CN110977921A - 一种智能移动协作机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能移动协作机器人，其特征在于，包括移动机器人、协作机器人和智能视觉系统；移动机器人包括底盘和上腔体；上腔体位于底盘上方；上腔体包括供电模块、移动机器人控制器、雷达、雷达防护罩、障碍物传感器和碰撞传感器；底盘包括弹性悬挂系统、伺服电机、伺服驱动器、行走驱动轮和万向轮；移动机器人包括机械臂、柔性手爪、气泵、气管、控制器罩、电源系统和协作机器人控制系统；智能视觉系统包括智能摄像头、CCD传感器、微处理器和通讯接口；智能摄像头设置于柔性手爪处；CCD传感器连接智能摄像头。本发明的有益效果是：克服了工业机器人成本高，不具有机动性且生产柔性差的缺点，可在成本低的前提下具备移动性和良好的生产柔性。

Description

一种智能移动协作机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人，特别涉及一种智能移动协作机器人。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自 动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。汽车行业、 电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人及自动化生产线，以保 证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。工业机器人的普及是 实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。 但传统的工业机器人需要固定安装位置，工作区域有限，并且考虑到安全性需要 进行隔离，限制了机器人的使用场景，生产柔性和灵活性很低。

为了提高工业机器人的使用效率、增大其工作空间和安全性，可以将机器人 和可移动的智能移动机器人相结合。

福建(泉州)哈工大工程技术研究院提出了一种移动式七自由度智能协作机 器人，其技术详见专利文献CN109702733A，该产品给协作机器人集成了可移动的 底座，扩展了机器人的柔性使用度，但该移动底座并不具备自主定位、自主移动 的能力，其实用性值得商榷。

沈阳新松机器人自动化股份有限公司，提出了一种物料搬运移动复合机器 人，其技术详见专利文献CN109202885A，该产品集成了基于麦克纳姆轮的运动模 块、激光导航模块和工业机器人等。但麦克纳姆轮成本较高、控制复杂、对地 面情况要求苛刻，难以广泛应用于工业生产场合，而在服务性场合中，机器人的 安全性问题并未解决。

故市场亟需一种能够在成本低廉的前提下，同时具备可移动性和良好的生产 柔性的工业机器人。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种智能移动协作机器人，本发明 的技术方案是这样实施的：

一种智能移动协作机器人，包括移动机器人、协作机器人和智能视觉系统； 所述移动机器人连接所述协作机器人；所述移动机器人包括底盘和上腔体；所述 上腔体位于所述底盘上方；所述上腔体包括供电模块、移动机器人控制器、雷达、 雷达防护罩、障碍物传感器和碰撞传感器；所述底盘包括弹性悬挂系统、伺服电 机、伺服驱动器、行走驱动轮和万向轮；所述协作机器人固定于所述移动机器人 上；所述移动机器人包括机械臂、柔性手爪、气泵、气管、控制器罩、电源系统 和协作机器人控制系统；所述柔性手爪固定在所述机械臂的一端；所述气泵固定 在所述控制器罩内；所述气管沿所述机械臂连接所述气泵和所述柔性手爪；所述 电源系统和所述协作机器人控制系统固定在所述控制器罩内；所述电源系统连接 所述协作机器人控制系统、所述机械臂、所述柔性手爪和所述气泵；所述智能视 觉系统包括智能摄像头、CCD传感器、微处理器和通讯接口；所述智能摄像头设 置于所述柔性手爪处；所述CCD传感器连接所述智能摄像头；所述微处理器连接 所述智能摄像头；所述通讯接口连接所述微处理器。

优选地，所述外设接口选自包括USB、VGA、DVI、HDMI接口中的一种或多 种。

优选地，所述供电系统包括，锂电池、电气系统和自动充电口；所述自动充 电口连接所述锂电池；所述电气系统连接所述自动充电口和电气系统。

优选地，所述移动机器人还包括警示灯带；所述警示灯带连接所述移动机器 人控制器。

优选地，所述移动机器人还包括显示器；所述显示器连接所述移动机器人控 制器。

优选地，所述移动机器人还包括按钮开关；所述按钮开关包括上电按钮、手 动松抱闸按钮和暂停按钮；所述按钮开关连接所述移动机器人控制器。

优选地，所述移动机器人还包括外设接口；所述外设接口连接所述移动机器 人控制器。

实施本发明的技术方案可解决现有技术中成本高昂，不具有可移动性和良好 的生产柔性，无法满足大规模生产需求的技术问题；实施本发明的技术方案，可 实现成本低廉的前提下，同时具备可移动性和良好的生产柔性的技术效果。

附图说明

为了更清楚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种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造 性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种智能移动协作机器人的一种具体的实施例的使用状态参考图；

图2为一种智能移动协作机器人的一种优选的实施例的底盘使用状态参考 图；

图3为一种智能移动协作机器人的一种优选的实施例的底盘的使用侧视图；

图4为一种智能移动协作机器人的一种优选的实施例的侧视图。

在上述附图中，各图号标记分别表示：

移动机器人-1；协作机器人-2；柔性手爪-3；智能摄像头-4；雷达-5；雷达防 护罩-6；显示器-7；障碍物传感器-8，前后急停按钮-9；碰撞传感器-10；警示灯 带-11；外设接口-12；控制器罩-13；锂电池-14；行走驱动轮-15；弹性悬挂系统 -16；电气系统-17；移动机器人控制器-18；自动充电口-19；万向轮-20；伺服驱 动器-21；伺服电机-22。

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。

在一种具体的实施例中，如图1至图4所示，一种智能移动协作机器人，包 括移动机器人1、协作机器人2和智能视觉系统；移动机器人1连接协作机器人2；移动机器人1包括底盘和上腔体；上腔体位于底盘上方；上腔体包括供电模 块、移动机器人控制器18、雷达5、雷达防护罩6、障碍物传感器8和碰撞传感 器10；底盘包括弹性悬挂系统16、伺服电机22、伺服驱动器21、行走驱动轮 15和万向轮20；协作机器人2固定于移动机器人1上；协作机器人2包括机械 臂、柔性手爪3、气泵、气管、控制器罩13、电源系统和协作机器人控制系统； 柔性手爪3固定在机械臂的一端；气泵固定在控制器罩13内；气管沿机械臂连 接气泵和柔性手爪3；电源系统和协作机器人控制系统固定在控制器罩13内；电 源系统连接协作机器人控制系统、机械臂、柔性手爪3和气泵；智能视觉系统包 括智能摄像头4、CCD传感器、微处理器和通讯接口；智能摄像头4设置于柔性 手爪3处；CCD传感器连接智能摄像头4；微处理器连接智能摄像头4；通讯接 口连接微处理器。

在该种具体的实施例中，移动机器人1用于提供机动性，移动机器人1使用 线缆与协作机器人2连接；移动机器人1的底盘将移动机器人1划分为上下两部 分，上腔体位于底盘的上方，用于移动机器人1控制与传输的的部件部署在上腔 体中，包括供电模块、移动机器人控制器18、雷达5、雷达防护罩6、障碍物传 感器8和碰撞传感器10，用于支撑与驱动移动机器人1移动的部件则在底盘下方 安装，包括弹性悬挂系统16、伺服电机22、伺服驱动器21、行走驱动轮15和万 向轮20；供电模块用于提供电力，连接伺服电机22、伺服驱动器21、移动机器 人控制器18、雷达5、障碍物传感器8和碰撞传感器10；移动机器人控制器18 用于移动移动机器人1的运动规划及控制，如前进、后退和转向，以及移动机器 人1的内外部通讯，移动机器人控制器18与协作机器人2之间使用TCP/IP协议 进行信息与指令的交互，实现移动机器人1与协作机器人2之间的协调；雷达5 为激光雷达，安装在雷达防护罩6内，使用雷达防护罩6为其提供保护，防止外 界物品掉落损坏雷达5；雷达5的数量为两个，分别设置于移动机器人1的左前 方和右后方，左前方雷达5的有效角度是0～270°，右后方雷达5的有效角度为 -180～90°，左前方和右后方的雷达5分别采集在其有效角度的环境信息，并将其 传输给移动机器人控制器18，移动机器人控制器18将二者的环境信息综合，可 实现移动机器人1外360°无死角的环境监测，有效的提高了机器人的定位精度， 实现了全方位的障碍物检测，提高了机器人运动的安全性，同时雷达5采集的环 境信息可以构建出环境的二维地图，区分出可到达与不可到达的区域；障碍物传 感器8设置于移动机器人1前后两端，分别探测正前方和左右方是否存在障碍物， 当障碍物在0.5m至1.5m外的远距离范围内时，障碍物传感器8发出信号，传输 给移动机器人控制器18，移动机器人控制器18得到信号反馈，控制移动机器人 1减速慢行，防止与障碍物发生碰撞；当0.5m内的近距离范围存在障碍物时， 移动机器人控制器18控制伺服电机22降低转速直到为0，强制停止机器人，等 待障碍物离开；碰撞传感器10则是在雷达5和障碍物传感器8都无法达到避免 碰撞时的最后手段，当发生碰撞时，碰撞传感器10被触发，碰撞传感器10发出 碰撞信号给移动机器人控制器18，机器人控控制器切断伺服驱动器21、伺服电 机22的电源，并切断抱闸的电源。

弹性悬挂系统16用于传递车轮和车架之间的力和力矩，并且缓冲由不平路 面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证移动机器人1能够 平顺行驶；万向轮20的数量为四个分别位于底盘的四个角上，作为负载支撑； 伺服驱动器21和伺服电机22协作使用为行走驱动轮15提供相应的动力。

协作机器人2为一个六自由度机器人，通过底座使用螺栓结构固定在移动机 器人1之上，用于为控制器罩13；控制器罩13用于保护和集中放置精密器件， 控制器罩13使用金属材质制作，设置有百叶窗，便于通风散热，同时在上方设 置一块完整的平面，用于放置托盘及工件；电源系统放置于控制器罩13内，电 源系统一般为锂电池14并附有稳压开关，可输出48V的稳定电压，可保证机器 人稳定运行，当电池电源过低不足以支撑机器人运转时，协作机器人控制系统控 制电源系统断电，控制各轴抱紧，防止协作机器人2不受控掉落；柔性手爪3设 置于机械臂的一端，使用气泵作为动力源，气泵放置于控制器罩13内部，气泵与柔性手爪3之间通过气管相连，气泵的供电与控制由协作机器人控制系统控制， 开合柔性手爪3以实现抓取动作。

智能视觉系统用于实时监测实际的周围环境，使用智能摄像头4采集周围的 图像，并经过CCD传感器处理将图像由模拟信号转化为数字信号传输给微处理 器，图像经过微处理器处理进行识别，产生图像处理结果并通过通讯接口传输给 协作机器人2和移动机器人1，通讯接口遵循TCP/IP协议，同时智能视觉系统可 用于识别二维码、条形码，具有物体识别的能力，可用于边缘检测、形状检测、 人脸检测，并可根据待检测物体在视野中的位置，通过坐标变换计算出其中心的 实际位置，为机器人操作提供坐标数据，同时其也可以将数据传输给协作机器人 控制系统，由协作机器人控制系统根据人工智能算法对图像数据进行进一步处 理。

通过上述模块之间的交互，在成本低廉的前提下，实现了可移动性和良好的 生产柔性。

在一种优选的实施例中，如图1至图4所示，外设接口12选自包括USB、 VGA、DVI和HDMI接口中的一种或多种。

在该种优选的实施例中，外设接口12可使用USB、VGA、DVI和HDMI接口 中的一种或者多种，用于扩展USB设备和显示设备，用于进行数据上的交互或者 用于将机器人上的数据进行备份。

在一种优选的实施例中，如图1至图4所示，供电系统包括，锂电池14、电 气系统17和自动充电口19；所述自动充电口19连接所述锂电池14；所述电气 系统17连接所述自动充电口19和所述锂电池14。

在该种优选的实施例中，电气系统17控制锂电池14和自动充电口的运行， 锂电池14为移动机器人1提供电力，当锂电池14电力不足时，电气系统17触 发电量不足事件，电气系统17传输电量不足事件给移动机器人控制器18，移动 机器人控制器18控制移动机器人1移动到最近的充电柱，使用自动充电口19接 入充电柱进行充电。

在一种优选的实施例中，如图1至图4所示，移动机器人1还包括警示灯带 11、显示器7、按钮开关和外设接口12；警示灯带11、显示器7、按钮开关和外 设接口12连接移动机器人控制器；按钮开关包括上电按钮、手动松抱闸按钮和 暂停按钮。

在该优选的实施例中，警示灯带11、显示器7、按钮开关和外设开关用于人 机交互人机交互；显示器7一般为触控显示器，显示当前机器人的状态，并可用 于下达用户指令；按钮开关包括电源开关按钮、手动松抱闸按钮和暂停开关，用 于直接操作机器人硬件，当电源开关开启时，供电系统为移动机器人1的各个部 件提供电力，当电源开关闭合式，供电系统停止位移动机器人1的各个部件提供 电力；按钮开关用于操作人员直接对移动机器人1进行操作；警示灯带11用于 向周围人员传输机器人相应的状态，移动机器人控制器18根据机器人目前的状 态，指令警示灯带11闪烁相应的光，以通知周围人员机器人目前的状态；外设 接口12可用于扩展显示设备；当手动松抱闸按钮按下时，移动机器人1机器人 通过与协作机器人2的通讯接口，将手动松抱闸按钮触发事件传输给协作机器人 控制系统，协作机器人控制系统在接收到手动松抱闸按钮触发事件后，根据现有 的松抱闸状态发出抱闸或者松闸指令，传输给机械臂，命令机械臂各轴抱闸或者 松闸。

需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发 明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能移动协作机器人，其特征在于，包括移动机器人、协作机器人和智能视觉系统；

所述移动机器人连接所述协作机器人；所述移动机器人包括底盘和上腔体；所述上腔体位于所述底盘上方；所述上腔体包括供电模块、移动机器人控制器、雷达、雷达防护罩、障碍物传感器和碰撞传感器；所述底盘包括弹性悬挂系统、伺服电机、伺服驱动器、行走驱动轮和万向轮；

所述协作机器人固定于所述移动机器人上；所述协作机器人包括机械臂、柔性手爪、气泵、气管、控制器罩、电源系统和协作机器人控制系统；所述柔性手爪固定在所述机械臂的一端；所述气泵固定在所述控制器罩内；所述气管沿所述机械臂连接所述气泵和所述柔性手爪；所述电源系统和所述协作机器人控制系统固定在所述控制器罩内；所述电源系统连接所述协作机器人控制系统、所述机械臂、所述柔性手爪和所述气泵；

所述智能视觉系统包括智能摄像头、CCD传感器、微处理器和通讯接口；所述智能摄像头设置于所述柔性手爪处；所述CCD传感器连接所述智能摄像头；所述微处理器连接所述智能摄像头；所述通讯接口连接所述微处理器。

2.根据权利要求1所述的一种智能移动协作机器人，其特征在于，所述外设接口选自包括USB、VGA、DVI、HDMI接口中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种智能移动协作机器人，其特征在于，所述供电系统包括，锂电池、电气系统和自动充电口；

所述自动充电口连接所述锂电池；

所述电气系统连接所述自动充电口和所述电气系统。

4.根据权利要求1所述的一种智能移动协作机器人，其特征在于，所述移动机器人还包括警示灯带；所述警示灯带连接所述移动机器人控制器。

5.根据权利要求1所述的一种智能移动协作机器人，其特征在于，所述移动机器人还包括显示器；所述显示器连接所述移动机器人控制器。

6.根据权利要求1所述的一种智能移动协作机器人，其特征在于，所述移动机器人还包括按钮开关；所述按钮开关包括上电按钮、手动松抱闸按钮和暂停按钮；所述按钮开关连接所述移动机器人控制器。

7.根据权利要求1所述的一种智能移动协作机器人，其特征在于，所述移动机器人还包括外设接口；所述外设接口连接所述移动机器人控制器。

Images