CN111619687A - 一种绣球装载与交接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种绣球装载与交接机器人包括底盘模块、装载模块、交接模块、电控模块、球架，所述底盘模块包括底盘框架和四个动力机构，所述装载模块包括升降滑块、升降气缸、抬升框架、装载平台、装载定位锥和电磁块，所述交接模块包括固定座、电动转盘等，所述球架包括球架杆、球架底层和球架中层。本发明对绣球种类的球架进行了针对性设计，利用球架来作为绣球的载体，集成了移动、装载和交接功能，通过麦克纳姆轮底盘进行移动，用气缸抬升方式装载球架，利用绣球的系绳的柔性来完成绣球的交接，使得机器能够稳定准确快速地完成装载与交接任务。

Description

一种绣球装载与交接机器人

技术领域

本发明为一种能装载和交接绣球等类似球体的轮式移动机器人

背景技术

绣球在我国历史悠久，最早是一种青铜制作的武器，随后被人们改制成了一种纺织工艺品，而“抛绣球”自古以来都是我国广西壮族人民的传统娱乐活动，时至今日，每当“三月三”、中秋、春节等节日来临，在广西仍然可以看到许多抛绣球的景象。

随着当今智能化时代的飞速发展，机器人已经开始有逐渐应用到我们的日常体育娱乐和比赛活动的趋势，现在已经有了绣球等类似球体的抛掷机器人，但是却还没有专门用于在体育活动等场合装载和交接绣球类型球体的机器人，活动中仍然使用手工搬运。

本发明设计了一台完整的绣球装载与交接机器人，旨在应用于绣球等类型娱乐活动或者比赛中，高效率高精度地实现装载绣球，并能交接给响应的抛掷机构或者选手。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，设计一种能自动装载和交接绣球等种类球体的轮式移动机器人。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种绣球装载与交接机器人，所述机器人包括底盘模块、装载模块、交接模块、电控模块、球架；

—所述底盘模块包括底盘框架和四个动力机构，所述动力机构包括驱动电机、电机支座和麦克纳姆轮，所述电机支座安装于底盘框架上，其内设有驱动电机，驱动电机的输出轴通过传动轴与麦克纳姆轮连接；

—所述底盘框架右侧通过两根铝方管连接装载模块，所述装载模块包括升降滑块、升降气缸、抬升框架、装载平台、装载定位锥和电磁块，所述升降滑块套设在铝方管套上，再与升降气缸的缸筒下端固定连接，升降气缸底部垂直固定于底盘框架上，升降滑块右侧固定连接抬升框架，抬升框架的右端连接装载平台，所述装载平台上设有装载定位锥，装载定位锥两侧设有电磁块；

—所述交接模块包括固定座，所述固定座底部固定于底盘框架中部，其顶部设有机构框架，机构框架上设有两条滑动导轨，滑动导轨上设有滑块，滑块通过平移气缸在滑动导轨上滑动，滑块上设有底板，底板上设有电动转盘，电动转盘上固定有转动板，转动板上设有交接定位锥，其四端均设有自锁机构，所述自锁机构包括基座、锁舌和手动拨片，手动拨片通过弹簧带动锁舌伸缩；

—所述球架包括球架杆，所述球架杆穿过球架中层固定于球架底层上，所述球架底层底部四周设有固定脚，固定脚与自锁机构配合，球架底层开有与交接定位锥对应的交接定位孔，所述球架中层为金属材质，其设有与装载定位锥相对应的装载定位孔；所述球架杆的上部还设有若干球架手臂；

—所述底盘框架上设有气瓶，气瓶与平移气缸和升降气缸通过管道连接；

—所述电控模块包括单片机及其电路驱动板、驱动电机控制器、码盘和摄像头，所述摄像头安装于装载平台底部。

进一步地，所述球架手臂的数量为四个，所述球架手臂包括摩擦管、上支架、下支架和限位环，所述下支架呈“十”字型，其一端与球架杆固定连接，另一端设有限位环，其顶部通过固定杆固定上支架，所述摩擦管安装在上支架中间的顶部，上支架和下支架远离球架杆的一端均开有沟槽。

进一步地，所述底盘框架左侧通过两根铝方管连接装载模块，该两根铝中管顶部设有防护框。

进一步地，所述电机支座和麦克纳姆轮之间设有减震器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过电磁铁与气缸产生吸附并提供动力，再利用锥形导向和定位，实现球架装载，同时运用气缸及往复机构实现交接。设计的机器人，能够高效率高精度地实现自动装载附带绣球或者类似球类的球架，并交接给相应抛掷机构或者选手。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明去掉了球架和气瓶后的侧视图；

图3为本发明底盘模块的斜侧图；

图4为本发明动力机构的斜侧构图；

图5为本发明装载模块的斜侧构图；

图6为本发明交接模块的斜侧构图；

图7为本发明自锁机构的结构示意图；

图8为本发明球架的结构示意图。

其中：1.底盘模块，11.底盘框架，12.动力机构，121.驱动电机，122.减震器，123.电机支座，124.传动轴，125.麦克纳姆轮；2.球架，21.球架手臂，211.摩擦管，212.上支架，213.下支架，214.限位环，22.球架中层，23.球架底层，24.固定脚，25.球架杆，26.交接定位孔，27.装载定位孔；3.防护框；4.气瓶；5.装载模块，51.升降气缸，52.升降滑块，53.抬升框架，54.电磁块，55.装载定位锥，56.装载平台；6.交接模块，61.平移气缸，62.机构框架，63.底板，64.电动转盘，65.滑块，66.滑动导轨，67.固定座，68.自锁机构，681.基座，682.锁舌，683.手动拨片，684.弹簧，69.交接定位锥，610.转动板；7.铝方管，8.码盘，9.摄像头。

具体实施方式

为了使本发明上述目的、特征和有点能够更通俗易懂，下面结合附图对本发明具体实施方式做更加详细的说明，在下面的描述中阐述了很多细节以便于充分理解本发明。但是本发明可以直接或者经过少许改进后就以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

如图1和图2所示，绣球装载与交接机器人包括底盘模块1、装载模块5、交接模块6、电控模块、球架2。

如图3和图4所示，底盘模块1包括底盘框架11和四个动力机构12，动力机构12包括驱动电机121、电机支座123和麦克纳姆轮125，电机支座123安装于底盘框架11上，其内设有驱动电机121，驱动电机121的输出轴通过传动轴124与麦克纳姆轮125连接；电机支座123和麦克纳姆轮125之间设有减震器122。

如图5所示，底盘框架11右侧通过两根铝方管7连接装载模块5，装载模块5包括升降滑块52、升降气缸51、抬升框架53、装载平台56、装载定位锥55和电磁块54，升降滑块52套设在铝方管7套上，再与升降气缸51的缸筒下端固定连接，升降气缸51底部垂直固定于底盘框架11上，升降滑块52右侧固定连接抬升框架53，抬升框架53的右端连接装载平台56，装载平台56上设有装载定位锥55，装载定位锥55两侧设有电磁块54；底盘框架11上设有气瓶4，升降气缸51与气瓶4连通。底盘框架11的左侧也可通过两根铝方管7再连接另一套装载模块5，该两根铝中管顶部设有防护框3。

如图6和图7所示，交接模块6包括固定座67，固定座67底部固定于底盘框架11中部，其顶部设有机构框架62，机构框架62上设有两条滑动导轨66，滑动导轨66上设有滑块65，滑块65通过平移气缸61在滑动导轨66上滑动，滑块65上设有底板63，底板63上设有电动转盘64，电动转盘64上固定有转动板610，转动板610上设有交接定位锥69，其四端均设有自锁机构68，自锁机构68包括基座681、锁舌682和手动拨片683，手动拨片683通过弹簧684带动锁舌682伸缩，类似于门锁的结构，在外力作用下锁舌682中的弹簧684能够被顺利的压缩从而使锁舌682收缩，在不受外力时能够顺利弹出从而使锁舌682伸出，当抬升框架53下降带动球架2下降，球架2的固定脚24外缘接触到锁舌682时，在外力的作用下锁舌682的弹簧684被压缩，锁舌682收缩，球架2继续下降，当球架2底部的固定脚24中央的通孔与锁舌682位置重合时，锁舌682在弹簧684的作用下伸出进入通孔，完成自锁，当完成自锁后需要人为解除自锁时，只需要沿弹簧684轴向与锁舌682相反的方向拉动手动拨片683，即可使锁舌682收缩并解除自锁；平移气缸61与气瓶4连通。

如图8所示，球架2包括球架杆25，球架杆25穿过球架中层22固定于球架底层23上，球架底层23底部四周设有固定脚24，固定脚24与自锁机构68配合，球架底层23开有与交接定位锥69对应的交接定位孔26，球架中层22为金属材质，其设有与装载定位锥55相对应的装载定位孔27；球架杆25的上部还设有四个球架手臂21。所述球架手臂21包括摩擦管211、上支架212、下支架213和限位环214，所述下支架213呈“十”字型，其一端与球架杆25固定连接，另一端设有限位环214，其顶部通过固定杆固定上支架212，所述摩擦管211安装在上支架212中间的顶部，上支架212和下支架213远离球架杆25的一端均开有沟槽。摩擦管211间的缝隙略微小于绣球绳结的大小，能在绣球只受自身重力的情况下依靠摩擦力卡住绣球上系绳的绳结，使绣球系绳绷直并让绣球无法下落，在绣球受到交接机构的手爪或人手提供的足够拉力时，绳结克服摩擦力通过缝隙从而使绣球下落；限位环214可防止底盘运动时绣球摆动，上支架212和下支架213的沟槽以固定系绳位置。

电控模块包括STM32F407型单片机及其电路板、MLDC3508型电机控制器、码盘8和摄像头9，摄像头9安装于装载平台56底部，码盘8安装于底盘框架11底部。

整个系统由底层到上层协同工作，安装有单片机的电路板起主控作用，其外接连接底盘驱动电机121的控制器，通过CAN通信方式对控制器发出指令，从而驱动电机121；外接气瓶4的控制阀，用于控制平移气缸61和升降气缸51的运动；通过I/O口外接码盘8，能及时接收并处理码盘8反馈的底盘位置和运动状态信息；外接位于交接机构转盘底部的控制电机以驱动电机121转动，并通过换向器带动转盘转动；外接摄像头9，通过RS-232通信反馈摄像头9图像数据。其中涉及的数据计算处理以实现机器人功能的过程是本领域人员的公知技术。

机器人工作流程如下：

电控模块的单片机根据预先载入的程序或遥控设备的指令使驱动电机121转动带动麦克纳姆轮125转动，从而使底盘模块1按相应轨迹移动，同时根据码盘8反馈的信息时刻进行输出修正以保证机器人路径的准确性，使机器人前往场地上球架2放置的位置。

当机器人接近目标后，摄像头9根据视觉算法对球架2进行识别和测距，电控模块根据摄像头9反馈的数据驱动四个驱动电机121，对机器人底盘模块1的位置进行微调以保证右侧的装载模块5的正投影与球架中层22的中心精准重合，随即装载平台56在升降气缸51驱动下抬升，使装载定位锥55嵌入球架中层22的装载定位孔27，同时电磁铁54通电将球架2通过磁力吸附方式固定在装载平台56上，完成装载。此外，位于本机器人左侧装载模块5也有同样的装载功能，但是装载后无法进行交接。

交接模块6中的平移气缸61推动滑块65，使底板63向右运动，与球架底层23的正投影中心重合，并且电动转盘64转动，使转动板610上的交接定位锥69正对球架底层23的交接定位孔26。随后升降气缸51驱动装载平台56下降带动球架2下降，球架底层23的交接定位孔26被交接定位锥69嵌入，固定脚24被自锁机构68锁住，固连完成。同时装载模块5的电磁铁54断电，升降气缸51驱动装载平台56继续下降至装载定位锥55脱离球架中层22的装载定位孔27，平移气缸61驱动底板63托举着球架2向左运动返回初始位置。

此时机器人准备进入交接状态，电控模块驱动底盘模块1中的动力机构12从而驱动机器人前往交接地点，当机器人到达交接地点并根据码盘8及摄像头9的数据进行精确修正后即进入交接状态。

机器人进入交接状态后，电动转盘64在电控模块驱动下将球架2旋转一定角度，使一支球架手臂21正对前方，同时在平移气缸61推动下底板63带动球架2向右推出一段距离，当其他的自动球类机器装置的夹具或者使用者的手将球从球架手臂21上取出后，平移气缸61再推动底板63带动球架2撤回，随后球架2再旋转一定角度使另一个球正对前方，在平移气缸61驱动下向前推动一段距离，如此往复直到所有球体交接完成。

Claims (4)

1.一种绣球装载与交接机器人，其特征在于，所述机器人包括底盘模块、装载模块、交接模块、电控模块、球架；

所述底盘模块包括底盘框架和四个动力机构，所述动力机构包括驱动电机、电机支座和麦克纳姆轮，所述电机支座安装于底盘框架上，其内设有驱动电机，驱动电机的输出轴通过传动轴与麦克纳姆轮连接；

所述底盘框架右侧通过两根铝方管连接装载模块，所述装载模块包括升降滑块、升降气缸、抬升框架、装载平台、装载定位锥和电磁块，所述升降滑块套设在铝方管套上，再与升降气缸的缸筒下端固定连接，升降气缸底部垂直固定于底盘框架上，升降滑块右侧固定连接抬升框架，抬升框架的右端连接装载平台，所述装载平台上设有装载定位锥，装载定位锥两侧设有电磁块；

所述交接模块包括固定座，所述固定座底部固定于底盘框架中部，其顶部设有机构框架，机构框架上设有两条滑动导轨，滑动导轨上设有滑块，滑块通过平移气缸在滑动导轨上滑动，滑块上设有底板，底板上设有电动转盘，电动转盘上固定有转动板，转动板上设有交接定位锥，其四端均设有自锁机构，所述自锁机构包括基座、锁舌和手动拨片，手动拨片通过弹簧带动锁舌伸缩；

所述球架包括球架杆，所述球架杆穿过球架中层固定于球架底层上，所述球架底层底部四周设有固定脚，固定脚与自锁机构配合，球架底层开有与交接定位锥对应的交接定位孔，所述球架中层为金属材质，其设有与装载定位锥相对应的装载定位孔；所述球架杆的上部还设有若干球架手臂；

所述底盘框架上设有气瓶，气瓶与平移气缸和升降气缸通过管道连接；

所述电控模块包括单片机及其电路驱动板、驱动电机控制器、码盘和摄像头，所述摄像头安装于装载平台底部，所述码盘安装于底盘框架底部。

2.根据权利要求1所述的一种绣球装载与交接机器人，其特征在于，所述球架手臂的数量为四个，所述球架手臂包括摩擦管、上支架、下支架和限位环，所述下支架呈“十”字型，其一端与球架杆固定连接，另一端设有限位环，其顶部通过固定杆固定上支架，所述摩擦管安装在上支架中间的顶部，上支架和下支架远离球架杆的一端均开有沟槽。

3.根据权利要求1所述的一种绣球装载与交接机器人，其特征在于，所述底盘框架左侧通过两根铝方管连接装载模块，该两根铝中管顶部设有防护框。

4.根据权利要求1所述的一种绣球装载与交接机器人，其特征在于，所述电机支座和麦克纳姆轮之间设有减震器。

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