CN109760027A - 一种档案用机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种档案用机器人，包括行走底盘、行走轮和机械臂组，机械臂组安装在行走底盘上；行走轮和行走底盘连接，行走轮带动行走底盘和机械臂组移动；机械臂组包括依次布设的第一直臂、第二直臂和第三直臂，第一直臂的底端连接在行走底盘上；第二直臂和第三直臂均可相对于第一直臂在水平面上和竖直面上转动，第三直臂可相对于第二直臂在竖直面上转动。本发明工作时第一直臂、第二直臂和第三直臂处于机器人两侧的平行的竖直平面内，占用体积小，尤其是小车宽度方向(即电动密集架宽度方向)的占用空间小，可以在电动密集架狭小的通道内作业，进行盘点、存取作业。

Description

一种档案用机器人

技术领域

本发明涉及作业机器人技术领域，尤其是一种档案用机器人。

背景技术

目前，档案多采用电动密集架管理。电动密集架是一种可以在轨道上移动的钢制书架，若干个钢架拼合在一起，当需要从架上存取档案时，可以通过电控系统控制架上的行走轮将钢架打开，留出供人出入的通道。标准电动密集架的高度一般在2.4米左右，供人出入的通道视情况而定，一般在0.8～1米左右。为了实现档案的自动管理，可使用机器人进入通道作业。

而目前市场上的工业机械臂，作业空间在2.4米范围内的重量达到200多公斤以上，要求的安装空间在方圆1.5米以上。这样的机械臂无法进入电动密集架提供的通道作业，无法实现档案的自动管理。因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种档案用机器人，它能克服现有机器人不能同时满足作业范围大以及体积小的条件，无法进入电动密集架的狭小通道进行作业，实现档案的自动管理的技术问题，占用体积小，实时性好，控制精度高。

技术方案：为实现以上目的，本发明所述的机器人，包括行走底盘、行走轮和机械臂组，所述机械臂组安装在行走底盘上；行走轮和行走底盘连接，行走轮带动行走底盘和机械臂组移动；所述机械臂组包括依次布设的第一直臂、第二直臂和第三直臂，第一直臂的底端连接在行走底盘上；第二直臂和第三直臂均可相对于第一直臂在水平面上和竖直面上转动，第三直臂可相对于第二直臂在竖直面上转动。

作为优选例，所述第一直臂的顶部设有第一旋转关节，第二直臂的顶部设有第二旋转关节，第一旋转关节和第二旋转关节连接，第一旋转关节带动第二直臂和第三直臂相对于第一直臂在水平面上转动，第二旋转关节带动第二直臂和第三直臂相对于第一直臂在竖直面上转动。

作为优选例，所述第二直臂的底部设有第三旋转关节，所述第三直臂的底部设有关节接头，第三旋转关节和关节接头连接，第三旋转关节带动第三直臂相对于第二直臂在竖直面上转动。

作为优选例，所述第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节结构相同。

作为优选例，所述第一旋转关节包括关节本体、转动输出法兰和连接接口；转动输出法兰和连接接口分别与关节本体连接，且转动输出法兰的轴线与连接接口的轴线垂直；关节本体内设有电机，电机与转动输出法兰连接，电机驱动转动输出法兰相对于关节本体旋转。

作为优选例，所述关节接头具有两个连接口，所述两个连接口的轴线相互垂直。

作为优选例，所述第一直臂的顶端与第一旋转关节的转动输出法兰连接，第一旋转关节的连接接口和第二旋转关节的转动输出法兰连接；第二旋转关节的连接接口和第二直臂的顶端连接，第二直臂的底端和第三旋转关节的连接接口连接；第三旋转关节的转动输出法兰和关节接头的一个连接口连接；连接关节的另一个连接口和第三直臂的底端连接。

作为优选例，所述第三直臂的自由端设有第四旋转关节，所述第四旋转关节的结构与第一旋转关节的结构相同。

作为优选例，所述第一直臂为升降臂。

作为优选例，所述行走轮为麦克纳姆轮。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明可解决现有的机器人不能同时满足作业范围大以及体积小的条件，无法进入电动密集架的狭小通道进行作业的问题。在本实施例中，工作时第一直臂、第二直臂和第三直臂处于机器人两侧的平行的竖直平面内，占用体积小，尤其是小车宽度方向(即电动密集架宽度方向)的占用空间小，可以在电动密集架狭小的通道内作业，进行盘点、存取作业。根据所需作业的电动密集架的规格，可通过设置第一直臂、第二直臂和第三直臂的长度以满足作业空间的要求。设置第一直臂、第二直臂和第三直臂的长度以满足不同的作业空间时，不会改变机器人在宽度方向上的尺寸，可同时满足作业范围大以及体积小的条件。本发明所述机器人的运动方程简单，计算资源占用少，实时性好，便于控制且精度高。

附图说明

图1是本发明实施例处于收拢状态时的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明实施例处于打开状态时的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明实施例中第一旋转关节的结构示意图；

图6是本发明实施例打开时处于较低工作位置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1-4所示，本发明实施例的档案用机器人，包括行走底盘1、行走轮2和机械臂组，所述机械臂组安装在行走底盘1上。行走轮2和行走底盘1连接，行走轮2带动行走底盘1和机械臂组移动。行走底盘内部安装有控制电路，用于控制行走轮2转动行走。

所述机械臂组包括依次布设的第一直臂31、第二直臂32和第三直臂33，第一直臂31的底端连接在行走底盘1上；第二直臂32和第三直臂33均可相对于第一直臂31在水平面上和竖直面上转动，第三直臂33可相对于第二直臂32在竖直面上转动。

所述第一直臂31的顶部设有第一旋转关节4，第二直臂32的顶部设有第二旋转关节5，第一旋转关节4和第二旋转关节5连接，第一旋转关节4带动第二直臂32和第三直臂33相对于第一直臂31在水平面上转动，第二旋转关节5带动第二直臂32和第三直臂33相对于第一直臂31在竖直面上转动。

所述第二直臂32的底部设有第三旋转关节6，所述第三直臂33的底部设有关节接头7，第三旋转关节6和关节接头7连接，第三旋转关节6带动第三直臂33相对于第二直臂32在竖直面上转动。

所述第一旋转关节4、第二旋转关节5和第三旋转关节6结构相同，如图5所示，所述第一旋转关节4包括关节本体41、转动输出法兰42和连接接口43。转动输出法兰42和连接接口43分别与关节本体41连接，且转动输出法兰42的轴线与连接接口43的轴线垂直。关节本体41内设有电机，电机与转动输出法兰42连接，电机驱动转动输出法兰42相对于关节本体41旋转。转动输出法兰的运动范围为±360°，输出力矩范围为5～150Nm。关节本体41内还设有角度测量传感器，用于测量关节转角(即转动输出法兰42相对于关节本体41转动的角度)。转动输出法兰42上设有安装螺孔421，用于连接其它部件。连接接口43上设有固定螺孔431，用于连接其它部件。第一旋转关节4和第二旋转关节5的转动输出法兰与连接接口的轴线垂直，可保证与第二旋转关节5连接的第二直臂32始终可以相对于与第一旋转关节4连接的第一直臂31在竖直面上运动。

所述关节接头7具有两个连接口，所述两个连接口的轴线相互垂直。关节接头7用于连接第三旋转关节6和第三直臂33，关节接头的两个连接口的轴线相互垂直，第三旋转关节的转动输出法兰的轴线与连接接口的轴线相互垂直，可保证第三直臂33始终可以相对于连接在第三旋转关节6上的第二直臂32在竖直面上运动。

所述第一直臂31的顶端与第一旋转关节4的转动输出法兰连接，第一旋转关节4的连接接口和第二旋转关节5的转动输出法兰连接。第二旋转关节5的连接接口和第二直臂32的顶端连接，第二直臂32的底端和第三旋转关节6的连接接口连接。第三旋转关节6的转动输出法兰和关节接头7的一个连接口连接。连接关节7的另一个连接口和第三直臂33的底端连接。

所述第三直臂33的自由端设有第四旋转关节8，所述第四旋转关节8的结构与第一旋转关节4的结构相同。第四旋转关节4的连接接口连接第三直臂33的自由端，第四旋转关节4的转动输出法兰连接手爪等设备，第四旋转关节4带动安装在其上的设备相对于第三直臂33转动。

所述第一直臂31为升降臂。第一直臂为升降臂，可增大机器人的作业空间范围。第一直臂包括内层直臂和外层直臂，收拢时，内层直臂缩回外层直臂中；打开时，内层直臂从外层直臂中伸出，其行程范围为300～600mm，可根据工作高度调整内层直臂伸出的高度。

所述行走轮2为麦克纳姆轮。使用麦克纳姆轮可带动行走底盘1和安装在行走底盘上的机械臂组实现全向移动，包括沿电动密集架的通道前后直行、左右横移以靠近通道两边的密集架、在狭小通道内零半径原地旋转等，使得机器人适应于空间狭窄的场合。

本发明实施例的档案用机器人，主要有两种状态，第一是收拢状态，第二是工作状态。

图1为本发明实施例机器人处于收拢状态时的侧视图，图2为机器人处于收拢状态时的俯视图。机器人的第一直臂31、第二直臂32和第三直臂33均调整为在小车长度方向上相互平行分布，该状态下机器人占用的空间体积最小，重心最低，有利于机器人实现高速行走，可用于机器人不工作时的待机状态。

图3为本发明实施例机器人处于打开状态时的侧视图，图4为机器人处于打开状态时的俯视图。本发明实施例机器人处于打开状态时有两个工作位置，图4所示为第一工作位置，图4相比于图2，第一旋转关节4逆时针旋转90°。若第一旋转关节4从图2状态顺时针旋转90°，则机器人处于第二工作位置。由于第二旋转关节5、第三旋转关节6和第四旋转关节8的转动轴线(即转动输出法兰的轴线)是平行的，工作时第二直臂和第三直臂始终在平行的竖直平面上转动，所以机械臂组的末端(即安装在第三直臂33自由端的第四旋转关节8上的手爪等设备)的工作空间是一个竖直平面。故本发明实施例机器人的工作空间为其左右两侧的两个竖直平面。

在打开状态下，机械臂组的末端可以达到工作空间内的任意高度和位置。其运动方程是：

H＝H0+H1+L2*sinθ2+L1*sinθ1

式中，H是第四旋转关节8距地面的高度，也是机器人工作时的高度；H0是第一直臂31处于缩回状态时的长度，该参数是由机器人结构决定的常数；H1是第一直臂31中内层直臂从外层直臂中伸出的高度；L2是第二直臂32两端的第二旋转关节5和第三旋转关节6的中心距；θ2是第二直臂32相对于水平线的转角，可由第二旋转关节5内部的传感器测量的关节转角a2得到，其关系是：θ2＝180°-a2；L1是第三直臂33两端的第三旋转关节6和第四旋转关节8的中心距；θ1是第三直臂33相对于水平线的转角，可由第三旋转关节6内部的传感器测量的关节转角a1得到，其关系是：θ1＝a1-θ2。

机械臂组的末端可达到的最高高度是：

H＝H0+H1+L2+L1

同样，机器人也可以到达很低甚至于接近地面的工作位置，如图6所示。

使用本发明实施例档案用机器人时，在第四旋转关节8的转动输出法兰上安装手爪等设备，机器人呈收拢状态下行进至电动密集架的通道中。若要整理机器人左侧密集架上的档案时，第一旋转关节4逆时针旋转90°，调整第二旋转关节5和第三旋转关节6的转动角度，使得手爪等设备的高度可到达机器人左侧密集架上的各个高度，控制手爪等设备进行盘点、存取等作业。若要整理机器人右侧密集架上的档案时，第一旋转关节4顺时针旋转90°，调整第二旋转关节5和第三旋转关节6的转动角度，使得手爪等设备的高度可到达机器人右侧密集架上的各个高度，手爪等设备进行盘点、存取等作业。

本发明实施例的档案用机器人，结构简单，工作时第一直臂31、第二直臂32和第三直臂33处于机器人两侧的平行的竖直平面内，占用体积小，尤其是通道宽度方向的占用空间小，可以在电动密集架狭小的通道内作业，进行盘点、存取作业。根据所需作业的电动密集架的规格，可通过设置第一直臂31、第二直臂32和第三直臂33的长度以满足作业空间的要求。而设置不同的第一直臂、第二直臂32和第三直臂33的长度，不会改变机器人在宽度方向上的尺寸，可同时满足作业范围大以及体积小的条件。

现有工业机械臂的运动方程通常用D-H方程表示，涉及矩阵运算，运算量大，且通常采用迭代的方法计算近似解，占用较多的计算资源，实时性也不好。与现有的工业机械臂相比，本发明实施例机器人的运动方程非常简单，而且有理论解，不仅计算资源占用少，实时性好，而且有精确解，便于控制且精度高。

Claims (10)

1.一种机器人，其特征在于：包括行走底盘(1)、行走轮(2)和机械臂组，所述机械臂组安装在行走底盘(1)上；行走轮(2)与行走底盘(1)连接，行走轮(2)带动行走底盘(1)和机械臂组移动；

所述机械臂组包括依次布设的第一直臂(31)、第二直臂(32)和第三直臂(33)，第一直臂(31)的底端连接在行走底盘(1)上；第二直臂(32)和第三直臂(33)均可相对于第一直臂(31)在水平面上和竖直面上转动，第三直臂(33)可相对于第二直臂(32)在竖直面上转动。

2.按照权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述第一直臂(31)的顶部设有第一旋转关节(4)，第二直臂(32)的顶部设有第二旋转关节(5)，第一旋转关节(4)和第二旋转关节(5)连接，第一旋转关节(4)带动第二直臂(32)和第三直臂(33)相对于第一直臂(31)在水平面上转动，第二旋转关节(5)带动第二直臂(32)和第三直臂(33)相对于第一直臂(31)在竖直面上转动。

3.按照权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述第二直臂(32)的底部设有第三旋转关节(6)，所述第三直臂(33)的底部设有关节接头(7)，第三旋转关节(6)和关节接头(7)连接，第三旋转关节(6)带动第三直臂(33)相对于第二直臂(32)在竖直面上转动。

4.按照权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述第一旋转关节(4)、第二旋转关节(5)和第三旋转关节(6)结构相同。

5.按照权利要求4所述的机器人，其特征在于，所述第一旋转关节(4)包括关节本体(41)、转动输出法兰(42)和连接接口(43)；转动输出法兰(42)和连接接口(43)分别与关节本体(41)连接，且转动输出法兰(42)的轴线与连接接口(43)的轴线垂直；关节本体(41)内设有电机，电机与转动输出法兰(42)连接，电机驱动转动输出法兰(42)相对于关节本体(41)旋转。

6.按照权利要求5所述的机器人，其特征在于，所述关节接头(7)具有两个连接口，所述两个连接口的轴线相互垂直。

7.按照权利要求6所述的机器人，其特征在于，所述第一直臂(31)的顶端与第一旋转关节(4)的转动输出法兰连接，第一旋转关节(4)的连接接口和第二旋转关节(5)的转动输出法兰连接；第二旋转关节(5)的连接接口和第二直臂(32)的顶端连接，第二直臂(32)的底端和第三旋转关节(6)的连接接口连接；第三旋转关节(6)的转动输出法兰和关节接头(7)的一个连接口连接；连接关节(7)的另一个连接口和第三直臂(33)的底端连接。

8.按照权利要求5所述的机器人，其特征在于，所述第三直臂(33)的自由端设有第四旋转关节(8)，所述第四旋转关节(8)的结构与第一旋转关节(4)的结构相同。

9.按照权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述第一直臂(31)为升降臂。

10.按照权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述行走轮(2)为麦克纳姆轮。