CN110861093B - 一种并联机械臂智能5g导航避障系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联机械臂智能5G导航避障系统，包括圆盘、电机、手指气缸、连杆、固定片、机械臂铰接片、圆环壳体、超声波测距传感器、数据处理壳体、通讯芯片、单片机芯片、天线、螺杆、螺母、轴承、环形槽、橡胶圆柱、通孔、第一固定板、电磁铁、第二固定板、导向圆环、圆管、嵌合钉头、弹簧、铁块和挡片。本发明结构合理，通过超声波测距传感器及数据处理结构进行机械臂末端周围的测距，快速识别末端周围的障碍物，进一步向并联机械臂控制系统发送反馈数据，从而实现机械臂末端避障；在使用时，通过电机及旋转推动结构的配合作用进行圆环壳体的驱动，实现精细转动，使得超声波测距传感器能够进行360度无死角的传感。

Description

一种并联机械臂智能5G导航避障系统

技术领域

本发明涉及一种路径优化避障系统，具体是一种并联机械臂智能5G导航避障系统，属于并联机械臂应用技术领域。

背景技术

多自由度冗余型机械装置的动力学结构较为复杂，一般是三自由度到六自由度；近些年，出现了七自由度冗余型机械装置；这些机械装置一般采用混合驱动方式通过控制执行结构和传感检测结构来实现装置的反馈控制操作，具有较好的路径优化避障技术优势。

由于这类装置的动力学模型具有非线性、耦合度高的特点，一些并联机械臂在执行过程时，运动路径较为固定，难以发挥该类机械装置的智能控制优势。在运行路径不固定的环境下，并联机械臂可能会与周围障碍物发生碰撞，导致出现一些意想不到的装置损坏，难以实现多自由角度的导航避障性能需求。因此，针对上述问题提出一种并联机械臂智能5G导航避障系统。

发明内容

本发明旨在解决全方位自由角度的避障问题而提供一种并联机械臂智能5G导航避障系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种并联机械臂智能5G导航避障系统，包括机械爪盘以及圆环壳体，所述圆环壳体套接在机械爪盘的圆柱面上，且在机械爪盘的圆柱面上开有环形槽，所述圆环壳体内圈两侧均安装有伸缩嵌合滚动结构，且伸缩嵌合滚动结构的端部嵌合在环形槽的内部；

所述圆环壳体的外侧周围均匀固接有若干个超声波测距传感器，所述机械爪盘与圆环壳体的底部之间设置有旋转推动结构，所述圆环壳体的顶部固定安装有数据处理结构。

优选的，所述机械爪盘包括圆盘以及固定安装在圆盘顶部中心处的减速电机，所述减速电机的输出轴固接有短轴，所述短轴的底端固接有手指气缸，且手指气缸位于圆盘的底部。

优选的，所述短轴套接有轴承，所述轴承固定嵌合安装在圆盘底部的中心处。

优选的，所述伸缩嵌合结构包括通孔、圆管、第一固定板以及第二固定板，所述第一固定板和第二固定板均固定安装在圆环壳体的内部，所述第二固定板的中部固定嵌合安装有导向圆环，所述圆管与导向圆环滑动套接，且圆管一端固接有铁块，所述铁块的一侧设置有电磁铁，且电磁铁固定嵌合安装在第一固定板的中部，所述圆管表面套接有弹簧，所述弹簧远离导向圆环的一端与圆管的表面固接，所述通孔开设在圆环壳体的内侧，所述圆管贯穿通孔，且圆管末端设置有嵌合钉头，所述嵌合钉头为锥形结构，所述嵌合钉头表面安装有橡胶圆柱，且橡胶圆柱嵌合在环形槽的内部。

优选的，所述第一固定板与第二固定板之间平行设置，且第一固定板与第二固定板之间形成3-3.5cm的间隙。

优选的，所述旋转推动结构包括固定片以及挡片，所述固定片和挡片分别固定在圆环壳体的底部以及机械爪盘的一侧，所述固定片通过螺纹连接结构安装有连杆，所述连杆末端与挡片正面接触。

优选的，所述螺纹连接结构包括螺杆、圆孔以及螺母，所述圆孔开设在连杆的一端，所述螺杆一端与固定片固接，且螺杆贯穿圆孔，所述螺杆表面螺纹连接有螺母。

优选的，所述机械爪盘的顶部固定安装有若干个机械臂铰接片。

优选的，所述数据处理结构包括数据处理壳体，所述数据处理壳体的内部设置有5G通讯芯片和单片机芯片，所述单片机芯片的一侧与超声波测距传感器电性连接，且单片机芯片的另一侧与5G通讯芯片连接。

优选的，所述数据处理结构的顶部固定安装有天线，且天线与5G通讯芯片电性连接。

本发明的有益效果是：

1、该类并联机械臂智能5G导航避障系统通过超声波测距传感器及数据处理结构的多角度训练，有效实现机械臂末端周围的测距，识别机械臂周围的潜在障碍物，进一步向并联机械臂的控制系统发送数据，基于机械臂执行结构实现动态避障，避免与障碍物碰撞，出现装置损坏；

2、该类并联机械臂智能5G导航避障系统用于测量的超声波测距传感器设置数量大于6个，且均匀安装在圆环壳体的外侧，在使用时，通过电机以及旋转推动结构的配合作用，有效驱动圆环壳体的平稳移动和高速旋转，从而使得超声波测距传感器能够进行周围360度无死角的传感测距，有效提高了该类机械装置的避障准确度；

3、该类并联机械臂智能5G导航避障系统通过伸缩嵌合滚动结构和环形槽的配合实现连接，通过环形槽进行伸缩嵌合滚动结构端部的承载嵌合，实现安装，在进行拆卸和安装时，通过伸缩嵌合滚动结构的自动伸缩实现，操作简单，劳动强度低。当装置安装后，机械爪盘与圆环壳体进行旋转时，伸缩嵌合滚动结构可在环形槽中进行滚动，从而实现滚动摩擦，有效降低摩擦阻力，降低机械装置磨损程度。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明立体图；

图2为本发明整体结构示意图；

图3为本发明圆盘俯视结构示意图；

图4为本发明圆管与嵌合钉头结构示意图；

图5为本发明工作原理图。

图中：1、圆盘，2、电机，3、手指气缸，4、连杆，5、固定片，6、机械臂铰接片，7、圆环壳体，8、超声波测距传感器，9、数据处理壳体，901、通讯芯片，902、单片机芯片，10、天线，11、螺杆，12、螺母，13、轴承，14、环形槽，15、橡胶圆柱，16、通孔，17、第一固定板，18、电磁铁，19、第二固定板，20、导向圆环，21、圆管，2101、嵌合钉头，22、弹簧，23、铁块，24、挡片。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。

请参阅图1-5所示，一种并联机械臂智能5G导航避障系统，包括机械爪盘以及圆环壳体7，所述圆环壳体7套接在机械爪盘的圆柱面上，且在机械爪盘的圆柱面上开有环形槽14，所述圆环壳体7内圈两侧均安装有伸缩嵌合滚动结构，且伸缩嵌合滚动结构的端部嵌合在环形槽14的内部；

所述圆环壳体7的外侧周围均匀固接有若干个超声波测距传感器8，所述机械爪盘与圆环壳体7的底部之间设置有旋转推动结构，所述圆环壳体7的顶部固定安装有数据处理结构。

所述机械爪盘包括圆盘1以及固定安装在圆盘1顶部中心处的减速电机2，所述减速电机2的输出轴固接有短轴，所述短轴的底端固接有手指气缸3，且手指气缸3位于圆盘1的底部，机械爪盘通过并联机械臂的控制，进行移动，通过手指气缸3实现抓取；所述短轴套接有轴承13，所述轴承13固定嵌合安装在圆盘1底部的中心处，轴承13实现短轴的转动安装；所述伸缩嵌合结构包括通孔16、圆管21、第一固定板17以及第二固定板19，所述第一固定板17和第二固定板19均固定安装在圆环壳体7的内部，所述第二固定板19的中部固定嵌合安装有导向圆环20，所述圆管21与导向圆环20滑动套接，且圆管21一端固接有铁块23，所述铁块23的一侧设置有电磁铁18，且电磁铁18固定嵌合安装在第一固定板17的中部，所述圆管21表面套接有弹簧22，所述弹簧22远离导向圆环20的一端与圆管21的表面固接，所述通孔16开设在圆环壳体7的内侧，所述圆管21贯穿通孔16，且圆管21末端设置有嵌合钉头2101，所述嵌合钉头2101为锥形结构，所述嵌合钉头2101表面安装有橡胶圆柱15，且橡胶圆柱15嵌合在环形槽14的内部，橡胶圆柱15随圆管21，可进行移动，圆管21与导向圆环20之间可转动，从而橡胶圆柱15可进行滚动，降低摩擦；所述第一固定板17与第二固定板19之间平行设置，且第一固定板17与第二固定板19之间形成3-3.5cm的间隙，第一固定板17与第二固定板19提供安装位置；所述旋转推动结构包括固定片5以及挡片24，所述固定片5和挡片24分别固定在圆环壳体7的底部以及机械爪盘的一侧，所述固定片5通过螺纹连接结构安装有连杆4，所述连杆4末端与挡片24正面接触，挡片24用于连杆4的阻挡，可进行连杆4的推动，从而实现圆环壳体7与机械爪盘一起转动；所述螺纹连接结构包括螺杆11、圆孔以及螺母12，所述圆孔开设在连杆4的一端，所述螺杆11一端与固定片5固接，且螺杆11贯穿圆孔，所述螺杆11表面螺纹连接有螺母12，实现连杆4一端的固定；所述机械爪盘的顶部固定安装有若干个机械臂铰接片6，为并联机械臂提供了安装位置；所述数据处理结构包括数据处理壳体9，所述数据处理壳体9的内部设置有通讯芯片901和单片机芯片902，所述单片机芯片902的一侧与超声波测距传感器8电性连接，且单片机芯片902的另一侧与通讯芯片901连接，单片机芯片902起到处理数据的作用，通过通讯芯片901进行无线传输；所述数据处理结构的顶部固定安装有天线10，且天线10与通讯芯片901电性连接，天线10便于无线信号的传输。

本发明申请中出现的电器元件在使用过程中，均外接连通电源和控制开关，机械臂铰接片6与并联机械臂的多个端部进行铰接，并联机械臂对圆盘1进行旋转驱动，实现机械装置的动态控制，在驱动过程中，减速电机2带动手指气缸3进行转动，通过推片挡片24推动连杆4，从而使圆环壳体7进行转动，通过橡胶圆柱15进行圆环壳体7的承载，且橡胶圆柱15在环形槽14中进行滚动摩擦，摩擦阻力小；

在转动时，多个超声波测距传感器8对周围的障碍物进行实时传感，同时超声波测距传感器8随圆环壳体7一起进行转动，实现360度无死角的传感，传感的信号实时传递到单片机芯片902中，单片机芯片902进行处理，得到与障碍物的具体距离，形成数据，处理的数据通过通讯芯片901进入天线10，然后以5G信号的形式传递到并联机械臂的控制系统中，信号传输速度快，几乎无延迟，提高了控制系统的平稳性、鲁棒性，而且具有快速响应的特点。当测得的距离数据大于控制系统中预设值时，判断为正常，无需避障，距离数据小于控制系统中预设值时，判断为异常，控制系统对并联机械臂的位置和角度进行动态调整，使圆盘1能够远离障碍物，距离大于等于预设值后，并联机械臂将停止移动，这样，就能有效避免与障碍物出现碰撞；

直到手指气缸3靠近被抓物品时，减速电机2停止转动，手指气缸3抓住被抓物品，然后将被抓物品移动到所需的位置，再次同时减速电机2进行工作，超声波测距传感器8实时传感，进行路径避障，移动到所需位置时，手指气缸3松开，放下物品；

当需要进行圆环壳体7的拆卸更换时，可以通过外部的控制开关使电磁铁18通电，对铁块23进行吸引，直至吸住铁块23，弹簧22受力压缩，橡胶圆柱15通过通孔16，进入圆环壳体7内部，然后提起圆环壳体7，完成拆卸，需要进行安装时，电磁铁18处于通电状态，将圆环壳体7照在圆盘1周围，电磁铁18断电，铁块23失去吸引，通过弹簧22的弹力，进行圆管21的推动，橡胶圆柱15进入环形槽14，进行嵌合承载，完成安装。

通讯芯片901采用5G芯片模块，型号为HUAWEI Kirin 990 5G；采用5G芯片传输，信号传输几乎没有时间延迟，传输速度快，信号质量的可靠度高，从而有效降低了数据传输时间，顺利实现装置的导航避障；单片机芯片902型号为STM32F103C8T6。

涉及到电路和电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种并联机械臂智能5G导航避障系统，其特征在于：包括机械爪盘以及圆环壳体(7)，所述圆环壳体(7)套接在机械爪盘的圆柱面上，且在机械爪盘的圆柱面上开有环形槽(14)，所述圆环壳体(7)内圈两侧均安装有伸缩嵌合滚动结构，且伸缩嵌合滚动结构的端部嵌合在环形槽(14)的内部；

所述伸缩嵌合滚动结构包括通孔(16)、圆管(21)、第一固定板(17)以及第二固定板(19)，所述第一固定板(17)和第二固定板(19)均固定安装在圆环壳体(7)的内部，所述第二固定板(19)的中部固定嵌合安装有导向圆环(20)，所述圆管(21)与导向圆环(20)滑动套接，且圆管(21)一端固接有铁块(23)，所述铁块(23)的一侧设置有电磁铁(18)，且电磁铁(18)固定嵌合安装在第一固定板(17)的中部，所述圆管(21)表面套接有弹簧(22)，所述弹簧(22)远离导向圆环(20)的一端与圆管(21)的表面固接，所述通孔(16)开设在圆环壳体(7)的内侧，所述圆管(21)贯穿通孔(16)，且圆管(21)末端设置有嵌合钉头(2101)，所述嵌合钉头(2101)为锥形结构，所述嵌合钉头(2101)表面安装有橡胶圆柱(15)，且橡胶圆柱(15)嵌合在环形槽(14)的内部；

所述圆环壳体(7)的外侧四周均匀固接有若干个超声波测距传感器(8)，所述机械爪盘与圆环壳体(7)的底部之间设置有旋转推动结构，所述圆环壳体(7)的顶部固定安装有数据处理结构。

2.根据权利要求1所述的一种并联机械臂智能5G导航避障系统，其特征在于：所述机械爪盘包括圆盘(1)以及固定安装在圆盘(1)顶部中心处的减速电机(2)，所述减速电机(2)的输出轴固接有短轴，所述短轴的底端固接有手指气缸(3)，且手指气缸(3)位于圆盘(1)的底部。

3.根据权利要求2所述的一种并联机械臂智能5G导航避障系统，其特征在于：所述短轴套接有轴承(13)，所述轴承(13)固定嵌合安装在圆盘(1)底部的中心处。

4.根据权利要求1所述的一种并联机械臂智能5G导航避障系统，其特征在于：所述第一固定板(17)与第二固定板(19)之间平行设置，且第一固定板(17)与第二固定板(19)之间形成3-3.5cm的间隙。

5.根据权利要求1所述的一种并联机械臂智能5G导航避障系统，其特征在于：所述旋转推动结构包括固定片(5)以及挡片(24)，所述固定片(5)和挡片(24)分别固定在圆环壳体(7)的底部以及机械爪盘的一侧，所述固定片(5)通过螺纹连接结构安装有连杆(4)，所述连杆(4)末端与挡片(24)正面接触。

6.根据权利要求5所述的一种并联机械臂智能5G导航避障系统，其特征在于：所述螺纹连接结构包括螺杆(11)、圆孔以及螺母(12)，所述圆孔开设在连杆(4)的一端，所述螺杆(11)一端与固定片(5)固接，且螺杆(11)贯穿圆孔，所述螺杆(11)表面螺纹连接有螺母(12)。

7.根据权利要求1所述的一种并联机械臂智能5G导航避障系统，其特征在于：所述机械爪盘的顶部固定安装有若干个机械臂铰接片(6)。

8.根据权利要求1所述的一种并联机械臂智能5G导航避障系统，其特征在于：所述数据处理结构包括数据处理壳体(9)，所述数据处理壳体(9)的内部设置有通讯芯片(901)和单片机芯片(902)，所述单片机芯片(902)的一侧与超声波测距传感器(8)电性连接，且单片机芯片(902)的另一侧与通讯芯片(901)连接。

9.根据权利要求1所述的一种并联机械臂智能5G导航避障系统，其特征在于：所述数据处理结构的顶部固定安装有天线(10)，且天线(10)与通讯芯片(901)电性连接。

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