CN112849860A - 一种倾倒垃圾机械臂和具有倾倒垃圾机械臂的家居机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及倾倒垃圾机械臂，包括夹持机构、两个翻转机构；夹持机构包括导轨、伸缩部件、两个夹爪，两个夹爪与导轨滑移连接，伸缩部件驱动两个夹爪在导轨上滑移；两个翻转机构左右对称设置，翻转机构包括机架、主动摇杆、连杆、从动摇杆、驱动部件；驱动部件安装在机架上，驱动部件与主动摇杆相接驱动主动摇杆摆动，主动摇杆、连杆、从动摇杆、机架依次转动式连接，机架、主动摇杆、连杆、从动摇杆之间形成铰链四杆机构；连杆设有向外延伸的连接段，连接段与连杆为一体式结构，导轨水平的设置在两个连接段之间。本发明还涉及具有倾倒垃圾机械臂的家居机器人。本发明在工作过程中能有效避免被翻转物体提前翻转，属于搬运机械技术领域。

Description

一种倾倒垃圾机械臂和具有倾倒垃圾机械臂的家居机器人

技术领域

本发明涉及搬运机械技术领域，具体涉及一种倾倒垃圾机械臂和具有倾倒垃圾机械臂的家居机器人。

背景技术

在科技迅速发展的今天，各式各样的机器人层出不穷，利用人工智能机器人代替人类进行简单的工作已经是一个不可阻挡得发展趋势，而家居机器人正是其中一个重点发展的行业。

很多机器人制造公司会给自己的机器人加上收集各房间的垃圾桶中垃圾的功能以节省人力，但目前的收集装置存在一个巨大的问题：垃圾桶过满时夹取垃圾桶进行圆周运动翻转的过程中，垃圾桶未到达机器人的收集仓便开始倾斜，导致垃圾散落到收集仓外。但如果只是为了避免垃圾桶提前倾斜而在夹爪上增加一个驱动源则又是一项成本远高于价值回报的行为。因此，需要一种夹爪不添加驱动源的低成本的方式解决这一问题时非常有必要的。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种在工作过程中能有效避免被翻转物体提前翻转的倾倒垃圾机械臂和具有倾倒垃圾机械臂的家居机器人。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种倾倒垃圾机械臂，包括夹持机构、两个翻转机构；夹持机构包括导轨、伸缩部件、两个夹爪，两个夹爪与导轨滑移连接，伸缩部件驱动两个夹爪在导轨上滑移；两个翻转机构左右对称设置，翻转机构包括机架、主动摇杆、连杆、从动摇杆、驱动部件；驱动部件安装在机架上，驱动部件与主动摇杆的一端相接驱动主动摇杆摆动，主动摇杆的另一端、连杆、从动摇杆、机架依次转动式连接，从而机架、主动摇杆、连杆、从动摇杆之间形成铰链四杆机构；连杆设有向外延伸的连接段，连接段与连杆为一体式结构，导轨水平的设置在两个连接段之间。

作为一种优选，主动摇杆的长度为a，从动摇杆的长度为b，a﹤b，且b-a﹤b*3％。

作为一种优选，夹爪与连接段垂直；初始状态时，连接段竖直向下设置，在主动摇杆和从动摇杆重合位置之前，连接段保持下垂，在主动摇杆和从动摇杆重合位置之后，主动摇杆和从动摇杆相互交叉，连接段翻转。

作为一种优选，驱动部件为电机，两个电机分别安装在两个机架的内侧。

作为一种优选，两个夹爪均通过滑车与导轨滑移连接。

作为一种优选，伸缩部件为气缸，气缸的缸体与一个夹爪固定连接，气缸的伸缩杆与另一个夹爪固定连接。

作为一种优选，导轨上设有限制两个夹爪之间最小距离的限位块，限位块的数量为两个，两个限位块沿导轨中心左右对称分布。

作为一种优选，气缸上设有用于检测气缸位置的磁环开关，磁环开关套在气缸的缸体上。

作为一种优选，两个机架之间设有连接杆。

一种具有倾倒垃圾机械臂的家居机器人，包括行走机构、垃圾收集箱、倾倒垃圾机械臂；垃圾收集箱安装在行走机构上，倾倒垃圾机械臂安装在行走机构，垃圾收集箱位于倾倒垃圾机械臂的后方，翻转机构翻转时，夹持机构被翻转机构翻转到垃圾收集箱上方。

本发明的原理：由于从动摇杆略长于主动摇杆，当从动摇杆与主动摇杆重合之后，连杆将被迅速翻转，并在经过一定角度后实现倒置，从而实现将被翻转物体的倒置。这种经过一段垂直移动后再翻转的被翻转物体的运动曲线所能带来的好处是可以避免被翻转物体在移动到目标位置前提前翻转、被翻转物体相对于地面形成一定角度的倾斜、被翻转物体内的物品洒落到非目标位置的情况出现。并且使用该翻转机构的好处是该翻转机构所形成的运动曲线可以在只有单一驱动的情况下实现上述功能。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.本发明能够实现被翻转物体在翻转过程中，被翻转物体前期近似垂直移动，并且在后期可以实现将被翻转物体倒置从而将其中的物品倒出，被翻转物体前期近似垂直移动可以避免被翻转物体内的物品在到达目标位置前的洒落。本发明结构简单，制造成本低，维护简单。

2.本发明通过两个翻转机构同步运动带动夹持机构翻转，令夹持机构夹持的被翻转物体不会提前倾斜，并且两个翻转机构稳定性强，夹持机构在工作时不会因为单边受力从而抖动。

3.连杆设有向外延伸的连接段，连接段竖直向下，导轨水平的设置在两个连接段之间，从而令导轨在被带动翻转的过程中不会和连杆发生干涉。

4.连接段竖直设置，从而避开连杆初始状态时的倾斜角度，便于导轨水平的设置在两个连接段之间，从而令两个夹爪初始状态时位于同一水平面上，夹爪在夹取被翻转物体时，避免被翻转物体在翻转过程的前期倾斜。

5.在导轨中心左右对称设置两个限位块，令两个夹爪关于导轨中心对称且避免在翻转过程中造成过大的晃动导致被翻转物体中的物品洒落，并且使被翻转物体夹取后关于导轨中心线对称。

6.夹爪通过滑车在导轨上滑移，滑车上有轴承，将直线运动的滑动摩擦变成滚动摩擦，减小摩损，延长夹爪的使用寿命。

附图说明

图1为一种倾倒垃圾机械臂的立体图。

图2为一种倾倒垃圾机械臂的工作过程图。

图3为翻转机构的立体图。

图4为夹持机构的立体图。

其中，1为驱动部件，2为机架，3为主动摇杆，4为从动摇杆，5为连杆、6为滑车，7为夹爪，8为导轨，9为伸缩部件，10为限位块，11为磁环开关，12为连接杆。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

实施例一

一种倾倒垃圾机械臂，包括夹持机构、两个翻转机构；夹持机构包括导轨、伸缩部件、两个夹爪，两个夹爪与导轨滑移连接，伸缩部件驱动两个夹爪在导轨上滑移；两个翻转机构左右对称设置，翻转机构包括机架、主动摇杆、连杆、从动摇杆、驱动部件；驱动部件安装在机架上，驱动部件与主动摇杆的一端相接驱动主动摇杆摆动，主动摇杆的另一端、连杆、从动摇杆、机架依次转动式连接，从而机架、主动摇杆、连杆、从动摇杆之间形成铰链四杆机构；连杆设有向外延伸的连接段，连接段与连杆为一体式结构，导轨水平的设置在两个连接段之间。驱动部件为电机，两个电机分别安装在两个机架的内侧，电机的输出轴与主动摇杆固定连接。

主动摇杆的长度为a，从动摇杆的长度为b，a﹤b，且b-a﹤b*3％。主动摇杆和从动摇杆均远长于连杆。在驱动部件驱动主动摇杆转动的前期，铰链四杆机构可以近似为平行四边形连杆，连杆做近似平行运动，从而实现夹持机构在前期的垂直移动。而在驱动部件驱动主动摇杆转动的后期，连杆可以随着主动摇杆的转动实现翻转，从而实现夹持部件的倒置。所述主动摇杆的另一端、连杆、从动摇杆、机架依次转动式连接，从动摇杆和连杆通过转轴配合法兰轴承转动连接，连杆和主动摇杆通过转轴配合法兰轴承转动连接，从动摇杆和机架通过转轴配合法兰轴承转动连接。主动摇杆、连杆、从动摇杆均为平板结构。

夹爪与连接段相互垂直；初始状态时，连接段竖直向下设置，在主动摇杆和从动摇杆重合位置之前，连接段保持下垂，从而避开连杆初始状态时的倾斜角度，便于导轨水平的设置在两个连接段之间，从而令两个夹爪初始状态时位于同一水平面上，夹爪在夹取被翻转物体时，避免被翻转物体在翻转过程的前期倾斜。在主动摇杆和从动摇杆重合位置之后，主动摇杆和从动摇杆相互交叉，连接段翻转。

两个夹爪均通过滑车与导轨滑移连接。伸缩部件为气缸，气缸的缸体与一个夹爪固定连接，气缸的伸缩杆与另一个夹爪固定连接。气缸驱动夹爪实现夹紧待翻转物体或松开夹紧待翻转物体。

气缸是一种通过压缩空气实现直线运动的驱动源，将气缸利用定制零件固定在两个夹爪上，当气缸进行直线运动时将带动两个夹爪在导轨上运动。当存在被翻转物体阻碍两个夹爪运动时，气缸中压缩气体提供的压力提供了两个夹爪与被翻转物体之间的挤压力。

导轨由四条方管连接而成，所述四条方管分为两组，两组方管的长度不同，一组方管为长度相同的两条长方管，另一组为长度相同的两条短方管，两条长方管的两端通过分别通过两条短方管连接，两条长方管相互平行，两条短方管相互平行，四条方管连接形成一个矩形框架。两条短方管分别与连接段通过螺栓连接。滑车为带有两个槽口结构，两条长方管分别从槽口穿过，槽口的前后方向均设有滑轮，滑轮与长方管过盈配合。通过导轨的形状限制两个夹爪的运动自由度为1。

所述的两个夹爪的后端通过滑车与导轨连接的。所述的滑车通过一套与导轨形状相同的方形板接结构并结合螺栓与轮子形成，轮子与轮子之间通过板接结构上不同位置的槽口实现分隔定位。

导轨通过其外表面形状与滑车上的轮子相配合，从而限制其转动，进而使自由度降为1，通过气缸直线驱动可实现确定轨迹的运动。滑车上的轮子通过板接结构上不同位置的槽口实现分隔定位，其定位依据是两轮不能贴合且两轮最大距离不大于导轨的外表面边长，该定位的作用是隔开两轮，避免轮与轮之间贴合造成磨擦损耗，延长结构的使用寿命，另一个作用是夹爪受到竖直向下的力时，该力会通过滑车上的轮子传递到导轨上形成扭矩，尽可能增大两轮间距可以使作用在导轨上用于平衡该扭矩的力减小。

由于滑车是由四块板件构成，其整体性低，现通过一块相对垂直的板件与滑车通过螺栓结合，可以有效地增强其整体性，提高其抗弯刚度，减小其变形量，从而降低结构的损坏率，并且避免由于两个夹爪与被翻转物体表面贴合不完全从而导致局部应力变大的情况发生。

导轨上设有限制两个夹爪之间最小距离的限位块，限位块的数量为两个，两个限位块沿导轨中心左右对称分布，从而保证夹爪以导轨中心左右对称。当气缸复位时，两个夹爪向中间收缩，可通过限位块限制两个夹爪在运动结束时的位置，令两个夹爪关于导轨中心对称且避免在翻转过程中造成过大的晃动导致被翻转物体中的物品洒落。

气缸上设有用于检测气缸位置的磁环开关，磁环开关通过螺栓和铁箍固定的套在气缸的缸体上。磁环开关是一种检测气缸状态的电子元件，其原理是气缸的活塞带有磁性，磁环开关通过检测其磁性可以得到气缸的活塞是否到达指定位置，从而推断出两个夹爪是否到达预定位置。该结果可作为判断是否成功夹取的标志。

两个机架之间设有连接杆，从而提高翻转机构的稳定性。

所述待翻转物体的长度大于气缸在气缸的伸缩杆处于收缩状态时的气缸总长。

本实施例的使用流程如下：

将被翻转物体置于两个夹爪中间，上电后，伸缩部件通入压缩空气使其收缩到最小状态，带动两个夹爪收缩夹紧被翻转物体，随后启动驱动部件，令主动摇杆转过既定角度，将被翻转物体垂直提升一定距离后翻转倒置使被翻转物体中的物品掉落，随后令驱动部件复位，启动伸缩部件反向通入压缩空气使两个夹爪张开，释放被翻转物体，一个运动循环结束。

实施例二

一种具有倾倒垃圾机械臂的家居机器人，装有实施例一的一种倾倒垃圾机械臂，具有倾倒垃圾机械臂的家居机器人包括行走机构、垃圾收集箱，垃圾收集箱安装在行走机构上，倾倒垃圾机械臂装在行走机构前端，垃圾收集箱位于倾倒垃圾机械臂后方。行走机构移动到待翻转物体处，启动倾倒垃圾机械臂将待翻转物体往后上方翻转，倾倒垃圾机械臂将待翻转物体翻转到垃圾收集箱上方，待翻转物体内的物品洒落到目标位置，复位倾倒垃圾机械臂将待翻转物体放回原处。

本实施例中未提及部分同实施例一。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种倾倒垃圾机械臂，其特征在于：包括夹持机构、两个翻转机构；

夹持机构包括导轨、伸缩部件、两个夹爪，两个夹爪与导轨滑移连接，伸缩部件驱动两个夹爪在导轨上滑移；

两个翻转机构左右对称设置，翻转机构包括机架、主动摇杆、连杆、从动摇杆、驱动部件；驱动部件安装在机架上，驱动部件与主动摇杆的一端相接驱动主动摇杆摆动，主动摇杆的另一端、连杆、从动摇杆、机架依次转动式连接，从而机架、主动摇杆、连杆、从动摇杆之间形成铰链四杆机构；

连杆设有向外延伸的连接段，连接段与连杆为一体式结构，导轨水平的设置在两个连接段之间。

2.按照权利要求1所述的一种倾倒垃圾机械臂，其特征在于：主动摇杆的长度为a，从动摇杆的长度为b，a﹤b，且b-a﹤b*3％。

3.按照权利要求1所述的一种倾倒垃圾机械臂，其特征在于：夹爪与连接段垂直；初始状态时，连接段竖直向下设置，在主动摇杆和从动摇杆重合位置之前，连接段保持下垂，在主动摇杆和从动摇杆重合位置之后，主动摇杆和从动摇杆相互交叉，连接段翻转。

4.按照权利要求1所述的一种倾倒垃圾机械臂，其特征在于：驱动部件为电机，两个电机分别安装在两个机架的内侧。

5.按照权利要求1所述的一种倾倒垃圾机械臂，其特征在于：两个夹爪均通过滑车与导轨滑移连接。

6.按照权利要求1所述的一种倾倒垃圾机械臂，其特征在于：伸缩部件为气缸，气缸的缸体与一个夹爪固定连接，气缸的伸缩杆与另一个夹爪固定连接。

7.按照权利要求6所述的一种倾倒垃圾机械臂，其特征在于：导轨上设有限制两个夹爪之间最小距离的限位块，限位块的数量为两个，两个限位块沿导轨中心左右对称分布。

8.按照权利要求6所述的一种倾倒垃圾机械臂，其特征在于：气缸上设有用于检测气缸位置的磁环开关，磁环开关套在气缸的缸体上。

9.按照权利要求1所述的一种倾倒垃圾机械臂，其特征在于：两个机架之间设有连接杆。

10.一种具有倾倒垃圾机械臂的家居机器人，其特征在于：包括行走机构、垃圾收集箱、权利要求1-9中任一项所述的一种倾倒垃圾机械臂；垃圾收集箱安装在行走机构上，倾倒垃圾机械臂安装在行走机构，垃圾收集箱位于倾倒垃圾机械臂的后方，翻转机构翻转时，夹持机构被翻转机构翻转到垃圾收集箱上方。

Images