CN111037533A - 一种移动式超冗余复合机器人 - Google Patents

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王健
赵亚川
李庆杰
李宇
刘亚勇
高世卿
宋国利
陶承虎
曹振波
张晶秋
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Abstract

本发明涉及机器人领域，具体地说是一种移动式超冗余复合机器人，包括机器人底盘、车体、调整机械臂、超冗余机械臂和超冗余机械臂驱动模块，车体设于机器人底盘上，调整机械臂设于车体上，超冗余机械臂与调整机械臂末端相连，所述车体上设有超冗余机械臂驱动模块，且所述超冗余机械臂的各个驱动线缆穿过所述调整机械臂后分别与对应的超冗余机械臂驱动模块相连。本发明能够适用于复杂工作环境作业，工作范围大且运动灵活。

Description

一种移动式超冗余复合机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体地说是一种移动式超冗余复合机器人。
背景技术
随着社会工业水平的发展，工业环境也变得越来越复杂，例如核电站反应堆冷却管路的检修作业以及机翼狭小环境内的钻孔作业等，常规的人工巡检和维修存在着很大的安全隐患和作业难度，因此有必要研究一种移动灵活、环境适应性强的装置以适应各种恶劣工作环境。
移动机器人作为一种自动化的移动装置已经逐渐应用于工业生产中，并发挥了巨大作用，但现有技术中的移动机器人通常搭载六轴机器人进行各种作业，针对上述复杂的工作环境，其难以满足使用要求。另外随着科技发展，现有技术中出现了柔性的超冗余复合机器臂，能够适应狭窄环境等作业，如果能将其与移动机器人结合，无疑将提高这一类装置的工作性能和使用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种移动式超冗余复合机器人，能够适用于复杂工作环境作业，工作范围大且运动灵活。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种移动式超冗余复合机器人，包括机器人底盘、车体、调整机械臂、超冗余机械臂和超冗余机械臂驱动模块，车体设于机器人底盘上，调整机械臂设于车体上，超冗余机械臂与调整机械臂末端相连，所述车体上设有超冗余机械臂驱动模块，且所述超冗余机械臂的各个柔索穿过所述调整机械臂后分别与对应的超冗余机械臂驱动模块相连。
所述调整机械臂包括一臂、二臂、三臂、一轴驱动机构、二轴驱动机构和三轴驱动机构，一臂通过一轴与车体铰接，且所述一轴通过一轴驱动机构驱动转动，二臂通过二轴与一臂铰接，且所述二轴通过二轴驱动机构驱动转动，超冗余机械臂与三臂相连，且三臂通过三轴与二臂铰接，并且所述三轴通过三轴驱动机构驱动转动。
所述一轴驱动机构、二轴驱动机构和三轴驱动机构均设于调整机械臂的壳体中，且所述一轴驱动机构、二轴驱动机构和三轴驱动机构结构相同，均包括转动驱动装置、蜗杆和蜗轮，其中蜗杆通过转动驱动装置驱动旋转，蜗轮与蜗杆啮合且与对应的转轴同轴固连。
所述调整机械臂内设有软管，且所述柔索在对应的软管内移动。
所述调整机械臂内设有线路固定座，且所述软管通过线缆固定座固定。
所述超冗余机械臂驱动模块包括卷筒、卷筒驱动装置和安装座，其中安装座固设于车体上，卷筒和卷筒驱动装置均安装于所述安装座上，且所述卷筒通过所述卷筒驱动装置驱动转动，柔索缠绕在所述卷筒上且引出端穿过所述安装座的底板。
所述超冗余机械臂的自由端设有检测装置或执行元件。
所述车体上设有控制器、无线接收装置和驱动器，无线接收装置和各个驱动器分别与所述控制器相连。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明采用超冗余机械臂进行作业，这种的机器人能够柔顺弯曲灵活改变自身形状，能够实现环境中多障碍物的避让，对狭小和非结构化工作环境有很强的适应性。
2、本发明在车体上配备调整机械臂为超冗余机械臂提供合适的初始位姿，并为超冗余机械臂作业提供匀速稳定的直线进给，而且极大地扩展了超冗余机械臂的工作空间，拓宽了应用场景。
3、本发明采用移动小车结构的机器人底盘作为调整机械臂和超冗余机械臂的载体，提高了复合机器人的灵活性和机动性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为图1中的超冗余机械臂驱动装置示意图，
图3为本发明的使用状态示意图。
其中，1为机器人底盘，2为调整机械臂，3为车体，4为控制器，5为超冗余机械臂驱动模块，501为卷筒驱动装置，502为联轴器，503为安装座，504为软管，505为卷筒，506为柔索，6为无线接收装置，7为二臂，8为冗余机械臂，9为检测装置，10为驱动器，11为一轴驱动机构，12为二轴驱动机构，13为三轴驱动机构，14为线缆固定座，15为三臂，16为蜗杆，17为蜗轮，18为一臂。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～3所示，本发明包括机器人底盘1、车体3、调整机械臂2、超冗余机械臂8和超冗余机械臂驱动模块5，车体3设于机器人底盘1上，调整机械臂2设于车体3上，超冗余机械臂8与调整机械臂2末端相连，所述车体3上设有超冗余机械臂驱动模块5，且用于驱动所述超冗余机械臂8的各个柔索506穿过所述调整机械臂2后分别与对应的超冗余机械臂驱动模块5相连，所述机器人底盘1和超冗余机械臂8均为本领域公知技术。如图3所示，本发明工作时，机器人底盘1带动车体3移动至可进行操作的待工作位，然后根据实际作业的高度和角度调节调整机械臂2的位置和姿态，为超冗余机械臂8提供合适的工作原点，最后利用超冗余机械臂8的灵活运动性有效避开狭小空间的障碍物完成工作。
如图1所示，所述调整机械臂2包括一臂18、二臂7、三臂15、一轴驱动机构11、二轴驱动机构12和三轴驱动机构13，一臂18通过一轴与车体3铰接，且所述一轴通过一轴驱动机构11驱动转动，二臂7通过二轴与一臂18铰接，且所述二轴通过二轴驱动机构12驱动转动，超冗余机械臂8与三臂15相连，且三臂15通过三轴与二臂7铰接，所述三轴通过三轴驱动机构13驱动转动。
如图1所示，所述一轴驱动机构11、二轴驱动机构12和三轴驱动机构13均设于调整机械臂2的壳体中，本实施例中，所述一轴驱动机构11、二轴驱动机构12和三轴驱动机构13结构相同，均包括转动驱动装置、蜗杆16和蜗轮17，其中蜗杆16通过转动驱动装置驱动旋转，蜗轮17与蜗杆16啮合且与对应的转轴同轴固连。本实施例中，所述转动驱动装置为减速伺服电机。
如图1所示，所述调整机械臂2壳体内的504软管通过线缆固定座14固定在调整机械臂2的内壁。所述线缆固定座14为本领域公知技术。
如图1所示，所述车体3上设有多个超冗余机械臂驱动模块5对应驱动不同的柔索506，调整机械臂2内设有软管504，且所述柔索506设于对应的软管504中，所述软管504为扁螺旋钢丝套软管，起到保护作用且可随调整机械臂2运动改变形状，柔索506可在软管504内部自由滑动。
如图2所示，所述超冗余机械臂驱动模块5包括卷筒505、卷筒驱动装置501和安装座503，其中安装座503固设于车体3上，卷筒505和卷筒驱动装置501均安装于所述安装座503上，且所述卷筒505通过所述卷筒驱动装置501驱动转动，506柔索缠绕在所述卷筒505上。本实施例中，所述卷筒驱动装置501为减速伺服电机。
如图2所示，所述卷筒驱动装置501的输出轴通过联轴器502与所述卷筒505轴端连接，柔索506穿过所述安装座503的底板引出，且所述安装座503底板上供所述506穿过的通孔下侧与软管504一端固接，所述软管504另一端固定在三臂15内。如图1所示，所述超冗余机械臂8的自由端设有检测装置9或执行元件，本实施例中，所述超冗余机械臂8的自由端设有双目视觉相机，也可以根据需要设置夹爪等执行元件。
如图1所示，所述车体3上设有控制器4和无线接收装置6，无线接收装置6用于接收控制信号并传输给控制器4，然后由控制器4控制各个部件动作。所述控制器4和无线接收装置6均为市购产品，本实施例中，所述控制器4的生产厂家为新松机器人自动化有限公司，所述无线接收装置6的型号为spectrum A，品牌为海希。
如图1所示，所述车体3上设有多个驱动器10分别对应各个超冗余机械臂驱动模块5，所述驱动器10与所述控制器4相连，并根据需要驱动相应的超冗余机械臂驱动模块5启动，从而控制所述超冗余机械臂8姿态。所述驱动器10为本领域公知技术且为市购产品。
本发明的工作原理为：
如图3所示，本发明工作时，机器人底盘1带动车体3移动至可进行操作的待工作位，然后根据实际作业的高度和角度调节调整机械臂2的位置和姿态，为超冗余机械臂8提供合适的初始位姿,最后利用超冗余机械臂8的灵活运动性有效避开狭小空间的障碍物完成工作。

Claims (8)

1.一种移动式超冗余复合机器人，其特征在于：包括机器人底盘(1)、车体(3)、调整机械臂(2)、超冗余机械臂(8)和超冗余机械臂驱动模块(5)，车体(3)设于机器人底盘(1)上，调整机械臂(2)设于车体(3)上，超冗余机械臂(8)与调整机械臂(2)末端相连，所述车体(3)上设有超冗余机械臂驱动模块(5)，且所述超冗余机械臂(8)的各个柔索(506)穿过所述调整机械臂(2)后分别与对应的超冗余机械臂驱动模块(5)相连。
2.根据权利要求1所述的移动式超冗余复合机器人，其特征在于：所述调整机械臂(2)包括一臂(18)、二臂(7)、三臂(15)、一轴驱动机构(11)、二轴驱动机构(12)和三轴驱动机构(13)，一臂(18)通过一轴与车体(3)铰接，且所述一轴通过一轴驱动机构(11)驱动转动，二臂(7)通过二轴与一臂(18)铰接，且所述二轴通过二轴驱动机构(12)驱动转动，超冗余机械臂(8)与三臂(15)相连，且三臂(15)通过三轴与二臂(7)铰接，并且所述三轴通过三轴驱动机构(13)驱动转动。
3.根据权利要求2所述的移动式超冗余复合机器人，其特征在于：所述一轴驱动机构(11)、二轴驱动机构(12)和三轴驱动机构(13)均设于调整机械臂(2)的壳体中，且所述一轴驱动机构(11)、二轴驱动机构(12)和三轴驱动机构(13)结构相同，均包括转动驱动装置、蜗杆(16)和蜗轮(17)，其中蜗杆(16)通过转动驱动装置驱动旋转，蜗轮(17)与蜗杆(16)啮合且与对应的转轴同轴固连。
4.根据权利要求1所述的移动式超冗余复合机器人，其特征在于：所述调整机械臂(2)内设有软管(504)，且所述柔索(506)在对应的软管(504)内移动。
5.根据权利要求1所述的移动式超冗余复合机器人，其特征在于：所述调整机械臂(2)内设有线路固定座(14)，且所述软管(504)通过线缆固定座(14)固定。
6.根据权利要求1所述的移动式超冗余复合机器人，其特征在于：所述超冗余机械臂驱动模块(5)包括卷筒(505)、卷筒驱动装置(501)和安装座(503)，其中安装座(503)固设于车体(3)上，卷筒(505)和卷筒驱动装置(501)均安装于所述安装座(503)上，且所述卷筒(505)通过所述卷筒驱动装置(501)驱动转动，柔索(506)缠绕在所述卷筒(505)上且引出端穿过所述安装座(503)的底板。
7.根据权利要求1所述的移动式超冗余复合机器人，其特征在于：所述超冗余机械臂(8)的自由端设有检测装置(9)或执行元件。
8.根据权利要求1所述的移动式超冗余复合机器人，其特征在于：所述车体(3)上设有控制器(4)、无线接收装置(6)和驱动器(10)，无线接收装置(6)和各个驱动器(10)分别与所述控制器(4)相连。
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