CN114954735A - 一种全向移动存储搬运工程机器人 - Google Patents

一种全向移动存储搬运工程机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了机器人技术领域的存储搬运工程机器人，包括了移动底盘、抬升机构、夹爪机构、地面搬运机构和电气控制系统五部分，且电气控制系统和地面抓取设置于移动底盘的内部和后侧，抬升机构分为内抬升和外抬升，内抬升存储搬运物，设置在移动底盘的上方，外抬升框架在内抬升外部，平移夹爪设置在抬升机构框架的顶端，视野摄像头设置于抬升框架后侧底部悬挂。本发明在移动底盘上设有自适应悬挂，通过避震器和联轴器等组合达到满足可通过不同路况的需求，夹爪部分可以伸缩、横移和抬升，灵活高效，解决了搬运太死板的故有问题。

Description

一种全向移动存储搬运工程机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体为一种全向移动存储搬运工程机器人。
背景技术
存储搬运工程机器人一般具有包括移动底盘系统，夹爪结构，抬升结构，视野摄像头结构和电气控制系统，近年来广泛应用在各种教学和竞赛场合，帮助学生将知识转化成实际产品，加深对机电系统的理解，同时达到提升学生学习兴趣的目的。
但是现有的教学用存储搬运工程机器人存在四个主要的缺陷：
1、机器人的夹爪采用固定伸取位置夹取，只能依靠机器人移动改变夹取位置，导致机器人夹取搬运方式单一，搬运范围小，效率低，且操作难度也相对较大，就像是我们人抓东西的手被固定了，不能灵活的左右拿取物品，这样夹取效率就大幅下降了。
2、机器人的存储空间分布不合理，且只能达到存储的效果，无法自行将存储物取出。
3、机器人的底盘采用传统的四轮结构，造成机器人无法灵活的横向移动。这时机器人如果想进行横向移动，需要前轮左转，往前左方移动，然后再倒车回来一系列操作。无法直接横向移动，这种状态导致机器人的夹取物体效率大幅下降，同时操作难度也大幅上升。
4、部分机器人采用麦克纳姆轮结构，但是麦克纳姆轮的性质决定了四轮受力不均便会产生运动偏斜，不能按照指定的路线行驶，尤其是当路面不平整时，这种缺点就会被放大。
因此，如何设计一种可能灵活横向移动，适应多种路况且能在三维方向都进行夹取并具有很好稳定性的存储搬运工程机器人就成了急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供搬运存储机器人，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：存储搬运工程机器人，包括移动底盘、抬升机构、夹爪机构、地面搬运机构以及电气控制系统，所述地面搬运机构设置在移动底盘的侧面，抬升机构和电气控制系统设置在移动底盘的内部，且设置在夹爪机构的下方，所述抬升机构上安装视野摄像头；
移动底盘，主要是将机器人搬运功能部分运送至合适位置实施搬运，包括底盘框架、四个全向移动组件、自适应底盘悬挂架、支撑连接及防护部件，所述自适应底盘悬挂架安装四个全向移动组件，自适应底盘悬挂架安装在底盘框架上；
抬升机构，主要是保证夹抓机构可以抬升，增加可抓取高度，包括抬升框架、气缸、存储框架、直线导轨滑块及连接安装板件，通过气缸带动抬升框架在直线导轨滑块上整体上下移动，存储框架设置在抬升框架下方；
夹爪机构，用于对物体进行夹持，包括平移框架、电机、同步带、移动滑轨及夹爪，通过夹爪开闭气缸完成夹爪的夹持动作，电机带动同步带驱动平移框架在移动滑轨上进行前伸和横移两个方向，增加可抓取范围；
地面搬运机构，主要是将地面上的物块搬运并存储，包括连杆机构和翻转机构，所述连杆机构和翻转机构对翻转架进行驱动；
电气控制系统，实现机器人搬运功能的控制，包括主控板、电调、分电板、电池、气瓶和电磁阀，所述主控板与电调、分电板、电池电连接，气瓶和电磁阀连接，通过电磁阀控制气缸以及夹爪开闭气缸开闭。
优选的，所述全向移动组件采用具有全向移动功能的麦克纳姆轮组，采用单电机驱动单个麦克纳姆轮。
优选的，所述麦克纳姆轮组与电机之间添加塑料填充件，转动部位都加有法兰轴承，麦克纳姆轮与底盘框架部分连接处还加有推力球轴承。
优选的，所述自适应底盘悬挂架通过连杆的方式，使单侧两轮组活动式固连，形成四边形连杆结构，且连杆的一侧与推力球轴承连接，在两侧自适应底盘悬挂架之间添加了一组联动连杆，将两侧的连杆运动相关联。
优选的，所述存储框架的抬升采用气动式与直线滑轨搭配工作，气缸采用MA25-250，通过板件与滑块滑轨相连，抬升稳定顺滑，存储框架底部的存储抬升板上装有MA16-250气缸，气缸与轴承导轨相连，气缸工作带动存储抬升板将存储物品抬升，可配合夹爪完成取出存储物的工作。
优选的，所述夹爪机构移动采用电机传动带动同步带轮转动，同步带与移动滑轨相连，从而控制夹爪整体的横移和前伸。
优选的，所述夹爪翻转用两个电机连接联轴器，确保同轴度的同时能确保受力对称。
优选的，所述电气控制系统中的主控板上设置有主控模块和分电板，且采用单独的控制盒放置主控模块和分电板，将主控模块的调试接口外露，便于后期的调试。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明使用麦克纳姆轮组代替了传统四轮，且在麦克纳姆轮组的基础上，在移动底盘上设计了自适应底盘悬架挂机构，满足了底盘通过不同路况的需求，使存储搬运工程机器人能够稳定的迅速的移动，具有可靠的机动灵活性能，能够稳定的攀爬斜坡，具有一定的负载能力，可在承载任务负载的情况下达到要求的性能指标，具有一定的刚性及稳定性，能够支持夹爪结构工作时无抖动，具有高精确度的直线运行能力，在一定长度的直线运动情况下不发生偏斜。
2、夹爪结构由传统固定夹爪改为了平移夹爪结构，将夹爪设置于所设计的平行滑轨装置上，由左右同步带带动夹爪结构进行稳定的左右平移，使存储搬运工程机器人能够在不移动的情况下移动夹爪结构进行精确灵活的移动。且在平行滑轨装置的基础上设置了伸缩滑轨装置，使夹爪结构能很好的夹取特定处的物品，同时大幅增加了储搬运工程机器人夹取物品的夹取范围，可平移、前伸、抬升。
3、存储机构置于抬升框架的内部，合理地利用空间，且存储机构底部抬升板下面装有气缸，可以将所存储物抬升至夹爪可抓取的高度，可以将存储搬运的特点有效的发挥出来。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明移动底盘结构示意图；
图3为本发明图1前视结构示意图；
图4为本发明图1一侧侧视结构示意图；
图5为本发明图1另一侧侧视结构示意图；
图6为本发明夹爪机构结构示意图；
图7为本发明地面搬运机构结构示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：存储搬运工程机器人，包括移动底盘1、抬升机构2、夹爪机构3、地面搬运机构4以及电气控制系统5，所述地面搬运机构4设置在移动底盘1的侧面，抬升机构2和电气控制系统5设置在移动底盘1的内部，且设置在夹爪机构3的下方，所述抬升机构2上安装视野摄像头6；
移动底盘1，主要是将机器人搬运功能部分运送至合适位置实施搬运，包括底盘框架11、四个全向移动组件12、自适应底盘悬挂架13、支撑连接及防护部件14，所述自适应底盘悬挂架13安装四个全向移动组件12，自适应底盘悬挂架13安装在底盘框架11上，底盘框架11由铝方管和碳板拼接而成；
其中，所述全向移动组件12采用具有全向移动功能的麦克纳姆轮组，采用单电机驱动单个麦克纳姆轮，采用单电机驱动单个麦克纳姆轮的方式，在满足全向移动的功能情况下，还为大负载的运动的平稳靠性提供了可靠支持。
其中，所述麦克纳姆轮组与电机之间添加塑料填充件，转动部位都加有法兰轴承，使转动灵活，麦克纳姆轮与底盘框架部分连接处还加有推力球轴承，保证其在轴向受力时能够灵活转动，且该结构还能进一步提升系统刚度。
所述自适应底盘悬挂架13通过连杆的方式，使单侧两轮组活动式固连，形成四边形连杆结构，且连杆的一侧与推力球轴承连接，在两侧自适应底盘悬挂架13之间添加了一组联动连杆，将两侧的连杆运动相关联。
抬升机构2，主要是保证夹抓机构3可以抬升，增加可抓取高度，包括抬升框架21、气缸22、存储框架23、直线导轨滑块24及连接安装板件，通过气缸22带动抬升框架21在直线导轨滑块24上整体上下移动，存储框架23设置在抬升框架21下方；
夹爪机构3，用于对物体进行夹持，包括平移框架31、电机32、同步带33、移动滑轨34及夹爪35，通过夹爪开闭气缸36完成夹爪35的夹持动作，电机32带动同步带33驱动平移框架31在移动滑轨34上进行前伸和横移两个方向，增加可抓取范围；所述夹爪机构3移动采用电机32传动带动同步带轮转动，同步带33与移动滑轨34相连，从而控制夹爪整体的横移和前伸，控制简单，移动平稳且流畅。所述夹爪35翻转用两个电机32连接联轴器，确保同轴度的同时能确保受力对称。
地面搬运机构4，主要功能是搬运掉落地面上的物品，将地面上的物块搬运并存储，包括连杆机构41和翻转机构42，所述连杆机构41和翻转机构42对翻转架进行驱动，从而将地面上物品翻转至存储部分。
控制气缸22的伸缩带动四周外抬升竖梁组成的抬升框架21进行升降，抬升机构2内部为存储空间。气缸22伸缩带动轴承导轨上下移动，从而达到抬升存储物的效果，竖抬升梁将存储空间分割为前后两部分。所述存储框架23的抬升采用气动式与直线滑轨搭配工作，气缸22采用MA25-250，所能承载力大，行程较大，通过板件与滑块滑轨相连，抬升稳定顺滑，存储框架23底部的存储抬升板上装有MA16-250气缸，气缸与轴承导轨相连，气缸工作带动存储抬升板将存储物品抬升，可配合夹爪完成取出存储物的工作。
电气控制系统5，实现机器人搬运功能的控制，包括主控板、电调52、分电板、电池54、气瓶55和电磁阀51，所述主控板与电调52、分电板、电池54电连接，气瓶55和电磁阀51连接，通过电磁阀51控制气缸22以及夹爪开闭气缸36开闭。所述电气控制系统5中的主控板上设置有主控模块和分电板，且采用单独的控制盒放置主控模块和分电板，将主控模块的调试接口外露，便于后期的调试。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.存储搬运工程机器人，其特征在于：包括移动底盘(1)、抬升机构(2)、夹爪机构(3)、地面搬运机构(4)以及电气控制系统(5)，所述地面搬运机构(4)设置在移动底盘(1)的侧面，抬升机构(2)和电气控制系统(5)设置在移动底盘(1)的内部，且设置在夹爪机构(3)的下方，所述抬升机构(2)上安装视野摄像头(6)；
移动底盘(1)，主要是将机器人搬运功能部分运送至合适位置实施搬运，包括底盘框架(11)、四个全向移动组件(12)、自适应底盘悬挂架(13)、支撑连接及防护部件(14)，所述自适应底盘悬挂架(13)安装四个全向移动组件(12)，自适应底盘悬挂架(13)安装在底盘框架(11)上；
抬升机构(2)，主要是保证夹抓机构(3)可以抬升，增加可抓取高度，包括抬升框架(21)、气缸(22)、存储框架(23)、直线导轨滑块(24)及连接安装板件，通过气缸(22)带动抬升框架(21)在直线导轨滑块(24)上整体上下移动，存储框架(23)设置在抬升框架(21)下方；
夹爪机构(3)，用于对物体进行夹持，包括平移框架(31)、电机(32)、同步带(33)、移动滑轨(34)及夹爪(35)，通过夹爪开闭气缸(36)完成夹爪(35)的夹持动作，电机(32)带动同步带(33)驱动平移框架(31)在移动滑轨(34)上进行前伸和横移两个方向，增加可抓取范围；
地面搬运机构(4)，主要是将地面上的物块搬运并存储，包括连杆机构(41)和翻转机构(42)，所述连杆机构(41)和翻转机构(42)对翻转架进行驱动；
电气控制系统(5)，实现机器人搬运功能的控制，包括主控板、电调(52)、分电板、电池(54)、气瓶(55)和电磁阀(51)，所述主控板与电调(52)、分电板、电池(54)电连接，气瓶(55)和电磁阀(51)连接，通过电磁阀(51)控制气缸(22)以及夹爪开闭气缸(36)开闭。
2.根据权利要求1所述的存储搬运工程机器人，其特征在于：所述全向移动组件(12)采用具有全向移动功能的麦克纳姆轮组，采用单电机驱动单个麦克纳姆轮。
3.根据权利要求2所述的存储搬运工程机器人，其特征在于：所述麦克纳姆轮组与电机之间添加塑料填充件，转动部位都加有法兰轴承，麦克纳姆轮与底盘框架部分连接处还加有推力球轴承。
4.根据权利要求3所述的存储搬运工程机器人，其特征在于：所述自适应底盘悬挂架(13)通过连杆的方式，使单侧两轮组活动式固连，形成四边形连杆结构，且连杆的一侧与推力球轴承连接，在两侧自适应底盘悬挂架(13)之间添加了一组联动连杆，将两侧的连杆运动相关联。
5.根据权利要求1所述的存储搬运工程机器人，其特征在于：所述存储框架(23)的抬升采用气动式与直线滑轨搭配工作，气缸(22)采用MA25-250，通过板件与滑块滑轨相连，抬升稳定顺滑，存储框架(23)底部的存储抬升板上装有MA16-250气缸，气缸与轴承导轨相连，气缸工作带动存储抬升板将存储物品抬升，可配合夹爪完成取出存储物的工作。
6.根据权利要求1所述的存储搬运工程机器人，其特征在于：所述夹爪机构(3)移动采用电机(32)传动带动同步带轮转动，同步带(33)与移动滑轨(34)相连，从而控制夹爪整体的横移和前伸。
7.根据权利要求6所述的存储搬运工程机器人，其特征在于：所述夹爪(35)翻转用两个电机(32)连接联轴器，确保同轴度的同时能确保受力对称。
8.根据权利要求1所述的存储搬运工程机器人，其特征在于：所述电气控制系统(5)中的主控板上设置有主控模块和分电板，且采用单独的控制盒放置主控模块和分电板，将主控模块的调试接口外露，便于后期的调试。
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