CN113370882B - 移动机器人组件和移动机器人多机协作搬运系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动机器人组件和移动机器人多机协作搬运系统，所述移动机器人组件包括机器人本体和连接关节，连接关节包括转接板、弹性气囊、承载板和六个以上的直线位移传感器，转接板与机器人本体的上部相连，弹性气囊具有在上下方向上相对的上端和下端，下端与转接板相连，承载板与上端相连，承载板用于支撑负载，六个以上的直线位移传感器环绕弹性气囊的周向间隔开地设置，六个以上的直线位移传感器安装在承载板和转接板之间，以便通过直线位移传感器检测的位移量得到弹性气囊的变形量。本发明实施例的移动机器人组件具有结构简单和路面适应性好等优点。

Description

移动机器人组件和移动机器人多机协作搬运系统

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，具体涉及一种移动机器人组件和移动机器人多机协作搬运系统。

背景技术

移动机器人已广泛应用于仓储物流、家庭服务、军事国防和星球探测等领域，市场前景非常乐观。但目前移动机器人多是针对负载尺寸、重量及其它特殊需求来设计专用的规格型号，随着仓储物流、航空制造、星球探测等领域中物品种类、规格的日趋繁多，会导致不同尺寸、重量跨度的机器人规格日益增加，存在利用率降低，占用空间大，空载调度、存储以及转运不便的问题。

相关技术中，采用多个移动机器人协作来实现不同尺寸、不同重量的负载的搬运。例如，在每个移动机器人上设置连接关节组成移动机器人组件，每个移动机器人组件通过连接关节与负载相连，从而通过多个移动机器人协作完成负载的搬运。相关技术中移动机器人组件存在结构复杂和路面适应性差的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种移动机器人组件，以解决相关技术中的移动机器人组件结构复杂和路面适应性差的技术问题。

本发明的实施例还提出一种移动机器人多机协作搬运系统，以解决相关技术中的移动机器人多机协作搬运系统结构复杂和路面适应性差的技术问题。

根据本发明实施例的移动机器人组件包括：

机器人本体；和

连接关节，所述连接关节包括转接板，所述转接板与所述机器人本体的上部相连，

弹性气囊，所述弹性气囊具有在上下方向上相对的上端和下端，所述下端与所述转接板相连，

承载板，所述承载板与所述上端相连，所述承载板用于支撑负载，和

六个以上的直线位移传感器，六个以上的所述直线位移传感器环绕所述弹性气囊的周向间隔开地设置，六个以上的所述直线位移传感器安装在所述承载板和所述转接板之间，以便通过所述直线位移传感器检测的位移量得到所述弹性气囊的变形量。

根据本发明实施例的移动机器人组件具有结构简单和路面适应性好等优点。

在一些实施例中，所述直线位移传感器为拉绳传感器，所述拉绳传感器的壳体与所述承载板和所述转接板中的一者相连，所述拉绳传感器的伸出端与所述承载板和所述转接板中的另一者相连。

在一些实施例中，所述弹性气囊包括依次相连的第一大径段、小径段和第二大径段，所述第一大径段设置在所述第二大径段的上方，所述第一大径段包括所述上端，所述第二大径段包括所述下端。

在一些实施例中，所述连接关节进一步包括滑觉传感器，所述滑觉传感器嵌装在所述承载板的上端面上。

在一些实施例中，所述连接关节进一步包括转轴，所述转轴的轴线沿上下方向延伸，所述转轴与所述转接板相连，

轴承，所述轴承套设在所述转轴的至少一部分上，所述轴承的内圈与所述转轴相连，

轴承座，所述轴承座上具有安装孔，所述轴承的外圈与所述安装孔的孔壁相连，所述轴承座与机器人本体的上部相连，和

角位移传感器，所述角位移传感器的壳体与所述轴承座相连，所述角位移传感器的输入端与所述转轴相连，以便检测所述转轴的旋转角度。

在一些实施例中，所述安装孔为通孔，所述连接关节进一步包括轴承挡圈，所述轴承挡圈与所述转轴相连，所述轴承的内圈在上下方向上夹持在所述转接板和所述轴承挡圈之间，所述角位移传感器的壳体与所述安装孔的孔壁相连。

在一些实施例中，所述连接关节进一步包括传感器安装板，所述角位移传感器与所述传感器安装板相连，所述角位移传感器位于所述安装孔内，所述传感器安装板与所述安装孔的孔壁相连。

在一些实施例中，所述轴承为角接触球轴承，所述轴承成对设置。

在一些实施例中，所述承载板在所述转接板上的投影位于所述转接板的内部，所述拉绳传感器的壳体与所述转接板相连。

根据本发明实施例的移动机器人多机协作搬运系统包括多个移动机器人组件，多个所述移动机器人组件相互配合，多个所述移动机器人组件中的至少一者为根据本发明实施例的移动机器人组件。

根据本发明实施例的移动机器人作业具有结构简单和路面适应性好等优点。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的移动机器人组件的结构示意图。

图2是图1中连接关节的结构示意图。

图3是根据本发明一个实施例的移动机器人多机协作搬运系统工作状态图。

图4是根据本发明另一个实施例的移动机器人多机协作搬运系统工作状态图。

图5是根据本发明再一个实施例的移动机器人多机协作搬运系统工作状态图。

附图标记：

移动机器人组件100；

机器人本体1；机器人主体101；机器人轮组102；

连接关节2；弹性气囊201；第一大径段2011；第二大径段2012；小径段2013；上端2014；下端2015；承载板202；连接柱2021；转接板203；直线位移传感器204；壳体2041；伸出端2042；滑觉传感器205；转轴206；螺纹连接段2061；轴承207；轴承座208；安装孔2081；角位移传感器209；传感器安装板210；轴承挡圈211；锁紧螺母212；

负载3；

负载4；

负载5。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图5所示，根据本发明实施例的移动机器人多机协作搬运系统包括多个移动机器人组件100，多个移动机器人组件100相互配合。

多个移动机器人组件100的结构可以全部相同，多个移动机器人组件100也可以至少一者的结构与其他移动机器人组件的结构不同。

移动机器人组件100的数量根据负载的形状和重量确定，例如，对于形状为三角形的负载，如图3所示，移动机器人多机协作搬运系统可以包括三个移动机器人组件100，三个移动机器人组件100相互配合实现对负载3的搬运。又如，对于形状为矩形的负载，如图4所示，移动机器人多机协作搬运系统可以包括四个移动机器人组件100，四个移动机器人组件100相互配合实现对负载4的搬运。再如，对于形状为正五边形的负载，如图5所示，移动机器人多机协作搬运系统可以包括五个移动机器人组件100，五个移动机器人组件100相互配合实现对负载5的搬运。

可以采用领导者-跟随者模式控制多个移动机器人组件100。具体地，多个移动机器人组件100中的一者为领导者，多个移动机器人组件100中其他为跟随者，通过控制作为领导者的移动机器人组件100，使作为领导者的移动机器人组件100带动负载移动，进而通过负载带动作为跟随者的移动机器人组件100移动，从而多个移动机器人组件100相互配合实现对负载的搬运。

也可以采用中央控制器控制多个移动机器人组件100。具体地，通过中央控制器同步控制多个移动机器人组件100中的每一者移动，进而多个移动机器人组件100相互配合实现对负载的搬运。

下面参考图1和图2描述根据本发明实施例的移动机器人组件100。

移动机器人组件100包括机器人本体1和连接关节2。连接关节2包括转接板203、弹性气囊201、承载板202和六个以上的直线位移传感器204。转接板203与机器人本体1的上部相连。性气囊201具有在上下方向上相对的上端2014和下端2015，下端2015与转接板203相连。承载板202与上端2014相连，承载板202用于支撑负载。

六个以上的直线位移传感器204环绕弹性气囊201的周向间隔开地设置，六个以上的直线位移传感器204安装在承载板202和转接板203之间，以便通过直线位移传感器204检测的位移量得到弹性气囊201的变形量。

利用多个移动机器人组件100搬运负载时，负载搭放在移动机器人组件100的承载板202上或者负载通过紧固件与移动机器人组件100的承载板202相连，实现负载与多个移动机器人组件100之间的连接，并利用多个移动机器人组件100的承载板202支撑负载。之后，多个移动机器人组件100的机器人本体1运动，以便带动负载移动。在多个移动机器人组件100的机器人本体1运动过程中，利用弹性气囊201发生变形，实现多个移动机器人组件100之间的协调运动。

在弹性气囊201受力发生形变后，承载板202与转接板203之间的相对位置和姿态会相应发生变化，利用六个以上的直线位移传感器204测得的位移值，由机构学相关原理可以求解出承载板202与转接板203之间的相对位置和姿态，进而得到弹性气囊201的变形量(变形情况)。将该变形量信息反馈至机器人本体1，可以及时调整机器人本体1的运动，以便将负载搬运到设定位置。

相关技术中，移动机器人组件的连接关节由多个转动副和多个移动副组成，整体结构复杂。并且，当移动机器人组件经过高低不平的路面时，由于转动副和移动副之间的连接为刚性连接，从而连接关节容易发生振动，进而导致负载发生振动，不利于移动机器人组件搬运负载。

由此，根据本发明实施例的移动机器人组件100的连接关节2仅通过弹性气囊201便可以实现承载板202相对转接板203的六自由度的运动，与相关技术相比，大大简化了连接关节2的结构。并且，当移动机器人组件经过高低不平的路面时，可以利用弹性气囊201的变形吸收一部分振动，而减少甚至避免负载发生振动，从而本发明实施例的移动机器人组件100更容易在高低不平的路面上实现负载的搬运。

因此，根据本发明实施例的移动机器人组件100具有结构简单和路面适应性好等优点。

根据本发明实施例的移动机器人作业具有结构简单和路面适应性好等优点。

机器人本体1可以采用多种形式，例如，如图1所示，机器人本体1包括机器人主体101和机器人轮组102，利用机器人轮组102的转动实现机器人本体1的运动，该机器人本体1为轮式机器人。当然，机器人本体1也可以采用履带式或者腿式等结构。

优选地，直线位移传感器204设有六个。

在一些实施例中，直线位移传感器204为拉绳传感器，拉绳传感器的壳体2041与承载板202和转接板203中的一者相连，拉绳传感器的伸出端2042与承载板202和转接板203中的另一者相连。

例如，拉绳传感器的壳体2041与转接板203相连，拉绳传感器的伸出端2042与承载板202相连；或者，拉绳传感器的壳体2041与承载板202相连，拉绳传感器的伸出端2042与转接板203相连。

由此，利用拉绳传感器的拉绳距离实现承载板202和转接板203之间的相对位置和姿态的测量，测量方式简单，精度高，实时性好。

优选地，承载板202在转接板203上的投影位于转接板203的内部，拉绳传感器的壳体2041与转接板203相连。

例如，承载板202的中心与转接板203的中心在上下方向上相对，承载板202在水平方向上的尺寸大于转接板203在水平方向上的尺寸。

由此，方便拉绳传感器的壳体2041与转接板203相连，从而方便移动机器人组件100的组装。

优选地，承载板202上设有连接柱2021，拉绳传感器的伸出端2042与连接柱2021相连。

优选地，承载板202为六边形板。

在一些实施例中，弹性气囊201包括依次相连的第一大径段2011、小径段2013和第二大径段2012，第一大径段2011设置在第二大径段2012的上方，第一大径段2011包括上端2014，第二大径段2012包括下端2015。

利用第一大径段2011可以提高弹性气囊201与承载板202之间的连接稳定性，利用第二大径段2012可以提高弹性气囊201与转接板203之间的连接稳定性，利用设置在第一大径段2011和第二大径段2012之间的小径段2013可以更好的实现承载板202相对转接板203在水平方向的摆动，从而更好的利用弹性气囊201发生变形，实现多个移动机器人组件100之间的协调运动。

在一些实施例中，连接关节2进一步包括滑觉传感器205，滑觉传感器205嵌装在承载板202的上端面上。

当负载搭接在承载板202上时，可以利用滑觉传感器205可以检测负载与承载板202之间的滑动，控制对应移动机器人组件运动，从而有效防止负载从连接关节2上脱落。

在一些实施例中，连接关节2进一步包括转轴206、轴承207、轴承座208和角位移传感器209。转轴206的轴线沿上下方向延伸，转轴206与转接板203相连。轴承207套设在转轴206的至少一部分上，轴承207的内圈与转轴206相连。轴承座208上具有安装孔2081，轴承207的外圈与安装孔2081的孔壁相连，轴承座208与机器人本体1的上部相连。角位移传感器209的壳体与轴承座208相连，角位移传感器209的输入端与转轴206相连，以便检测转轴206的旋转角度。

由此，机器人本体1可以相对转轴2绕转轴2的轴线转动，从而机器人本体1可以相对承载板202绕转轴2的轴线转动。在机器人本体1原地回转实现转向或换向时可以避免承载板202随机器人本体1转动，从而更好的实现对负载的搬运。

在一些实施例中，安装孔2081为通孔，连接关节2进一步包括轴承挡圈211，轴承挡圈211与转轴206相连，轴承207的内圈在上下方向上夹持在转接板203和轴承挡圈211之间，角位移传感器209位于安装孔2081内，角位移传感器209的壳体与安装孔2081的孔壁相连。

例如，转轴206的下端设有螺纹连接段2061，锁紧螺母212与螺纹连接段2061相连，轴承挡圈211夹持在锁紧螺母212和转轴206的下端面之间，从轴承挡圈211与转轴206相连。

角位移传感器209位于安装孔2081内，可以避免角位移传感器209凸出转接板203，从而方便转接板203与机器人本体1的上部相连。

优选地，轴承207为角接触球轴承，角接触球轴承成对设置。

在一些实施例中，连接关节2进一步包括传感器安装板210。角位移传感器209与传感器安装板210相连，角位移传感器209位于安装孔2081内，传感器安装板210与安装孔2081的孔壁相连。换言之，角位移传感器209通过传感器安装板210与安装孔2081的孔壁相连。

由此，方便实现角位移传感器209与安装孔2081的孔壁相连，从而方便移动机器人组件100的组装。

优选地，安装孔2081内设有朝下的台阶面，传感器安装板210与台阶面相连。

根据本发明实施例的移动机器人多机协作搬运系统具有以下优点：

(1)移动机器人组件100的数量可以根据负载的形状和尺寸灵活配置，既可以适应不同的运输空间限制，同时可以适应不同的负载重量范围。

(2)连接关节2具备7个自由度，且每个自由度都具有闭环反馈功能，通过转轴206可以释放负载对移动机器人本体1的原地回转约束。

(3)连接关节2结构简单，且弹性气囊201本身具备柔性和阻尼，可以适应不同路面，降低负载的振动。

(4)承载板202相对于转接板203的六维运动测量通过六个拉绳传感器测量六根拉线距离实现，测量方式简单，精度高，实时性好。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种移动机器人组件，其特征在于，包括：

机器人本体；和

连接关节，所述连接关节包括转接板，所述转接板与所述机器人本体的上部相连，

弹性气囊，所述弹性气囊具有在上下方向上相对的上端和下端，所述下端与所述转接板相连，

承载板，所述承载板与所述上端相连，所述承载板用于支撑负载，和

六个以上的直线位移传感器，六个以上的所述直线位移传感器环绕所述弹性气囊的周向间隔开地设置，六个以上的所述直线位移传感器安装在所述承载板和所述转接板之间，以便通过所述直线位移传感器检测的位移量得到所述弹性气囊的变形量，将所述变形量反馈至所述机器人本体以便调整所述机器人本体的运动；

所述直线位移传感器为拉绳传感器，所述拉绳传感器的壳体与所述承载板和所述转接板中的一者相连，所述拉绳传感器的伸出端与所述承载板和所述转接板中的另一者相连；

所述弹性气囊包括依次相连的第一大径段、小径段和第二大径段，所述第一大径段设置在所述第二大径段的上方，所述第一大径段包括所述上端，所述第二大径段包括所述下端；

所述连接关节进一步包括滑觉传感器，所述滑觉传感器嵌装在所述承载板的上端面上。

2.根据权利要求1所述的移动机器人组件，其特征在于，所述连接关节进一步包括转轴，所述转轴的轴线沿上下方向延伸，所述转轴与所述转接板相连，

轴承，所述轴承套设在所述转轴的至少一部分上，所述轴承的内圈与所述转轴相连，

轴承座，所述轴承座上具有安装孔，所述轴承的外圈与所述安装孔的孔壁相连，所述轴承座与机器人本体的上部相连，和

角位移传感器，所述角位移传感器的壳体与所述轴承座相连，所述角位移传感器的输入端与所述转轴相连，以便检测所述转轴的旋转角度。

3.根据权利要求2所述的移动机器人组件，其特征在于，所述安装孔为通孔，所述连接关节进一步包括轴承挡圈，所述轴承挡圈与所述转轴相连，所述轴承的内圈在上下方向上夹持在所述转接板和所述轴承挡圈之间，所述角位移传感器的壳体与所述安装孔的孔壁相连。

4.根据权利要求3所述的移动机器人组件，其特征在于，所述连接关节进一步包括传感器安装板，所述角位移传感器与所述传感器安装板相连，所述角位移传感器位于所述安装孔内，所述传感器安装板与所述安装孔的孔壁相连。

5.根据权利要求2所述的移动机器人组件，其特征在于，所述轴承为角接触球轴承，所述轴承成对设置。

6.根据权利要求1所述的移动机器人组件，其特征在于，所述承载板在所述转接板上的投影位于所述转接板的内部，所述拉绳传感器的壳体与所述转接板相连。

7.一种移动机器人多机协作搬运系统，其特征在于，包括多个移动机器人组件，多个所述移动机器人组件相互配合，多个所述移动机器人组件中的至少一者为根据权利要求1-6中任一项所述的移动机器人组件。

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