CN212859489U - 一种搬运服务机器人及其移动底盘 - Google Patents

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许金鑫
赵鹏
何洪军
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Abstract

本实用新型公开了一种搬运服务机器人及其移动底盘，通过舵机输出轴的转动实现搬运机构在初始位置与目标位置之间的翻转，同时通过丝杆电机上丝杠滑块的移动带动搬运机构在水平面上左右移动，实现对回收圆桶的有效夹取，整个搬运动作稳定可靠，可实现度高。同时利用减振弹簧有效降低了服务机器人运行过程中的振动；采用测距传感器检测障碍物，实现服务机器人运行过程中的避障功能；本实用新型的搬运服务机器人加工制造方便，可实现程度高，能够及时将每台手术后的医疗器材和术后废弃物运送至指定的清洗处理点，保证每台手术后的术后器材和废弃物能够及时的得到处理。

Description

一种搬运服务机器人及其移动底盘
技术领域
本实用新型涉及服务机器人技术领域，具体涉及一种搬运服务机器人及其移动底盘。
背景技术
医院术后器材，废弃物等的搬运，一直都是繁琐而耗费人力、物力和财力的活，此外，术后器材和废弃物等如果未能及时搬运到指定清洗处理点，器材上的血液凝固，手术器材难以清洗，而每台手术具体时间安排存在不确定性，每台手术术后器材和医疗废物总体体积和重量都不大，负责清理的工作人员为了减少劳动量，往往会等手术室多台手术完成后，手术器械和医疗废弃物在回收桶中积累到一定量后，统一回收至清洗处理点，这样就会造成术后器材难以清洗，同时，器材也容易生锈，影响二次使用。因此需要提供一种及时搬运术后器材和废弃物的服务机器人。
发明内容
本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种搬运服务机器人及其移动底盘，能够至少解决现有技术中对术后器材和废弃物搬运不及时导致器材难以清洗、生锈等问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种搬运服务机器人的移动底盘，所述移动底盘包括底盘、驱动单元、控制单元和检测单元；
所述底盘用于设置所述驱动单元、所述控制单元和所述检测单元；
所述驱动单元设置在所述底盘的下面，用于驱动所述移动底盘移动；
所述控制单元电连接所述驱动单元和所述检测单元，用于控制所述驱动单元以及获取所述检测单元的数据；
所述检测单元包括测距传感器和图像采集器，所述测距传感器用于检测所述移动底盘移动路径上物体的距离，所述图像采集器用于采集所述移动底盘移动路径上物体的图像。
进一步的，所述驱动单元包括驱动电机、驱动轮和从动轮；
所述驱动电机驱动所述驱动轮转动从而实现所述移动底盘的移动，所述从动轮用于支撑平衡所述移动底盘；
所述驱动轮和所述从动轮均通过螺栓设置在所述底盘的下面，所述螺栓上设置有减振弹簧。
进一步的，所述控制单元设置在所述底盘的上表面，所述控制单元包括处理器和电机驱动器；
所述处理器连接所述电机驱动器，所述电机驱动器连接所述驱动电机，所述驱动电机的驱动轴连接所述驱动轮。
进一步的，所述控制单元设置有急停开关，所述控制单元获取所述急停开关被按下的信号后控制所述搬运服务机器人停止运行。
本实用新型还提供了一种搬运服务机器人，所述搬运服务机器人包括移动底盘以及设置在所述移动底盘上的搬运机构；所述搬运机构包括水平移动装置、翻转装置和夹取装置；
所述移动底盘为上述的移动底盘，用于驱动所述搬运服务机器人运动；
所述移动底盘上的控制单元电连接所述搬运机构；
所述水平移动装置设置在所述移动底盘上，用于驱动所述翻转装置在水平方向上移动；
所述翻转装置设置在所述水平移动装置上，用于驱动所述夹取装置在竖直方向做翻转运动；
所述夹取装置设置在所述翻转装置的末端，用于在所述翻转装置翻转到位后夹取目标物品。
进一步的，所述水平移动装置包括丝杠电机；所述翻转装置包括两个多连杆机构；
所述丝杠电机设置在所述移动底盘上，其中一个多连杆机构的一端设置在所述丝杠电机的固定部，另一个多连杆机构的一端设置在所述丝杠电机的丝杠滑块上，两个多连杆机构的另一端通过连接杆连接；所述丝杠滑块带动对应的多连杆机构移动从而调整两个多连杆机构之间的距离。
进一步的，所述翻转装置还包括舵机；
所述舵机的输出轴连接任意一个多连杆机构上的铰接点，所述铰接点位于对应的多连杆机构上与丝杠电机连接的一端，所述舵机的输出轴通过所述铰接点带动所述翻转装置进行翻转运动。
进一步的，所述夹取装置包括两个夹取杆，两个夹取杆分别铰接在两个多连杆机构上，所述夹取杆的位置设置在当两个多连杆机构翻转至目标物品两侧时能够夹取到目标物品的位置。
进一步的，所述多连杆机构为四连杆机构。
与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：
本实用新型通过舵机输出轴的转动实现搬运机构在初始位置与目标位置之间的翻转，同时通过丝杆电机上丝杠滑块的移动带动搬运机构在水平面上左右移动，实现对回收圆桶的有效夹取，整个搬运动作稳定可靠，可实现度高。
同时利用减振弹簧有效降低了服务机器人运行过程中的振动；采用测距传感器检测障碍物，实现服务机器人运行过程中的避障功能；本实用新型的搬运服务机器人加工制造方便，可实现程度高，能够及时将每台手术后的医疗器材和术后废弃物运送至指定的清洗处理点，保证每台手术后的术后器材和废弃物能够及时的得到处理。
附图说明
图1为本实用新型实施例中移动底盘的俯视图；
图2为本实用新型实施例中移动底盘的底视图；
图3为本实用新型实施例中搬运服务机器人的结构示意图；
图4为本实用新型实施例中搬运服务机器人夹取圆桶时状态一示意图；
图5为本实用新型实施例中搬运服务机器人夹取圆桶时状态二示意图；
图6为本实用新型实施例中搬运服务机器人夹取圆桶时状态三示意图；
图7为本实用新型实施例中搬运服务机器人夹取圆桶时状态四示意图。
图中：1为底盘；2为摄像头；3为后部铝板；4为电池；5为左侧铝板； 6为电机驱动器；7为前部铝板；8为电路板；9为激光雷达；10为变压器；11为右侧铝板；12为急停开关；13为电压显示屏；14至15为轮毂安装铝材； 16为减振弹簧；17为轮毂；18至19为万向轮安装铝材；20为减振弹簧；21 为万向轮；22为支架；23为丝杠电机；24为顶部铝板；25为四连杆机构； 26为显示屏；27为舵机；28为夹取杆；29为连接杆；30为储物圆桶；251 为第一连杆；252为第二连杆；253为第三连杆；254为第四连杆。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本实用新型必须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。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，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的具体含义。
如图1所示，本实施例的搬运服务机器人设置有移动底盘，该移动底盘包括底盘1，本实施例中底盘1为一圆形底盘，在底盘1上设置有驱动单元、控制单元和检测单元，如图1和图2所示，其中控制单元和检测单元设置在底盘1的上表面，驱动单元设置在底盘1的下表面。
控制单元包括电池4、电机驱动器6、电路板8和变压器10，电路板 8上设置有处理器、存储器及相关电路，处理器控制连接电机驱动器6和变压器10，变压器10用于调整外界电源输入从而给电池4充电，电池4 用于给搬运服务机器人供电，本实施例中控制回路与动力回路采用同一供电电源和开关，即均由电池4供电，不同的电路回路，使该搬运机器人性能更加稳定可靠。
电机驱动器6用于驱动设置在底盘1下表面上的驱动单元。如图1所示，本实施例中电池4、电机驱动器6、电路板8和变压器10集中设置在一个盒体中，该盒体由后部铝板3、左侧铝板5、前部铝板7和右侧铝板11围绕而成，在四个侧面铝板上还设置有顶部铝板24，如图3所示。
本实施例中检测单元包括的图像采集器以及测距传感器分别为摄像头2和激光雷达9，激光雷达9用于检测机器人移动路径上物体的距离，用于机器人移动底盘避障；摄像头2用于拍摄机器人行进路线上物体的图像，以供处理器进行识别并用于搬运服务机器人的定位导航。如图1所示，本实施例中摄像头2设置在底盘1上盒体的左侧，以图1中摄像头2所在位置作为底盘1的左侧，激光雷达9设置在盒体的右侧，在其他实施方式中，摄像头和激光雷达也可以设置在同一侧，或者底盘的两侧均设置有摄像头和激光雷达，本实用新型的关键在于设置摄像头和激光雷达，以实现避障和导航，因此对于摄像头和激光雷达的具体位置和数量不限于上述给出的实施例。
进一步的，本实施例在盒体的外侧设置有急停开关12和电压显示屏 13，急停开关12和电压显示屏13均连接电路板8，处理器如果接收到急停开关12的动作信号则发出机器人停止运行的控制命令。
如图2所示，本实施例中驱动单元包括驱动电机和驱动轮，电机驱动器6电连接驱动电机从而控制驱动轮的转动。本实施例中两个驱动轮对称设置在底盘1的底部，以图2中上方驱动轮为例，该驱动轮的轮毂17上设置有轮毂架，驱动轮能够在轮毂架中转动，在底盘1的底部设置有轮毂安装铝材14和15，轮毂安装铝材14和轮毂安装铝材15构成驱动轮安装架，如图2所示，轮毂架通过螺栓与驱动轮安装架连接，在螺栓上设置有减振弹簧16，减振弹簧16套设在螺栓的螺杆上，用于在移动底盘移动过程中起到减振缓冲作用。图2中下方另一个驱动轮的安装结构与图2中上方驱动轮的安装结构相同。控制单元中的电机驱动器6通过驱动电机控制连接驱动轮，在处理器的控制下实现对驱动轮的控制操作。
本实施例中驱动单元还包括两个万向轮，两个万向轮与两个驱动轮在底盘1的底部呈四角分布。如图2所示，以图2中右侧的万向轮21为例进行说明，万向轮21的底座通过螺栓设置在万向轮安装架上，万向轮安装架包括万向轮安装铝材18和万向轮安装铝材19，万向轮安装架安装在底盘1的底部，在万向轮安装架与万向轮之间的螺栓上设置有减振弹簧20，用于在移动底盘运动过程中起到缓冲作用。
本实用新型中移动底盘上各个器件的类型和具体位置不限于本实施例给出的例子，例如减振弹簧的类型可以是非等距弹簧或者等距弹簧，在其他实现方式中对器件选型或安装位置的等效改变也属于本实用新型的保护范围。
如图3所示为本实施例搬运服务机器人的机构示意图，在移动底盘上设置控制单元的盒体的上方设置有搬运机构，本实施例中搬运机构包括水平移动装置、翻转装置和夹取装置。
其中水平移动装置包括丝杠电机23，丝杠电机23设置在盒体的顶部铝板24上，丝杠电机23包括丝杠滑块，在丝杠电机的驱动下丝杠滑块能够在顶部铝板24上做水平运动，如图3所示，控制单元电连接丝杠电机23。
翻转装置包括舵机27和两个四连杆机构，以图3中四连杆机构25为例进行说明，四连杆机构25由第一连杆251、第二连杆252、第三连杆253、第四连杆254共四个连杆相互铰接构成，如图3所示，一个多连杆机构的一端设置在丝杠电机的固定部(即电机工作时固定的部分)，另一个多连杆机构的一端设置在所述丝杠电机的丝杠滑块上，两个多连杆机构的另一端通过连接杆29连接，连接杆29与两个多连杆机构活动连接，即两个多连杆机构的上横杆上分别开孔，连接杆29穿过两个孔，然后连接杆29的两端用螺母固定，这样的设置可以在滑块带动对应的多连杆机构移动时，调整两个多连杆机构之间的距离。
如图3所示两个四连杆机构的另一端通过连接杆29连接在一起，在两个四连杆机构上分别铰接设置有夹取杆，例如图3中四连杆机构25的两个竖杆 (第二连杆252和第三连杆253)上铰接有夹取杆28。四连杆机构翻转时两个竖杆(即第二连杆252和第三连杆253)会逐渐靠近，此时夹取杆28在四连杆机构上沿铰接处转动。图3中四连杆机构25上设置有夹取杆28，夹取杆的位置设置在当两个四连杆机构翻转至目标物品两侧时能够夹取到目标物品的位置，丝杠滑块水平移动时带动对应的四连杆机构移动调整两个四连杆机构之间的距离从而使两个夹取杆夹紧目标物品。需要说明的是在其他实施方式中也可以采用其他形式的连杆机构，并不限于本实施例给出的四连杆机构，例如也可以采用三连杆机构。
同时舵机27设置在顶部铝板24上，舵机27的输出轴连接任意一个四连杆机构上的铰接点，该铰接点位于对应的四连杆机构上与丝杠电机连接的一端(图3中四连杆机构25的下端)，如图3所示，舵机27驱动连接的四连杆机构翻转，由于连接杆的存在，也能带动另一个四连杆机构进行同步翻转，从而实现将两个四连杆机构翻转至目标物品的两侧，为夹取做准备。
本实施例中还设置有显示屏26以及显示屏26的支架22，显示屏26 连接控制单元用于显示搬运服务机器人运行过程中的相关数据。
如图4所示，当搬运服务机器人的激光雷达9检测到前方圆桶30时，搬运服务机器人通过激光雷达9以及地标导航，移动底盘的左右两侧驱动轮转动，带动整个搬运服务机器人移动至圆桶30前方，并与圆桶30保持一定距离。
如图5所示，舵机27输出轴转动带动搬运机构的四连杆转动，使两个四连杆机构分别位于圆桶30的两侧，两个四连杆机构上的两个夹取杆分别贴近圆桶30的两侧；连接杆29抵接于圆桶上边沿，在四连杆向圆桶旋转时，该连接杆29能够起到限位作用。
如图6所示，丝杠电机23上的丝杆滑块运动，由于四连杆机构安装于丝杠滑块上，丝杆电机23上的丝杆滑块移动带动四连杆机构移动，从而实现两个夹取杆将圆桶30锁紧。
如图7所示，舵机27输出轴反向转动，带动搬运机构的两个四连杆机构转动，将圆桶30搬运至搬运服务机器人上，使圆桶30竖直放置在机器人上，由多连杆机构夹紧圆桶30的两侧以承载圆桶30的重量，优选的可以在圆桶30上与加紧杆28对应位置处设置卡槽，以使多连杆机构更好的承受圆桶30，最终，搬运服务机器人通过移动底盘的定位导航移动至指定清洗处，相关清洗员工将圆桶30中的物品取出，搬运服务机器人等待下一个工作指令。
本实用新型的搬运服务机器人加工制造方便，可实现程度高；采用模块化设计，即将机器人的移动底盘分为底盘、驱动单元、控制单元和检测单元，各个单元单独设置又相互配合工作，便于后续的维护与更换，可实现程度高；利用减振弹簧有效降低了服务机器人运行过程中的振动；采用激光雷达与地标测量对服务机器人进行定位导航，定位可靠；通过舵机输出轴的转动和丝杆电机丝杆滑块的移动实现搬运机构对圆桶的搬运动作，搬运动作稳定可靠，可实现度高。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里记载的实用新型后，将容易想到本技术的其它实施方案。本申请旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据本申请的保护范围来确定技术性范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的代表保护范围的内容来限制。

Claims (9)

1.一种搬运服务机器人的移动底盘，其特征在于，所述移动底盘包括底盘、驱动单元、控制单元和检测单元；
所述底盘用于设置所述驱动单元、所述控制单元和所述检测单元；
所述驱动单元设置在所述底盘的下面，用于驱动所述移动底盘移动；
所述控制单元电连接所述驱动单元和所述检测单元，用于控制所述驱动单元以及获取所述检测单元的数据；
所述检测单元包括测距传感器和图像采集器，所述测距传感器用于检测所述移动底盘移动路径上物体的距离，所述图像采集器用于采集所述移动底盘移动路径上物体的图像。
2.根据权利要求1所述的移动底盘，其特征在于，所述驱动单元包括驱动电机、驱动轮和从动轮；
所述驱动电机驱动所述驱动轮转动从而实现所述移动底盘的移动，所述从动轮用于支撑平衡所述移动底盘；
所述驱动轮和所述从动轮均通过螺栓设置在所述底盘的下面，所述螺栓上设置有减振弹簧。
3.根据权利要求2所述的移动底盘，其特征在于，所述控制单元设置在所述底盘的上表面，所述控制单元包括处理器和电机驱动器；
所述处理器连接所述电机驱动器，所述电机驱动器连接所述驱动电机，所述驱动电机的驱动轴连接所述驱动轮。
4.根据权利要求1所述的移动底盘，其特征在于，所述控制单元设置有急停开关，所述控制单元获取所述急停开关被按下的信号后控制所述搬运服务机器人停止运行。
5.一种搬运服务机器人，其特征在于，所述搬运服务机器人包括移动底盘以及设置在所述移动底盘上的搬运机构；所述搬运机构包括水平移动装置、翻转装置和夹取装置；
所述移动底盘为权利要求1至4中任意一项权利要求所述的移动底盘，用于驱动所述搬运服务机器人运动；
所述移动底盘上的控制单元电连接所述搬运机构；
所述水平移动装置设置在所述移动底盘上，用于驱动所述翻转装置在水平方向上移动；
所述翻转装置设置在所述水平移动装置上，用于驱动所述夹取装置在竖直方向做翻转运动；
所述夹取装置设置在所述翻转装置的末端，用于在所述翻转装置翻转到位后夹取目标物品。
6.根据权利要求5所述的搬运服务机器人，其特征在于，所述水平移动装置包括丝杠电机；所述翻转装置包括两个多连杆机构；
所述丝杠电机设置在所述移动底盘上，其中一个多连杆机构的一端设置在所述丝杠电机的固定部，另一个多连杆机构的一端设置在所述丝杠电机的丝杠滑块上，两个多连杆机构的另一端通过连接杆连接；所述丝杠滑块带动对应的多连杆机构移动从而调整两个多连杆机构之间的距离。
7.根据权利要求6所述的搬运服务机器人，其特征在于：所述翻转装置还包括舵机；
所述舵机的输出轴连接任意一个多连杆机构上的铰接点，所述铰接点位于对应的多连杆机构上与丝杠电机连接的一端，所述舵机的输出轴通过所述铰接点带动所述翻转装置进行翻转运动。
8.根据权利要求6所述的搬运服务机器人，其特征在于，所述夹取装置包括两个夹取杆，两个夹取杆分别铰接在两个多连杆机构上，所述夹取杆的位置设置在当两个多连杆机构翻转至目标物品两侧时能够夹取到目标物品的位置。
9.根据权利要求6所述的搬运服务机器人，其特征在于，所述多连杆机构为四连杆机构。
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