CN216731814U - 一种模块化机器人 - Google Patents

Abstract

一种模块化机器人，包含可移动机械手、可旋转支座、视觉模块和固定模块；所述可移动机械手固定于可旋转支座上并由可旋转支座驱动，所述视觉模块位于可旋转支座上，所述可旋转支座位于固定模块的上部；所述可移动机械手包含取物爪头、支座、第一连接杆组、第二连接杆组、第三连接杆和第四连接杆；所述第一连接杆组包括第一连接杆、第一舵机和第一法兰；所述固定模块包括空心底座和支撑座；空心底座的外底部固定有多个支撑座，可旋转支座可转动地设置在空心底座上，每个所述支撑座包括吸盘和电磁铁，电磁铁布置在吸盘的中部。本实用新型模块化设计，稳定性好，更改设置快速，安装简便，机械手的适用范围广泛，使用方便。

Description

一种模块化机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人，尤其是涉及一种模块化机器人。

背景技术

机器人技术不断提高，推动人类社会快速发展，机器人学在世界范围内受到前所未有的关注，机器人的理论日趋完善。特别是近年来机器人在工业生产、医疗服务、航空航天、国防军事等领域的普遍推广应用，人们对机器人的性能提出了更高的要求，从起初的基本实现自动化、解放人类劳动力逐渐升级为实现机器人的智能控制和人工智能。如今机器人已经不单单局限于从事简单、重复、单调、枯燥的作业任务，在一些复杂环境如深海作业、深空探测、抢险救援，康复医疗等，越来越多的机器人也参与到其中，这就要求机器人具有较高的智能水平、较好的通用性、较强的环境适应能力，以及可靠的稳定性，这也是未来机器人行业发展的主要方向。

关于机械手的安装方面，原有水平关节机械手的小臂上设有丝杆和花键轴，丝杆和花键轴之间设有连接件，当需要将丝杆、花键轴和连接件分离时，只能将整个丝杆或花键轴从小臂上拆卸下来才可以继续拆卸，其拆卸较为麻烦；同理，在安装时也比较麻烦。例如，中国实用新型公告号CN203485202U，公告日20140319的一种机器人手及四轴机器人，其在垂直丝杆和垂直花键轴之间设置Z字形连接块。当需要将垂直丝杆和垂直花键轴拆卸分离时，需要将垂直丝杆上的螺母从垂直丝杆上拆卸下来，或者将垂直丝杆的底端从机器人上拆卸下来，然后将Z字形连接块与垂直丝杆分离。因此，其拆卸较为麻烦。

现有机械手大多没有视觉检测系统，多数为固定轨道的移动与拿取，当物体不规则分布于平面上时，机械手无法精确抓取物体，当物体的位置改变多数需要重新进行编程，工作量繁琐、实现困难。普通机械手为了拿去物品稳定性大多数为与支撑平面固定在一起，对于装卸、更换或者检修难度大，需要将机械手与支撑平面拆除。机械手臂多为一体化设计，增添与更改机械手的功能需再次制作机械手。

实用新型内容

本实用新型为克服现有技术不足，提供一种模块化机器人。

一种模块化机器人包含可移动机械手、可旋转支座、视觉模块和固定模块；所述可移动机械手固定于可旋转支座上并由可旋转支座驱动，所述视觉模块位于可旋转支座上，所述可旋转支座位于固定模块的上部；

所述可移动机械手包含取物爪头、支座、第一连接杆组、第二连接杆组、第三连接杆和第四连接杆；取物爪头固定在支座前端，第三连接杆和第四连接杆结构相同，第一连接杆组和第二连接杆组结构相同；所述第一连接杆组包括第一连接杆、第二舵机和第一法兰；第一连接杆的上部有一长方形缺口，第二舵机固定在第一连接杆的长方形缺口中，第一法兰与第二舵机的输出轴相固定；所述支座的一侧与第一法兰相连，另一侧与第三连接杆用铰链连接；第一连接杆组下部与第四连接杆的上部用铰链连接；第三连接杆的下部通过第二法兰与第二连接杆组连接，取物爪头固定在支座上；所述固定模块包括空心底座和支撑座；空心底座的外底部固定有多个支撑座，可旋转支座可转动地设置在空心底座上，每个所述支撑座包括吸盘和电磁铁，电磁铁布置在吸盘的中部。

本实用新型相比现有技术的有益效果是：

1、传统机械手臂多为一体化设计，增添与更改机械手的功能需再次进行制作，本实用新型模块化机器人使机械手可以对单一模块进行单独处理，增添功能也更加方便，若有其中一个模块发生损坏可对单一模块进行修复，不会影响其余模块的工作，大大减小了工作难度与时间。

2、普通机械手为了拿去物品稳定性大多数为与支撑平面固定在一起，对于装卸、更换或者检修难度大，需要将机械手与支撑平面拆除，因此，本实用新型应用包含吸盘与电磁铁的支撑座，既可以固定于光滑平面，又可以在金属表面进行固定，并且当两者一同使用时效果叠加甚至可以牢牢固定与竖直平面。

综上所述，本实用新型具有检修方便，更改设置快速，拿取物体方便，安装简便，机械手的适用范围广泛，使用方便。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1是本实用新型模块化机器人的结构图；

图2是取物爪头的透视图；

图3是可移动机械手的爆炸图；

图4是第一连接杆组的爆炸图；

图5是第二连接杆组的爆炸图；

图6是可旋转支座爆炸图；

图7是固定模块的爆炸图；

图8是视觉模块的示意图。

具体实施方式

如图1-图5及图8所示，一种模块化机器人包含可移动机械手1、可旋转支座2、视觉模块3和固定模块4；所述可移动机械手1固定于可旋转支座2上并由可旋转支座2驱动，所述视觉模块3位于可旋转支座2上，所述可旋转支座2位于固定模块4的上部；

所述可移动机械手1包含取物爪头101、支座102、第一连接杆组103、第二连接杆组103-2、第三连接杆104和第四连接杆104-2；取物爪头101固定在支座102前端，第三连接杆104和第四连接杆104-2结构相同，第一连接杆组103和第二连接杆组103-2结构相同；所述第一连接杆组103包括第一连接杆1031、第二舵机1033和第一法兰1032；第一连接杆1031的上部有一长方形缺口，第二舵机1033固定在第一连接杆1031的长方形缺口中，第一法兰1032与第二舵机1033的输出轴相固定；所述支座102的一侧与第一法兰1032相连，另一侧与第三连接杆104用铰链连接；第一连接杆组103下部与第四连接杆104-2的上部用铰链连接；第三连接杆104的下部通过第二法兰1032-2与第二连接杆组103-2连接，取物爪头101固定在支座102上；第二连杆组103-2包含第二连接杆1031-2、第三舵机1033-2 和第二法兰1032-2；第二连杆组103-2与第一连杆组103的组件连接布置关系相同。

可移动机械手1运动机理：在可旋转支座2的作用下，第二连接杆组103-2上的第三舵机1033-2进行转动，通过第二法兰1032-2带动第三连接杆104；由于第三连接杆104通过取物爪头支座201与第一连接杆组103相连，第一连接杆组103与第四连接杆104-2为铰链连接，所以当第二连接杆组103-2的第三舵机1033-2转动带动第三连接杆104旋转时，第一连接杆组103也会跟着一起平行摆动，调整第一连接杆组103、第二连接杆组103-2、第三连接杆104和第四连接杆104-2的位置将取物爪头101移动到物体周围，并通过第一连接杆组103的第二舵机1033的运转不断在连接杆组摆动时保持取物爪头101的水平。

如图8所示，所述固定模块4包括空心底座402和支撑座403；空心底座402的外底部固定有多个支撑座403，可旋转支座2可转动地设置在空心底座402上，每个所述支撑座 403包括吸盘4031和电磁铁4032，电磁铁4032布置在吸盘4031的中部。当放于金属面上时电磁铁4032会对金属平面产生吸力，同时吸盘4031也可以吸附在光滑平面上。

在一个实施例中，如图2所示，所述取物爪头101包括第一滑块1011、第二滑块1011-2、第一舵机1012、第一爪子1013、第二爪子1013-2、支撑体1014、转动杆1015、第一圆弧形连接杆1016、第二圆弧形连接杆1016-2和连接帽1017；所述第一滑块1011和第二滑块1011-2结构相同，分别可滑动地设置在支撑体1014上部的两侧，并分别与第一爪子1013 和第二爪子103-2固定；所述第一舵机1012固定在支撑体1014的中部，第一舵机1012的输出轴与转动杆1015相连，所述第一圆弧形连接杆1016、第二圆弧形连接杆1016-2以圆弧内侧相对位置的一端与转动杆1015相连接，另一端分别与第一滑块1011和第二滑块 1011-2相连接，连接帽1017固定在支撑体1014的底部，并与支座102连接。

取物爪头101的运动机理：当第一舵机1012运行时，其带动转动杆1015进行旋转，转动杆1015旋转带动第一圆弧形连接杆1016与第二圆弧形连接杆1016-2转动，从而使第一滑块1011与第二滑块1011-2在支撑体1014上相向滑动(靠近或分离)，同时固定在第一滑块1011和第二滑块1011-2上的第一爪子1013和第二爪子1013-2也相向移动(靠近或分离)，由此实现抓取或释放物体。

在另一个实施例中，结合图3和图7所示，所述可旋转支座2包含机械手底座201、第四舵机组、第五舵机组、第六舵机组、第一底部支架203和第二底部支架203-2；第一底部支架203与第二底部支架203-2结构相同，对称的固定在机械手底座201两侧；第四舵机组、第五舵机组和第六舵机组结构相同，第四舵机组包括第三法兰2021和第四舵机2022，第四舵机2022固定于第一底部支架203上，通过第三法兰2021与第四连接杆104-2连接；第五舵机组包括第四法兰2021-2和第五舵机2022-2，第五舵机2022-2固定在第二底部支架203-2上，通过第四法兰2021-2与第二连接杆组103-2相连；第六舵机组包括第六舵机2022-3和第五法兰2021-3，第六舵机组布置在空心底座402内，第六舵机2022-3的输出轴与第五法兰2021-3相连，第五法兰2021-3与机械手底座201中心相连。

可移动机械手1运动机理：第四舵机2022和第五舵机2022-2共同运行，通过第三法兰 2021与第四法兰2021-2使第四连接杆104-2与第二连接杆组103-2的下部开始旋转下降，第二连接杆组103-2上的第三舵机1033-2进行转动，通过第二法兰1032-2带动第三连接杆 104；由于第三连接杆104通过取物爪头支座201与第一连接杆组103相连，第一连接杆组103与第四连接杆104-2为铰链连接，所以当第二连接杆组103-2的第三舵机1032-2转动带动第三连接杆104旋转时，第一连接杆组103也会跟着一起平行摆动，调整第一连接杆组103、第二连接杆组103-2、第三连接杆104和第四连接杆104-2的位置将取物爪头101移动到物体周围，并通过第一连接杆组103的第二舵机1033的运转不断在连接杆组摆动时保持取物爪头101的水平。

可选地，如图8所示，所述视觉模块3为深度摄像机301，深度摄像机301布置在可旋转支座2上，所述深度摄像机301包含RGB摄像头3011、结构光投射器3012和结构光深度感应器3013。

在机器人上加上视觉模块3，无论目标与机械手的位置如何变化都可以让机械手准确无误的抓取目标。通过深度摄像机301的距离检测不断将位置信号传给第二舵机1033、第三舵机1033-2、第四舵机2022和第五舵机2022-2，这三个舵机互相工作，调整第一连接杆组103、第二连接杆组103-2、第三连接杆104和第四连接杆104-2的位置将取物爪头101移动到物体周围，并通过第一连接杆组103的第二舵机1033的运转不断在连接杆组摆动时保持取物爪头101的水平。

所述采集物体的视觉模块3的作用机理：RGB摄像头3011、结构光投射器3012、结构光深度感应器3013三者同时对镜头里的特定物体进行采集分析，从而得出取物爪头101到特定物体的具体的距离。深度摄像机301对拿取的物体进行位置锁定，同时将信号传递给舵机，使舵机旋转调整各个连接杆的位置，在机械手进行抓取物体。可选地，所述深度摄像机301可选用奥比中光的Astra Pro体感深度相机，自带控制模块。

进一步地，所述可旋转支座2与固定模块4之间设有一个轴承401支撑可旋转支座2。如图6和图7所示，第六舵机2022-3固定于空心底座402内，通过第六舵机2022-3的旋转带动位于轴承401上的机械手底座201旋转，从而实现机械手的自由转向。

固定模块作用机理：轴承401支撑可移动机械手1的同时，可让机械手支座201自由旋转，当放于金属面上时电磁铁4032会对金属平面产生吸力，同时吸盘4031也可以吸附在光滑平面上，两者共同作用，增大整体的稳定性。

深度摄像机301采集物体开始工作，首先通过深度摄像机301的RGB摄像头3011、结构光投射器3012和结构光深度感应器3013找到物体的具体位置、分析出与取物爪头101 的距离，再将信号传给第六舵机2022-3，第六舵机2022-3的输出轴通过第五法兰2021-3 控制位于轴承401上的机械手底座201旋转，从而使可移动机械手1、可旋转支座2、视觉模块3的中心与物体位于同一个竖直平面。

当取物爪头101抓住物体后，经深度摄像机301的检测，第二舵机1033继续运转保证在有物体的情况下取物爪头101的水平，防止所取物中含有液体时液体溅出将平面或者机械臂污染。深度摄像机301在取物爪头101抓住物体以后继续运转，若是在取物过程中，桌面其余物体位置不发生改变，则第三舵机1033-2、第四舵机2022和第五舵机2022-2的运转与取物的运转相反即可，调整机械手各个部分的位置，安全稳定的将物体移动到预定位置。同时模块化机器人使机械手可以对单一模块进行单独处理，增添功能也更加方便，若有其中一个模块发生损坏可对单一模块进行修复，不会影响其余模块的工作，大大减小了升级或修复工作难度与时间。

本实用新型已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本实用新型技术方案范围。

Claims (5)

1.一种模块化机器人，其特征在于：包含可移动机械手(1)、可旋转支座(2)、视觉模块(3)和固定模块(4)；所述可移动机械手(1)固定于可旋转支座(2)上并由可旋转支座(2)驱动，所述视觉模块(3)位于可旋转支座(2)上，所述可旋转支座(2)位于固定模块(4)的上部；

所述可移动机械手(1)包含取物爪头(101)、支座(102)、第一连接杆组(103)、第二连接杆组(103-2)、第三连接杆(104)和第四连接杆(104-2)；取物爪头(101)固定在支座(102)前端，第三连接杆(104)和第四连接杆(104-2)结构相同，第一连接杆组(103)和第二连接杆组(103-2)结构相同；所述第一连接杆组(103)包括第一连接杆(1031)、第二舵机(1033)和第一法兰(1032)；第一连接杆(1031)的上部有一长方形缺口，第二舵机(1033)固定在第一连接杆(1031)的长方形缺口中，第一法兰(1032)与第二舵机(1033)的输出轴相固定；所述支座(102)的一侧与第一法兰(1032)相连，另一侧与第三连接杆(104)用铰链连接；第一连接杆组(103)下部与第四连接杆(104-2)的上部用铰链连接；第三连接杆(104)的下部通过第二法兰(1032-2)与第二连接杆组(103-2)连接，取物爪头(101)固定在支座(102)上；

所述固定模块(4)包括空心底座(402)和支撑座(403)；空心底座(402)的外底部固定有多个支撑座(403)，可旋转支座(2)可转动地设置在空心底座(402)上，每个所述支撑座(403)包括吸盘(4031)和电磁铁(4032)，电磁铁(4032)布置在吸盘(4031)的中部。

2.根据权利要求1所述一种模块化机器人，其特征在于：所述取物爪头(101)包括第一滑块(1011)、第二滑块(1011-2)、第一舵机(1012)、第一爪子(1013)、第二爪子(1013-2)、支撑体(1014)、转动杆(1015)、第一圆弧形连接杆(1016)、第二圆弧形连接杆(1016-2)和连接帽(1017)；所述第一滑块(1011)和第二滑块(1011-2)结构相同，分别可滑动地设置在支撑体(1014)上部的两侧，并分别与第一爪子(1013)和第二爪子(1013-2)固定；所述第一舵机(1012)固定在支撑体(1014)的中部，第一舵机(1012)的输出轴与转动杆(1015)相连，所述第一圆弧形连接杆(1016)、第二圆弧形连接杆(1016-2)以圆弧内侧相对位置的一端与转动杆(1015)相连接，另一端分别与第一滑块(1011)和第二滑块(1011-2)相连接，连接帽(1017)固定在支撑体(1014)的底部，并与支座(102)连接。

3.根据权利要求1或2所述一种模块化机器人，其特征在于：所述可旋转支座(2)包含机械手底座(201)、第四舵机组、第五舵机组、第六舵机组、第一底部支架(203)和第二底部支架(203-2)；第一底部支架(203)与第二底部支架(203-2)结构相同，对称的固定在机械手底座(201)两侧；第四舵机组、第五舵机组和第六舵机组结构相同，第四舵机组包括第三法兰(2021)和第四舵机(2022)，第四舵机(2022)固定于第一底部支架(203)上，通过第三法兰(2021)与第四连接杆(104-2)连接；第五舵机组包括第四法兰(2021-2)和第五舵机(2022-2)，第五舵机(2022-2)固定在第二底部支架(203-2)上，通过第四法兰(2021-2)与第二连接杆组(103-2)相连；第六舵机组包括第六舵机(2022-3)和第五法兰(2021-3)，第六舵机组布置在空心底座(402)内，第六舵机(2022-3)的输出轴与第五法兰(2021-3)相连，第五法兰(2021-3)与机械手底座(201)中心相连。

4.根据权利要求1所述的一种模块化机器人，其特征在于：所述可旋转支座(2)与固定模块(4)之间有一轴承(401)支撑可旋转支座(2)。

5.根据权利要求1所述的一种模块化机器人，其特征在于：所述视觉模块(3)为深度摄像机(301)，深度摄像机(301)布置在可旋转支座(2)上，所述深度摄像机(301)包含RGB摄像头(3011)、结构光投射器(3012)和结构光深度感应器(3013)。

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