CN204149156U - 一种光盘移动机器人 - Google Patents

Abstract

一种光盘移动机器人，它涉及一种机器人。本实用新型为了解决现有的用于物品移动的机器人在移动过程中存在移动不平稳、可靠性差以及不适用于光盘移动的问题。本实用新型的第一传动组件安装在矩形运动机架的长边上，水平运动机架通过Y轴操作臂安装在矩形运动机架上，X轴操作臂安装在水平运动机架上，第二传动组件安装在水平运动机架的底端面上，第三传动组件固定安装在X轴操作臂的上端，丝杠竖直穿设在Z轴操作臂内，丝杠的一端与第三传动组件的输出端连接，丝杠的另一端与机械手固定连接。本实用新型用于光盘移动。

Description

一种光盘移动机器人

技术领域

本实用新型涉及一种物品移动机器人，具体涉及一种在料仓和刻录光驱间移动光盘的机器人。

背景技术

在大数据时代，数据量的膨胀造成巨大的数据存储压力，目前，以蓝光光盘为代表的大容量光盘存储技术很好的解决了该困难。每1000只光盘存储能力为1024TB，相对于传统的硬盘存储能够节省50％的存储量及80％的耗电量，保存时间则延长到50年。但大量的数据必然带来大量光盘的拷贝工作，并且常常伴随有非人操作的保密需求。现有的用于物品移动的机器人在移动过程中存在移动不平稳、可靠性差以及不适用于光盘移动的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有的用于物品移动的机器人在移动过程中存在移动不平稳、可靠性差以及不适用于光盘移动的问题。进而提供一种光盘移动机器人。

本实用新型的技术方案是：一种光盘移动机器人包括机械手和操作臂，机械手安装在操作臂的下端，所述操作臂包括矩形运动机架、水平运动机架、第一传动组件、第二传动组件、X轴操作臂、第三传动组件、丝杠、Z轴操作臂和Y轴操作臂，第一传动组件安装在矩形运动机架的长边上，水平运动机架通过Y轴操作臂可滑动安装在矩形运动机架上并平行于矩形运动机架的短边，X轴操作臂可滑动安装在水平运动机架上，第二传动组件安装在水平运动机架的底端面上，第三传动组件固定安装在X轴操作臂的上端，丝杠竖直穿设在Z轴操作臂内，且丝杠的一端与第三传动组件的输出端连接，丝杠的另一端与机械手固定连接，第一传动组件、第二传动组件和第三传动组件的结构相同。

所述第一传动组件包括第一传动电机、传动带和两个带轮，两个带轮分别安装在矩形运动机架长边的两端，两个带轮之间通过传动带连接，第一传动电机安装在矩形运动机架的短边上，且第一传动电机的输出端与一个带轮连接。

所述Y轴操作臂与传动带固定连接。

所述机械手包括直流电机、法兰、接近开关、传动轴、套筒、轴承座、第一钢珠、第一压块、联轴器、上连接座、上轴承、下轴承、立板、盖板、底板、下连接座、第二钢珠、第二压块、凸轮和两根滑动轴，上连接座通过联轴器与机械臂的执行端固定连接，直流电机通过法兰固定安装在上连接座上，传动轴固定连接在直流电机的输出端，套筒套装在传动轴上，轴承座通过上轴承和下轴承与传动轴连接，传动轴的下端与凸轮连接，立板和盖板与轴承座的下端固定连接，底板固定安装在立板和盖板的下端组成封闭的空间结构，滑动轴水平安装在立板的内侧壁上，第一压块和第二压块分别可移动套装在一根滑动轴上，且第一压块和第二压块的下端伸出盖板，凸轮与第一压块和第二压块之间通过第一钢珠和第二钢珠连接，接近开关通过下连接座与上连接座连接，所述第一压块的上端面上开有滚珠轨道槽，第一压块的下端为二分之一倒锥形凸台，第一压块上水平开有滑动轴孔，且滑动轴孔与滚珠轨道槽垂直，第一压块上竖直开有通孔，且通孔垂直于滑动轴孔。

所述机械手还包括第一铜套和第二铜套，第一压块和第二压块分别通过第一铜套和第二铜套可移动套装在滑动轴上，第一压块和第二压块的结构相同。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：

本实用新型在使用时要求操作臂在光盘抓取、移动和松放过程中具有运动平稳和精确定位的特点，因此，操作臂采用直角坐标机构。直角坐标机器人具有精度高、行程大、负载能力强、动态特性好的优点，特别适用于多品种、大批量的柔性化作业，对于稳定提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。它由相互垂直的三个轴构成空间直角坐标系，满足料仓和光驱间移动光盘对操作空间的要求。

光盘的特点决定了在机械手抓取过程中不能对盘面磨损，光盘内孔为基底材料，是最佳抓取位置。因此，依据光盘内孔形状和尺寸设计了锥形的夹持端机构，该机构由两个相同的压块组成，通过控制两个压块的相对距离来执行光盘的取和放操作。

该机器人通过设计基于直角坐标机构的操作臂和光盘取放机械手，实现了光盘在一定空间内的平稳、可靠移动。操作臂运动平稳、动态特性好，且执行效率达到85-95％，保证了光盘平稳快速的送达指定位置。机械手通过控制一个电机实现抓取和松放操作，且动作良好的运动特性和操作的稳定性，通过接近开关保证了机械手与光盘相对距离的精准定位，实现了光盘稳定抓取的同时保证了每次只抓取一张光盘，提高了机械手操作的准确性。该机构轻巧、精度高，配合直角坐标操作臂能够很好的实现一定空间内光盘的准确取放任务，效率高且对光盘无损伤。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。图2为本实用新型的第一压块或第二压块整体结构示意图。图3为本实用新型的轴测图。图4为本实用新型的侧视图。图5为本实用新型的剖视图。图6为用于中继通信的机器人的整体结构图；图7为用于中继通信的机器人的系统框图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的一种光盘移动机器人包括机械手和操作臂，机械手安装在操作臂的下端，所述操作臂包括矩形运动机架30、水平运动机架31、第一传动组件、第二传动组件、X轴操作臂32、第三传动组件、丝杠33、Z轴操作臂34和Y轴操作臂35，第一传动组件安装在矩形运动机架30的长边上，水平运动机架31通过Y轴操作臂35可滑动安装在矩形运动机架30上并平行于矩形运动机架30的短边，X轴操作臂32可滑动安装在水平运动机架31上，第二传动组件安装在水平运动机架31的底端面上，第三传动组件固定安装在X轴操作臂32的上端，丝杠33竖直穿设在Z轴操作臂34内，且丝杠33的一端与第三传动组件的输出端连接，丝杠33的另一端与机械手固定连接，第一传动组件、第二传动组件和第三传动组件的结构相同。

具体实施方式二：结合图3和图5说明本实施方式，本实施方式的第一传动组件包括第一传动电机36、传动带37和两个带轮38，两个带轮38分别安装在矩形运动机架30长边的两端，两个带轮38之间通过传动带37连接，第一传动电机36安装在矩形运动机架30的短边上，且第一传动电机36的输出端与一个带轮38连接。如此设置，结构简单，运行稳定。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本实施方式在实现的时候，优选齿形传动带37，使得运行更加平稳、精确。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的Y轴操作臂35与传动带37固定连接。如此设置，便于保证Y轴操作臂35与第一传动组件的固定连接和可靠运行。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图2至图5说明本实施方式，本实施方式的机械手包括直流电机1、法兰2、接近开关3、传动轴4、套筒5、轴承座6、第一钢珠7、第一压块8、联轴器9、上连接座10、上轴承11、下轴承12、立板13、盖板14、底板15、下连接座16、第二钢珠17、第二压块19、凸轮20和两根滑动轴21，上连接座10通过联轴器9与机械臂的执行端固定连接，直流电机1通过法兰2固定安装在上连接座10上，传动轴4固定连接在直流电机1的输出端，套筒5套装在传动轴4上，轴承座6通过上轴承11和下轴承12与传动轴4连接，传动轴4的下端与凸轮20连接，立板13和盖板14与轴承座6的下端固定连接，底板15固定安装在立板13和盖板14的下端组成封闭的空间结构，滑动轴21水平安装在立板13的内侧壁上，第一压块8和第二压块19分别可移动套装在一根滑动轴21上，且第一压块8和第二压块19的下端伸出盖板14，凸轮20与第一压块8和第二压块19之间通过第一钢珠7和第二钢珠17连接，接近开关3通过下连接座16与上连接座10连接，所述第一压块8的上端面上开有滚珠轨道槽23，第一压块8的下端为二分之一倒锥形凸台24，第一压块8上水平开有滑动轴孔25，且滑动轴孔25与滚珠轨道槽23垂直，第一压块8上竖直开有通孔26，且通孔26垂直于滑动轴孔25。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

本实施方式的机械手通过联轴器固定于机械臂的执行端，一般与直角坐标机械臂配合使用，机械臂执行机械手的定位操作，从而实现一定空间内光盘的取放操作。

本实施方式的机械手的动作由一个直流电机驱动，电机通过法兰盘固定于上连接座，传动轴固定于电机的输出轴，输出轴通过上轴承和下轴承固定于轴承座，并且另一端与凸轮固连。接近开关固定于轴承座右侧，用于感知执行端与光盘的接近程度。立板和盖板固定于轴承座底面，底板通过螺钉与立板和盖板固连，由此构成封闭结构，使该机械手具有良好的密闭性。

本实施方式由于压块的二分之一倒锥形凸台在机械手操作过程中要作为执行端与光盘接触，因此底板上采用镂空设计使其二分之一倒锥形凸台露出底板，同时避免与二分之一倒锥形凸台的运动相干涉。

本实施方式的通孔26的数量为1个或2个。

具体实施方式五：结合图3和图5说明本实施方式，本实施方式的光盘移动机械手机构还包括第一铜套18和第二铜套22，第一压块8和第二压块19分别通过第一铜套18和第二铜套22可移动套装在滑动轴21上，第一压块8和第二压块19的结构相同。如此设置，滑动轴固定于两块盖板，第一铜套18和第二铜套22分别嵌入到第一压块8和第二压块19的滑动轴孔，由此构成了两个压块的直线滑轨，通过在直线滑轨上的滑动来实现两滑块之间距离的变化。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图3和图5说明本实施方式，本实施方式的接近开关3通过下连接座16与上连接座10竖直连接。如此设置，接近开关的感知端垂直于光盘平面，当到达预期距离时，接近开关发出脉冲指令，从而精确控制机械手操作端与光盘的垂直距离，保证有效抓取光盘的同时每次只抓取一张光盘。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

本实用新型的使用方法如下：

光盘的特点决定了在机械手抓取过程中不能对盘面磨损，光盘内孔为基底材料，是最佳抓取位置。该机械手通过联轴器固定于操作臂的执行端，并与直角坐标机械臂配合使用，操作臂执行机械手的定位操作，从而实现一定空间内光盘的取放操作。该机械手操作过程中，通过固联于机械手上的接近开关来感知操作端与光盘的距离，接近开关的感知端垂直于光盘平面，当到达预期距离2mm时，接近开关给控制器发出脉冲指令制动驱动电机，从而精确控制机械手操作端与光盘的垂直距离，保证有效抓取光盘的同时每次只抓取一张光盘。当机械手的定位操作结束后，继而执行抓取操作。当接到抓取指令后，直流电机转动相应的角度，从而驱动传动轴转动相同的角度，驱动轴的另一端与凸轮固联，因此凸轮也转动相同的角度。由于凸轮下底面的椭圆形轨道槽与第一压块和第二压块的直线型轨道槽分别构成了第一滚珠和第二滚珠滚动的轨道，且第一滚珠和第二滚珠的相对位置以及两条轨道都相对于凸轮的轴线中心对称，因此，当凸轮转动时带动第一滚珠和第二滚珠同步运动，且运动方向相反，从而带动第一压块和第二压块沿滑动轴向相反的方向滑动，且相对于凸轮轴线的距离和速度的大小时刻相等，从而，通过一个电机实现了第一压块和第二压块的相对运动，且运动具有良好的同步性、距离和速度的大小具有良好的一致性，不仅减小了电机的数量，而且保证了手爪操作良好的运动特性和操作的稳定性，提高了手爪抓取和松放的性能。当手爪执行抓取操作时，在第一压块和第二压块初始相对距离的基础上，同时向外侧运动来增大相对距离，当两个二分之一倒锥形凸台与光盘的内孔紧密接触时，则可以稳定的夹持住光盘，且由于机械手与光盘位置的精确控制保证了每次只抓取一张光盘；当手爪执行松放操作时，在第一压块和第二压块初始相对距离的基础上，同时向内侧运动来减小相对距离，当两个二分之一倒锥形凸台与光盘的内孔不接触时，则可以松放光盘。

为了更加清楚的描述本实用新型的应用及与控制部分结合后的具体工作原理，现结合图6和图7来说明本实用新型在用于中继通信的机器人上时的具体结构和工作过程，中继通信的机器人的具体结构包括控制器和机器人本体50；

机器人本体50包括机械手和操作臂，机械手安装在操作臂的下端，所述操作臂包括矩形运动机架30、水平运动机架31、第一传动组件、第二传动组件、X轴操作臂32、第三传动组件、丝杠33、Z轴操作臂34和Y轴操作臂35，第一传动组件安装在矩形运动机架30的长边上，水平运动机架31通过Y轴操作臂35可滑动安装在矩形运动机架30上并平行于矩形运动机架30的短边，X轴操作臂32可滑动安装在水平运动机架31上，第二传动组件安装在水平运动机架31的底端面上，第三传动组件固定安装在X轴操作臂32的上端，丝杠33竖直穿设在Z轴操作臂34内，且丝杠33的一端与第三传动组件的输出端连接，丝杠33的另一端与机械手固定连接，第一传动组件、第二传动组件和第三传动组件的结构相同；

第一传动组件包括第一传动电机36、传动带37和两个带轮38，两个带轮38分别安装在矩形运动机架30长边的两端，两个带轮38之间通过传动带37连接，第一传动电机36安装在矩形运动机架30的短边上，且第一传动电机36的输出端与一个带轮38连接；

控制器包括涉密网只读光驱开关电源41、非涉密网刻录光驱开关电源42、中间刻录或只读光驱开关电源43、驱动电机控制器44、主控制板开关电源45、主控芯片电源46、主控芯片47、信号输入输出端口48和主控芯片外围电路49；

涉密网只读光驱开关电源41的电源端与机器人本体50的涉密只读光驱端口连接，非涉密网刻录光驱开关电源42与机器人本体50的非涉密网刻录光驱端口连接，中间刻录或只读光驱开关电源43与机器人本体50的中间刻录或只读光驱端口连接，主控制板开关电源45的第一电源端连接驱动电机控制器44的电源端，驱动电机控制器44用于驱动机器人本体50上的第一传动电机36工作，主控制板开关电源45的第二电源端连接主控芯片电源46的电源端，主控芯片电源46的第一电源端连接主控芯片47的电源端，主控芯片电源46的第二电源端连接主控芯片外围电路49的电源端，主控芯片47的驱动电机控制信号端连接驱动电机控制器44的驱动电机控制信号接收端，主控芯片47的信号检测端通过信号输入输出端口48与机器人本体50的传感器检测端口连接，主控芯片47的数据信号端与主控芯片外围电路49的数据信号端连接。

机器人控制器主要由直流控制电源、控制器主控板、信号输入输出接口、驱动电机控制器等四个主要部分组成，直流控制电源部分由四个独立的开关电源组成，分别给控制器主控板和电机驱动器、非涉密网刻录光驱、中间机刻录光驱和只读光驱、涉密网只读光驱供电。控制器主控板采用altera公司的cyclonII系列的ep2c8t144c芯片作为主控制芯片，提高了控制系统的可靠性。

机器人控制器通过采集、分析传感器系统反馈的信号，判断设备当前所处的工作状态，控制机器人机构的运动，实现光盘的取放、关闭光驱等任务，进而实现数据从非涉密网络经过中间机，传输至涉密网络。

机器人控制器，可以通过传感器反馈回的信号，判断刻录光驱和只读光驱是否弹出、以及光驱光盘托架中有无光盘，从而决定机器人机构的具体作业任务。由于光驱的弹出是由涉密网、非涉密网计算机、中间机分别自行控制，而光驱的关闭是由机器人机构通过末端执行器将光盘托架直接推回到光驱内，因此“设备”的控制过程中，机器人控制器同涉密网计算机、非涉密网计算机、中间机之间没有任何的信号交互，也就保证了涉密网计算机、非涉密网计算机、中间机之间仍然保持物理隔离的状态。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型的，本领域技术人员还可以在本实用新型精神内做其他变化，以及应用到本实用新型未提及的领域中，当然，这些依据本实用新型精神所做的变化都应包含在本实用新型所要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种光盘移动机器人，其特征在于：所述光盘移动机器人包括机械手和操作臂，机械手安装在操作臂的下端，所述操作臂包括矩形运动机架(30)、水平运动机架(31)、第一传动组件、第二传动组件、X轴操作臂(32)、第三传动组件、丝杠(33)、Z轴操作臂(34)和Y轴操作臂(35)，第一传动组件安装在矩形运动机架(30)的长边上，水平运动机架(31)通过Y轴操作臂(35)可滑动安装在矩形运动机架(30)上并平行于矩形运动机架(30)的短边，X轴操作臂(32)可滑动安装在水平运动机架(31)上，第二传动组件安装在水平运动机架(31)的底端面上，第三传动组件固定安装在X轴操作臂(32)的上端，丝杠(33)竖直穿设在Z轴操作臂(34)内，且丝杠(33)的一端与第三传动组件的输出端连接，丝杠(33)的另一端与机械手固定连接，第一传动组件、第二传动组件和第三传动组件的结构相同。

2.根据权利要求1所述的一种光盘移动机器人，其特征在于：所述第一传动组件包括第一传动电机(36)、传动带(37)和两个带轮(38)，两个带轮(38)分别安装在矩形运动机架(30)长边的两端，两个带轮(38)之间通过传动带(37)连接，第一传动电机(36)安装在矩形运动机架(30)的短边上，且第一传动电机(36)的输出端与一个带轮(38)连接。

3.根据权利要求1所述的一种光盘移动机器人，其特征在于：Y轴操作臂35与传动带(37)固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种光盘移动机器人，其特征在于：所述机械手包括直流电机(1)、法兰(2)、接近开关(3)、传动轴(4)、套筒(5)、轴承座(6)、第一钢珠(7)、第一压块(8)、联轴器(9)、上连接座(10)、上轴承(11)、下轴承(12)、立板(13)、盖板(14)、底板(15)、下连接座(16)、第二钢珠(17)、第二压块(19)、凸轮(20)和两根滑动轴(21)，上连接座(10)通过联轴器(9)与机械臂的执行端固定连接，直流电机(1)通过法兰(2)固定安装在上连接座(10)上，传动轴(4)固定连接在直流电机(1)的输出端，套筒(5)套装在传动轴(4)上，轴承座(6)通过上轴承(11)和下轴承12与传动轴4连接，传动轴4的下端与凸轮20连接，立板13和盖板14与轴承座(6)的下端固定连接，底板(15)固定安装在立板(13)和盖板(14)的下端组成封闭的空间结构，滑动轴(21)水平安装在立板(13)的内侧壁上，第一压块(8)和第二压块(19)分别可移动套装在一根滑动轴(21)上，且第一压块(8)和第二压块(19)的下端伸出盖板(14)，凸轮(20)与第一压块(8)和第二压块(19)之间通过第一钢珠(7)和第二钢珠(17)连接，接近开关(3)通过下连接座(16)与上连接座(10)连接，所述第一压块(8)的上端面上开有滚珠轨道槽(23)，第一压块(8)的下端为二分之一倒锥形凸台(24)，第一压块(8)上水平开有滑动轴孔(25)，且滑动轴孔(25)与滚珠轨道槽(23)垂直，第一压块(8)上竖直开有通孔(26)，且通孔(26)垂直于滑动轴孔(25)。

5.根据权利要求4所述的一种光盘移动机器人，其特征在于：所述机械手还包括第一铜套(18)和第二铜套(22)，第一压块(8)和第二压块(19)分别通过第一铜套(18)和第二铜套(22)可移动套装在滑动轴(21)上，第一压块(8)和第二压块(19)的结构相同。

6.根据权利要求5所述的一种光盘移动机器人，其特征在于：所述接近开关(3)通过下连接座(16)与上连接座(10)竖直连接。