CN111216143B - 一种自平衡配送机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自平衡配送机器人，底部支架上固定有两条弧形导轨，弧形导轨设有一个竖向设置的三角支架，机器人本体通过三角支架支撑在底部支架上，三角支架通过多组平衡滑轮安装在弧形导轨上，在机器人行走过程中遇到斜坡时，在重力作用下平衡滑轮会相对弧形导轨自由滑动，进而保证机器人上部始终保持水平，避免机器人倾翻，防止收纳盒中的物料出现倾倒现象，对于上下坡的路面，不会出现因整体倾斜使机器人倾倒的问题；每组平衡滑轮包括分别位于弧形导轨上下两侧的两个平衡滑轮，两个平衡滑轮将弧形导轨夹持在中间，滑轮不会从弧形导轨上脱离，保证其和底部支架可靠连接，机器人可靠性更高，满足多种路面环境使用，实用性更强。

Description

一种自平衡配送机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种自平衡配送机器人。

背景技术

随着科学技术的发展，人民生活水平的提高，服务机器人开始走进人们的日常生活，逐渐改变人们的一些生活方式，服务机器人的应用范围很广，例如运输、清洗、行政、救援、老人监护等工作。

现有配送机器人，只是简单的将货物运送到指定地点，但由于行经路径上一旦有上下坡道路，机器人经常出现倾倒现象，阻碍机器人正常工作。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种自平衡配送机器人，具有自平衡功能，防止机器人倾倒，保证机器人的工作可靠性，提高工作效率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种自平衡配送机器人，包括底部支架、三角支架、环形滑轨和安装在环形滑轨上的收纳盒；

所述底部支架上安装有外壳，底部支架上固定有两条水平平行设置的弧形导轨，每条弧形导轨上各设有一个竖向设置的三角支架，每个三角支架下端设有平衡滑轮，三角支架通过多组平衡滑轮安装在弧形导轨上，每组平衡滑轮包括分别位于弧形导轨上下两侧的两个平衡滑轮，两个平衡滑轮将弧形导轨夹持在中间，每组平衡滑轮能够沿弧形导轨自由滑动；

在每个三角支架上部刚性固定有连接板，所述环形滑轨通过连接板安装在三角支架上；若干用于存储物料的收纳盒安装在两个环形滑轨上，每个环形滑轨上设置有传动机构，所述传动机构包括设置在环形滑轨内靠近上下两端的两个同步轮，同步轮上设有同步带，在连接板上通过电机座固定有驱动电机，同步轮通过驱动电机驱动从而带动各收纳盒沿两个环形滑轨移动，将相应收纳盒中的物料送到机器人外壳上设置的上盖位置；

在底部支架前下部通过轴承座固定有两个通过电机驱动的主动轮，通过两个主动轮差速运行实现转向，在底部支架后下部设有两个通过轴承安装的从动轮。

进一步，每个三角支架底边下端等间距安装有三组平衡滑轮。

进一步，在所述环形滑轨上设有若干滑轮，两个滑轮为一组分别位于环形滑轨内外两侧将环形滑轨夹持在中间，每组滑轮固定在一个支撑座上，若干支撑座等间距设置固定在同步带上，使得同步带带动滑轮沿环形滑轨运动，每个收纳盒安装在两个环形滑轨的支撑座上。

进一步，所述环形滑轨为长条椭圆形，在连接板上连接有水平设置的固定凸台，在固定凸台上固定有竖向设置的支撑板，所述的支撑板两端靠近环形滑轨圆弧段位置分别固定有第一齿轮；

所述滑轮固定在支撑座后端，在支撑座前端设有第二齿轮，在支撑座前端还通过连接轴安装有连接座，在连接座上刚性连接有第三齿轮，第二齿轮与第三齿轮啮合，收纳盒安装在两个环形滑轨的第三齿轮；

在连接板上设有围绕环形滑轨直线段设置的护板，护板上设有滑槽，在连接座两侧设有滚轮，滚轮沿滑槽移动；

当每组滑轮运动至环形滑轨圆弧段处时两滚轮与滑槽脱离配合，此时第二齿轮与第一齿轮啮合。

进一步，在所述第三齿轮上固定有梯形滑块，所述的收纳盒两侧均设有燕尾槽和弹簧，在第三齿轮上的梯形滑块与收纳盒上安装的燕尾槽配合，使得收纳盒能够相对于梯形滑块滑动，所述的弹簧一端与收纳盒连接，另一端与梯形滑块连接。

进一步，所述收纳盒前部设有把手，在收纳盒内部设有隔板，将收纳盒分隔成多块。

进一步，所述外壳上部内侧两边分别设有弧形齿条，所述的上盖为弧形结构，四个小滚轮通过连接凸台分别连接在上盖四角位置，每个小滚轮旁边设置有小电机，小电机输出轴上连接有小齿轮，所述的弧形齿条与小齿轮啮合，在小电机和小齿轮的配合下使得上盖沿弧形齿条移动，实现上盖打开和关闭。

进一步，所述外壳顶端设有安装平台和寄存盒，在安装平台上设有旋转平台，在旋转平台上设有机械臂，机械臂前端设有机械爪，通过机械臂、旋转平台和机械爪的配合将上盖打开位置收纳盒中的物料移动至寄存盒中。

进一步，所述外壳前部设有摄像头，在外壳四周设有距离传感器，在外壳中部设有前开门，所述的前开门通过铰链与外壳连接，在前开门上设有拉手和门锁。

进一步，所述的从动轮与底部支架通过固定座连接，所述的固定座与底部支架配合处设有轴承形成万向轮结构。

本发明的有益效果：

本发明的自平衡配送机器人，底部支架上固定有两条弧形导轨，每条弧形导轨设有一个竖向设置的三角支架，三角支架下端设有平衡滑轮，机器人本体通过三角支架支撑在底部支架上，三角支架通过多组平衡滑轮安装在弧形导轨上，在机器人行走过程中遇到斜坡时，在重力作用下平衡滑轮会相对弧形导轨自由滑动，进而保证机器人上部始终保持水平，避免机器人倾翻，防止收纳盒中的物料出现倾倒现象，对于上下坡的路面，机器人都可以轻松通过，不会出现因整体倾斜使机器人倾倒的问题。

另外，每组平衡滑轮包括分别位于弧形导轨上下两侧的两个平衡滑轮，两个平衡滑轮将弧形导轨夹持在中间，滑轮不会从弧形导轨上脱离，在保证机器人本体能自由滑动的前提下，即使出现机器人本体发生大的倾斜和晃动，也能保证其和底部支架可靠连接，机器人可靠性更高，满足多种路面环境使用，实用性更强。

进一步，环形滑轨设有若干滑轮，每组滑轮通过支撑座等间距设置固定在同步带上，每个收纳盒安装在两个环形滑轨的支撑座上，两个滑轮分别位于环形滑轨内外两侧将环形滑轨夹持在中间， 防止滑轮组与环形滑轨脱离，运转平稳，安全可靠。

进一步，环形滑轨为长条椭圆形，在形滑轨直线段设置的护板上设有滑槽，连接座上的滚轮沿滑槽移动，保证收纳盒在环形滑轨直线段位置移动时水平；在靠近环形滑轨两端圆弧段位置分别固定有第一齿轮，滑轮固定在支撑座上，在支撑座上设有第二齿轮和第三齿轮，第二齿轮与第三齿轮啮合，收纳盒安装在两个环形滑轨的第三齿轮，滑轮组沿环形滑轨运动时，在直线段位置滚轮沿滑槽移动，每组滑轮运动至环形滑轨圆弧段处时两滚轮与滑槽脱离配合，此时第二齿轮与第一齿轮啮合，保证收纳盒在环形滑轨圆弧段位置移动时水平；通过滚轮，滑槽配合及第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮的作用下，保证收纳盒沿沿环形滑轨运行所有位置保持水平状态，避免物料倾倒。

进一步，第三齿轮上固定有梯形滑块，梯形滑块与收纳盒上安装的燕尾槽配合并设有复位弹簧，燕尾槽相对于梯形滑块滑动保证收纳盒可以从机器中拉出，放入物料后，在弹簧的作用下收纳盒自动收回，连接结构简单，放置物料方便，工作效率高。

进一步，外壳上部内侧两边分别设有弧形齿条，所述的上盖为弧形结构，上盖审设置滚轮和小齿轮，通过弧形齿条与小齿轮啮合，在小电机和小齿轮的配合下使得上盖沿弧形齿条移动，实现上盖打开和关闭，通过控制电机，控制上盖开启和关闭，自动化程度高，使用便利。

进一步，通过机械臂、旋转平台和机械爪的配合将上盖打开位置收纳盒中的物料移动至寄存盒中，自动提取物料到寄存盒内，安全可靠，避免货物提取错误，取货人从寄存盒即可得到相应物料，智能化程度高。

进一步，所述外壳设有摄像头和距离传感器，便于智能化控制设计，实现机器人自动寻址和自动送货。

附图说明

图1 为本发明整体结构示意图；

图2 为本发明内部结构示意图；

图3 为本发明内部结构正视图；

图4 为本发明内部传动结构示意图；

图5 为本发明中底部支架结构示意图；

图6 为本发明中主动轮结构示意图；

图7 为本发明中动轮结构示意图；

图8 为本发明中平衡滑轮结构示意图；

图9 为本发明中传动机构整体结构示意图；

图10为本发明中环形滑轨结构示意图；

图11 为本发明的中三角支架安装结构示意图；

图12 为本发明的中支撑板安装齿轮结构示意图；

图13 为本发明中同步轮结构示意图；

图14 为本发明传动机构上部结构示意图；

图15 为本发明中滑轮安装结构示意图；

图16 为本发明中支撑座结构示意图；

图17 为本发明的中支撑座安装结构示意图；

图18 为本发明中传动机构下部结构示意图；

图19 为本发明的中滚轮结构示意图；

图20 为本发明的中连接座结构示意图；

图21 为本发明中收纳盒安装结构示意图；

图22 为本发明中收纳盒结构示意图；

图23 为本发明中前开门结构示意图；

图24 为本发明中外壳局部结构示意图；

图25 为本发明中上盖结构示意图；

图26 为本发明顶部局部结构示意图；

图27 为本发明中上盖开启机构结构示意图；

图中：101-外壳，102-摄像头，103-寄存盒，104-安装平台，105-距离传感器，106-弧形齿条，201-底部支架，202-主动轮，203-电机，204-从动轮，205-电机座，206-弧形导轨，207-固定座，301-环形滑轨，302-连接板，303-驱动电机，304-护板，305-滑槽，306-固定凸台，307-三角支架，308-平衡滑轮，309-同步轮，310-同步带，311-支撑板，401-收纳盒，402-隔板，403-把手，404-燕尾槽，405-弹簧，501-支撑座，502-滑轮，503-连接凸台，504-轴承，505-第二齿轮，601-连接座，602-滚轮，603-第三齿轮，604-梯形滑块，605-连接轴，701-上盖，702-小电机，703-连接凸台，704-小滚轮，705-小齿轮，801-旋转平台，802-机械臂，803-机械爪，901-前开门，902-拉手，903-门锁，904-铰链。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1-图4所示，本发明的自平衡配送机器人包括底部支架201，三角支架307，环形滑轨301，收纳盒401和抓取机构；所述底部支架201为机器人的底部支座，用于整体承载机器人；三角支架307通过滑轮安装在底部支架201上，保证机器人整体保持水平，避免配送物料散落；环形滑轨301安装在三角支架307上，若干用于存储物料的收纳盒401安装在环形滑轨301上，环形滑轨301上设置有传动机构，在传动机构作用下各收纳盒401沿环形滑轨301移动，用于将相应收纳盒401中的物料送到机器人外壳上设置的上盖位置，抓取机构设置在机器人外壳上，用于将物料从收纳盒401中取出。

如图5-图7所示，在底部支架201前下部通过轴承座固定有主动轮202，主动轮202通过电机203驱动，所述的电机203通过电机座205与底部支架201连接，所述的主动轮202共计两个，可通过差速实现转向运动。在底部支架201后下部设有从动轮204，所述的从动轮204与底部支架201通过固定座207连接，所述的固定座207与底部支架201配合处设有轴承，形成万向轮结构。

如图8和图9所示，在底部支架201上刚性固定有两条平行设置的弧形导轨206，每条弧形导轨206上各设有一个竖向设置的三角支架307，每个三角支架307下端设有平衡滑轮308，每个三角支架307下端各设置6个平衡滑轮，分为两组排列在三角支架307下端，每组包括分别位于弧形导轨206上下两侧的两个平衡滑轮，将弧形导轨206夹持在中间，防止三角支架307从弧形导轨206上脱离。平衡滑轮308可与弧形导轨206配合使得平衡滑轮308可沿弧形导轨206运动，在重力的作用下使得三角支架307承载的机器人本体永远保持水平，不发生倾斜。所述的平衡滑轮308通过固定座与三角支架307下端固定，平衡滑轮308与固定座配合处设有轴承。

如图10和图11所示，在每个三角支架307上部刚性固定有连接板302，在连接板302上刚性连接有环形滑轨301，每个三角支架307上各设置一个环形滑轨301。在连接板302两端设有护板304，在护板304上设有滑槽305，所述的连接板302共计5个，从上到下沿环形滑轨301均匀排列，在上下两端的两个连接板302上通过电机座固定有驱动电机303，在中部的三个连接板302上连接有水平设置的固定凸台306。所述环形滑轨301为长条椭圆形，竖向设置在三角支架307上部，长条椭圆形结构的环形滑轨301有利于增加收纳盒401安装数量，同时减小机器人水平方向尺寸，便于通过狭窄空间。

如图12-图14所示，在固定凸台306上固定有竖向设置的支撑板311，所述的支撑板311两端分别固定有第一齿轮，两侧支撑板311上的第一齿轮之间通过连杆连接。在驱动电机303输出轴上设有同步轮309，在同步轮309上设有同步带310。

如图14，图15，图16，图17和图18所示，在所述的环形滑轨301上配合设有若干滑轮502，两个滑轮502为一组分别位于环形滑轨301内外两侧将环形滑轨301夹持在中间，每组滑轮502固定在一个支撑座501上，配合处设有轴承，在支撑座501中部设有连接凸台503，所述的连接凸台503可将同步带310定位，支撑座501等间距设置固定在同步带310上，使得同步带310带动滑轮502沿环形滑轨运动。

如图17-图20所示，滑轮502固定在支撑座501后端，在支撑座501前端设有第二齿轮505，所述的第二齿轮505与支撑座501配合处设有轴承。在支撑座501上设有轴承504，连接轴605通过轴承504安装在支撑座501前端，使得连接轴605可相对于支撑座501转动，所述的连接轴605上刚性固定有连接座601，在连接座601两侧设有滚轮602，滚轮602与连接座601配合处设有轴承，所述的滚轮602与护板304上开着的滑槽305配合，滚轮602沿滑槽305移动，在连接座601上刚性连接有第三齿轮603，第二齿轮505与第三齿轮603啮合，在第三齿轮603上固定有梯形滑块604。

如图14所示，每组滑轮502沿环形滑轨301运动至环形滑轨301上下两端时，第二齿轮505与支撑板311两端的第一齿轮啮合，支撑座501上安装有收纳盒401，在收纳盒沿环形滑轨301圆弧段滑轨运动时，在第一齿轮和第二齿轮505以及第三齿轮603的作用下使收纳盒依旧保持水平状态。

如图21和图22所示，每个支撑座501上安装有一个收纳盒401，所述的收纳盒401两侧均设有燕尾槽404和弹簧405，在收纳盒401前部设有把手403，便于将收纳盒401拉出，在收纳盒401内部设有隔板402，将收纳盒401分隔多块，便于物品分类。在第三齿轮603上的梯形滑块604与收纳盒401上安装的燕尾槽404配合，使得收纳盒401可相对于梯形滑块604滑动，在收纳盒401上设有弹簧405，所述的弹簧405一端与收纳盒401连接，另一端与梯形滑块604连接。

如图1和图23所示，在底部支架201上刚性固定有外壳101，所述的外壳101前部设有摄像头102，在外壳101四周设有距离传感器105，在外壳101中部设有前开门901。所述的前开门901通过铰链904与外壳101连接，在前开门901上设有拉手902和门锁903，在外壳101上部设有开孔，开孔位置设置可打开的上盖701，便于取出物料。

如图24，图25，图26和图27所示，在外壳101上部内侧两边分别设有弧形齿条106，所述的上盖701为弧形结构，四个小滚轮704通过连接凸台703分别连接在上盖701四角位置，每个小滚轮704旁边设置的小电机702固定在上盖701上，小齿轮705与小电机702输出轴连接，所述的弧形齿条106可与小齿轮705和小滚轮704配合，在小电机702和小齿轮705的配合下使得上盖701沿弧形齿条106移动，实现外壳101上部开孔打开和关闭。

如图26所示，在外壳101顶端设有安装平台104和寄存盒103，在安装平台104上设有旋转平台801，在旋转平台801上设有机械臂802，机械臂802前端设有机械爪803，在机械臂802，旋转平台801和机械爪803的配合下可将收纳盒401中的物料移动至寄存盒103中。

本发明的工作原理：

以配送药品为例，当医生需要为病人运送药品时，运用钥匙将前开门锁打开，通过拉手将前开门901打开，将收纳盒通过把手拉出，将药品放入收纳盒401后，在弹簧的作用下收纳盒自动收回，及燕尾槽404相对于梯形滑块604滑动，此时机器人将记录对应的收纳盒编号。

在电机的驱动下主动轮202转动，带动整个装置向病房移动，整个装置通过两主动轮的差速和后部万向轮的配合实现转向，通过摄像头和距离传感器径向路径规划和避障，在运送过程中如果出现上坡等情况，此时底部支架部分由于地形原因会有一定程度的倾斜，平衡滑轮308在重力作用下会相对弧形导轨206滑动进而保证机器人上部的水平，防止收纳盒中的药剂等就不会出现倾倒现象，到达对应病房后驱动电机303开始工作，带动同步轮309转动，同步轮309上设置的同步带310相应运动，带动滑轮502沿环形轨道运动，滑轮运动带动收纳盒401一起运动，在竖直方向上运动时两滚轮602与滑槽305配合，保证收纳盒的水平，当滑轮沿环形滑轨运动至环形滑轨圆弧处时两滚轮与滑槽脱离配合，此时第二齿轮505与支撑板两端的第一齿轮啮合，在收纳盒沿圆弧段滑轨运动时，在第一齿轮和第二齿轮以及第三齿轮的作用下收纳盒依旧保持水平状态，当收纳盒位于最高点时停止，此时小电机702工作，在小滚轮704，小齿轮705和弧形齿条106的配合下带动上盖打开，在旋转平台、机械臂和机械爪的配合下可将收纳盒中的药品移动至寄存盒中，病人将药品取走即可完成配送。完成后上盖封闭，继续进行下一位病人的药品配送，整个过程方便快捷，节省了大量人力物力。

参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种自平衡配送机器人，其特征在于：包括底部支架（201）、三角支架（307）、环形滑轨（301）和安装在环形滑轨（301）上的收纳盒（401）；

所述底部支架（201）上安装有外壳（101），底部支架（201）上固定有两条水平平行设置的弧形导轨（206），每条弧形导轨（206）上各设有一个竖向设置的三角支架（307），每个三角支架（307）下端设有平衡滑轮（308），三角支架（307）通过多组平衡滑轮（308）安装在弧形导轨（206）上，每组平衡滑轮（308）包括分别位于弧形导轨（206）上下两侧的两个平衡滑轮，两个平衡滑轮将弧形导轨（206）夹持在中间，每组平衡滑轮（308）能够沿弧形导轨（206）自由滑动；

在每个三角支架（307）上部刚性固定有连接板（302），所述环形滑轨（301）通过连接板（302）安装在三角支架（307）上；若干用于存储物料的收纳盒（401）安装在两个环形滑轨（301）上，每个环形滑轨（301）上设置有传动机构，所述传动机构包括设置在环形滑轨（301）内靠近上下两端的两个同步轮（309），同步轮（309）上设有同步带（310），在连接板（302）上通过电机座固定有驱动电机（303），同步轮（309）通过驱动电机（303）驱动从而带动各收纳盒（401）沿两个环形滑轨（301）移动，将相应收纳盒（401）中的物料送到机器人外壳（101）上设置的上盖（701）位置；

在底部支架（201）前下部通过轴承座固定有两个通过电机（203）驱动的主动轮（202），通过两个主动轮（202）差速运行实现转向，在底部支架（201）后下部设有两个通过轴承安装的从动轮（204）；

每个三角支架（307）底边下端等间距安装有三组平衡滑轮（308）；

在所述环形滑轨（301）上设有若干滑轮（502），两个滑轮（502）为一组分别位于环形滑轨（301）内外两侧将环形滑轨（301）夹持在中间，每组滑轮（502）固定在一个支撑座（501）上，若干支撑座（501）等间距设置固定在同步带（310）上，使得同步带（310）带动滑轮（502）沿环形滑轨运动，每个收纳盒（401）安装在两个环形滑轨（301）的支撑座（501）上；

所述环形滑轨（301）为长条椭圆形，在连接板（302）上连接有水平设置的固定凸台（306），在固定凸台（306）上固定有竖向设置的支撑板（311），所述的支撑板（311）两端靠近环形滑轨（301）圆弧段位置分别固定有第一齿轮；

所述滑轮（502）固定在支撑座（501）后端，在支撑座（501）前端设有第二齿轮（505），在支撑座（501）前端还通过连接轴（605）安装有连接座（601），在连接座（601）上刚性连接有第三齿轮（603），第二齿轮（505）与第三齿轮（603）啮合，收纳盒（401）安装在两个环形滑轨（301）的第三齿轮（603）；

在连接板（302）上设有围绕环形滑轨（301）直线段设置的护板（304），护板（304）上设有滑槽（305），在连接座（601）两侧设有滚轮（602），滚轮（602）沿滑槽（305）移动；

当每组滑轮（502）运动至环形滑轨圆弧段处时两滚轮（602）与滑槽（305）脱离配合，此时第二齿轮（505）与第一齿轮啮合；

在所述第三齿轮（603）上固定有梯形滑块（604），所述的收纳盒（401）两侧均设有燕尾槽（404）和弹簧（405），在第三齿轮（603）上的梯形滑块（604）与收纳盒（401）上安装的燕尾槽（404）配合，使得收纳盒（401）能够相对于梯形滑块（604）滑动，所述的弹簧（405）一端与收纳盒（401）连接，另一端与梯形滑块（604）连接；

所述收纳盒（401）前部设有把手（403），在收纳盒（401）内部设有隔板（402），将收纳盒（401）分隔成多块；

所述外壳（101）上部内侧两边分别设有弧形齿条（106），所述的上盖（701）为弧形结构，四个小滚轮（704）通过连接凸台（703）分别连接在上盖（701）四角位置，每个小滚轮（704）旁边设置有小电机（702），小电机（702）输出轴上连接有小齿轮（705），所述的弧形齿条（106）与小齿轮（705）啮合，在小电机（702）和小齿轮（705）的配合下使得上盖（701）沿弧形齿条（106）移动，实现上盖（701）打开和关闭；

所述外壳（101）顶端设有安装平台（104）和寄存盒（103），在安装平台（104）上设有旋转平台（801），在旋转平台（801）上设有机械臂（802），机械臂（802）前端设有机械爪（803），通过机械臂（802）、旋转平台（801）和机械爪（803）的配合将上盖打开位置收纳盒（401）中的物料移动至寄存盒（103）中。

2.根据权利要求1所述的自平衡配送机器人，其特征在于：所述外壳（101）前部设有摄像头（102），在外壳（101）四周设有距离传感器（105），在外壳（101）中部设有前开门（901），所述的前开门（901）通过铰链（904）与外壳（101）连接，在前开门（901）上设有拉手（902）和门锁（903）。

3.根据权利要求1所述的自平衡配送机器人，其特征在于：所述的从动轮（204）与底部支架（201）通过固定座（207）连接，所述的固定座（207）与底部支架（201）配合处设有轴承形成万向轮结构。