CN113929020B - 一种高精度多功能作业移动机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高精度多功能作业移动机器人，包括AGV底盘总成以及安装在AGV底盘总成上的三自由度操作平台，AGV底盘总成包括：底盘本体，用于提供底盘框架；三自由度移动平台，具有XYZ三个方向的移动自由度，固定在底盘本体上；底盘支撑机构，与底盘本体固定连接，用于支撑底盘本体；驱动支撑机构，安装在底盘本体上，用于驱动车轮运动；车轮，用于实现移动机器人的运动。与现有技术相比，本发明具有作业精度高、多功能等优点。

Description

一种高精度多功能作业移动机器人
技术领域
本发明涉及物料搬运及装配作业技术领域，尤其是涉及一种高精度多功能作业移动机器人。
背景技术
AGV广泛的运用于仓储物流搬运领域以及作为一个操作平台来使用，常见的AGV没有支撑机构使得其在作为操作平台时不稳定，同时常见的AGV只具有顶升功能，不能通过底盘上的举升机构来提高它的定位精度。
中国专利CN209683870U中公开了一种AGV减震小车，包括驱动轮和AGV车体，驱动轮安装在AGV车体的靠后侧横向内部，通过改进AGV车体与物料平台之间的安装固定方式，通过增加两组无谐振全向垫式减震器，把传统的AGV车体直接与物料平台进行安装固定的方式改进为AGV车体通过两组新型的无谐振全向垫式减震器与物料平台进行连接固定。该专利中的AGV小车具有常规的搬运功能，但是功能单一，无法充分利用其机器人硬件基础以进行作业。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高精度多功能作业移动机器人。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高精度多功能作业移动机器人，包括AGV底盘总成以及安装在AGV底盘总成上的三自由度操作平台，所述的AGV底盘总成包括：
底盘本体，用于提供底盘框架；
三自由度移动平台，具有XYZ三个方向的移动自由度，固定在底盘本体上；
底盘支撑机构，与底盘本体固定连接，用于支撑底盘本体；
驱动支撑机构，安装在底盘本体上，用于驱动车轮运动；
车轮，用于实现移动机器人的运动。
优选地，所述的三自由度移动平台包括移动平台、第一安装板、Y轴方向驱动单元和XZ轴方向驱动单元；所述的XZ轴方向驱动单元安装在底盘本体上；所述的第一安装板安装在XZ轴方向驱动单元上；所述的Y轴方向驱动单元安装在第一安装板上；所述的移动平台安装在Y轴方向驱动单元上。
更加优选地，所述的Y轴方向驱动单元包括顶部驱动电机、顶部滑块模组和第二丝杠；所述的顶部驱动电机固定在第一安装板上；所述的第二丝杠与顶部驱动电机的输出轴相连；所述的顶部滑块模组安装在第二丝杠上；所述的移动平台安装在顶部滑块模组上。
更加优选地，所述的XZ轴方向驱动单元包括X型结构滑块模组、X型结构第一臂杆、X型结构第二臂杆、底部驱动电机、第二滑块模组、第一丝杠和第一滑块模组；
所述的X型结构第一臂杆和X型结构第二臂杆交叉组成X型结构，两个臂杆的中心位置转动连接；
所述的X型结构第一臂杆的顶部转动关节与X型结构滑块模组转动连接，X型结构滑块模组沿X轴方向安装在第一安装板上，X型结构滑块模组与第一安装板滑动连接；所述的X型结构第一臂杆的底部通过转动关节与第一滑块模组转动连接，第一滑块模组安装在第一丝杠上；
所述的X型结构第二臂杆的顶部通过转动关节与第一安装板转动连接，底部通过转动关节与第二滑块模组转动连接，第二滑块模块安装在第一丝杠上；
所述的第一丝杠与底部驱动电机的输出轴相连。
更加优选地，所述的底部驱动电机的数量为四个，第一丝杠的数量也为四个，四个第一丝杠安装在四个底部驱动电机的输出轴上，四个底部驱动电机独立控制。
优选地，所述的底盘支撑机构包括支撑驱动电机、支撑电机支架、支撑基座、第一滑块、支撑杆、第三丝杠和第六移动关节；所述的支撑基座固定在底盘本体上；所述的支撑电机支架固定在支撑基座上；所述的支撑驱动电机沿Z轴方向安装在支撑电机支架上；所述的第六移动关节沿Z轴方向规定在支撑基座上；所述的第三丝杠与支撑驱动电机的输出轴相连；所述的第一滑块安装在第三丝杠上，同时第一滑块还通过第六移动关节与支撑基座滑动连接；所述的支撑杆沿Z轴方向安装在第一滑块上。
优选地，所述的驱动支撑机构包括第二安装板、伺服电机支架、伺服电机、联轴器和伺服电机输出轴；
所述的伺服电机支架固定在第二安装板上；所述的伺服电机固定在伺服电机支架上；所述的伺服电机输出轴通过联轴器与车轮连接；所述的第二安装板与底盘本体相连。
更加优选地，所述的驱动支撑机构还设有减震器和第二滑块；所述的减震器的两端通过转动关节分别与底盘本体和第二安装板转动连接；所述的第二滑块设置在第二安装板上，实现第二安装板与底盘本体之间的滑动连接。
优选地，所述的底盘支撑机构的数量为四个，分别设置在底盘本体的四个边角处；所述的驱动支撑机构的数量与车轮的数量相同。
优选地，所述的车轮为麦克纳姆轮。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
一、作业精度高：本发明中的移动机器人在遇到起伏地面时，由于驱动支撑模块具有缓冲减震的能力，保持运行时的精度；当AGV小车停下时，底盘支撑单元下放，避免因为减震器导致的震动，使得底盘本体保持高稳定性；固定连接与AGV底盘上的三自由度移动平台通过X、Y、Z三个方向上的微调使得AGV小车的移动平台具有高精度。
二、多功能：本发明中移动机器人可以作为仓储物流移动机器人实用，也可以当作一个具有高精度的可移动工作平台来使用，移动平台适配多种操作平台，针对需要多功能作业的操作平台，本发明中的移动机器人均适用。
附图说明
图1为本发明中移动机器人AGV底盘总成及小车的轴测结构示意图；
图2是本发明中移动机器人AGV底盘总成轴测结构示意图；
图3是本发明中移动机器人AGV盘总成底盘本体的内部结构示意图；
图4是本发明中移动机器人AGV底盘总成底盘本体俯视结构示意图；
图5是本发明中移动机器人AGV底盘总成三自由度移动平台侧视结构示意图；
图6是本发明中移动机器人AGV底盘总成三自由度移动平台轴测结构示意图；
图7是本发明中移动机器人AGV底盘总成底盘支撑单元侧视结构示意图；
图8是本发明中移动机器人AGV底盘总成底盘支撑单元轴测结构示意图；
图9是本发明中移动机器人AGV底盘总成驱动支撑模块侧视结构示意图；
图10是本发明中移动机器人AGV底盘总成驱动支撑模块轴测结构示意图。
图中标号所示：
1、底盘本体，11、底部电机支架安装孔位，12、移动平台导轨，13、底盘支撑机构安装孔位，14、驱动支撑机构安装孔位，15、驱动支撑机构运行导轨；
2、三自由度移动平台，21、移动平台，22、顶部驱动电机，23、顶部滑块模组，24、第一安装板，25、X型结构滑块模组，26、X型结构第一臂杆，27、X型结构第二臂杆，28、第一减速器，29、底部驱动电机，210、底部电机支架，211、第二滑块模组，212、第三转动关节，213、第一丝杠，214、第五转动关节，215、第一滑块模组，216、第一转动关节，217、第二转动关节，218、第四转动关节，219、第一移动关节，220、顶部电机支架，221、第四移动关节，222、第二丝杠，223、第二移动关节，224、第三移动关节；
3、底盘支撑机构，31、支撑驱动电机，32、支撑电机支架，33、支撑基座，34、第一滑块，35、支撑杆，36、限位板，37、第三丝杠，38、第六移动关节；
4、驱动支撑机构，41、减震器，42、第二安装板，43、法兰模块，44、伺服电机支架，45、第二减速器，46、伺服电机，47、联轴器，48、第二滑块，49、伺服电机输出轴，410、第七转动关节，411、第六转动关节，412、第五移动关节，413、第八转动关节；
5、车轮。
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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1～10所示，本实施例提供一种高精度多功能作业移动机器人，包括AGV底盘总成以及安装在AGV底盘总成上的三自由度操作平台，AGV底盘总成包括：
底盘本体1，用于提供底盘框架。
三自由度移动平台2，具有XYZ三个方向的移动自由度，固定在底盘本体1上。
底盘支撑机构3，与底盘本体1固定连接，用于支撑底盘本体1。
驱动支撑机构4，安装在底盘本体1上，用于驱动车轮5运动。
车轮5，用于实现移动机器人的运动。
下面分别对各个机构进行描述：
一、底盘本体1
如图3和图4所示，底盘本体1分别与驱动支撑机构4、底盘支撑机构3及三自由度移动平台2连接。在底盘本体1上设有底部电机支架安装孔位11、移动平台导轨12、底盘支撑机构安装孔位13、驱动支撑机构安装孔位14和驱动支撑机构运行导轨15，用于为其他机构的安装及运动提供基础部件。
二、三自由度移动平台2
三自由度移动平台2的结构如图5和图6所示，包括移动平台21、第一安装板24、Y轴方向驱动单元和XZ轴方向驱动单元，XZ轴方向驱动单元安装在底盘本体1上，第一安装板24安装在XZ轴方向驱动单元上，Y轴方向驱动单元安装在第一安装板24上，移动平台21安装在Y轴方向驱动单元上。
Y轴方向驱动单元包括顶部驱动电机22、顶部滑块模组23、第一移动关节219、顶部电机支架220和第二丝杠222。顶部电机支架220固定在第一安装板24上，顶部驱动电机22安装在顶部电机支架220上，第二丝杠222与顶部驱动电机22的输出轴相连，顶部滑块模组23安装在第二丝杠222上，移动平台21安装在顶部滑块模组23上，顶部滑块模组23通过第一移动关节219与第一安装板24建立可移动的关节。
XZ轴方向驱动单元包括X型结构滑块模组25、X型结构第一臂杆26、X型结构第二臂杆27、底部驱动电机29、底部电机支架210、第二滑块模组211、第三转动关节212、第一丝杠213、第五转动关节214、第一滑块模组215、第一转动关节216、第二转动关节217和第四转动关节218。
X型结构第一臂杆26和X型结构第二臂杆27交叉组成X型结构，两个臂杆的通过第五转动关节214建立可转动的连接，X型结构第一臂杆26的顶部通过第二转动关节217与X型结构滑块模组25建立可转动的连接。
X型结构滑块模组25沿X轴方向安装在第一安装板24上，X型结构滑块模组25与第一安装板24滑动连接。X型结构第一臂杆26的底部通过第一转动关节216与第一滑块模组215建立可转动的连接，第一滑块模组215安装在第一丝杠213上。
X型结构第二臂杆27的顶部通过第四转动关节218与第一安装板24建立可转动的连接，底部通过第三转动关节212与第二滑块模组211建立可转动的连接，第二滑块模块211安装在第一丝杠213上。
第一丝杠213与底部驱动电机29的输出轴相连。
X型结构按照底盘本体1中心原点对称设置，X型结构滑块模组25按照第一安装板24的中心原点对称布置。
第一转动关节216、第二转动关节217、第三转动关节212、第四转动关节218、第五转动关节214、第一移动关节219、第二移动关节223、第三移动关节224、第四移动关节221是与AGV底盘本体1平行的。
运行原理：四个底部驱动电机29带动对应的第一丝杠213转动方向相同时，此时第一滑动模组215与第二滑动模组211间做出相向或者背离运动，移动平台21实现沿Z轴方向上的垂直运动；
当位于底盘本体1一侧的底部驱动电机29与位于底盘本体1另一侧的底部驱动电机29转动方向相反时，此时第一滑动模组215与第二滑动模组211同向运动，移动平台21实现沿X轴方向上的移动；
当所述的顶部驱动电机22驱动第二丝杠222带动顶部滑块模组23移动时，移动平台21实现沿Y轴的移动。
三、底盘支撑机构3
底盘支撑机构3的结构如图7和图8所示，包括支撑驱动电机31、支撑电机支架32、支撑基座33、第一滑块34、支撑杆35、限位板36、第三丝杆37和第六移动关节38。
支撑基座33固定在底盘本体1上，支撑电机支架32固定在支撑基座33上，支撑驱动电机31沿Z轴方向安装在支撑电机支架32上，第六移动关节38沿Z轴方向规定在支撑基座33上，第三丝杠37与支撑驱动电机31的输出轴相连，第一滑块34安装在第三丝杠37上，同时第一滑块34还通过第六移动关节28与支撑基座33滑动连接，支撑杆35沿Z轴方向安装在第一滑块34上。限位板36固定在支撑基座33上，用于对滑块34进行限位。
第一转动关节216、第二转动关节217、第三转动关节212、第四转动关节218、第五转动关节214、第一移动关节219是沿前后方向设置的，第二移动关节223、第三移动关节224及第四移动关节221是沿左右方向设置的。
四、驱动支撑机构4
驱动支撑机构4包括用于提供驱动力的驱动组件和用于提供支撑的支撑组件，其结构如图9和图10所示，包括减震器41、第二安装板42、法兰模块43、伺服电机支架44、减速器45、伺服电机46、联轴器47、第二滑块48、伺服电机输出轴49、第七转动关节410、第六转动关节411、第五移动关节412和第八转动关节413。
第二安装板42上部通过第七转动关节410连接至减震器41下端部，减震器41上端部通过第六转动关节411与底盘本体1的驱动支撑模块安装孔位14建立可转动连接，第二滑块48通过第五移动关节412与底盘本体1侧面的驱动支撑机构运动导轨15建立可移动连接，法兰模块43与第二安装板42固定连接，第二安装板42与伺服电机支架44固定连接，第二安装板42与滑块48固定连接，减速器45与伺服电机支架44固定连接，伺服电机输出轴49与法兰模块43通过第八转动关节413建立可转动连接，每个车轮5都固定安装在对应的伺服电机输出轴49上面。
第五移动关节412与Z轴平行，第七转动关节410和第六转动关节411沿底盘本体1前后方向布置，第八转动关节413沿底盘本体1左右方向布置。
本实施例中的底盘支撑机构3的数量为四个，分别设置在底盘本体1的四个边角处，驱动支撑机构4的数量与车轮5的数量相同。
五、车轮5
车轮5采用麦克纳姆轮。
本实施例中的AGV底盘总成及基于此底盘总成的麦克纳姆轮AGV小车，在遇到起伏地面时，由于驱动支撑机构4具有缓冲减震的能力，保持运行时的精度；当AGV小车停下时，底盘支撑机构3下放，避免因为减震器41导致的震动，使得底盘本体1保持高稳定性；固定连接与AGV底盘本体1上的三自由度移动平台2通过X、Y、Z三个方向上的微调使得AGV小车的移动平台具有高精度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种高精度多功能作业移动机器人，包括AGV底盘总成以及安装在AGV底盘总成上的三自由度操作平台，其特征在于，所述的AGV底盘总成包括：
底盘本体(1)，用于提供底盘框架；
三自由度移动平台(2)，具有XYZ三个方向的移动自由度，固定在底盘本体(1)上；
底盘支撑机构(3)，与底盘本体(1)固定连接，用于支撑底盘本体(1)；
驱动支撑机构(4)，安装在底盘本体(1)上，用于驱动车轮(5)运动；
车轮(5)，用于实现移动机器人的运动；
所述的三自由度移动平台(2)包括移动平台(21)、第一安装板(24)、Y轴方向驱动单元和XZ轴方向驱动单元；所述的XZ轴方向驱动单元安装在底盘本体(1)上；所述的第一安装板(24)安装在XZ轴方向驱动单元上；所述的Y轴方向驱动单元安装在第一安装板(24)上；所述的移动平台(21)安装在Y轴方向驱动单元上；
所述的XZ轴方向驱动单元包括X型结构滑块模组(25)、X型结构第一臂杆(26)、X型结构第二臂杆(27)、底部驱动电机(29)、第二滑块模组(211)、第一丝杠(213)和第一滑块模组(215)；
所述的X型结构第一臂杆(26)和X型结构第二臂杆(27)交叉组成X型结构，两个臂杆的中心位置转动连接；
所述的X型结构第一臂杆(26)的顶部转动关节与X型结构滑块模组(25)转动连接，X型结构滑块模组(25)沿X轴方向安装在第一安装板(24)上，X型结构滑块模组(25)与第一安装板(24)滑动连接；所述的X型结构第一臂杆(26)的底部通过转动关节与第一滑块模组(215)转动连接，第一滑块模组(215)安装在第一丝杠(213)上；
所述的X型结构第二臂杆(27)的顶部通过转动关节与第一安装板(24)转动连接，底部通过转动关节与第二滑块模组(211)转动连接，第二滑块模组 (211)安装在第一丝杠(213)上；
所述的第一丝杠(213)与底部驱动电机(29)的输出轴相连；
所述的底盘支撑机构(3)包括支撑驱动电机(31)、支撑电机支架(32)、支撑基座(33)、第一滑块(34)、支撑杆(35)、第三丝杠(37)和第六移动关节(38 )；所述的支撑基座(33)固定在底盘本体(1)上；所述的支撑电机支架(32)固定在支撑基座(33)上；所述的支撑驱动电机(31)沿Z轴方向安装在支撑电机支架(32)上；所述的第六移动关节(38)沿Z轴方向规定在支撑基座(33)上；所述的第三丝杠(37)与支撑驱动电机(31)的输出轴相连；所述的第一滑块(34)安装在第三丝杠(37)上，同时第一滑块(34)还通过第六移动关节(28)与支撑基座(33)滑动连接；所述的支撑杆(35)沿Z轴方向安装在第一滑块(34)上。
2.根据权利要求1所述的一种高精度多功能作业移动机器人，其特征在于，所述的Y轴方向驱动单元包括顶部驱动电机(22)、顶部滑块模组(23)和第二丝杠(222)；所述的顶部驱动电机(22)固定在第一安装板(24)上；所述的第二丝杠(222)与顶部驱动电机(22)的输出轴相连；所述的顶部滑块模组(23)安装在第二丝杠(222)上；所述的移动平台(21)安装在顶部滑块模组(23)上。
3.根据权利要求1所述的一种高精度多功能作业移动机器人，其特征在于，所述的底部驱动电机(29)的数量为四个，第一丝杠(213)的数量也为四个，四个第一丝杠(213)安装在四个底部驱动电机(29)的输出轴上，四个底部驱动电机(29)独立控制。
4.根据权利要求1所述的一种高精度多功能作业移动机器人，其特征在于，所述的驱动支撑机构(4)包括第二安装板(42)、伺服电机支架(44)、伺服电机(46)、联轴器(47)和伺服电机输出轴(49)；
所述的伺服电机支架(44)固定在第二安装板(42)上；所述的伺服电机(46)固定在伺服电机支架(44)上；所述的伺服电机输出轴(49)通过联轴器(47)与车轮(5)连接；所述的第二安装板(42)与底盘本体(1)相连。
5.根据权利要求4所述的一种高精度多功能作业移动机器人，其特征在于，所述的驱动支撑机构(4)还设有减震器(41)和第二滑块(48)；所述的减震器(41)的两端通过转动关节分别与底盘本体(1)和第二安装板(42)转动连接；所述的第二滑块(48)设置在第二安装板(42)上，实现第二安装板(42)与底盘本体(1)之间的滑动连接。
6.根据权利要求1所述的一种高精度多功能作业移动机器人，其特征在于，所述的底盘支撑机构(3)的数量为四个，分别设置在底盘本体(1)的四个边角处；所述的驱动支撑机构(4)的数量与车轮(5)的数量相同。
7.根据权利要求1所述的一种高精度多功能作业移动机器人，其特征在于，所述的车轮(5)为麦克纳姆轮。
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