CN213674104U - 一种新型智能物流机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型智能物流机器人，包括机械抓取装置，全向底盘和标定装置；所述全向底盘顶部中心设有一支撑杆，所述标定装置通过支撑杆与全向底盘连接，所述机械抓取装置与全向底盘顶部连接，所述机械抓取装置围绕支撑杆底部周向等距设置。本实用新型提高了运输的平稳性，可大幅度提高抓取效率和多种物料抓取能力，同时避免了物料架装载设计在运输中货物的倾倒问题，有效降低了运输难度，提升了运输效率；本实用新型使用简单，成本低廉，功能全面，可以有效达到工业运输的高需求指标。

Description

一种新型智能物流机器人

技术领域

本实用新型属于工业搬运物流技术领域，具体涉及一种新型智能物流机器人。

背景技术

在物流产业高速发展的今天，机器人技术的运用逐渐成熟，机器人在解决劳动力不足、提高生产效率、改进产品质量和降低生产成本方面发挥着越来越显著的作用，已经逐渐成为决定企业竞争和未来发展的重要衡量因素，目前我国物流机器人市场大份额被外企占据，机械设计、传感和控制技术水平与发达国家仍有差距，尤其在工业物流运输领域的生产作业效率，生产成本两方面不可兼顾。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种新型智能物流机器人，降低生产成本，提高工业物流运输领域的生产作业效率。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种新型智能物流机器人，包括机械抓取装置，全向底盘和标定装置；所述全向底盘顶部中心设有一支撑杆，所述标定装置通过支撑杆与全向底盘连接，所述机械抓取装置与全向底盘顶部连接，所述机械抓取装置围绕支撑杆底部周向等距设置；所述机械抓取装置包括餐盘轴承、第一电机和至少一个连杆机械臂；所述餐盘轴承连接圆形底板和底盘顶部；所述第一电机为中心通孔无刷电机，通过支撑杆连接底盘顶部，第一电机底座连接圆形底板；所述连杆机械臂包括基座、轴承座、大臂、大臂舵机、小臂、小臂舵机、小臂舵机臂、小臂连杆、第一连接杆、三角连架、第二连接杆、末端架、机械爪舵机和机械爪；所述大臂舵机与基座连接驱动大臂运动，所述大臂的一端与基座中部连接，所述大臂的另一端与三角连架的第一端连接，所述三角连架的第三端通过第二连接杆与末端架的一端连接，所述末端架底部与机械爪连接，所述机械爪与机械臂舵机连接，所述三角连架的第二端通过第一连接杆与基座连接，所述基座顶部与小臂舵机的一端连接，所述小臂舵机的另一端通过小臂舵机架与小臂连接，所述小臂的另一端与末端架的另一端连接。

进一步地，所述全向底盘包括底板、悬架支撑板、主板、控制模块、传感模块和至少三个行走装置；所述主板通过悬架支撑板与底板连接，所述底板顶部中心连接有控制模块，所述控制模块设置在主板与底板之间，所述底板底部和四周连接有传感模块，所述行走装置通过悬架支撑板与底板连接。

更进一步地，所述控制模块包括主控板、电源、稳压模块和开发板；所述主控板与开发板电连接，所述电源通过稳压模块稳压后为主控板供电。

更进一步地，所述传感模块包括红外循迹模块和激光测距模块；所述红外循迹模块与主控板电连接；所述激光测距模块与主控板电连接。

更进一步地，所述行走装置包括全向轮、第二电机、悬架电机固定板和悬架臂；所述全向轮末端与第二电机连接，所述第二电机驱动全向轮运动，所述第二电机输出轴端面与悬架电机固定板连接，所述悬架电机固定板上下两端分别通过悬架臂与悬架支撑板上下两端连接，所述悬架臂与悬架支撑板可拆卸连接，所述悬架臂与悬架电机固定板可拆卸连接。

更进一步地，所述行走装置还包括避震器，所述避震器的两端分别与悬架电机固定板和主板连接。

进一步地，所述标定装置为双目相机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

该智能物流机器人采用全向轮技术，提高底盘的地形适应能力，降低震荡和坡面冲击从而提高运输的平稳性；利用机械抓取装置，可大幅度提高抓取效率和多种物料抓取能力，同时避免了物料架装载设计在运输中货物的倾倒问题，有效降低了运输难度，提升了运输效率；本实用新型使用简单，成本低廉，功能全面，可以有效达到工业运输的高需求指标。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中全向底盘的俯视图；

图3为本实用新型实施例中全向底盘的仰视图；

图4为本实用新型实施例中全向底盘的立体图；

图5为本实用新型实施例中全向底盘去除主板的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中机械抓取装置组合的结构示意图；

图7为本实用新型实施例中单个机械抓取装置的结构示意图；

图8为本实用新型实施例中标定装置的结构示意图；

图9为本实用新型实施例的抓取流程示意图；

图10为本实用新型实施例的自主避障流程示意图；

图中：1-全向底盘；101-主板；102-麦克纳姆轮；103-立式固定座；104-底板； 105-中心扩展板；106-红外循迹模块；107-第二电机；108-悬架电机固定板； 109-悬架支撑板；110-铜柱；111-避震器；112-悬架臂；113-C610电调；114- stm32f4主控板；115-激光测距模块；116-英伟达NVIDIA Jetson开发板tx2； 117-12v锂电池；118-24V稳压模块；119-卧式固定座；2-机械抓取装置； 201-第一电机；202-圆形底板；203-餐盘轴承；204-轴承座；205-小臂舵机； 206-基座；207-小臂舵机臂；208-小臂连杆；209-第一连接杆；210-大臂； 211-三角连架；212-小臂；213-第二连接杆；214-机械爪舵机；215-机械爪； 216-末端架；217-大臂舵机；3-标定装置；301-双目相机；302-相机夹具； 303-法兰支撑杆。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和应用本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细叙述，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的技术方案为：一种新型智能物流机器人，如图1所示，包括机械抓取装置2，全向底盘1和标定装置3；所述全向底盘1顶部中心设有一法兰支撑杆303，所述标定装置3通过法兰支撑杆303与全向底盘1连接，所述机械抓取装置2与全向底盘1顶部连接，所述机械抓取装置2围绕法兰支撑杆303底部周向等距设置。

进一步地，如图6和7所示，所述机械抓取装置2包括餐盘轴承203、第一电机201和三个3R型连杆机械臂；所述餐盘轴承连接圆形底板202和底盘顶部，所述第一电机201为中心通孔无刷电机，通过法兰支撑杆303连接底盘顶部，第一电机201底座连接圆形底板202；所述连杆机械臂包括基座206、轴承座204、大臂210、大臂舵机217、小臂212、小臂舵机205、小臂舵机臂 207、小臂连杆208、第一连接杆209、三角连架211、第二连接杆213、末端架216、机械爪舵机214和机械爪215；所述大臂舵机217与基座206连接驱动大臂210运动，所述大臂210的一端与基座206中部连接，所述大臂210的另一端与三角连架211的第一端连接，所述三角连架211的第三端通过第二连接杆209与末端架216的一端连接，所述末端架216底部与机械爪215连接，所述机械爪215与机械臂舵机214连接，所述三角连架211的第二端通过第一连接杆213与基座连接，所述基座206顶部与小臂舵机205的一端连接，所述小臂舵机205的另一端通过小臂舵机架207与小臂212连接，所述小臂212的另一端与末端架216的另一端连接。

进一步地，如图2～5所示，所述全向底盘1包括底板104、悬架支撑板 109、主板101、控制模块、传感模块和四个行走装置；所述主板101通过悬架支撑板109与底板104连接，所述底板104顶部中心连接有控制模块，所述控制模块设置在主板101与底板104之间，所述底板104底部和四周连接有传感模块，所述行走装置通过悬架支撑板109与底板104连接。

更进一步地，所述控制模块包括stm32f4主控板114、激光测距模块115、 12v锂电池117、24V稳压模块118和开发板116；所述主控板114与开发板 116电连接，所述激光测距模块115与主控板114电连接，所述电源117通过稳压模块118稳压后为主控板114供电。

更进一步地，所述传感模块包括红外循迹模块106和激光测距模块115，所述红外循迹模块106与主控板114电连接，所述激光测距模块115与主控板 114电连接。

更进一步地，所述行走装置包括全向轮102、第二电机107、悬架臂112 和悬架电机固定板108；所述全向轮102末端与第二电机107连接，所述第二电机107驱动全向轮102运动，所述第二电机107输出轴端面与悬架电机固定板108连接，所述悬架电机固定板108上下两端分别通过悬架臂112与悬架支撑板109上下两端连接，所述悬架臂112与悬架支撑板109可拆卸连接，所述悬架臂112与悬架电机固定板108可拆卸连接。

更进一步地，所述行走装置还包括避震器111，所述避震器111的两端分别与悬架电机固定板108和主板101连接。

进一步地，所述标定装置为双目相机301。

在本实施例中，所述的全向底盘1包括stm32f4主控板114、中心扩展板 105、24v稳压模块118、12v锂电池117、tx2开发板、C610电调113等电路控制元件以及激光测距模块115、红外模块116等传感器模块。12v锂电池117 位于底板104的中心处，两侧是stm32f4主控板114和tx2开发板。Stm32f4 主控板114上方用铜柱110固定有24v的稳压模块118。4个C610电调113分别固定在悬架支撑板109的内侧，通过悬架支撑板109中的环形孔连接第二电机107和位于底板104下方中心的中心扩展板105，第二电机107为2006电机。同时底板104四周装有激光测距模块115，底板104下方有对称放置的红外模块116，便于轨迹巡线和自主避障。

进一步地，所述的机械抓取装置2结构包括三架采用烤漆钢制的3R型机械臂、圆形底板202、餐盘轴承203以及控制机械抓取装置2yaw轴运动的第一电机201，第一电机201为GM6020电机。餐盘轴承203外环与上方圆形底板 202相连，圆形底板202中心与GM6020电机底座相连，四周三组机械臂成三角对称排布，提供全方位的抓取范围。

进一步地，所述的机械抓取装置由舵机驱动连杆传动，通过大臂舵机217 连接基座206，输出轴控制大臂210运动，小臂舵机205连接基座206，输出轴连接小臂舵机臂207，再通过小臂212、小臂舵机臂207和第一连接杆209，传动力矩控制小臂212的运动。末端架216通过第二连接杆213、第一连接杆 209和三角连架211两两栓接，形成平行四杆机构，控制机械爪215始终水平抓取。末端架216上装有小型串口舵机214，输出轴连接机械爪215控制开合功能。

进一步地，所述标定装置3是由高精度双目相机301、相机夹具302和法兰支撑杆303组装而成。法兰支撑杆303下端面连接GM6020电机上端转子和底盘主板，上端通过相机夹具302固定有双目相机301，高处对货物进行位置标定。

本实用新型主体结构划分三大功能模块，全向底盘1保证运动的平稳性和转向的灵活性，机械抓取装置2实现全方位的抓取空间和三倍抓取效率，标定装置3提供高处视野和定位捕捉物料空间坐标。

如图4所示，本实用新型所提供的机器人全向底盘1方案，底板104四周装载了激光测距模块115，用来测定工作空间中小车的当前位置坐标，同时检测四周障碍物，程序循环判断执行自主避障功能，底板下方对称装有红外模块 116，用来对流水线工作空间中的黑线运输线路进行识别和循迹。

如图6所示，本实用新型所提供的多组机械抓取装置2方案，采用1.5mm 钢制烤漆材料折弯制成机械臂骨架结构，刚度高，结构轻，驱动电机采用20Kg 的串行总线数字舵机，串口通信，保证控制的精度。机械臂全面伸展距离可达车宽的2倍，收缩束笼可在400mmX500mm的垂直平面内，适合多台协作物流机器人运输系统的搭建。

如图8所示，本实用新型所采用的标定装置3方案，利用法兰支撑杆303 高处装夹双目相机301为三组机械爪215的机械抓取装置2统一提供视野，适于发挥tx2开发板116的空间坐标位置运算能力，减轻微机运算压力和视觉检测设备成本。

如图9所示，本实用新型所述的智能物流机器人的抓取流程为机器人到达指定搬运区时，抓取程序的线程开启，首先定位待拾物的空间坐标，进行运动学逆解获取关节转动角，传输到串口执行层，控制机械臂抓取运动，过程不断进行目标物料与机械爪215运动学正解后的当前坐标值进行比较，距离小于允许偏差值，即可控制机械爪215抓合。否则不断矫正关节转角直至控制在允许偏差内。

如图10所示，本实用新型所述的智能物流机器人的自主避障流程为底盘运动时不断接受激光测距模块115传回来的四个方向距离值，获取当前工作空间位置坐标，不断检测是否小于安全值，不满足安全距离值则对预设终点路线进行路线直角弯折。

进一步介绍该新型智能物流车的功能用途及使用流程，首先开启电源开关，机器人支持手动遥控和自主运动。设定工作空间，执行自主作业程序，该机器人将沿黑线移动至搬运区，执行抓取程序，三组机械抓取装置2旋转转换实现连续抓取完成后，沿既定路线运动至卸货区，如遇障碍物，进入避障循环，更改运动路线，直至完成运输作业。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型的范围进行限定，故在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型所述的构造、特征及原理所做的等效变化或装饰，均应落入本实用新型申请专利的保护范围内。

Claims (7)

1.一种新型智能物流机器人，其特征在于，包括机械抓取装置，全向底盘和标定装置；所述全向底盘顶部中心设有一支撑杆，所述标定装置通过支撑杆与全向底盘连接，所述机械抓取装置与全向底盘顶部连接，所述机械抓取装置围绕支撑杆底部周向等距设置；所述机械抓取装置包括餐盘轴承、第一电机和至少一个连杆机械臂；所述餐盘轴承连接圆形底板和底盘顶部；所述第一电机为中心通孔无刷电机，通过支撑杆连接底盘顶部，第一电机底座连接圆形底板；所述连杆机械臂包括基座、轴承座、大臂、大臂舵机、小臂、小臂舵机、小臂舵机臂、小臂连杆、第一连接杆、三角连架、第二连接杆、末端架、机械爪舵机和机械爪；所述大臂舵机与基座连接驱动大臂运动，所述大臂的一端与基座中部连接，所述大臂的另一端与三角连架的第一端连接，所述三角连架的第三端通过第二连接杆与末端架的一端连接，所述末端架底部与机械爪连接，所述机械爪与机械臂舵机连接，所述三角连架的第二端通过第一连接杆与基座连接，所述基座顶部与小臂舵机的一端连接，所述小臂舵机的另一端通过小臂舵机架与小臂连接，所述小臂的另一端与末端架的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的新型智能物流机器人，其特征在于，所述全向底盘包括底板、悬架支撑板、主板、控制模块、传感模块和至少三个行走装置；所述主板通过悬架支撑板与底板连接，所述底板顶部中心连接有控制模块，所述控制模块设置在主板与底板之间，所述底板底部和四周连接有传感模块，所述行走装置通过悬架支撑板与底板连接。

3.根据权利要求2所述的新型智能物流机器人，其特征在于，所述控制模块包括主控板、电源、稳压模块和开发板；所述主控板与开发板电连接，所述电源通过稳压模块稳压后为主控板供电。

4.根据权利要求2所述的新型智能物流机器人，其特征在于，所述传感模块包括红外循迹模块和激光测距模块；所述红外循迹模块与主控板电连接；所述激光测距模块与主控板电连接。

5.根据权利要求2所述的新型智能物流机器人，其特征在于，所述行走装置包括全向轮、第二电机、悬架电机固定板和悬架臂；所述全向轮末端与第二电机连接，所述第二电机驱动全向轮运动，所述第二电机输出轴端面与悬架电机固定板连接，所述悬架电机固定板上下两端分别通过悬架臂与悬架支撑板上下两端连接，所述悬架臂与悬架支撑板可拆卸连接，所述悬架臂与悬架电机固定板可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的新型智能物流机器人，其特征在于，所述行走装置还包括避震器，所述避震器的两端分别与悬架电机固定板和主板连接。

7.根据权利要求1所述的新型智能物流机器人，其特征在于，所述标定装置为双目相机。

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