CN112775963A - 一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构 - Google Patents

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刘碧珊
刘凤义
王昶茹
焦阳
王殿博
吴亮
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Abstract

本发明涉及一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构，包括视觉机构、上躯干、两只七自由度手臂、腰部机构、下躯干、移动平台；视觉机构配合与上躯干相连，两个七自由度手臂分别安装在上躯干两边；上躯干和下躯干中间由腰部机构连接；腰部机构下接移动平台；视觉机构内置视觉传感器，感知路径和障碍物，作出路径规划，两七自由度模块化手臂由七个模块组成，内置电机驱动，拆装方便，且七自由度手臂灵活性高，末端位姿可达范围更加广泛，上肢可通过腰部机构进行弯曲，配合手臂进行抓取、搬运等工作，移动平台可进行全方位移动，每个轮子各配有一个轮毂电机和转向电机，驱动机器人整体移动或旋转，所有连接均为可动连接，方便组装和拆卸。

Description

一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构。
背景技术
机器人是智能制造系统中制造技术的重要组成部分，也是人工智能技术用于制造业的主要方式之一，各国在机器人的研发、制造、采购等方面都幵展了诸多工作，机器人的研发、制造和应用已经成为衡量国家科技创新实力和高端制造业水平的重要标志。
传统的机器人结构只针对于某一单一结构进行优化和设计，涉及的方面不够广阔，涉及的技术比较单一，灵活性低，且拆装不便；因其结构单一致使机器人的工作效率低下。鉴于机器人移动不便，设计并搭建了移动平台，使机器人可以进行相应的运动；鉴于机器人手臂工作空间范围小设计了多自由度机械臂，提升了机器人手臂的末端可达范围；鉴于机器人上肢运动灵活性低，设计了腰部结构，增加了上肢的灵活性；然后关于机器人整体结构的设计较少，机器人的综合能力不强，且对于路径规划和视觉控制涉及的不多。基于上述机器人存在的问题，不能满足高效、灵活的需要。
发明内容
本发明为了解决现有机器人结构实际中存在的问题，提供了一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构，包括视觉机构、上躯干、两只七自由度手臂、腰部机构、下躯干、移动平台；视觉机构与上躯干相连，进行环境探测、感知；两手臂分别对称连接在上躯干两边；上躯干和下躯干通过腰部机构进行连接；下躯干连接移动平台；各连接均为可动连接，可轻易实现零件拆装，提高了机器人灵活性。
作为本发明的优选方案，所述两手臂自由度均为七自由度，且为模块化连接。
作为本发明的优选方案，所述视觉机构由头部和颈部组成，配有视觉系统。
作为本发明的优选方案，所述腰部机构可进行旋转和弯曲。
作为本发明的优选方案，所述移动平台由支撑机构、伸缩机构和轮式机构组成，伸缩机构连接支撑机构和轮式机构。
作为本发明的优选方案，所述移动平台有四个轮子，四个轮子分别配有轮毂电机控制驱动，转向电机控制转动，可实现全方位的移动。
在安装前，应进行整体压力测试仿真，并检测各零部件的强度，对视觉系统进行单独试验。在运动过程中，移动平台支撑整个机器人整体，并由轮毂电机和转向电机驱动机器人整体前进或旋转，通过对伸缩机构进行调整，可以改变机器人整体高度和轮子间距，经视觉系统中的相机进行拍照，传至上位机，上位机图像处理程序对图像进行预处理、分割、特征提取等处理，通过机器人程序设定最佳路径，反馈给机器人，使机器人按照预定路径行走，机器人到达指定位置后，运用左右臂及末端手爪配合腰部实施进一步的抓取动作，在抓取过程中，根据视觉图像处理确定手臂运动轨迹，可以进行相应的避障工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种机器人整体机构，集视觉系统、行走机构、躯干部分和两七自由度手臂于一体，可在复杂环境下完成相应的工作任务。主要通过视觉系统对拍摄的图像进行图像处理，根据机器人程序进行移动平台和手臂路径规划；采用七自由度双臂使末端手爪工作空间范围更广，且更加灵活，手臂关节采用模块化关节，拆装方便；移动平台有四个轮子，每个轮子配有一个轮毂电机和转向电机，可实现全方位的移动；移动平台含有伸缩机构，可改变机器人整体高度和轮子间间距，可有效的躲避障碍。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的视觉机构示意图。
图3为本发明的腰部结构示意图。
图4为本发明的移动平台结构示意图。
图5为本发明的左臂结构示意图。
图中：1-视觉机构、2-上躯干、3-左臂、4-腰部机构、5-移动平台、6-下躯干、7-右臂、101-头部、102-颈部、501-支撑机构、502-伸缩机构、503-轮式机构
具体实施方案
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。
请参阅图1、图2、图3和图4，图1为本发明的整体结构示意图，图2为本发明的视觉机构示意图，图3为本发明的腰部结构示意图，图4为本发明的移动平台结构示意图，图5为本发明的左臂结构示意图。
所述一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构，包括视觉机构1、上躯干2、左臂3、腰部机构4、移动平台5、下躯干6、右臂7,所述视觉机构1包括头部101和颈部102，颈部102与上躯干2连接，所述机器人左臂3和右臂7分别对称安装在上躯干2两端，所述腰部机构4连接上躯干2和下躯干6，所述下躯干6和移动平台5连接。所有连接均为可动连接，方便拆装。
所述移动平台5包括支撑机构501、伸缩机构502和轮式机构503，伸缩机构502连接支撑机构501和轮式机构503，所述轮式机构503包括四个轮子，每个轮子各配一个轮毂电机和一个转向电机，轮毂电机驱动轮子前进，转向电机控制轮子转向，从而达到全方位移动的功效，所述伸缩机构502可控制轮式机构503伸展和收缩，提升或降低机器人整体高度，能有效的避免障碍物。
所述视觉机构1配有视觉传感器和摄像头进行图像采集。
所述腰部机构4可进行弯曲和旋转，配合机器人上躯干2完成相应任务。
在安装前，应进行整体压力测试仿真，并检测各零部件的强度，对视觉机构1进行单独试验。在运动过程中，移动平台5支撑整个机器人整体，并由轮毂电机和转向电机驱动机器人整体前进或旋转，通过对伸缩机构502进行调整，可以改变机器人整体高度和轮子间距，经视觉机构1中的相机进行拍照，传至上位机，上位机图像处理程序对图像进行预处理、分割、特征提取等处理，通过机器人程序设定最佳路径，反馈给机器人，使机器人按照预定路径行走，机器人到达指定位置后，运用左右臂及末端手爪配合腰部机构4实施进一步的抓取动作，在抓取过程中，根据视觉图像处理确定手臂运动轨迹，可以进行相应的避障工作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构，其特征在于：包括视觉机构(1)、上躯干(2)、左臂(3)、右臂(7)、腰部机构(4)、下躯干(6)、移动平台(5)；视觉机构(1)与上躯干(2)相连，进行环境探测、感知；左臂(3)和右臂(7)分别对称连接在上躯干(2)两边；上躯干(2)和下躯干(6)通过腰部机构(4)进行连接；下躯干(6)连接移动平台(5)。
2.根据权利要求1所述的一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构，其特征在于：所述左臂(3)和右臂(7)均为七自由度手臂，且为模块化连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构，其特征在于：
所述视觉机构由头部(101)和颈部(102)组成，配有视觉系统。
4.根据权利要求1所述的一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构，其特征在于：所述腰部机构(4)可进行旋转和弯曲。
5.根据权利要求1所述的一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构，其特征在于：所述移动平台(5)由支撑机构(501)、伸缩机构(502)和轮式机构(503)组成，伸缩机构(502)连接支撑机构(501)和轮式机构(503)。
6.根据权利要求1所述的一种具有双七自由度模块化手臂的移动机器人结构，其特征在于：所述移动平台(5)有四个轮子，四个轮子分别配有轮毂电机控制驱动，转向电机控制转动，可实现全方位的移动。
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