CN110104093B - 一种用于物料夹取的全地形移动机器人 - Google Patents

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Abstract

一种用于物料夹取的全地形移动机器人，它涉及一种全地形移动机器人。本发明为了解决现有的物料抓取存在结构复杂、成本高、以及物料抓取转运过程中无法适应各种地形能力的问题。本发明包括架体(1)，它还包括全地形移动底盘、欠驱动抓取臂和抬升机构，架体(1)安装在全地形移动底盘上，欠驱动抓取臂安装在抬升机构上，抬升机构安装在架体(1)上并控制欠驱动抓取臂的升降高度。本发明能够翻越台阶等障碍，实现全地形移动，增加机器人的适用范围。本发明用于物料夹取转运。

Description

一种用于物料夹取的全地形移动机器人
技术领域
本发明涉及一种全地形移动机器人，具体涉及一种用于欠驱动方形物料夹取的全地形移动机器人。
背景技术
在工业生产中，物料的夹取和运输越来越多地被机器人所替代，以提高生产效率。随着物料抓取技术的不断发展，使得抓取的物料形状和类型越来越广泛。当物料抓取后，往往要进行码垛或者翻转等动作，一些工作在地形不太平坦的机器人需要有适应各种地形的能力，其在抓取后的移动过程中，很可能会经过台阶等不同高度的障碍物，而目前的抓取机器人主要适用于平整路面的行走，实现物料的转运，无法适用于复杂地形的转运，而且现有物料抓取结构为了使抓取动作更加灵活，一般都采用全驱动的方式进行抓取，结构复杂，成本高。
综上所述，现有的物料抓取存在结构复杂、成本高、以及物料抓取转运过程中无法适应各种地形能力的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的物料抓取存在结构复杂、成本高、以及物料抓取转运过程中无法适应各种地形能力的问题。进而提供一种用于物料夹取的全地形移动机器人。
本发明的技术方案是：一种用于物料夹取的全地形移动机器人包括架体，它还包括全地形移动底盘、欠驱动抓取臂和抬升机构，架体安装在全地形移动底盘上，欠驱动抓取臂安装在抬升机构上，抬升机构安装在架体上并控制欠驱动抓取臂的升降高度，全地形移动底盘包括底盘车架、四个轮系模块、随动前腿、悬挂固定板、滑块、前腿悬挂弹簧、两个全向轮模块、后悬挂固定板、后腿悬挂弹簧和后腿，四个轮系模块分别安装在底盘车架的四角；随动前腿的前端与前两个轮系模块连接，随动前腿的后端与两个全向轮模块连接，悬挂固定板安装在随动前腿上，滑块安装在悬挂固定板上，底盘车架安装在滑块上部，且底盘车架的滑动杆插在滑块内并做上下滑动动作，前腿悬挂弹簧安装在悬挂固定板与底盘车架之间；后悬挂固定板通过后腿悬挂弹簧安装在底盘车架的下部，后腿安装在后悬挂固定板上，后腿的一端转动连接在底盘车架上，后腿的另一端与后两个轮系模块连接；欠驱动抓取臂包括电机固定座、电机、电机连接轴、导向碳管、弹簧、连接座、导向滑块、气缸、固定角铝、铝管、夹爪和爪臂，电机固定座安装在架体上，电机安装在电机固定座上，铝管的两端分别与电机连接轴连接，电机与电机连接轴连接，导向滑块滑动安装在铝管上，连接座安装在导向滑块和铝管上，导向碳管穿设在连接座上，弹簧安装在相邻两个连接座之间，爪臂的根部安装在导向滑块上，气缸通过固定角铝与爪臂的根部连接，夹爪安装在爪臂的尖部。
进一步地，轮系模块包括轮系电机、轮系电机支座、轮系法兰盘和轮系全向轮，轮系电机支座通过轮系法兰盘与轮系全向轮连接，轮系电机安装在轮系电机支座上。
进一步地，全地形移动底盘还包括导轮固定板和导轮，导轮固定板安装在随动前腿上，导轮安装在导轮固定板上。
进一步地，全地形移动底盘还包括合页，后腿的一端通过合页转动连接在底盘车架上。
进一步地，夹爪包括爪体、扭簧、螺栓和轴承，爪体上开设限位凹槽，螺栓穿过扭簧和轴承将爪体安装在爪臂上。
进一步地，抬升机构包括轴承座、小同步带轮、同步带、丝杠螺母、丝杠连接板、丝杠、抬升电机、抬升电机座和大同步带轮，轴承座通过连接板安装在架体上，小同步带轮和大同步带轮分别安装在轴承座上，小同步带轮和大同步带轮之间通过同步带连接，丝杠竖直安装在小同步带轮上，丝杠螺母安装在丝杠上，丝杠连接板安装在丝杠螺母上，抬升电机座安装在架体上，抬升电机安装在抬升电机座上，抬升电机的输出轴与大同步带轮连接。
进一步地，抬升机构还包括张紧件和张紧轴承，张紧件安装在同步带的一侧，张紧轴承安装在张紧件上并与同步带的外侧贴合。
优选地，架体由方形20铝管焊接制成。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明由于在全地形移动底盘上设置了前腿和后腿，而前腿和后腿通过弹性和悬置设置，能够翻越台阶等障碍，实现全地形移动，增加机器人的适用范围。
2、本发明的抓取臂采用了欠驱动夹爪，减少了向上的自由度，减少了原动机数量，结构简单、成本低，从而提高了生产效率。
3、本发明的夹爪B采用3d打印技术打印出异形件，能够更换不同的夹爪适应不同的工作状况。
4、本发明通过设置抬升机构能够夹取放置在不同高度的物料。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。图2是全地形移动底盘的立体图。图3是图2的俯视图。图4是图2的主视图。图5是图2的后视图。图6是轮系模块的主视图。图7是图6是仰视图。图8是图6水平放置时的示意图。图9是抬升机构的轴测图。图10是图9是俯视图。图11是图9的右视图。图12是图9的后视图。图13是欠驱动抓取臂的立体图。图14是图13的夹爪B安装的示意图。图15是图13的俯视图。图16是图13的右视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式包括架体1，它还包括全地形移动底盘、欠驱动抓取臂和抬升机构，架体1安装在全地形移动底盘上，欠驱动抓取臂安装在抬升机构上，抬升机构安装在架体1上并控制欠驱动抓取臂的升降高度，全地形移动底盘包括底盘车架2、四个轮系模块A、随动前腿3、悬挂固定板4、滑块5、前腿悬挂弹簧6、两个全向轮模块7、后悬挂固定板8、后腿悬挂弹簧9和后腿10，四个轮系模块A分别安装在底盘车架2的四角；随动前腿3的前端与前两个轮系模块A连接，随动前腿3的后端与两个全向轮模块7连接，悬挂固定板4安装在随动前腿3上，滑块5安装在悬挂固定板4上，底盘车架2安装在滑块5上部，且底盘车架2的滑动杆插在滑块5内并做上下滑动动作，前腿悬挂弹簧6安装在悬挂固定板4与底盘车架2之间；后悬挂固定板8通过后腿悬挂弹簧9安装在底盘车架2的下部，后腿10安装在后悬挂固定板8上，后腿10的一端转动连接在底盘车架2上，后腿10的另一端与后两个轮系模块A连接；欠驱动抓取臂包括电机固定座11、电机12、电机连接轴13、导向碳管14、弹簧15、连接座16、导向滑块17、气缸18、固定角铝19、铝管21、夹爪B和爪臂20，电机固定座11安装在架体1上，电机12安装在电机固定座11上，铝管21的两端分别与电机连接轴13连接，电机12与电机连接轴13连接，导向滑块17滑动安装在铝管21上，连接座16安装在导向滑块17和铝管21上，导向碳管14穿设在连接座16上，弹簧15安装在相邻两个连接座16之间，爪臂20的根部安装在导向滑块17上，气缸18通过固定角铝19与爪臂20的根部连接，夹爪B安装在爪臂20的尖部。
本实施方式的欠驱动抓取臂的电机通过电机固定座固定在支架上，电机连接轴连接铝管与电机轴。导向滑块连接爪臂并可以在铝管上左右移动，导向碳管和弹簧可以让爪臂初始位置始终在中间。气缸用角铝固定在爪臂上控制爪臂张开闭合。
本实施方式的夹爪B上采用3d打印技术加工有一个凹槽，可以使夹爪在一定角度范围内旋转，夹取物料时可以绕旋转中心一边自转一边将物料取出，这样在夹取物料的过程中物料就不会在凹槽中卡死，扭簧用来使夹爪复位，通过这种方式省去了向上的自由度，实现欠驱动夹取，提高了生产效率。螺栓穿过扭簧和轴承将夹爪固定在铝管上，扭簧通过铝管上的槽伸出，卡在夹爪上实现复位。
具体实施方式二：结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式的轮系模块A包括轮系电机A-1、轮系电机支座A-2、轮系法兰盘A-3和轮系全向轮A-4，轮系电机支座A-2通过轮系法兰盘A-3与轮系全向轮A-4连接，轮系电机A-1安装在轮系电机支座A-2上。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式的轮系全向轮A-4为麦克那姆轮，法兰盘与麦克那姆轮或全向轮相连，法兰盘和电机连接在电机座上，通过联轴器相连。
具体实施方式三：结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式的全地形移动底盘还包括导轮固定板21和导轮22，导轮固定板21安装在随动前腿3上，导轮22安装在导轮固定板21上。如此设置，可以使爬台阶时抬起前腿使过程更快。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的全地形移动底盘还包括合页23，后腿10的一端通过合页23转动连接在底盘车架2上。如此设置，配合减震器实现减震功能。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图13说明本实施方式，本实施方式的夹爪B包括爪体B-1、扭簧B-2、螺栓B-3和轴承B-4，爪体B-1上开设限位凹槽B-5，螺栓B-3穿过扭簧B-2和轴承B-4将爪体B-1安装在爪臂20上。如此设置，使夹爪被动复位，保证每次工作时处于正确的状态。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1、图9至图12说明本实施方式，本实施方式的抬升机构包括轴承座24、小同步带轮25、同步带26、丝杠螺母27、丝杠连接板28、丝杠29、抬升电机30、抬升电机座31和大同步带轮32，轴承座24通过连接板安装在架体1上，小同步带轮25和大同步带轮32分别安装在轴承座24上，小同步带轮25和大同步带轮32之间通过同步带26连接，丝杠29竖直安装在小同步带轮25上，丝杠螺母27安装在丝杠29上，丝杠连接板28安装在丝杠螺母27上，抬升电机座31安装在架体1上，抬升电机30安装在抬升电机座31上，抬升电机30的输出轴与大同步带轮32连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
本实施方式采用3d打印张紧件。电机连接大带轮，大带轮和小带轮固定在轴承座上，小带轮连接丝杠，大带轮带动小带轮和丝杠转动，两组丝杠同时运动，丝杠螺母与丝杠连接板固定，带动上层的抓取臂机构上下运动，控制高度。张紧轴承固定在3d打印张紧件上，用于同步带张紧。
本实施方式的丝杠螺母与丝杠连接板固定，带动上层的抓取臂机构上下运动，控制高度。
具体实施方式七：结合图1、图9至图12说明本实施方式，本实施方式的抬升机构还包括张紧件33和张紧轴承34，张紧件33安装在同步带26的一侧，张紧轴承34安装在张紧件33上并与同步带26的外侧贴合。如此设置，张紧轴承固定在3d打印张紧件上，用于同步带张紧。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的架体1由方形20铝管焊接制成。如此设置，用于安装连接抓取臂机构和抬升机构，并与底盘相连。是整车的骨架部分，起到整车零部件的支撑和布置作用。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
本发明的工作原理：
导轮通过导轮固定板与前腿相连接，前腿通过轴承与前腿悬挂连接，因此前腿可以随动旋转。前腿悬挂通过悬挂固定板和滑块与车架相连接，弹簧固定在车架和悬挂固定板上，使前腿可以在竖直方向上运动。后腿通过合页与车架相连接，后腿悬挂固定板与后腿连接，后腿悬挂弹簧与车架和后腿悬挂固定板相连。整个底盘由六个轮系模块，前两个和后两个为麦克那姆轮模块，以实现底盘的全向移动，中间两个为全向轮模块。前腿的导向轮结构增强了底盘翻越障碍的能力，如在翻越台阶时，导向轮先与台阶接触并将向前的运动一部分转变为向上的运动，将车体前端抬起一定高度，之后前轮与台阶接触，继续驱动底盘向前运动，通过摩擦力可使前轮抬起并落在台阶上，之后中轮与台阶接触，依靠中轮的摩擦力将中轮抬起，前腿便可完全落在台阶上，后轮同理，以此实现全地形移动。

Claims (6)

1.一种用于物料夹取的全地形移动机器人，它包括架体(1)，其特征在于：它还包括全地形移动底盘、欠驱动抓取臂和抬升机构，架体(1)安装在全地形移动底盘上，欠驱动抓取臂安装在抬升机构上，抬升机构安装在架体(1)上并控制欠驱动抓取臂的升降高度，
全地形移动底盘包括底盘车架(2)、四个轮系模块(A)、随动前腿(3)、悬挂固定板(4)、滑块(5)、前腿悬挂弹簧(6)、两个全向轮模块(7)、后悬挂固定板(8)、后腿悬挂弹簧(9)和后腿(10)，四个轮系模块(A)分别安装在底盘车架(2)的四角；随动前腿(3)的前端与前两个轮系模块(A)连接，随动前腿(3)的后端与两个全向轮模块(7)连接，悬挂固定板(4)安装在随动前腿(3)上，滑块(5)安装在悬挂固定板(4)上，底盘车架(2)安装在滑块(5)上部，且底盘车架(2)的滑动杆插在滑块(5)内并做上下滑动动作，前腿悬挂弹簧(6)安装在悬挂固定板(4)与底盘车架(2)之间；后悬挂固定板(8)通过后腿悬挂弹簧(9)安装在底盘车架(2)的下部，后腿(10)安装在后悬挂固定板(8)上，后腿(10)的一端转动连接在底盘车架(2)上，后腿(10)的另一端与后两个轮系模块(A)连接；
欠驱动抓取臂包括电机固定座(11)、电机(12)、电机连接轴(13)、导向碳管(14)、弹簧(15)、连接座(16)、导向滑块(17)、气缸(18)、固定角铝(19)、铝管、夹爪(B)和爪臂(20)，电机固定座(11)安装在架体(1)上，电机(12)安装在电机固定座(11)上，铝管的两端分别与电机连接轴(13)连接，电机(12)与电机连接轴(13)连接，导向滑块(17)滑动安装在铝管上，连接座(16)安装在导向滑块(17)和铝管上，导向碳管(14)穿设在连接座(16)上，弹簧(15)安装在相邻两个连接座(16)之间，爪臂(20)的根部安装在导向滑块(17)上，气缸(18)通过固定角铝(19)与爪臂(20)的根部连接，夹爪(B)安装在爪臂(20)的尖部；
全地形移动底盘还包括导轮固定板和导轮(22)，导轮固定板安装在随动前腿(3)上，导轮(22)安装在导轮固定板上；
夹爪(B)包括爪体(B-1)、扭簧(B-2)、螺栓(B-3)和轴承(B-4)，爪体(B-1)上开设限位凹槽(B-5)，螺栓(B-3)穿过扭簧(B-2)和轴承(B-4)将爪体(B-1)安装在爪臂(20)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于物料夹取的全地形移动机器人，其特征在于：轮系模块(A)包括轮系电机(A-1)、轮系电机支座(A-2)、轮系法兰盘(A-3)和轮系全向轮(A-4)，轮系电机支座(A-2)通过轮系法兰盘(A-3)与轮系全向轮(A-4)连接，轮系电机(A-1)安装在轮系电机支座(A-2)上。
3.根据权利要求2所述的一种用于物料夹取的全地形移动机器人，其特征在于：全地形移动底盘还包括合页(23)，后腿(10)的一端通过合页(23)转动连接在底盘车架(2)上。
4.根据权利要求3所述的一种用于物料夹取的全地形移动机器人，其特征在于：抬升机构包括轴承座(24)、小同步带轮(25)、同步带(26)、丝杠螺母(27)、丝杠连接板(28)、丝杠(29)、抬升电机(30)、抬升电机座(31)和大同步带轮(32)，轴承座(24)通过连接板安装在架体(1)上，小同步带轮(25)和大同步带轮(32)分别安装在轴承座(24)上，小同步带轮(25)和大同步带轮(32)之间通过同步带(26)连接，丝杠(29)竖直安装在小同步带轮(25)上，丝杠螺母(27)安装在丝杠(29)上，丝杠连接板(28)安装在丝杠螺母(27)上，抬升电机座(31)安装在架体(1)上，抬升电机(30)安装在抬升电机座(31)上，抬升电机(30)的输出轴与大同步带轮(32)连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于物料夹取的全地形移动机器人，其特征在于：抬升机构还包括张紧件(33)和张紧轴承(34)，张紧件(33)安装在同步带(26)的一侧，张紧轴承(34)安装在张紧件(33)上并与同步带(26)的外侧贴合。
6.根据权利要求1或5所述的一种用于物料夹取的全地形移动机器人，其特征在于：架体(1)由方形20铝管焊接制成。
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