CN205325679U - 一种智能搬运机器人 - Google Patents

Abstract

一种智能搬运机器人，涉及智能搬运机器人技术领域，包括机械本体和控制系统，所述机械本体包括用来支撑和固定的固定基座，还包括设置在所述固定基座上的运动机构，以及执行各种运动指令，控制整个运动轨迹的机械臂，和实现各项操作的末端机械手爪，其中，所述运动机构能够来回移动，或者左右旋转地安装在所述固定基座上，所述机械臂可旋转的连接到所述运动机构上，所述机械臂与末端机械手爪驱动连接；能够适应于不同类型、不同尺寸的混合产品，不仅具备结构尺寸紧凑、负载能力强、稳定性好等优点，智能搬运机器人的末端姿态调整机构与位置机构之间虽相互有所关联但却又互不影响。

Description

一种智能搬运机器人

技术领域

本实用新型涉及智能搬运机器人技术领域，特别涉及一种工业生产搬运机器人。

背景技术

搬运机器人经过多年的研究获得了很大发展，其灵活性、适应性、速度和抓取能力不断提高，搬运机器人的使用可以提高生产率和系统自动化程度，降低工人的劳动强度，提高作业系统的准确性。

作为一种典型的工业机器人，搬运机器人广泛应用于化工、食品加工与包装等诸多领域，在极大提高生产效率、增强安全可靠性的同时，可有效地减少人力资源开支、促使企业经济效益最大化、推动企业产业结构的升级与调整。在国外，搬运机器人技术及其推广应用已经非常成熟。作为一种标准的工业自动化装备，搬运机器人已经被广泛应用于各种生产、制造领域，大部分自动化生产线都采用搬运机器人代替人工搬运作业。2011年德国KUKA公司推出的UltraK系列搬运机器人，其负载可达270KG，工作范围为2901mm，重复精度可达±0.06mm，最高速度可以达到2100次/时，其推出的KA10001300TITANPA负载竟可高达1300KG，是名符其实的“泰坦之手”。在我国，尤其是近些年来，伴随着科学技术的巨大进步和快速发展、企业生产规模的持续扩大以及生产自动化水平的不断提高，搬运机器人的柔性、作业速度、故障诊断处理能力及安全可靠性等各方面性能在不断提高的同时，开发成本也在不断降低；同时，受益于国家科研政策的不断完善、科研投入的持续加大、对工业机器人产业及相关企业的大力扶持，我国的工业机器人技术取得了长足进步，搬运机器人得以不断地推广应用和快速发展，在应用与发展中促进机器人技术进一步不断完善、成熟。这些都有效地促进了搬运机器人的推广应用及其整个行业的产业化发展。

公开号为CN203003890U，名称为一种多自由度可控机构式码垛机器人的专利中，采用伺服电机控制，所有电机均安装在机架上，能克服传统码垛机器人关节笨重、刚度差、惯性大、误差累积大等不同，具有可控、可调、性能优良、输出柔性、机电融合的性能，并可以根据实际需要，柔性调节运动轨迹，精细地实现手抓定位合搬运动作。

上述专利文献的技术方案中，通过在采用伺服电机控制，并且将电机安装在机架上，虽然具有可控、可调、性能优良、输出柔性等特点，但是，其运动轨迹都是预先设定，修正运动轨迹需要将整套机械关停后，通过特定的端口，将新运动轨迹转换而来的代码刷入机器人，重新开启才能实现运动轨迹的变更，只适合作业比较单一的工业现场，然而，实际工业的作业现场环境复杂多样，不同类型、不同尺寸的产品穿插交错，常见的工业搬运机器人存在移动灵活性差，控制精度较低，工作范围有限等问题，已经无法满足实际工业作业中的需要。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种智能搬运机器人，使其能够用于多种不同类型不同尺寸的产品，如箱型，袋装产品等的堆垛，不仅具备结构尺寸紧凑、负载能力强、稳定性好等优点，而且同时一台搬运机器人可配合多个生产线作业。

为解决上述问题，本实用新型提供以下技术方案：

一种智能搬运机器人，包括机械本体和控制系统，所述机械本体包括用来支撑和固定的固定基座，还包括设置在所述固定基座上的运动机构，以及传递各种运动指令，控制整个运动轨迹的机械臂，和实现各项操作的末端机械手爪，其中，所述运动机构能够来回移动，或者左右旋转地安装在所述固定基座上，所述机械臂可旋转的连接到所述运动机构上，所述机械臂与末端机械手爪驱动连接。

优选地，所述运动机构包括，提供腰部旋转运动的第一旋转节点，方便竖直旋转的第二旋转节点，以及控制整个机构左右旋转的第三旋转节点，和旋转调整所述末端机械手爪的第四旋转节点，其中，所述第一旋转节点，设置在所述运动机构与所述固定基座的底板之间，所述第二旋转节点设置在所述固定基座的底板之上，沿垂直方向延伸，所述第三旋转节点设置在所述第二旋转节点上端构成的水平面上，所述第四旋转节点设置在所述机械臂与所述末端机械手爪之间，进一步地，所述第一旋转节点沿着所述固定基座顶面的横向延伸设置，较佳地，所述第一旋转节点设置在所述固定基座顶端面沿纵向靠近面中间的位置，以便更好的方便整个机器人在所述固定基座上的横向方向上的旋转调节；

进一步地，所述第二旋转节点为多个，沿着所述固定基座顶面的纵向间隔的设置，这样，可以将整个搬运机器人的负载及自身重量均分到多个所述第二旋转节点上，避免了单个的第二旋转节点因为承载较大而容易发生弯曲变形现象的发生；具体的，所述第二旋转节点为3个，沿着所述固定基座顶面的纵向间隔均布。

优选地，所述机械臂包括主臂，以及与所述主臂驱动连接，提供驱动和支撑的支臂，和用来连接并传递驱动力的支架，其中，所述支臂一端与所述运动机构通过销轴形成可旋转的连接，相对设置的另外一端通过所述支架与所述主臂驱动的连接，通过所述支臂与支架之间特定的连接，可驱动所述主臂沿着与其连接端自由的旋转举升，从而实现整个智能搬运机器人在作业范围内的任意切换。

优选地，所述支臂包括前臂和后臂，其中，所述前臂与后臂两端分别与所述运动机构和支架独立间隔的连接，其连接的旋转轴相对错位的设置，形成一个四连杆的举升机构；进一步的，为了方便更好的传递举升的驱动力，所述前臂与主臂同轴的与所述支架可旋转的连接。

优选地，还设置有滑座，所述滑座包括与所述前臂远离与所述支架固定端的另外一端旋转连接的水平滑座，和与所述后臂远离与所述支架固定端的另外一端旋转连接的竖直滑座，其中，所述水平滑座和竖直滑座分别与所述运动机构。

优选地，还设置有固定件，所述固定件包括与所述滑座固定的连杆基座，和用来连接所述辅助杆的支臂连杆，以及固定在主臂上的腕部安装座。

优选地，所述支架设置成三角形的外形，其中，所述前臂和主臂与所述支架通过第一轴可旋转的连接，所述后臂与所述支架通过第二轴可旋转的连接，所述第一轴和所述第二轴间隔设置在支架的短边的一侧。

优选地，还包括辅助臂，所述辅助臂包括一端通过第三轴固定在所述支架上，相对设置的另外一端与所述支臂平行延伸设置的第一辅助杆，和一端通过第四轴固定在所述支架上，相对设置的另外一端与所述主臂平行设置的第二辅助杆，其中，所述第三轴和第四轴间隔的设置所述支架上。

优选地，所述控制系统包括人机交互模块、I/O模块、通信模块、伺服模块、实时监控模块及运动控制模块，所述居多模块彼此之间采用标准的总线结构，利用工业以太网络进行通信。

优选地，所述控制系统采用二级CPU主从式的控制结构，其中，智能搬运机器人的语言编译、系统管理等功能主要由所述主CPU实现，所述从CPU从公共内存中读取相关数据，所述主、从CPU之间通过Ethernet进行系统通讯，利用公共内存完成数据交换。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：1、能够适应于不同类型、不同尺寸的混合产品，例如箱型、袋装产品等组成的堆垛，不仅具备结构尺寸紧凑、负载能力强、稳定性好等优点，而且从机构上保证了搬运机器人的运动是解耦的，即机器人的末端姿态调整机构与位置机构之间虽相互有所关联但却又互不影响。

2、本实用新型的控制系统采用二级CPU主从式的控制结构，它具有计算速度较快、响应时间较短、实时性较好、成本较低、扩展性好、可适用于对精度、速度等有较高要求的运动控制场合。而且，该控制系统具备较好的开放性，通过搭配I/O扩展模块，能够方便地进行I/O扩展，控制精度较高，机械臂及抓手可灵活调节，工作范围较宽。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种智能搬运机器人的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种用于智能搬运机器人的机械臂的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另外一种用于智能搬运机器人模块化控制系统示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种用于智能搬运机器的主从式控制结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另外一种用于智能搬运机器的控制系统主要部分电路原理示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种用于智能搬运机器的控制系统软件框架结构示意图。

上述附图中：10、固定基座，11、固定地板，12、固定基体，20、运动机构，21、第一旋转节点，22、第二旋转节点，23、第三旋转节点，24、第四旋转节点，30、机械臂，31、主臂，32、支臂，321、前臂，322、后臂，33、支架，331、第一轴，332、第二轴，333、第三轴，334、第四轴，34、辅助杆，341、第一辅助杆，342、第二辅助杆，35、滑座，351、水平滑座，352、竖直滑座，36、转接件，361、连杆基座，362、支臂连杆，363、腕部安装座，40、末端机械手爪。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

图1为本实用新型实施例提供的一种智能搬运机器人的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的一种用于智能搬运机器人的机械臂的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的另外一种用于智能搬运机器人模块化控制系统示意图；图4为本实用新型实施例提供的一种用于智能搬运机器的主从式控制结构示意图；图5为本实用新型实施例提供的另外一种用于智能搬运机器的控制系统主要部分电路原理示意图；图6为本实用新型实施例提供的一种用于智能搬运机器的控制系统软件框架结构示意图。

本实施例中提供了一种智能搬运机器人，请参照图1至图6，该搬运机器人包括机械本体和控制系统，其中，机械本体包括用来支撑和固定的固定基座10，设置在固定基座10上的运动机构20，以及传递各种运动指令，控制整个运动轨迹的机械臂30，和实现各项操作的末端机械手爪40，其中，运动机构20能够来回移动，或者左右旋转地安装在固定基座10上，机械臂30可旋转的连接到运动机构20上，机械臂30与末端机械手爪40驱动连接，带动末端机械手爪40能够适应于不同类型、不同尺寸的混合产品，例如箱型、袋装产品等组成的堆垛，不仅具备结构尺寸紧凑、负载能力强、稳定性好等优点，而且从机构上保证了搬运机器人的运动是解耦的，即机器人的末端姿态调整机构与位置机构之间虽相互有所关联但却又互不影响。

在本实施例中，如图1所示，固定基座10包括与地面轨道连接的固定底板11，和承载整个搬运机器人重量的固定基体12。这样，通过调控固定基体12的配种，可以很好避免应为搬运的货物重量较重的情况下，整个机器人的重心不稳，作业过程中容易晃动导致的货物松脱。

在本实施例中，如图1所示，为了更加方便的调整整个搬运机器人的位置，精准控制整套系统的运动轨迹，运动机构20包括，提供腰部旋转运动的第一旋转节点21，方便竖直旋转的第二旋转节点22，以及控制整个机构左右旋转的第三旋转节点23，和旋转调整末端机械手爪40的第四旋转节点24，其中，第一旋转节点21，设置在运动机构20与固定基座10的底板之间，第二旋转节点22设置在固定基座10的底板之上，沿垂直方向延伸，第三旋转节点23设置在第二旋转节点22上端构成的水平面上，第四旋转节点24设置在机械臂30与末端机械手爪40之间。

具体地，第一旋转节点21沿着固定基座10顶面的横向延伸设置，较佳地，第一旋转节点21设置在固定基座10顶端面沿纵向靠近面中间的位置，以便更好的方便整个机器人在固定基座10上的横向方向上的旋转调节。

第二旋转节点22为多个，沿着固定基座10顶面的纵向间隔的设置，这样，可以将整个搬运机器人的负载及自身重量均分到多个第二旋转节点22上，避免了单个的第二旋转节点22因为承载较大而容易发生弯曲变形现象的发生。具体的，第二旋转节点22为3个，沿着固定基座10顶面的纵向间隔均布。

在本实施列中，如图2所示，机械臂30包括主臂31，以及与主臂31驱动连接，提供驱动和支撑的支臂32，和用来连接并传递驱动力的支架33，其中，支臂32一端与运动机构20通过销轴形成可旋转的连接，相对设置的另外一端通过支架33与主臂31驱动的连接。通过支臂32与支架33之间特定的连接，可驱动主臂32沿着与支臂32连接端自由的旋转举升，从而实现整个智能搬运机器人在作业范围内的任意切换。

具体地，支臂32包括前臂321和后臂322，其中，前臂321与后臂322两端分别与运动机构20和支架33独立间隔的连接，其连接的旋转轴相对错位的设置，形成一个四连杆的举升机构。进一步的，为了方便更好的传递举升的驱动力，前臂321与主臂31同轴的与支架33可旋转的连接。

进一步地，为了降低支臂31在提供主臂31的举升驱动力过程中，对支架33剪切的应力，提高其寿命，支架33设置成三角形的外形，其中，前臂321和主臂31与支架33通过第一轴331可旋转的连接，后臂322与支架33通过第二轴332可旋转的连接，第一轴331和第二轴332间隔设置在支架33短边的一侧。这样，前臂321、支架33、后臂322以及运动机构20之间形成的四连杆机构，可以高效的将主臂31精准的举升，从而可以驱动末端机械手爪40在不同工位上自由的切换，同时，由于连杆机构的作用，机器人的主臂相应运动，这种独特的线性四连杆机构使搬运机器人不仅具备结构尺寸紧凑、负载能力强、稳定性好等优点，而且从机构上保证了搬运机器人的运动是解耦的，即机器人的末端姿态调整机构与位置机构之间虽相互有所关联但却又互不影响。

在本实施列中，如图2所示，机械臂30还包括辅助臂34，其中辅助臂34包括一端通过第三轴333固定在支架33上，相对设置的另外一端与支臂32平行延伸设置的第一辅助杆341，和一端通过第四轴334固定在支架33上，相对设置的另外一端与主臂31平行设置的第二辅助杆342，其中，第三轴333和第四轴334间隔的设置支架33上，较佳地，第三轴333和第四轴334间隔的设置支架33的较长边侧。

进一步地，为了方便各个驱动部件能够提供足够的支撑，机械臂30还包括用来与运动机构20固定，和支撑支臂32的滑座35，具体地，包括与前臂321远离与支架33固定端的另外一端旋转连接的水平滑座351，和与后臂322远离与支架33固定端的另外一端旋转连接的竖直滑座352，其中，水平滑座351和竖直滑座352分别与运动机构20固定，以获得不同方向上的驱动，从而可以多个角度的机械臂30，以适用不同类型、不同尺寸的混合产品组成的堆垛。

作为一种可选的实施方式，为了方便智能系统的程序代码化控制，以及提高搬运机器人的敏捷性，在智能搬运机器人驱动节点之间还设置有固定件36，在本实施列中，如图2所示，固定件36包括与滑座35固定的连杆基座361，和用来连接辅助杆34的支臂连杆362，和固定在主臂31上的腕部安装座363，其中为了辅助驱动机构的高精准驱动，连杆基座361固定在水平滑座351上，支臂连杆362与第一辅助杆341连接，腕部安装座363与第二辅助杆342连接，较佳地，连杆基座361与前臂321共轴的与351连接，优选地，支臂连杆362与第一辅助杆341远离与支架33固定端的另外一端可旋转的连接，进一步地，腕部安装座363与第二辅助杆342远离与支架33固定端的另外一端可旋转的连接。

在本实施例中，如图1所示，末端机械手爪40为可调整的多爪卡位结构，通过多爪的卡位结构，可实现对不同规格货物的抓取与搬运。

以上的描述是以末端机械手爪40为可调整的多爪卡位结构，实现为对不同规格货物的抓取与搬的抓取和搬运为例进行描述的，但是对于本领域技术人员而言，在以上揭示的基础上，也可以设计出不同于此的其他类似结构。例如，吸盘、钩子等，用于在需要时使得货物能够被抓取和转移的作用。并且，所述的末端机械手爪除了可以仅包括一个末端机械手爪的情况，还可以具有两个或者几个末端机械手爪情形，这根据具体情况可以适当的调整，关于具体的卡位结构设计，这对于本领域技术人员应当是易于构想到的，故在此不再一一赘述。

在本实施例中，为了更好的提高智能搬运机器人的智能化程度，突破现有技术中只能预先将程序刷入控制系统，无法满足不同规格货物的抓取与搬运需求的弊端，还设置有与之配套的控制系统，可以根据智能搬运机器人具体实现不同的功能，具体地，如图3所示，控制系统包括人机交互模块、I/O模块、通信模块、伺服模块、实时监控模块及运动控制模块，模块彼此之间采用标准的总线结构，利用工业以太网络进行通信，其中，控制系统采用二级CPU主从式的控制结构。

进一步的，人机交互模块发送操作命令到运动控制模块；伺服模块接收运动控制模块的控制指令，控制机器人运动，同时，在机器人的整个运动过程中由实时监控模块不断扫描监控，并将监控信息及时显示到人机交互模块、反馈到运动控制模块；根据反馈的监控信息，运动控制模块不断对机器人的运动过程进行修正；各模块彼此间通过通信模块实现通讯。

在本实施例中，如图5所示，二级CPU主从式控制结构采用主、从二级CPU来实现机器人的所有控制功能，机器人的语言编译、系统管理等功能主要由主CPU（一级CPU）实现，从CPU（二级CPU）从公共内存中读取相关数据，实现对机器人各关节的实时运动控制，主、从CPU之间通过Ethernet进行系统通讯，利用公共内存完成数据交换，既彼此协调又各司其职、既相互配合又彼此保持相对独立，它们之间是一种基于现场总线形式的耦合关系。

作为一种可选的实施方式，如图5所示，示例性的给出一种将各控制系统的硬件组建成的智能搬运机器人控制系统，主要电路原理图如图所示，该系统稳定、可靠，可高效的控制智能搬运机器人完成各项作业。

进一步地，如图6所示，智能搬运机器人控制系统软件采用模块化的设计方法，这样便于分工合作、调试以及修改控制程序，加快软件开发进度；也有利于提高控制系统软件运行的安全、可靠性，结构上的相对独立可以在很大程度上阻止或避免其中某一个模块的错误延伸到其他模块中；有利于提高控制系统软件的通用性、可移植性、程序代码的复用性等。根据对控制系统软件的技术、功能要求以及模块化设计的分析。

本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能搬运机器人，包括机械本体和控制系统，所述机械本体包括用来支撑和固定的固定基座，其特征在于，还包括设置在所述固定基座上的运动机构，以及执行各种运动指令，控制整个运动轨迹的机械臂，和实现各项抓取操作的末端机械手爪，其中，所述运动机构能够来回移动，或者左右旋转地安装在所述固定基座上，所述机械臂可旋转的连接到所述运动机构上，所述机械臂与末端机械手爪驱动连接。

2.根据权利要求1所述的智能搬运机器人，其特征在于，所述运动机构包括，提供腰部旋转运动的第一旋转节点，方便竖直旋转的第二旋转节点，以及控制整个机构左右旋转的第三旋转节点，和旋转调整所述末端机械手爪的第四旋转节点，其中，所述第一旋转节点，设置在所述运动机构与所述固定基座的底板之间，所述第二旋转节点设置在所述固定基座的底板之上，沿竖直方向延伸，所述第三旋转节点设置在所述第二旋转节点上端构成的水平面上，所述第四旋转节点设置在所述机械臂与所述末端机械手爪之间。

3.根据权利要求1所述的智能搬运机器人，其特征在于，所述机械臂包括主臂、与所述主臂驱动连接的支臂，以及用来连接并传递驱动力的支架，其中，所述支臂一端与所述运动机构通过销轴形成可旋转的连接，所属支臂的另外一端通过所述支架与所述主臂驱动的连接。

4.根据权利要求3所述的智能搬运机器人，其特征在于，所述支臂包括前臂和后臂，其中，所述前臂与后臂两端分别与所述运动机构和支架独立间隔连接，形成一个四连杆的举升机构。

5.根据权利要求4所述的智能搬运机器人，其特征在于，还设置有滑座，所述滑座包括与所述前臂远离与所述支架固定端的另外一端旋转连接的水平滑座，和与所述后臂远离与所述支架固定端的另外一端旋转连接的竖直滑座，其中，所述水平滑座和竖直滑座分别与所述运动机构固定连接。

6.根据权利要求4所述的智能搬运机器人，其特征在于，所述支架设置成三角形的外形，其中，所述前臂和主臂与所述支架通过第一轴可旋转的连接，所述后臂与所述支架通过第二轴可旋转的连接，所述第一轴和所述第二轴间隔设置在支架的短边的一侧。

7.根据权利要求3所述的智能搬运机器人，其特征在于，还包括辅助臂，所述辅助臂包括一端通过第三轴固定在所述支架上，相对设置的另外一端与所述支臂平行延伸设置的第一辅助杆，和一端通过第四轴固定在所述支架上，相对设置的另外一端与所述主臂平行设置的第二辅助杆，其中，所述第三轴和第四轴间隔的设置所述支架上。

8.根据权利要求1所述的智能搬运机器人，其特征在于，所述控制系统包括人机交互模块、I/O模块、通信模块、伺服模块、实时监控模块及运动控制模块，模块采用标准的总线结构，利用工业以太网络进行通信。

9.根据权利要求8所述的智能搬运机器人，其特征在于，所述控制系统采用二级CPU主从式的控制结构，主、从CPU之间通过Ethernet进行系统通讯，利用公共内存完成数据交换。