全向双臂移动协作机器人
技术领域
本实用新型涉及工业机器主体装置技术,特别是涉及一种全向双臂移动协作机器人。
背景技术
机械臂的推广应用,有效地减少了生产加工过程中的人工操作,机械臂一般单个使用,且采用固定式底座安装在固定位置上,或通过导轨座安装在行程有限的移动平台上,导致机械臂结合夹爪后仅能在固定范围内进行物料的转移,当需要调整物料的转移范围时,往往需要将机械臂拆卸后进行重新安装,不利于机械臂的充分利用。
实用新型内容
基于此,有必要提供一种在较大范围内移动及实现精细操作的全向双臂移动协作机器人。
一种全向双臂移动协作机器人,包括:移动装置、及连接所述移动装置的机器主体装置;所述机器主体装置包括转动设置在所述移动装置上的躯体、用于驱动所述躯体转动的转体驱动机构、及连接所述躯体的操作机构;所述操作机构包括连接所述躯体一侧的第一机械臂、连接所述躯体另一侧的第二机械臂、连接所述第一机械臂活动端的第一夹爪、及连接所述第二机械臂活动端的第二夹爪。
上述全向双臂移动协作机器人,通过将机器主体装置设置在移动装置上,可利用移动装置带动机器主体装置在任意位置移动,让机器主体装置上的机械臂能快速应用在不同位置的加工或移料操作,第一机械臂与第二机械臂协作配合,相对于单个机械臂能完成更高效或更复杂的操作。
在其中一个实施例中,所述机器主体装置还包括用于产生图像信息的头部监测机构;所述头部监测机构包括设置在所述躯体上方的头部支架、用于驱动所述头部支架相对所述躯体转动的头部转向组件、用于调节所述头部支架相对水平面角度的仰俯调节组件、及安装在所述头部支架上的头部摄像组件;所述头部摄像组件用于获取关于环境、工件、或操作机构的图像信息;从而方便获取角度范围更广的图像信息及有利于第一夹爪、第二夹爪准确地完成工件抓取和摆放。
在其中一个实施例中,所述头部转向组件包括安装在所述躯体上的头部回转电机、及连接所述头部回转电机输出轴的中转盘;所述仰俯调节组件包括安装在所述中转盘上的仰俯支撑架、及设置在所述仰俯支撑架附近的仰俯调节电机;所述头部支架与所述仰俯支撑架枢接,所述仰俯调节电机用于驱动所述头部支架沿水平线相对所述仰俯支撑架摆动;从而可增大环境识别范围。
在其中一个实施例中,所述头部监测机构还包括安装在所述头部支架上的通信天线;从而可方便与外部进行无线通信连接。
在其中一个实施例中,所述转体驱动机构包括安装在所述移动装置上的躯干旋转电机、连接所述躯干旋转电机的躯干旋转驱动器、及连接所述躯干旋转电机的第一传动组件;所述躯体包括转动设置在所述移动装置上的躯干立柱、及安装在所述躯干立柱上的躯干支架;所述躯干旋转驱动器用于控制所述躯干旋转电机的转动速度或转动角度;所述躯干旋转电机通过所述第一传动组件带动所述躯干立柱旋转;从而可调整躯体或操作机构的角度,让第一机械臂或第二机械臂能在较大的范围内活动,提高机器主体装置的运行效率,避免移动装置需要频繁定位移动。
在其中一个实施例中,所述第一传动组件包括安装在所述躯干旋转电机输出轴上的主动轮、连接所述移动装置的减速机、连接所述减速机输入轴的从动轮、及连接在所述主动轮与所述从动轮之间的同步带;所述躯干立柱安装在所述减速机的输出法兰上;所述躯干立柱、所述减速机、及所述从动轮为中空设置;从而可提高躯体的角度调节精度、优化线缆的布局及减小设备的空间体积。
在其中一个实施例中,所述移动装置包括车体、安装在所述车体下侧的前轮组件、安装在所述车体下侧的后轮组件、用于驱动所述前轮组件运转的前驱动组件、及用于驱动所述后轮组件运转的后驱动组件;从而可使机器主体装置移动至不同的加工位置,提高操作机构的通用性,同时具备了工件自动搬动及运载的功能。
在其中一个实施例中,还包括用于控制所述移动装置及所述机器主体装置运行的控制模组;所述控制模组包括主控模块、及连接所述主控模块的EtherCAT总线;所述前驱动组件、所述后驱动组件、所述躯干旋转驱动器、所述第一机械臂、及所述第二机械臂分别通过所述EtherCAT总线与所述主控模块进行信号交互;从而可提高控制集中性,使各动作机构的配合更加协调,提高系统稳定性、减少延迟,有利于实现精度要求高的操作。
在其中一个实施例中,所述移动装置包括设置在所述车体中的电力组件;所述电力组件包括设置在所述车体内的储能单元、连接所述储能单元的充电触点、控制所述储能单元与所述充电触点之间电路通断的充电接触器、及用于控制所述充电触点活动的触点移动电机;所述控制模组还包括连接所述主控模块的微控单元;所述储能单元、所述充电接触器、及所述触点移动电机分别连接微控单元;从而可降低主控模块的任务处理量,保证主要运动控制的稳定性。
在其中一个实施例中,所述移动装置还包括用于进行移动环境检测的车身检测组件;所述车身检测组件包括连接所述车体前侧的前深度相机、连接所述车体后侧的后深度相机、连接所述车体的前激光雷达、及连接所述车体的后激光雷达;所述前激光雷达与所述后激光雷达在车体上对角分布;所述前深度相机、所述后深度相机、所述前激光雷达、及所述后激光雷达分别连接所述主控模块;从而可实现地图构建、定位、导航过程中的障碍物检测、三维障碍物识别、或辅助定位。
附图说明
图1为本实用新型的一实施例的全向双臂移动协作机器人的立体示意图;
图2为图1所示的全向双臂移动协作机器人的在另一角度的立体示意图;
图3为图1中的机器主体装置的立体示意图;
图4为图3所示的机器主体装置的局部分解示意图;
图5为图3中的头部监测机构的立体示意图;
图6为图1中的移动装置的仰视图;
图7为图1所示的全向双臂移动协作机器人的电气连接关系图。
附图中各标号与含义之间的对应关系为:
100、全向双臂移动协作机器人;20、移动装置;21、车体;211、前保护壳;212、后保护壳;213、检修门;214、接口面板;215、载物平台;216、钣金外壳;217、急停按钮;218、状态指示灯;219、防撞感应条;22、前轮组件;221、第一麦克纳姆轮;222、第二麦克纳姆轮;23、后轮组件;231、第三麦克纳姆轮;232、第四麦克纳姆轮;24、前驱动组件;25、后驱动组件;26、电力组件;261、储能单元;262、充电触点;263、充电接触器;264、触点移动电机;27、车身检测组件;271、前深度相机;272、后深度相机;273、前激光雷达;274、后激光雷达;30、机器主体装置;31、躯体;311、躯干立柱;313、定位销;312、躯干支架;314、躯干外壳;32、转体驱动机构;321、躯干旋转电机;322、躯干旋转驱动器;323、第一传动组件;326、主动轮;327、减速机;328、从动轮;329、同步带;324、转体支架;325、位置传感器;33、操作机构;331、第一机械臂;332、第二机械臂;333、第一夹爪;334、第二夹爪;34、头部监测机构;341、头部支架;342、头部转向组件;3421、头部回转电机;3422、中转盘;3423、第一固定支架;343、仰俯调节组件;3431、仰俯支撑架;3432、仰俯调节电机;344、头部摄像组件;345、头部护壳;346、通信天线;40、控制模组;41、主控模块;42、EtherCAT总线;43、微控单元。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进,因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
请参阅图1至图7,为本实用新型一实施方式的全向双臂移动协作机器人100,用于在可变动范围内实现物料移动。该全向双臂移动协作机器人100包括移动装置20、及连接移动装置20的机器主体装置30;机器主体装置30包括转动设置在移动装置20上的躯体31、用于驱动躯体31转动的转体驱动机构32、及连接躯体31的操作机构33;操作机构33包括连接躯体31一侧的第一机械臂331、连接躯体31另一侧的第二机械臂332、连接第一机械臂331活动端的第一夹爪333、及连接第二机械臂332活动端的第二夹爪334。
通过将机器主体装置30设置在移动装置20上,可利用移动装置20带动机器主体装置30在任意位置移动,让机器主体装置30上的机械臂能快速应用在不同位置的加工或移料操作,第一机械臂331与第二机械臂332协作配合,相对于单个机械臂能完成更高效或更复杂的操作。
具体地,在第一机械臂331与第二机械臂332,或第一夹爪333与第二夹爪334的相互配合下,可完成需要双臂才能完成的装配动作或柔性力控打磨等。
请参阅图3及图5,在其中一个实施方式中,机器主体装置30还包括用于产生图像信息的头部监测机构34;头部监测机构34包括设置在躯体31上方的头部支架341、用于驱动头部支架341相对躯体31转动的头部转向组件342、用于调节头部支架341相对水平面角度的仰俯调节组件343、及安装在头部支架341上的头部摄像组件344;头部摄像组件344用于获取关于环境、工件、或操作机构33的图像信息。
通过头部摄像组件344获取关于环境、工件、或操作机构33的图像信息,从而有助于准确完成场景的识别或夹爪与工件之间的位置关系,有利于第一夹爪333、第二夹爪334准确地完成工件抓取和摆放,同时头部支架341相对躯体31的转向和角度调整可提高头部支架341的灵活性,方便头部摄像组件344获取角度范围更广的图像信息。
具体地,为在工作环境中准确识别夹爪与工件之间的相对距离,头部摄像组件344为深度相机;为保护头部支架341内的电缆,头部监测机构34还包括安装在头部支架341外侧的头部护壳345。
请参阅图5,在其中一个实施方式中,头部转向组件342包括安装在躯体31上的头部回转电机3421、及连接头部回转电机3421输出轴的中转盘3422;仰俯调节组件343包括安装在中转盘3422上的仰俯支撑架3431、及设置在仰俯支撑架3431附近的仰俯调节电机3432;头部支架341与仰俯支撑架3431枢接,仰俯调节电机3432用于驱动头部支架341沿水平线相对仰俯支撑架3431摆动。
当头部回转电机3421的输出轴转动时,能同时带动中转盘3422、仰俯调节组件343、及头部支架341转动,从而可调整头部摄像组件344与躯体31在水平方向上的相对角度,驱动头部支架341沿水平线相对仰俯支撑架3431摆动可增大上下扫描的范围,从而可增大环境识别范围。
请参阅图5,具体地,头部转向组件342还包括用于固定头部回转电机3421的第一固定支架3423,为避免头部摄像组件344的视野受到阻挡,头部回转电机3421通过第一固定支架3423与躯体31的上部连接;可选地,头部回转电机3421为舵机或伺服电机,仰俯调节电机3432为舵机或伺服电机。
请参阅图5,在其中一个实施方式中,头部监测机构34还包括安装在头部支架341上的通信天线346。从而可方便与外部进行无线通信连接。具体地,通信天线346为WiFi天线。
请参阅图4,在其中一个实施方式中,转体驱动机构32包括安装在移动装置20上的躯干旋转电机321、连接躯干旋转电机321的躯干旋转驱动器322、及连接躯干旋转电机321的第一传动组件323;躯体31包括转动设置在移动装置20上的躯干立柱311、及安装在躯干立柱311上的躯干支架312;躯干旋转驱动器322用于控制躯干旋转电机321的转动速度或转动角度;躯干旋转电机321通过第一传动组件323带动躯干立柱311旋转。
在运行过程中,躯干旋转驱动器322向躯干旋转电机321输出躯干转动信号,让躯干旋转电机321按预定要求运转,躯干旋转电机321的输出轴通过第一传动组件323带动躯干立柱311转动,从而可调整躯体31或操作机构33的角度,让第一机械臂331或第二机械臂332能在较大的范围内活动,提高机器主体装置30的运行效率,避免移动装置20需要频繁定位移动。
请参阅图4,进一步地,为方便对躯干旋转电机321或躯干旋转驱动器322进行安装固定,转体驱动机构32还包括固定在移动装置20中的转体支架324,躯干旋转电机321及躯干旋转驱动器322安装在转体支架324上。
请参阅图4,进一步地,为对躯干立柱311的转动角度进行反馈,躯干立柱311上连接有定位销313,转体驱动机构32还包括靠近躯干立柱311设置的位置传感器325,定位销313随躯干立柱311转动,位置传感器325的位置相对移动装置20固定,当定位销313靠近位置传感器325时,位置传感器325产生位置感应信号,从而可对躯干立柱311的转动角度产生反馈。
请参阅图4,具体地,第一机械臂331或第二机械臂332的固定端分别与躯干支架312连接,躯体31还包括连接躯干立柱311或躯干支架312的躯干外壳314,以对躯干立柱311表面的线缆或连接件提供保护。
请参阅图4,在其中一个实施方式中,第一传动组件323包括安装在躯干旋转电机321输出轴上的主动轮326、连接移动装置20的减速机327、连接减速机327输入轴的从动轮328、及连接在主动轮326与从动轮328之间的同步带329;躯干立柱311安装在减速机327的输出法兰上;躯干立柱311、减速机327、及从动轮328为中空设置。
由于躯干旋转电机321与躯干立柱311之间通过减速机327传动,让躯体31的转动相对躯干旋转电机321的转速下降,从而可提高躯体31的角度调节精度;由于躯干立柱311、减速机327、及从动轮328为中空设置,连接第一机械臂331、第二机械臂332、或头部监测机构34的线缆可从躯干立柱311、减速机327、及从动轮328中通过,从而可优化线缆的布局,减小设备的空间体积,及有利于移动装置20与机器主体装置30的一体控制。
具体地,减速机327为谐波减速机327;减速机327可安装在转体支架324上或移动装置20上。
请参阅图2及图6,在其中一个实施方式中,移动装置20包括车体21、安装在车体21下侧的前轮组件22、安装在车体21下侧的后轮组件23、用于驱动前轮组件22运转的前驱动组件24、及用于驱动后轮组件23运转的后驱动组件25。
通过将机器主体装置30设置在车体21上,前轮组件22及后轮组件23运转时,使车体21相对地面产生移动,从而可使机器主体装置30移动至不同的加工位置,提高操作机构33的通用性,同时具备了工件自动搬动及运载的功能。
请参阅图6,具体地,为提高移动装置20定位速度,前轮组件22包括设置在车体21下侧的第一麦克纳姆轮221、及设置在车体21下侧的第二麦克纳姆轮222;前驱动组件24包括用于驱动第一麦克纳姆轮221的第一前驱动电机、及用于驱动第二麦克纳姆轮222的第二前驱动电机。
请参阅图6,具体地,后轮组件23包括设置在车体21下侧的第三麦克纳姆轮231、及设置在车体21下侧的第四麦克纳姆轮232;后驱动组件25包括用于驱动第三麦克纳姆轮231的第一后驱动电机、及用于驱动第四麦克纳姆轮232的第二后驱动电机。
请参阅图1及图2,具体地,车体21的前后分别设有前保护壳211及后保护壳212,车体21在前保护壳211与后保护壳212之间设有检修门213;前保护壳211或后保护壳212上设有接口面板214;车体21的上侧设有载物平台215,以对多个工件进行搬运;车体21在载物平台215附近利用钣金外壳216进行封闭。
请参阅图7,在其中一个实施方式中,全向双臂移动协作机器人100还包括用于控制移动装置20及机器主体装置30协调运行的控制模组40;控制模组40包括主控模块41、及连接主控模块41的EtherCAT总线42;前驱动组件24、后驱动组件25、躯干旋转驱动器322、第一机械臂331、及第二机械臂332分别通过EtherCAT总线42与主控模块41进行信号交互。
由于前驱动组件24、后驱动组件25、躯干旋转驱动器322、第一机械臂331、及第二机械臂332统一受到主控模块41的一体化控制,从而可提高控制集中性,使各动作机构的配合更加协调,提高系统稳定性、减少延迟,有利于实现精度要求高的操作;在复杂环境中,也可精准完成复杂的抓取、装配、上下料等动作,尤其是需要第一机械臂331、第二机械臂332协同操作的场合,如柔性装配、试剂配制等。进一步地,第一机械臂331或第二机械臂332通过电流的检测可以做到力矩检测控制,可应用在安全碰撞检测和示教拖拽,也可以应用在需要力矩检测的装配等场合。
请参阅图7,为减少EtherCAT总线42的负荷,第一夹爪333、第二夹爪334、及头部摄像组件344通过USB接口与主控模块41进行信号交互,头部回转电机3421、及仰俯调节电机3432通过RS485接口与主控模块41进行信号交互。
请参阅图6及图7,在其中一个实施方式中,移动装置20包括设置在车体21中的电力组件26;电力组件26包括设置在车体21内的储能单元261、连接储能单元261的充电触点262、控制储能单元261与充电触点262之间电路通断的充电接触器263、及用于控制充电触点262活动的触点移动电机264;控制模组40还包括连接主控模块41的微控单元43;储能单元261、充电接触器263、及触点移动电机264分别连接微控单元43。
通过微控单元43与储能单元261、充电接触器263、或触点移动电机264的控制连接,从而可降低主控模块41的任务处理量,保证主要运动控制的稳定性;微控单元43可从具备BMS管理的储能单元261接收到电池管理信息;在当移动装置20移动至充电地点后,触点移动电机264使充电触点262伸展至与外部充电桩连接,在储能单元261充电完成,触点移动电机264使充电触点262收缩,避免充电触点262与障碍物发生碰撞;在完成充电后,微控单元43通过充电接触器263切断储能单元261与充电触点262之间的通路。
请参阅图7,具体地,微控单元43通过USB接口与主控模块41连接;储能单元261通过RS485接口连接微控单元43,充电接触器263及触点移动电机264分别通过I/O口连接微控单元43。
请参阅图2,具体地,车体21上设有急停按钮217、状态指示灯218、及防撞感应条219;急停按钮217、状态指示灯218、及防撞感应条219分别通过I/O口连接微控单元43,急停按钮217用于控制设备的整体动作停止,状态指示灯218用于通过灯光向操作人员发出提示,以显示设备运行状态。
请参阅图1及图2,在其中一个实施方式中,移动装置20还包括用于进行移动环境检测的车身检测组件27;车身检测组件27包括连接车体21前侧的前深度相机271、连接车体21后侧的后深度相机272、连接车体21的前激光雷达273、及连接车体21的后激光雷达274;前激光雷达273与后激光雷达274在车体21上对角分布;前深度相机271、后深度相机272、前激光雷达273、及后激光雷达274分别连接主控模块41。
前激光雷达273及后激光雷达274用于地图构建、定位、或导航过程中的障碍物检测;通过前深度相机271、后深度相机272、前激光雷达273、及后激光雷达274对移动装置20的运行环境进行检测,具体为三维障碍物识别、或辅助定位;辅助定位可以为二维码识别。
请参阅图7,具体地,前深度相机271、及后深度相机272通过USB接口连接主控模块41;前激光雷达273、及后激光雷达274通过RS485接口连接主控模块41。
本实施例中,通过将机器主体装置30设置在移动装置20上,可利用移动装置20带动机器主体装置30在任意位置移动,让机器主体装置30上的机械臂能快速应用在不同位置的加工或移料操作,第一机械臂331与第二机械臂332协作配合,相对于单个机械臂能完成更高效或更复杂的操作。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。