CN110394813A - 一种可多方位抓取物体的物料搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可多方位抓取物体的物料搬运机器人，包括有机器人底座、安装在机器人底座上的旋转曲柄机构、安装在旋转曲柄机构上的连杆机构以及安装在连杆机构上的抓手机构，旋转曲柄机构和连杆机构上分别具有一个水平面上的转动副，配合抓手机构，组合成可多方位抓取物体的机械结构，从而实现在同一位置往不同方位分别抓取物体的功能，且能够通过连杆机构调整抓手机构的高度，以实现对不同高度的物体的准确抓取。本发明通过设置旋转曲柄机构、连杆机构以及抓手机构，实现了在同一位置往不同方位分别抓取物体的功能，免去了机器人抓取物体时因需多方位移动及校正位置所花费的时间，大大提高了抓取物体的效率。

Description

一种可多方位抓取物体的物料搬运机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种可多方位抓取物体的物料搬运机器人。

背景技术

物料搬运机器人是一种能执行物料搬运任务的智能移动机器人。该机器人能够在规定场地内自主行走，领取任务，自主寻找、识别任务指定的物料，按任务要求的顺序将其搬运至指定的存放地点，并可按照要求的位置和方向摆放。物料搬运机器人具有场地目标位置识别、自主路径规划、自主移动、二维码读取、物料颜色识别或形状识别、物体抓取和搬运等功能。

现有的物料搬运机器人需移动到待搬运的物体前才能对该物体实现抓取，或者在一个位置时仅能抓取极少方位的物体，其运作方式效率较低。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种可多方位抓取物体的物料搬运机器人，能够在同一位置往不同方位分别抓取物体，以提高抓取物体的效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可多方位抓取物体的物料搬运机器人，包括有机器人底座，还包括：旋转曲柄机构，其包括有第一舵机和轴承套，所述第一舵机安装在所述机器人底座上，所述第一舵机通过第一舵机转盘与轴承套的顶盖相连接，所述轴承套的外侧壁上安装有悬臂梁；连杆机构，其包括有第二舵机、第三舵机、第四舵机和舵机支架，所述第二舵机安装在所述悬臂梁上，所述第二舵机设有水平设置的第二舵机转盘，所述第三舵机安装在所述第二舵机转盘上，所述第三舵机设有竖向设置的第三舵机转盘，所述第三舵机转盘安装在所述舵机支架的后端上，所述第四舵机设有竖向设置的第四舵机转盘，所述第四舵机转盘安装在所述舵机支架的前端上；抓手机构，其安装在所述第四舵机上，用以抓取物体。

进一步地，所述旋转曲柄机构还包括有支撑立架，所述支撑立架安装在所述机器人底座上，所述第一舵机安装在所述支撑立架上，所述支撑立架与轴承套之间安装有推力球轴承。

进一步地，所述抓手机构包括有第五舵机、安装架、齿轮臂、手爪、手爪安装杆和调节连杆；所述安装架与所述第四舵机相连接，所述第五舵机安装在所述安装架上，所述第五舵机设有第五舵机转盘；所述齿轮臂为两个，其中一个所述齿轮臂安装在所述第五舵机转盘上，另一个所述齿轮臂转动安装在所述安装架上，两个所述齿轮臂的轮齿相啮合；所述手爪为两个，一个所述手爪通过一根手爪安装杆与一个所述齿轮臂相连接，所述手爪安装杆一端与所述齿轮臂转动连接，另一端与所述手爪固定连接；所述手爪安装杆连接有所述手爪的端部通过所述调节连杆与所述安装架相连接，所述调节连杆一端与所述安装架转动连接，另一端与所述手爪安装杆转动连接。

进一步地，每个所述手爪包括有多块手爪单元，多块所述手爪单元相连形成一个外凸结构。

进一步地，每个所述手爪中的手爪单元为3至5块。

进一步地，每个所述手爪中相邻的两个所述手爪单元之间开设有竖向的凹槽。

进一步地，所述机器人底座的底面设有多个由电机驱动的麦克纳姆轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置旋转曲柄机构、连杆机以及抓手机构，可实现了在同一位置往不同方位分别抓取物体的功能，免去了机器人抓取物体时因需多方位移动及校正位置所花费的时间，大大提高了抓取物体的效率；

2、本发明通过特定的抓手机构，能够适应对不同形状、大小的物体的抓取，且抓取稳固，不易脱落。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明去掉顶盖时的示意图；

图3为本发明的俯视示意图（顶盖未示出）；

图4为旋转曲柄机构的结构示意图（顶盖未示出）；

图5为第一舵机、轴承套和推力球轴承的装配示意图（局部剖视图）；

图6为连杆机构的结构示意图；

图7为抓手机构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”等应做广义理解，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1至图7，本发明优选的实施例提供一种可多方位抓取物体的物料搬运机器人，主要包括有机器人底座1、旋转曲柄机构、连杆机构和抓手机构。

如图1至图3所示，机器人底座1的底面设有4个由电机18驱动的麦克纳姆轮17，电机18优选使用步进电机，电机18固定安装在机器人底座1的底面，用以驱动麦克纳姆轮17便于实现全方位移动。

请继续参照图1至图5，旋转曲柄机构包括有第一舵机2和轴承套3，第一舵机2安装在机器人底座1上，第一舵机2通过第一舵机转盘21与轴承套3的顶盖31相连接，具体为第一舵机转盘21通过螺栓与顶盖31相相固定，轴承套3的外侧壁上安装有悬臂梁4。第一舵机2驱动第一舵机转盘21转动带动轴承套3的顶盖31一同转动，而轴承套3也一同转动，而安装在轴承套3的外侧壁上的悬臂梁4也一同转动。在优选的实施例中，旋转曲柄机构还包括有支撑立架9，支撑立架9安装在机器人底座1上，其上部位于轴承套3内，此时第一舵机2安装在支撑立架9上，支撑立架9与轴承套3之间安装有推力球轴承10，具体为推力球轴承10的上部与支撑立架9相固定，推力球轴承10的下部与轴承套3相固定，设置推力球轴承10一方面可以使顶盖31受力更为均匀、平稳，另一方面推力球轴承10具有较小的旋转运动所产生的摩擦阻尼，使得转动更为顺畅。

请继续参照图1至图3、图6，连杆机构包括有第二舵机5、第三舵机6、第四舵机7和舵机支架8。第二舵机5安装在悬臂梁4上，第二舵机5可随悬臂梁4一同转动，第二舵机5设有水平设置的第二舵机转盘51，第三舵机6安装在第二舵机转盘51上，第二舵机5驱动第二舵机转盘51转动时，第三舵机6随第二舵机转盘51一同转动，第三舵机6设有竖向设置的第三舵机转盘61，第三舵机转盘61安装在舵机支架8的后端上，第四舵机7设有竖向设置的第四舵机转盘71，第四舵机转盘71安装在舵机支架8的前端上。当第三舵机6驱动第三舵机转盘61转动时，可驱使舵机支架8绕第三舵机转盘61的转动轴摆动；当。第四舵机7驱动第四舵机转盘71转动时，第四舵机7自身绕第四舵机转盘71的转动轴转动。

抓手机构安装在第四舵机7上，用以抓取物体，具体为，请参照图1至图3、图7，抓手机构包括有第五舵机11、安装架12、齿轮臂16、手爪13、手爪安装杆14和调节连杆15。安装架12与第四舵机7相连接，可随第四舵机7一同转动。第五舵机11安装在安装架12上，第五舵机11设有第五舵机转盘111。齿轮臂16为两个，其中一个齿轮臂16安装在第五舵机转盘111上，另一个齿轮臂16转动安装在安装架12上，具体安装在安装架12的一块横向设置的平板上，两个齿轮臂16的轮齿相啮合。手爪13为两个，一个手爪13通过一根手爪安装杆14与一个齿轮臂16相连接，手爪安装杆14一端与齿轮臂16转动连接，另一端与手爪13固定连接；手爪安装杆14连接有手爪13的端部通过调节连杆15与安装架12相连接，调节连杆15一端与安装架12转动连接，另一端与手爪安装杆14转动连接。当第五舵机11驱动第五舵机转盘111转动时，带动安装在第五舵机转盘111上的齿轮臂16，该齿轮臂16转动带动另一个齿轮臂16，此时两个齿轮臂16做相向或者相反的运动，而在两个齿轮臂16的运动中，带动手爪安装杆14和调节连杆15运动，此时两个手爪13做张开或闭合的动作。当两个手爪13闭合时，即可实现抓取物体，张开时，即放开物体。

在优选的实施例中，每个手爪13包括有4块手爪单元131，4块手爪单元131相连形成一个外凸结构，每个手爪13中相邻的两个手爪单元131之间的角度为150°至170°。由于抓取的物体的形状及重量可能不尽相同，甚至差异很大，传统的抓手难以适应对不同物体的抓取。本发明中，手爪13的内轮廓为多边形的一部分，是一个类弧形的多边形结构，因此可以有效地针对圆形、方形及其组合结构等多种形状的物体的抓取。每个手爪13中相邻的两个手爪单元131之间开设有竖向的凹槽132。传统的抓手对于具有棱边（如方形物体）的物体的抓取较为困难，主要是因为棱边的存在使得抓手与物体的接触面积过少，难以提供足够的夹持力度。针对诸如方形结构等物体，手爪13中相邻的两个手爪单元131之间开设有竖向的凹槽132，方便物体的棱角与凹槽132接触，从而使接触边增多，达到增大抓手与物体摩擦阻尼的作用，使物体在夹取过程中不易掉落。

实施时，第一舵机2可带动轴承套3及其上的悬臂梁4转动，而第二舵机5可带动第三舵机6及其上的舵机支架8转动，因此，旋转曲柄机构和连杆机构上分别具有一个水平面上的转动副，配合抓手机构，组合成可多方位抓取物体的机械结构，从而实现在同一位置往不同方位分别抓取物体的功能，其利用旋转曲柄机构的可调性，可实现360°旋转，并结合连杆机构进一步提高可旋转分度来实现，免去了常规方式下机器人抓取物体时多方位移动及校正位置所花费的时间，大大提高了抓取物体的效率。通过第三舵机6带动舵机支架8摆动以及第四舵机7带动抓手机构转动，可实现抓手机构高度的调整，以实现对不同高度的物体的准确抓取。本发明通过设置特定的抓手机构，通过设置特定的手爪，来适应对不同形状、大小的物体的抓取，且抓取稳固，不易脱落。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种可多方位抓取物体的物料搬运机器人，包括有机器人底座（1），其特征在于，还包括：

旋转曲柄机构，其包括有第一舵机（2）和轴承套（3），所述第一舵机（2）安装在所述机器人底座（1）上，所述第一舵机（2）通过第一舵机转盘（21）与轴承套（3）的顶盖（31）相连接，所述轴承套（3）的外侧壁上安装有悬臂梁（4）；

连杆机构，其包括有第二舵机（5）、第三舵机（6）、第四舵机（7）和舵机支架（8），所述第二舵机（5）安装在所述悬臂梁（4）上，所述第二舵机（5）设有水平设置的第二舵机转盘（51），所述第三舵机（6）安装在所述第二舵机转盘（51）上，所述第三舵机（6）设有竖向设置的第三舵机转盘（61），所述第三舵机转盘（61）安装在所述舵机支架（8）的后端上，所述第四舵机（7）设有竖向设置的第四舵机转盘（71），所述第四舵机转盘（71）安装在所述舵机支架（8）的前端上；

抓手机构，其安装在所述第四舵机（7）上，用以抓取物体。

2.根据权利要求1所述的可多方位抓取物体的物料搬运机器人，其特征在于：所述旋转曲柄机构还包括有支撑立架（9），所述支撑立架（9）安装在所述机器人底座（1）上，所述第一舵机（2）安装在所述支撑立架（9）上，所述支撑立架（9）与轴承套（3）之间安装有推力球轴承（10）。

3.根据权利要求1所述的可多方位抓取物体的物料搬运机器人，其特征在于： 所述抓手机构包括有第五舵机（11）、安装架（12）、齿轮臂（16）、手爪（13）、手爪安装杆（14）和调节连杆（15）；所述安装架（12）与所述第四舵机（7）相连接，所述第五舵机（11）安装在所述安装架（12）上，所述第五舵机（11）设有第五舵机转盘（111）；所述齿轮臂（16）为两个，其中一个所述齿轮臂（16）安装在所述第五舵机转盘（111）上，另一个所述齿轮臂（16）转动安装在所述安装架（12）上，两个所述齿轮臂（16）的轮齿相啮合；所述手爪（13）为两个，一个所述手爪（13）通过一根手爪安装杆（14）与一个所述齿轮臂（16）相连接，所述手爪安装杆（14）一端与所述齿轮臂（16）转动连接，另一端与所述手爪（13）固定连接；所述手爪安装杆（14）连接有所述手爪（13）的端部通过所述调节连杆（15）与所述安装架（12）相连接，所述调节连杆（15）一端与所述安装架（12）转动连接，另一端与所述手爪安装杆（14）转动连接。

4.根据权利要求3所述的可多方位抓取物体的物料搬运机器人，其特征在于：每个所述手爪（13）包括有多块手爪单元（131），多块所述手爪单元（131）相连形成一个外凸结构。

5.根据权利要求4所述的可多方位抓取物体的物料搬运机器人，其特征在于：每个所述手爪（13）中的手爪单元（131）为3至5块。

6.根据权利要求4所述的可多方位抓取物体的物料搬运机器人，其特征在于：每个所述手爪（13）中相邻的两个所述手爪单元（131）之间开设有竖向的凹槽（132）。

7.根据权利要求1所述的可多方位抓取物体的物料搬运机器人，其特征在于：所述机器人底座（1）的底面设有多个由电机（18）驱动的麦克纳姆轮（17）。