CN210824350U - 一种搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人领域，特别是涉及一种搬运机器人。具体包括机械臂、夹具、激光测距仪、超声测距仪和边缘检测传感器；所述激光测距仪安装在所述机械臂前端；所述超声测距仪和边缘检测传感器安装在所述夹具前端；所述激光测距仪、超声测距仪和边缘检测传感器的检测面与所述夹具朝向一致。本实用新型通过多种空间位置传感器，精确测量待搬运物品及码放位置的空间位置数据，并控制机械臂和夹具完成夹取、搬运、码放过程，完成对待搬运物品的精准移动，防止因夹取和码放位置不准造成的碰撞或掉落等失误。

Description

一种搬运机器人

【技术领域】

本实用新型涉及机器人领域，特别是涉及一种搬运机器人。

【背景技术】

随着自动化工厂的广泛应用，对产品和原料的自动化搬运需求越来越高。目前，通常使用搬运机器人对规格化包装后的产品或原料进行搬运，因此需要搬运机器人具备自动检测识别待搬运物品和码放位置的功能。

为了解决搬运机器人对待搬运物品和码放位置自动检测识别问题，目前通常在搬运机器人机械臂或夹具上设置激光测距仪检测夹具与待搬运物品或码放位置间距离，以控制机械臂和夹具的夹取和放置位置。但是，激光测距仪仅能获取二维距离信息，无法获取待夹取物品三维空间结构数据，因此可能造成搬运时夹具位置控制不准确，夹具与待夹取物品或码放位置间碰撞损坏等问题。

鉴于此，如何克服该现有技术所存在的缺陷，使用多个不同的空间传感器共同获取待夹取物品空间结构数据的方式解决搬运机器人夹取和码放时位置控制不精确现象，避免因夹具位置控制不精确造成的工作错误，是本技术领域亟待解决的问题。

【实用新型内容】

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型解决了搬运机器人工作时夹具定位不精确问题。

本实用新型实施例采用如下技术方案:

第一方面，本实用新型提供了一种搬运机器人，包括机械臂和夹具，所述夹具位于所述机械臂前端，其特征在于：还包括激光测距仪、超声测距仪和边缘检测传感器；所述激光测距仪安装在所述机械臂前端；所述超声测距仪和边缘检测传感器安装在所述夹具前端；所述激光测距仪、超声测距仪和边缘检测传感器的检测面与所述夹具朝向一致。

优选的，所述激光测距仪与所述机械臂间由运动系统连接，所述运动系统可控制所述激光测距仪检测面沿竖直方向旋转。

优选的，所述运动系统包括伺服电机和支架；所述伺服电机固定在所述机械臂前端，带动所述支架沿竖直方向旋转；所述支架连接所述伺服电机与所述激光测距仪。

优选的，所述运动系统还包括减速机；所述伺服电机与所述减速机耦合；所述支架一端与所述减速机转动轴相连。

优选的，所述支架为硬质塑料连杆、硬质橡胶连杆或硬质金属连杆。

优选的，所述支架为两根形状对称一致的连杆；所述两根连杆对称固定于所述减速机和所述激光测距仪两侧。

优选的，还包括控制单元；所述控制单元与所述机械臂之间有数据信号线和控制信号线相连，所述控制单元与所述夹具间有数据信号线和控制信号线相连；所述控制单元与所述激光测距仪、超声测距仪和边缘检测传感器间有数据信号线和控制信号线相连；所述控制单元与所述运动系统间有数据信号线和控制信号线相连。

优选的，所述控制单元具体为可编程控制器或中央处理器。

优选的，还包含两组以太网信号收发单元，用于互相收发以太网信号；第一以太网信号收发单元与所述激光测距仪相连；第二以太网信号收发单元与所述控制单元相连。

优选的，还包括存储单元；所述存储单元与所述控制单元间有数据线相连。

与现有技术相比，本实用新型实施例的有益效果在于：在搬运机器人机械臂及夹具上设置激光测距仪、超声测距仪和边缘检测器，使机器人能够对待搬运物品及码放位置进行多维度空间信息检测。通过多种空间检测传感器共同使用，可以确保搬运机器人夹具夹取和码放位置更精确，防止夹具与待搬运物品间碰撞损坏。

本实用新型提供了一种搬运机器人，其目的在于通过机械臂及夹具上装设的多种空间检测传感器，实现对机械臂及夹具工作位置的精确定位，确保夹具夹取和码放位置精确。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的一种搬运机器人结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种搬运机器人工作流程示意图；

图3A是本实用新型实施例提供的另一种搬运机器人结构示意图；

图3B是本实用新型实施例提供的另一种搬运机器人结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种搬运机器人结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种搬运机器人结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型是一种特定功能系统的体系结构，因此在具体实施例中主要说明各结构模组的功能逻辑关系，并不对具体软件和硬件实施方式做限定。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就结合参考附图和实施例来详细说明本实用新型。

实施例1：

随着制造业的发展，机器人在现代工业生产中应用越来越广泛。近年来，随着“智能工厂”概念的兴起，工业机器人向智能化领域发展，具备自动识别、抓取、码放功能的搬运机器人在更广阔的领域得以应用。

为了使搬运过程获得更多的检测数据和更高的检测精度，本实施例提供了一种搬运机器人，通过在搬运机器人上设置激光测距仪、超声测距仪和边缘检测传感器，多维度检测待搬运物品和码放位置的空间位置数据，实现在搬运机器人自动识别、抓取、码放时提高检测精度及降低误差的效果。

下面结合图1说明本实用新型搬运机器人的具体结构：

搬运机器人包括机械臂1和夹具2，还包括激光测距仪3、超声测距仪 4和边缘检测传感器5。

夹具2位于机械臂1前端，搬运机器人通过机械臂1和夹具2的移动实现对待搬运物品的夹取和码放。

激光测距仪3、超声测距仪4和边缘检测传感器5的检测面与所述夹具朝向一致，以保证测量时正对待夹取物品和码放平面，且测量数据便于计算使用，防止因测量角度倾斜和计算造成的位置误差。

激光测距仪3安装在机械臂1前端，具有较长的有效工作量程，用于对夹具2和待搬运物品或码放平面间距的粗测量，初步判断待夹取物品和码放平面的位置值，用于将夹具2和待搬运物品间距离调整至超声测距仪和边缘检测传感器的有效工作量程内，以便于下一步的精确位置检测。同时，也可根据激光测距仪3获得的夹具2与码放平面间距离，判断码放位置是否已被占用，避免因码放位置被占用导致的碰撞。

超声测距仪4和边缘检测传感器5安装在所述夹具2前端，用于精确测量待搬运物品的几何空间位置信息，为机械臂1和夹具2夹取、码放的移动轨迹提供精确的数据依据。

本实施例提供的搬运机器人，通过激光测距仪3、超声测距仪4和边缘检测传感器5的配合使用，精确定位待搬运物品和码放平面，为机械臂 1和夹具2的抓取和码放运动轨迹计算提供依据。

在本实施例的某些具体应用场景中，待搬运物品已被预先打包为规则长方体，因此测量夹具2与待搬运物品垂直距离，及待搬运物品上表面水平方向长度和宽度，即可对待搬运物品的几何空间数据进行定位。使用本实施例提供的搬运机器人夹取待搬运物品的过程具体为，如图2：

步骤101：使用激光测距仪3测量夹具2与待搬运物品间距离。

步骤102：根据夹具2与待搬运物品间距离将夹具2移动至待搬运物品正上方超声测距仪4和边缘检测传感器5工作范围之内。

步骤103：使用超声测距仪4测量夹具至待搬运物品的垂直距离，使用边缘检测传感器5测量夹具与待搬运物品中心点的偏距值，并测量待搬运物品水平方向长度和宽度。

步骤104：根据夹具2与待搬运物品垂直距离和夹具2与待搬运物品中心点偏距值移动夹具2至夹取位置，根据待搬运物品水平方向长度和宽度调整夹具2夹取宽度夹取待搬运物品。

本实施例提供的搬运机器人，通过三种空间位置传感器配合使用，精确获取待搬运物品和夹具间各方向的位置差，及待搬运物品的长度和宽度，对待搬运物品精准定位，从而实现了机械臂和夹具对待搬运物品的精确夹取、移动、码放，保证了待搬运物品的安全准确搬运。

实施例2：

在搬运初始阶段，搬运机器人与待搬运物品间初始位置关系不确定，因此需先进行粗检测，将搬运机器人夹具移动至待搬运物品正上方一定范围内，以便于下一步的精密检测，以及夹具的夹取和搬运。

本实施例的某些具体实施场景中，激光测距仪与机械臂通过运动系统连接，运动系统控制激光测距仪检测面沿竖直方向俯仰旋转，以实现多点检测。通过检测到的不同点距离及激光测距仪转动角度，计算夹具与待搬运物品上表面间的水平和垂直距离。

如图3A，机械臂前端安装伺服电机6和支架7，支架7一端连接伺服电机6转动轴，另一端固定激光传感器3。伺服电机6转动轴旋转，带动支架7以伺服电机6转动轴为轴心，在垂直于水平面的面上旋转。从而带动固定在支架7另一端的激光传感器3的检测面沿竖直方向转动。使用伺服电机控制激光传感器转动角度，由于伺服电机带有绝对值性轴角编码器，可实现角度与脉冲值的精确相互转换，达到精确角度控制和反馈；并且由于伺服电机驱动系统为闭环控制，可防止丢步或过冲，控制可靠性更强；还具备更高的响应速度，提高多点定位的效率。

进一步的，如图3B，伺服电机6和支架7间增加减速器8，支架7连接在伺服电机6转动轴上的一端改为连接在减速器8转动轴上，通过减速器8将伺服电机6的旋转动作传动至支架7一端。使用减速器可降低电动机转速，提高控制精度、匹配惯量，使激光传感器转动角度更精确，夹具与待搬运物品间水平和垂直距离计算更准确。

使用激光测距仪3对待搬运物品检测夹具和待搬运物品间水平和垂直距离的具体步骤如下：

步骤101-1：俯仰转动激光测距仪3，沿竖直方向移动激光测距仪3检测点寻找待搬运物品边缘特征点，记录特征点对应的激光测距仪3第一距离值和第一极坐标角度值。

步骤101-2：俯仰转动激光测距仪3，测量待搬运物品表面第二特征点对应的激光测距仪3第二距离值，并记录第二特征点对应的第二极坐标角度值。

步骤101-3：根据所述第一距离值，第一极坐标角度，第二距离值和第二极坐标角度判断机器人夹具2是否位于待搬运物品上表面上方圆形误差范围内。

粗检测时，夹具2不一定正对待检测物品，因此需先使用激光测距仪 3寻找物品边缘特征点作为检测基准，根据激光测距仪3测出的两特征点与夹具距离，及测量两特征点时激光测距仪3旋转角度计算夹具2与待搬运物品的水平及垂直距离。在某些具体应用场景中，圆形误差范围为以待搬运物品上表面中心点为圆心的半径5mm的圆形区域。

为了保证连接强度及转动角度控制的稳定性，支架7需为硬质连杆，根据具体需要，可以选用硬质塑料、硬质橡胶或硬质金属材料的连杆，在实际使用中，较优的方案为硬质金属材料。具体的，如图4，在某些实施场景中，使用两根相同的硬质金属连杆，两根硬质金属连杆分别位于减速器8和激光测距仪3两侧，共同带动激光测距仪3转动。使用两根对称硬质连杆，可进一步确保激光测距仪转动时的稳定和平衡，提高检测精确度和整个设备的稳定性。

使用运动系统控制激光测距仪对待搬运物品空间位置进行粗检测，可初步确定待搬运物品与夹具间的相对位置，以便于将夹具和待搬运物品间距离移动至超声测距仪和边缘检测传感器的有效工作量程内。

实施例3：

使用搬运机器人进行搬运时，需对空间位置传感器取得的数据进行自动获取和计算，获得机械臂和夹具的运动轨迹，并控制机械臂和夹具完成运动，从而自动完成位置检测、夹取、搬运和码放等整个搬运过程。

为了实现自动获取数据、自动运动控制，本实施例提供的搬运机器人还具备控制单元。如图5，控制单元9和机械臂1、夹具2间有数据信号线和控制信号线相连，以便获取机械臂1和夹具2的当前位置数据和报警数据，并向机械臂1和夹具2发送运动轨迹控制信号和启停控制信号；控制单元9与激光测距仪3、超声测距仪4和边缘检测传感器5间有数据信号线和控制信号线相连，以便获取三种传感器采集到的空间位置数据，并控制三种传感器的工作状态；控制单元9与控制激光测距仪3的运动系统间有数据信号线和控制信号线相连，即与伺服电机6间有数据信号线和控制信号线相连，以便获取和控制伺服电机6的转动角度。控制单元可由具备信号处理、数据计算和信号发送功能的电器元件实现，如PLC、单片机、嵌入式芯片或其它具备上述功能的芯片。

在某些具体实施场景中，为了电路连接简便，并能够同时控制多个传感器及运动器件，控制单元9为可编程控制器(Programmable Logic Controller，简写为PLC)，PLC具备多种通信接口，可方便的与各传感器和各电气设备的输入输出端口相连，并具备一定的数据计算能力，方便的实现数据和控制信号的收发，以及数据的计算。在某些实际应用场景中，PLC 可选择TWinCAT3平台，以获得更好的通用性和可扩展性。

在某些具体实施场景中，控制单元9和激光测距仪3之间数据传递是通过网络协议连接，通过两组以太网信号收发单元实现信号和数据的互相发送接收。激光测距仪3作为服务器，PLC作为客户端，通过Socket编程可以方便的建立PLC和激光测距仪3之间的通信，PLC接收到激光测距仪 3回传的数据并进行处理：1、去掉设备状态参数，截选全部测量数据；2、确定测量数据个数；3、16进制数据转换为10进制；4、查找符合要求的测量数据，剔除超量程无效数据或非特征点的多余数据。

在某些具体实施场景中，PLC与超声测距仪4、边缘检测传感器5采用普通电缆连接。超声测距传感器4通过针脚与PLC直接进行数据的传输。边缘检测传感器5通过传输电缆直接将模拟量接入PLC的模拟量输入模块。

在某些具体实施场景中，本实施例提供的搬运机器人还包括存储单元 10，存储单元10与控制单元9间有数据线相连。存储单元10可存储机械臂1和夹具2的历史运动轨迹，使搬运机器人在夹取和码放目标位置相同时无需再次计算机械臂1和夹具2的运动轨迹，减少计算资源的消耗，提高夹取、搬运、码放的效率。

搬运机器人通过控制模块实现检测数据的自动获取和计算，对机械臂和夹具的运动自动控制，快速准确的检测搬运目标和码放重点信息，自动完成搬运任务，实现灵活运动。

Claims (10)

1.一种搬运机器人，包括机械臂和夹具，所述夹具位于所述机械臂前端，其特征在于：

还包括激光测距仪、超声测距仪和边缘检测传感器；

所述激光测距仪安装在所述机械臂前端；

所述超声测距仪和边缘检测传感器安装在所述夹具前端；

所述激光测距仪、超声测距仪和边缘检测传感器的检测面与所述夹具朝向一致。

2.根据权利要求1所述搬运机器人，其特征在于：

所述激光测距仪与所述机械臂间由运动系统连接，所述运动系统可控制所述激光测距仪检测面沿竖直方向旋转。

3.根据权利要求2所述搬运机器人，其特征在于：

所述运动系统包括伺服电机和支架；

所述伺服电机固定在所述机械臂前端，带动所述支架沿竖直方向旋转；

所述支架连接所述伺服电机与所述激光测距仪。

4.根据权利要求3所述搬运机器人，其特征在于：

所述运动系统还包括减速机；

所述伺服电机与所述减速机耦合；

所述支架一端与所述减速机转动轴相连。

5.根据权利要求4所述搬运机器人，其特征在于：

所述支架为硬质塑料连杆、硬质橡胶连杆或硬质金属连杆。

6.根据权利要求5所述搬运机器人，其特征在于：

所述支架为两根形状对称一致的连杆；

所述两根连杆对称固定于所述减速机和所述激光测距仪两侧。

7.根据权利要求2所述搬运机器人，其特征在于：

还包括控制单元；

所述控制单元与所述机械臂之间有数据信号线和控制信号线相连，所述控制单元与所述夹具间有数据信号线和控制信号线相连；

所述控制单元与所述激光测距仪、超声测距仪和边缘检测传感器间有数据信号线和控制信号线相连；

所述控制单元与所述运动系统间有数据信号线和控制信号线相连。

8.根据权利要求7所述搬运机器人，其特征在于：

所述控制单元具体为可编程控制器或中央处理器。

9.根据权利要求8所述搬运机器人，其特征在于：

还包含两组以太网信号收发单元，用于互相收发以太网信号；

第一以太网信号收发单元与所述激光测距仪相连；

第二以太网信号收发单元与所述控制单元相连。

10.根据权利要求9所述搬运机器人，其特征在于：

还包括存储单元；

所述存储单元与所述控制单元间有数据线相连。

Images