒28滑动，此时一部分磁流变液从将从压力腔通过过流孔29流向复原腔，另一部分的磁流变液通过回流孔26流到回油腔内，因此，接触杆22伸出面板25的长度不同以适应不同外形尺寸的工件，因此能够抓取不同几何尺寸物体，然后对励磁线圈23通电，使磁流变液由液态转变为固态，其不能流过过流孔29，因此接触杆22伸出面板25的长度将被固定，提高夹持装置18的稳定性，当需要放下被夹持物时，断开线圈23的电流，气缸24带动推板31移动使接触杆22回缩，接触杆22在弹簧33的作用下恢复到初始位置。当然，本申请中的气缸24可以替换为液压缸或者电动缸，液压缸和电动缸的推杆不会在外界作用力的影响下发生伸缩，因此，夹持的稳定性更好。

本实施例中，所述接触杆22位于外筒27外的节段设有挡圈34，所述挡圈34与外筒27端部之间设有弹簧33，外筒27的外端通过一端盖封闭，端盖上设有使接触杆22伸出的过孔(过孔应设置密封圈)，弹簧33一端顶住端盖，当放下工件后，线圈23断电，磁流变液为液态，接触杆22能够自由移动，其在弹簧33的作用下能够恢复到初始位置。

优选实施方案中，所述接触杆22的外端固定有橡胶短柱，可避免夹伤物体表面，且短柱的外端面分布有点状凸起以提高摩擦力。

优选实施方案中，所述轮式底盘17包括前驱动桥、中间驱动桥和后驱动桥；当然，底盘12上还设有供作业人员乘坐的驾驶位，其中，中间驱动桥为两个，使整个底盘17形成8×8的驱动形式，其中，所述前驱动桥的两个驱动轮和后驱动桥的两个驱动轮均通过机械式差速器1(行星齿轮式机械差速器)接受来自驱动电机的动力；所述中间驱动桥的驱动轮通过与其一一对应的轮毂电机2(如公开号为106655613A的轮毂电机)进行分布式驱动；所述前驱动桥的两个驱动轮通过机械式转向系统进行转向,其中，机械式转向系统包括方向盘、前轮转向梯形机构以及用于带动所述前轮转向梯形机构动作的前轮转向器9(此其为现有技术，不再赘述)；所述中间驱动桥的驱动轮通过电子差速转向系统进行转向；所述后驱动桥的两个驱动轮通过电控转向系统进行转向，其中所述电控转向系统包括后轮转向梯形机构、用于带动所述后轮转向梯形机构动作的后轮转向器14、用于向后轮转向器14输入转向动力的电机或液压缸13、用于采集方向盘转角信号的转角传感器12以及用于接收整车控制器16的信号并向电机或液压缸发出控制命令的转向控制器15；本实施例中的驱动电机和电动轮由发电机6供电，发电机控制器8根据行驶状态对所述发电机的工作状态进行控制。当采用本底盘17结构的机器人正常行驶时，发动机5带动发电机6发电，电流经过整流器7整流以后将电能输送给前驱动桥的驱动电机4和后驱动桥的驱动电机11以及中间驱动桥的各个轮毂电机2，其中前驱动桥和后驱动桥的均通过差速器1直接将驱动电机输出的动能分配到两个车轮，而中间驱动桥的各个电动轮由电动轮控制器3控制其转动，从而实现整个底盘17的全轮驱动，提供足够的动力以满足需要。动力电池10将储存发电机6发出的多余的电能，并将轮式底盘制动过程中的能量回收于其中。

另一方面，本实施例底盘17结构为混合转向，其前驱动桥采用机械转向，后驱动桥采用电控转向，两个中间驱动桥采用差速转向。对于前驱动桥而言，由于其离方向盘距离较近，所以采用传统的机械转向机构，结构简单且可靠性高。而对于后驱动桥，因整个底盘轴距较长，若再采用机械式转向机构将使结构变得复杂，为此后桥采用电控转向，整车控制器16通过接收转角传感器12采集方向盘的转角信号，根据控制人员行驶模式的选择向转向控制器15发出控制信号，使得转向控制器15按照对应行驶模式下的预定控制策略向电机或液压缸13发出控制命令，驱动后轮转向器14以带动车轮转向。中间两桥采用的是电动轮，可以通过电动轮控制器3单独驱动控制两侧车轮的转速和扭矩，以实现差速转向。

如图5所示，当轮式底盘在正常行驶转向时，控制人员通过转动方向盘来带动前驱动桥转向，转角传感器12采集到方向盘转动的角度并将其传递到整车控制器16，整车控制器16根据当前机器人行驶模式为正常转向，向后桥的转向控制器15发出控制信号，使其按照正常行驶模式下的预定控制策略控制电机或液压缸13来驱动后轮转向器14，使得驱动桥的两个车轮相对于前桥逆向转向，同时，电动轮控制器3接收整车控制器16的控制信号，按照预定策略向电动轮发出控制信号，使两侧车轮产生辅助驱动力矩及制动力矩，从而为整个底盘提供辅助横摆力矩，减小机器人最小转弯半径。由于转弯半径的减小，中间驱动桥的轮胎拖滑减小，从而，提高了轮胎的使用寿命。

如图3所示，当需要进行原地360度转向时，只需要控制人员将行驶模式按钮切换到原地转向模式，整车控制器16将接收转角传感器12的信号，并根据当前行驶模式为原地转向，向后桥的转向控制器15发出控制信号，使其按照原地转向模式下的预定控制策略控制电机或液压缸13来驱动后轮转向器14，使得后驱动桥的两驱动轮与前驱动桥同向转向。同时整车控制器16向后桥电机11发出控制信号，控制其旋转方向使得后驱动桥车轮与前驱动桥车轮反向转动，以产生一对力偶距。因为电机本身的功率就很大，加之总轴距较长，使得该力偶距可以很大。同时，通过控制中间驱动桥的两侧轮毂电机差速工作，也能提供两个辅助横摆力矩M1，M2，这样总的横摆力矩就是由前后驱动桥的力偶距和中间驱动桥的辅助横摆力矩叠加而成，这足以驱动机器人原地360度掉头转向，并且大大减小了轮胎的滑动摩擦。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种自适应夹持搬运机器人，其特征在于：包括轮式底盘和设置于所述轮式底盘上的机械臂，以及由所述机械臂带动的夹持装置；所述夹持装置包括由导磁材料制作的Π型的架体，面板和接触杆组件；所述架体包括两侧板和固定于两侧板之间的连接板；所述连接板上缠绕有励磁线圈，侧板通过连接柱固定与其平行的所述面板；所述面板与侧板之间设有气缸和固定于气缸活塞杆外端的推板；

所述接触杆组件分布于所述推板上，其包括固定于推板的外筒，同轴安装于所述外筒内的内筒，与所述内筒内壁滑动配合的活塞，以及内端固定于活塞、外端伸出面板外的接触杆；所述活塞将内筒内腔分隔为压力腔和复原腔，内筒与外筒之间形成回油腔；所述活塞上设有连通压力腔和复原腔的过流孔，所述内筒设有连通回油腔与压力腔的回流孔；所述压力腔内填充有磁流变液。

2.根据权利要求1所述的自适应夹持搬运机器人，其特征在于：所述接触杆位于外筒外的节段设有挡圈，所述挡圈与外筒端部之间设有弹簧。

3.根据权利要求2所述的自适应夹持搬运机器人，其特征在于：所述接触杆的外端固定有橡胶短柱，且短柱的外端面分布有点状凸起。

4.根据权利要求3所述的自适应夹持搬运机器人，其特征在于：所述内筒与外筒之间设有橡胶圈。

5.根据权利要求4所述的自适应夹持搬运机器人，其特征在于：所述轮式底盘包括前驱动桥、中间驱动桥和后驱动桥；所述前驱动桥的两个驱动轮和后驱动桥的两个驱动轮均通过机械式差速器接受来自驱动电机的动力；所述中间驱动桥的驱动轮通过与其一一对应的轮毂电机或轮边驱动电机进行分布式驱动；所述前驱动桥的两个驱动轮通过机械式转向系统进行转向；所述中间驱动桥的驱动轮通过电子差速转向系统进行转向；所述后驱动桥的两个驱动轮通过电控转向系统进行转向。