CN112060127A - 一种具有自行走功能的多自由度机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有自行走功能的多自由度机器人，包括机架、行走机构、一级升降机构、水平横移机构、二级升降机构、机械爪伸缩机构和机械爪，四个行走机构分别设置在机架的四个拐角处，两个一级升降机构分别设置在机架上，一级升降机构带动水平横移机构实现升降，水平横移机构能够带动二级升降机构做水平横移，二级升降机构能够带动机械爪伸缩机构进行升降，机械爪伸缩机构能够带动机械爪实现伸缩。通过一级升降机构、水平横移机构、二级升降机构以及机械爪伸缩机构使得机械爪具有四个自由度，并且驱动的方式均采用直线驱动的方式实现，进而机械爪的运动幅度较大，能够在跨度较大的区域使用。

Description

一种具有自行走功能的多自由度机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体为一种具有自行走功能的多自由度机器人。
背景技术
现有的多自由度机器人或者多自由度机械手臂采用的是关节电机实现翻转，进而达到多自由度的效果，而在机械爪运动范围较宽时就需要加长机械手臂的长度，而机械手臂为悬臂梁并且关节电机的负载能力有限，因此现有的多自由度机械手臂并不适用于运动范围较大的工作环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自行走功能的多自由度机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有自行走功能的多自由度机器人，包括机架、行走机构、一级升降机构、水平横移机构、二级升降机构、机械爪伸缩机构和机械爪，其中：
四个所述行走机构分别设置在机架的四个拐角处，而行走机构由万向轮和驱动组件组成，其中驱动组件用于带动万向轮自转以及进行转向，两个所述一级升降机构分别设置在机架上，所述水平横移机构设置在两个一级升降机构的动力输出部件上，那么一级升降机构带动水平横移机构实现升降，所述二级升降机构设置在水平横移机构的动力输出部件上，那么水平横移机构能够带动二级升降机构做水平横移，所述机械爪伸缩机构设置在二级升降机构的动力输出部件上，那么二级升降机构能够带动机械爪伸缩机构进行升降，所述机械爪设置在机械爪伸缩机构的动力输出部件上，那么机械爪伸缩机构能够带动机械爪实现伸缩，其中机械爪伸缩机构与水平横移机构的运动方向相互垂直。
优选的，所述驱动组件由车轮架、车轮电机、减速器和电机Ⅰ组成，所述减速器通过螺栓安装在机架的侧面，所述万向轮转动安装在车轮架上，而万向轮内集成有车轮电机，所述车轮架通过轴承安装在减速器内，而速器内的动力输出部件固套在车轮架上，所述电机Ⅰ通过螺栓安装在减速器的侧面，其动力输出端与减速器的动力输出部件固定连接，其中减速器用于调整转速以及改变转动方向。
优选的，所述一级升降机构包括支架Ⅰ、导向杆Ⅰ、侧板、直线轴承Ⅰ、丝杆Ⅰ、丝杆套筒Ⅰ和电机Ⅱ，所述支架Ⅰ通过安装在其底部的导向杆Ⅰ设置在机架上，所述侧板通过安装在其侧面的直线轴承Ⅰ活动安装在导向杆Ⅰ上，所述丝杆Ⅰ通过轴承安装在支架Ⅰ上，所述丝杆套筒Ⅰ通过螺栓安装在侧板上，其中丝杆Ⅰ贯穿过丝杆套筒Ⅰ并与丝杆套筒Ⅰ之间形成螺纹传动，所述电机Ⅱ通过螺栓安装在支架Ⅰ上，其动力输出端与丝杆Ⅰ固定连接。
优选的，所述水平横移机构包括导向杆Ⅱ、底板、直线轴承Ⅱ、丝杆Ⅱ、丝杆套筒Ⅱ和电机Ⅲ，所述导向杆Ⅱ的两端分别安装在两个一级升降机构内的侧板上，所述底板通过安装在其底部的直线轴承Ⅱ配合安装在导向杆Ⅱ上，所述丝杆Ⅱ通过轴承安装在侧板上，所述丝杆套筒Ⅱ通过螺栓安装在底板的底部，其中丝杆Ⅱ贯穿过丝杆套筒Ⅱ并与丝杆套筒Ⅱ之间形成螺纹传动，所述电机Ⅲ通过螺栓安装在侧板上，其动力输出端与丝杆Ⅱ固定连接。
优选的，所述二级升降机构包括支架Ⅱ、导向杆Ⅲ、矩形支撑座、丝杆Ⅲ、丝杆套筒Ⅲ和电机Ⅳ，所述支架Ⅱ通过安装在其底部的导向杆Ⅲ设置在底板上，所述矩形支撑座活动安装在导向杆Ⅲ上，所述丝杆Ⅲ通过轴承安装在支架Ⅱ上，所述丝杆套筒Ⅲ通过螺栓安装在矩形支撑座上，其中丝杆Ⅲ贯穿过丝杆套筒Ⅲ并与丝杆套筒Ⅲ之间形成螺纹传动，所述电机Ⅳ通过螺栓安装在支架Ⅱ上，其动力输出端与丝杆Ⅲ固定连接。
优选的，所述机械爪伸缩机构包括支架Ⅲ、导向杆Ⅳ、丝杆Ⅳ、丝杆套筒Ⅳ和电机Ⅴ，所述支架Ⅲ通过其中间的导向杆Ⅳ活动安装在矩形支撑座上，所述丝杆Ⅳ通过轴承安装在支架Ⅲ上，所述丝杆套筒Ⅳ通过螺栓安装在矩形支撑座上，其中丝杆Ⅳ贯穿过丝杆套筒Ⅳ并与丝杆套筒Ⅳ之间形成螺纹传动，所述电机Ⅴ通过螺栓安装在支架Ⅲ上，其动力输出端与丝杆Ⅳ固定连接。
优选的，所述机械爪通过螺栓安装在支架Ⅲ的端部。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过一级升降机构、水平横移机构、二级升降机构以及机械爪伸缩机构使得机械爪具有四个自由度，并且驱动的方式均采用直线驱动的方式实现，进而机械爪的运动幅度较大，能够在跨度较大的区域使用。
附图说明
图1为本发明内部结构的三维示意图；
图2为本发明一级升降机构和水平横移机构的装配图；
图3为本发明二级升降机构与机械爪伸缩机构的装配图；
图4为本发明中行走机构的三维示意图。
图中：1机架、2行走机构、3一级升降机构、4水平横移机构、5二级升降机构、6机械爪伸缩机构、7机械爪、21万向轮、22车轮架、23车轮电机、24减速器、25电机Ⅰ、31支架Ⅰ、32导向杆Ⅰ、33侧板、34直线轴承Ⅰ、35丝杆Ⅰ、36丝杆套筒Ⅰ、37电机Ⅱ、41导向杆Ⅱ、42底板、43直线轴承Ⅱ、44丝杆Ⅱ、45丝杆套筒Ⅱ、46电机Ⅲ、51支架Ⅱ、52导向杆Ⅲ、53矩形支撑座、54丝杆Ⅲ、55丝杆套筒Ⅲ、56电机Ⅳ、61支架Ⅲ、62导向杆Ⅳ、63丝杆Ⅳ、64丝杆套筒Ⅳ、65电机Ⅴ。
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做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。
实施例：
请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：
一种具有自行走功能的多自由度机器人，包括机架1、行走机构2、一级升降机构3、水平横移机构4、二级升降机构5、机械爪伸缩机构6和机械爪7，其中：
四个行走机构2分别设置在机架1的四个拐角处，而行走机构2由万向轮21和驱动组件组成，驱动组件由车轮架22、车轮电机23、减速器24和电机Ⅰ25组成，减速器24通过螺栓安装在机架1的侧面，万向轮21转动安装在车轮架22上，而万向轮21内集成有车轮电机23，那么万向轮21在车轮电机23的带动下能够自行的转动，车轮架22通过轴承安装在减速器24内，而速器24内的动力输出部件固套在车轮架22上，电机Ⅰ25通过螺栓安装在减速器24的侧面，电机Ⅰ25的动力输出端与减速器24的动力输出部件固定连接，其中减速器24用于调整转速以及改变转动方向，因此在电机Ⅰ25输出动力后经过减速器24的作用能够驱动车轮架22摆动，进而达到转向的效果；
两个一级升降机构3分别设置在机架1上并处于对立面，一级升降机构3包括支架Ⅰ31、导向杆Ⅰ32、侧板33、直线轴承Ⅰ34、丝杆Ⅰ35、丝杆套筒Ⅰ36和电机Ⅱ37，支架Ⅰ31通过安装在其底部的导向杆Ⅰ32设置在机架1上，其中导向杆Ⅰ32的端部则是通过底座固定安装在机架1上，侧板33通过安装在其侧面的直线轴承Ⅰ34活动安装在导向杆Ⅰ32上，其中直线轴承Ⅰ34通过螺栓安装在侧板33上，丝杆Ⅰ35通过轴承安装在支架Ⅰ31上，丝杆套筒Ⅰ36通过螺栓安装在侧板33上，其中丝杆Ⅰ35贯穿过丝杆套筒Ⅰ36并与丝杆套筒Ⅰ36之间形成螺纹传动，那么当丝杆Ⅰ35转动时丝杆套筒Ⅰ36和侧板33就会同步的实现升降，电机Ⅱ37通过螺栓安装在支架Ⅰ31上，电机Ⅱ37动力输出端与丝杆Ⅰ35固定连接；
水平横移机构4包括导向杆Ⅱ41、底板42、直线轴承Ⅱ43、丝杆Ⅱ44、丝杆套筒Ⅱ45和电机Ⅲ46，导向杆Ⅱ41的两端分别安装在两个一级升降机构3内的侧板33上，因此在一级升降机构3动作时就会带动水平横移机构4与其同步动作，底板42通过安装在其底部的直线轴承Ⅱ43配合安装在导向杆Ⅱ41上，进而底板42能够沿着导向杆Ⅱ41做直线运动，丝杆Ⅱ44通过轴承安装在侧板33上，丝杆套筒Ⅱ45通过螺栓安装在底板42的底部，其中丝杆Ⅱ44贯穿过丝杆套筒Ⅱ45并与丝杆套筒Ⅱ45之间形成螺纹传动，那么在丝杆Ⅱ44转动时能够带动底板42做直线运动，电机Ⅲ46通过螺栓安装在侧板33上，电机Ⅲ46的动力输出端与丝杆Ⅱ44固定连接；
二级升降机构5包括支架Ⅱ51、导向杆Ⅲ52、矩形支撑座53、丝杆Ⅲ54、丝杆套筒Ⅲ55和电机Ⅳ56，支架Ⅱ51通过安装在其底部的导向杆Ⅲ52设置在底板42上，其中导向杆Ⅲ52通过安装座固定安装在底板42上，那么在水平横移机构4动作时二级升降机构5会随之同步动作，矩形支撑座53活动安装在导向杆Ⅲ52上，丝杆Ⅲ54通过轴承安装在支架Ⅱ51上，丝杆套筒Ⅲ55通过螺栓安装在矩形支撑座53上，其中丝杆Ⅲ54贯穿过丝杆套筒Ⅲ55并与丝杆套筒Ⅲ55之间形成螺纹传动，那么在丝杆Ⅲ54转动时会带动矩形支撑座53升降，电机Ⅳ56通过螺栓安装在支架Ⅱ51上，电机Ⅳ56动力输出端与丝杆Ⅲ54固定连接；
机械爪伸缩机构6包括支架Ⅲ61、导向杆Ⅳ62、丝杆Ⅳ63、丝杆套筒Ⅳ64和电机Ⅴ65，支架Ⅲ61通过其中间的导向杆Ⅳ62活动安装在矩形支撑座53上，那么在二级升降机构5动作时会带动机械爪伸缩机构6随之同步动作，丝杆Ⅳ63通过轴承安装在支架Ⅲ61上，丝杆套筒Ⅳ64通过螺栓安装在矩形支撑座53上，其中丝杆Ⅳ63贯穿过丝杆套筒Ⅳ64并与丝杆套筒Ⅳ64之间形成螺纹传动，由于丝杆套筒Ⅳ64安装在矩形支撑座53，那么在丝杆Ⅳ63转动时支架Ⅲ61会整体的位移，电机Ⅴ65通过螺栓安装在支架Ⅲ61上，电机Ⅴ65的动力输出端与丝杆Ⅳ63固定连接，而机械爪伸缩机构6与水平横移机构4的运动方向相互垂直，机械爪7通过螺栓安装在支架Ⅲ61的端部；
而本装置在进行工作时通过控制单元控制各运动组件处的电机，而控制单元为本领域技术人员的公知常识，在此就不再赘述；
本装置通过一级升降机构3带动水平横移机构4、二级升降机构5以及机械爪伸缩机构6实现一级升降，而水平横移机构4带动二级升降机构5以及机械爪伸缩机构6进行水平方向的运动，二级升降机构5带动机械爪伸缩机构6进行二级升降，最终机械爪伸缩机构6带动机械爪7进行伸缩，那么所有的运动状态最终都转换为机械爪7的运动，因此实现了多自由度的运动。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种具有自行走功能的多自由度机器人，包括机架(1)、行走机构(2)、一级升降机构(3)、水平横移机构(4)、二级升降机构(5)、机械爪伸缩机构(6)和机械爪(7)，其特征在于：
四个所述行走机构(2)分别设置在机架(1)的四个拐角处，而行走机构(2)由万向轮(21)和驱动组件组成，其中驱动组件用于带动万向轮(21)自转以及进行转向，两个所述一级升降机构(3)分别设置在机架(1)上，所述水平横移机构(4)设置在两个一级升降机构(3)的动力输出部件上，那么一级升降机构(3)带动水平横移机构(4)实现升降，所述二级升降机构(5)设置在水平横移机构(4)的动力输出部件上，那么水平横移机构(4)能够带动二级升降机构(5)做水平横移，所述机械爪伸缩机构(6)设置在二级升降机构(5)的动力输出部件上，那么二级升降机构(5)能够带动机械爪伸缩机构(6)进行升降，所述机械爪(7)设置在机械爪伸缩机构(6)的动力输出部件上，那么机械爪伸缩机构(6)能够带动机械爪(7)实现伸缩，其中机械爪伸缩机构(6)与水平横移机构(4)的运动方向相互垂直。
2.根据权利要求1所述的一种具有自行走功能的多自由度机器人，其特征在于：所述驱动组件由车轮架(22)、车轮电机(23)、减速器(24)和电机Ⅰ(25)组成，所述减速器(24)通过螺栓安装在机架(1)的侧面，所述万向轮(21)转动安装在车轮架(22)上，而万向轮(21)内集成有车轮电机(23)，所述车轮架(22)通过轴承安装在减速器(24)内，而速器(24)内的动力输出部件固套在车轮架(22)上，所述电机Ⅰ(25)通过螺栓安装在减速器(24)的侧面，其动力输出端与减速器(24)的动力输出部件固定连接，其中减速器(24)用于调整转速以及改变转动方向。
3.根据权利要求1所述的一种具有自行走功能的多自由度机器人，其特征在于：所述一级升降机构(3)包括支架Ⅰ(31)、导向杆Ⅰ(32)、侧板(33)、直线轴承Ⅰ(34)、丝杆Ⅰ(35)、丝杆套筒Ⅰ(36)和电机Ⅱ(37)，所述支架Ⅰ(31)通过安装在其底部的导向杆Ⅰ(32)设置在机架(1)上，所述侧板(33)通过安装在其侧面的直线轴承Ⅰ(34)活动安装在导向杆Ⅰ(32)上，所述丝杆Ⅰ(35)通过轴承安装在支架Ⅰ(31)上，所述丝杆套筒Ⅰ(36)通过螺栓安装在侧板(33)上，其中丝杆Ⅰ(35)贯穿过丝杆套筒Ⅰ(36)并与丝杆套筒Ⅰ(36)之间形成螺纹传动，所述电机Ⅱ(37)通过螺栓安装在支架Ⅰ(31)上，其动力输出端与丝杆Ⅰ(35)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种具有自行走功能的多自由度机器人，其特征在于：所述水平横移机构(4)包括导向杆Ⅱ(41)、底板(42)、直线轴承Ⅱ(43)、丝杆Ⅱ(44)、丝杆套筒Ⅱ(45)和电机Ⅲ(46)，所述导向杆Ⅱ(41)的两端分别安装在两个一级升降机构(3)内的侧板(33)上，所述底板(42)通过安装在其底部的直线轴承Ⅱ(43)配合安装在导向杆Ⅱ(41)上，所述丝杆Ⅱ(44)通过轴承安装在侧板(33)上，所述丝杆套筒Ⅱ(45)通过螺栓安装在底板(42)的底部，其中丝杆Ⅱ(44)贯穿过丝杆套筒Ⅱ(45)并与丝杆套筒Ⅱ(45)之间形成螺纹传动，所述电机Ⅲ(46)通过螺栓安装在侧板(33)上，其动力输出端与丝杆Ⅱ(44)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种具有自行走功能的多自由度机器人，其特征在于：所述二级升降机构(5)包括支架Ⅱ(51)、导向杆Ⅲ(52)、矩形支撑座(53)、丝杆Ⅲ(54)、丝杆套筒Ⅲ(55)和电机Ⅳ(56)，所述支架Ⅱ(51)通过安装在其底部的导向杆Ⅲ(52)设置在底板(42)上，所述矩形支撑座(53)活动安装在导向杆Ⅲ(52)上，所述丝杆Ⅲ(54)通过轴承安装在支架Ⅱ(51)上，所述丝杆套筒Ⅲ(55)通过螺栓安装在矩形支撑座(53)上，其中丝杆Ⅲ(54)贯穿过丝杆套筒Ⅲ(55)并与丝杆套筒Ⅲ(55)之间形成螺纹传动，所述电机Ⅳ(56)通过螺栓安装在支架Ⅱ(51)上，其动力输出端与丝杆Ⅲ(54)固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种具有自行走功能的多自由度机器人，其特征在于：所述机械爪伸缩机构(6)包括支架Ⅲ(61)、导向杆Ⅳ(62)、丝杆Ⅳ(63)、丝杆套筒Ⅳ(64)和电机Ⅴ(65)，所述支架Ⅲ(61)通过其中间的导向杆Ⅳ(62)活动安装在矩形支撑座(53)上，所述丝杆Ⅳ(63)通过轴承安装在支架Ⅲ(61)上，所述丝杆套筒Ⅳ(64)通过螺栓安装在矩形支撑座(53)上，其中丝杆Ⅳ(63)贯穿过丝杆套筒Ⅳ(64)并与丝杆套筒Ⅳ(64)之间形成螺纹传动，所述电机Ⅴ(65)通过螺栓安装在支架Ⅲ(61)上，其动力输出端与丝杆Ⅳ(63)固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种具有自行走功能的多自由度机器人，其特征在于：所述机械爪(7)通过螺栓安装在支架Ⅲ(61)的端部。
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