CN216803499U - 一种舵轮及其应用的机器人移动平台和工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种舵轮及其应用的机器人移动平台和工业机器人，该舵轮包括轮体、驱动轮体行走的转动齿轮机构以及驱动轮体转向的转向齿轮机构；所述轮体通过转向支架安装在行走底盘上，所述转向支架与行走底盘之间在水平方向上转动装配，所述行走齿轮机构装配在转向支架上与轮体传动连接；所述转向齿轮机构包括转向电机齿轮和内齿圈，所述内齿圈与转向支架的转动轴线同轴固定在行走底盘上，所述转向电机齿轮由固定安装在转向支架上的转向电机驱动，并与内齿圈啮合传动。应用该舵轮的工业机器人创新性地将舵轮底盘、六自由度机械臂、激光雷达、工业视觉相机等部件结合在一起，使得该工业机器人同时具备通用性、灵活性、高效性等特点。

Description

一种舵轮及其应用的机器人移动平台和工业机器人

技术领域

本实用新型属于工业机器人领域，尤其涉及一种舵轮及其应用的机器人移动平台和工业机器人。

背景技术

工业机器人作为自动化生产制造领域的关键设备，因其具有用途广、可靠性高、精度高、可编程、可用于恶劣环境等优点，改变了企业的传统生产方式，大大提高了生产效率，解放了劳动力，是自动化生产制造行业不可或缺的核心设备。然而，随着现代工业的发展和智能制造的普及，传统的工业机器人越来越难以适应现代企业的自动化生产需求。

工业机器人通常由驱动、控制、执行机构、位置检测装置等部分组成。一般情况下，在工业机器人应用过程中，工程师需要通过编程确定运动类型、位置、速度等其他参数，使机器人控制系统根据运动控制算法确定机器人的运动路径和运动控制参数，从而高效完成任务。而在重复的自动化生产作业中，机器人重复定位的精度至关重要。目前工业机器人平台普遍采用固定形式，其机构移动应用采用导轨形式。该形式的机器人移动轨迹单一，安装布局占地大，成本高。并且，往往不具有广泛的通用性和灵活性；此外，可移动型机器人也具有较多应用，其通常采用将机械臂与轮式底盘和履带底盘相结合的方式。在实际生产中，由于该种机器人在狭小或需要频繁转向的空间内运动灵活度较低，难以完成复杂的生产工作，因而难以大规模投入使用。为了解决这一问题，业界提出了一种能实现全向移动功能的机器人，其移动底盘采用不少于四个麦克纳姆轮，如专利CN205852777U《一种具有全向移动功能的机器人》。与传统移动机器人相比，灵活性得以提升。但因麦克纳姆轮的承重不足、速度慢、寿命短等缺陷，该种机器人仍无法适应大多数生产场景。

发明内容

本实用新型提供一种舵轮及其应用的机器人移动平台和工业机器人，该工业机器人采用的舵轮底盘与传统移动机器人采用的麦克纳姆轮底盘不同，其采用四组舵轮构成的新型舵轮底盘，能实现快速、灵活的全向移动，辅以激光雷达和工业视觉相机进行定位，使得产品同时具备通用性和灵活性，不在局限于某个生产场景，而是能在大多数场景下进行生产工作。并且配备了六轴机械臂，使其能完成相对复杂的生产任务。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，一种舵轮，包括轮体、驱动轮体行走的行走齿轮机构以及驱动轮体转向的转向齿轮机构；

所述轮体通过转向支架安装在行走底盘上，所述转向支架与行走底盘之间在水平方向上转动装配，所述行走齿轮机构装配在转向支架上与轮体传动连接；

所述转向齿轮机构包括转向电机齿轮和内齿圈，所述内齿圈与转向支架的转动轴线同轴固定在行走底盘上，所述转向电机齿轮由固定安装在转向支架上的转向电机驱动，并与内齿圈啮合传动。

进一步地，所述行走齿轮机构包括行走驱动电机8、行走驱动电机齿轮7、轮体齿轮12，所述行走驱动电机固定在转向支架上并与行走驱动电机齿轮7相连，所述轮体齿轮12与轮体同轴固定并与驱动电机齿轮7啮合传动。

进一步地，所述行走齿轮机构还包括设置在行走驱动电机齿轮7和轮体齿轮12之间的啮合传动的中间齿轮。

进一步地，所述转向支架和行走底盘之间通过轴承转动装配，其中，所述轴承的固定环和内齿圈均固定在行走底盘上；所述轴承的活动环上设置有用于固定转向支架的支撑板，且转向电机固定安装在支撑板上，转向电机的驱动轴前端穿过支撑板与转向电机齿轮相连。

转向电机齿轮14转动，从而与内齿圈15啮合传动；内齿圈15通过安装孔与行走底盘相固定，转向电机齿轮14通过直齿传动带动舵轮的转向支架自转，从而使舵轮转向；

转向电机齿轮机构在该方案中相当于行星齿轮传动机构，其中转向电机齿轮相当于行星轮，内齿圈相当于太阳轮，固定连接的支撑板和转向支架相当于行星架，在该行星齿轮机构中，内齿圈(太阳轮)固定，支撑板和转向支架(行星架)自由转动，当转向电机驱动转向电机齿轮自转与内齿圈啮合的同时沿内齿圈圆周公转，带动支撑板和转向支架(行星架)转动，实现其上安装的轮体转向。

进一步地，所述转向齿轮机构和行走齿轮机构采用直齿轮传动。

另一方面，一种机器人移动平台，所述机器人移动平台的行走底盘设有至少两个上述的舵轮，所述舵轮对称设置在机器人移动平台下方。

再一方面，一种用于自动化生产制造的工业机器人，包括六轴机械臂模块以及上述的机器人移动平台，所述机器人移动平台设有至少四个舵轮；四个舵轮对称安装在行走底盘上，所述移动机器人平台包括气泵、控制器、激光雷达单元以及供电单元，所述气泵、激光雷达单元以及供电单元均与控制器相连；

所述六轴机械臂模块安装在机器人移动平台的上部，所述六轴机械臂模块前端设置有工业相机；

所述六轴机械臂模块和舵轮均受控于机器人移动平台。

进一步地，所述移动机器人平台上设置有物料盒，用于放置六轴机械臂模块2夹取的物料。

进一步地，所述移动机器人平台上设置有急停按钮，所述急停按钮与控制器相连。

进一步地，所述工业相机为两个并列设置的海康工业视觉相机。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型的优点体现在以下几点：

1、采用新型舵轮底盘设计实现机器人的全向移动，不同于传统舵轮，该种舵轮采用内齿啮合的结构，使得整体体积变小，从而减轻了重量。而与传统全向移动机器人所使用的麦克纳姆轮相比，舵轮具有承重大、稳定、速度快、转向灵活等特点，能有效提升机器人移动速度、灵活性和稳定性；

2、舵轮采用模块化的设计，舵轮中的所有零部件均被封装在一个模块内，在装配时仅需将模块与机器人连接即可，而不用考虑舵轮内部结构。与传统轮系相比，模块化设计的轮系拆装简单，方便后期对轮系进行维护和修理；

3、通过激光雷达和工业视觉相机共同定位，使得机器人在陌生环境中也能通过激光雷达建图和相机识别来获取较高的定位精度，从而够完成多种场景和环境下的生产任务，提升了产品的通用性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种用于自动化生产制造的工业机器人的总体结构图；

图2为本实用新型实施例提供的舵轮结构透视图；

图3是本实用新型实施例提供的舵轮仰视图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图2和图3所示，一种舵轮，包括轮体、驱动轮体行走的行走齿轮机构以及驱动轮体转向的转向齿轮机构；

所述轮体通过转向支架安装在行走底盘上，所述转向支架与行走底盘之间在水平方向上转动装配，所述行走齿轮机构装配在转向支架上与轮体传动连接；

所述转向齿轮机构包括转向电机齿轮和内齿圈，所述内齿圈与转向支架的转动轴线同轴固定在行走底盘上，所述转向电机齿轮由固定安装在转向支架上的转向电机驱动，并与内齿圈啮合传动。

所述行走齿轮机构包括行走驱动电机8、行走驱动电机齿轮7、轮体齿轮12，所述行走驱动电机固定在转向支架上并与行走驱动电机齿轮7相连，所述轮体齿轮12与轮体同轴固定并与驱动电机齿轮7啮合传动。

所述行走齿轮机构还包括设置在行走驱动电机齿轮7和轮体齿轮12之间的啮合传动的中间齿轮。

在这一过程中，使用了三个齿轮互相啮合传动，通过分别调整这三个齿轮的齿数，可以灵活的调整电机与轮子的传动比。与传统舵轮通常使用的两个齿轮啮合传动相比，三个齿轮传动不会出现传动比过大或过小的情况。

所述转向支架和行走底盘之间通过轴承转动装配，其中，所述轴承的固定环和内齿圈均固定在行走底盘上；所述轴承的活动环上设置有用于固定转向支架的支撑板，且转向电机固定安装在支撑板上，转向电机的驱动轴前端穿过支撑板与转向电机齿轮相连。

转向电机齿轮14转动，从而与内齿圈15啮合传动；内齿圈15通过安装孔与行走底盘相固定，转向电机齿轮14通过直齿传动带动舵轮的转向支架自转，从而使舵轮转向；

转向电机齿轮机构在该方案中相当于行星齿轮传动机构，其中转向电机齿轮相当于行星轮，内齿圈相当于太阳轮，固定连接的支撑板和转向支架相当于行星架，在该行星齿轮机构中，内齿圈(太阳轮)固定，支撑板和转向支架(行星架)自由转动，当转向电机驱动转向电机齿轮自转与内齿圈啮合的同时沿内齿圈圆周公转，带动支撑板和转向支架(行星架)转动，实现其上安装的轮体转向。

所述转向齿轮机构和行走齿轮机构采用直齿轮传动。

一种机器人移动平台，所述机器人移动平台的行走底盘设有至少两个上述的舵轮，所述舵轮对称设置在机器人移动平台下方。

如图1所示，一种用于自动化生产制造的工业机器人，包括六轴机械臂模块以及上述的机器人移动平台，所述机器人移动平台设有至少四个舵轮；四个舵轮对称安装在行走底盘上，所述移动机器人平台包括气泵、控制器、激光雷达单元以及供电单元，所述气泵、激光雷达单元以及供电单元均与控制器相连；

激光雷达单元的信号通过激光雷达孔6发出，机器人移动平台下方的箱体设置有箱门5，打开箱门，可以对机器人移动平台内部的部件进行维修；

所述六轴机械臂模块安装在机器人移动平台的上部，所述六轴机械臂模块前端设置有工业相机；

所述六轴机械臂模块和舵轮均受控于机器人移动平台。

四个舵轮通过驱动电机8和转向电机10的共同作用实现工业机器人的全向移动。

所述移动机器人平台上设置有物料盒3，用于放置六轴机械臂模块2夹取的物料。

所述移动机器人平台上设置有急停按钮，所述急停按钮4与控制器相连。

所述工业相机为两个并列设置的海康工业视觉相机1。

通过激光雷达模块可以实现机器人对外界环境的感知，且机器人能通过绕环境一周实现对周围环境的简单建图，辅以上位机软件，能实现对机器人的路径规划和定位等功能。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种舵轮，其特征在于，包括轮体、驱动轮体行走的行走齿轮机构以及驱动轮体转向的转向齿轮机构；

所述轮体通过转向支架安装在行走底盘上，所述转向支架与行走底盘之间在水平方向上转动装配，所述行走齿轮机构装配在转向支架上与轮体传动连接；

所述转向齿轮机构包括转向电机齿轮和内齿圈，所述内齿圈与转向支架的转动轴线同轴固定在行走底盘上，所述转向电机齿轮由固定安装在转向支架上的转向电机驱动，并与内齿圈啮合传动。

2.根据权利要求1所述的舵轮，其特征在于，所述行走齿轮机构包括行走驱动电机(8)、行走驱动电机齿轮(7)、轮体齿轮(12)，所述行走驱动电机固定在转向支架上并与行走驱动电机齿轮(7)相连，所述轮体齿轮(12)与轮体同轴固定并与驱动电机齿轮(7)啮合传动。

3.根据权利要求2所述的舵轮，其特征在于，所述行走齿轮机构还包括设置在行走驱动电机齿轮(7)和轮体齿轮(12)之间的啮合传动的中间齿轮。

4.根据权利要求1所述的舵轮，其特征在于，所述转向支架和行走底盘之间通过轴承转动装配，其中，所述轴承的固定环和内齿圈均固定在行走底盘上；所述轴承的活动环上设置有用于固定转向支架的支撑板，且转向电机固定安装在支撑板上，转向电机的驱动轴前端穿过支撑板与转向电机齿轮相连。

5.根据权利要求1所述的舵轮，其特征在于，所述转向齿轮机构和行走齿轮机构采用直齿轮传动。

6.一种机器人移动平台，其特征在于，所述机器人移动平台的行走底盘设有至少两个权利要求1-5任一项所述的舵轮，所述舵轮对称设置在机器人移动平台下方。

7.一种用于自动化生产制造的工业机器人，其特征在于，包括六轴机械臂模块以及权利要求6所述的机器人移动平台，所述机器人移动平台设有至少四个舵轮；四个舵轮对称安装在行走底盘上，所述机器人移动平台包括气泵、控制器、激光雷达单元以及供电单元，所述气泵、激光雷达单元以及供电单元均与控制器相连；

所述六轴机械臂模块安装在机器人移动平台的上部，所述六轴机械臂模块前端设置有工业相机；

所述六轴机械臂模块和舵轮均受控于机器人移动平台。

8.根据权利要求7所述的用于自动化生产制造的工业机器人，其特征在于，所述机器人移动平台上设置有物料盒，用于放置六轴机械臂模块(2)夹取的物料。

9.根据权利要求7所述的用于自动化生产制造的工业机器人，其特征在于，所述机器人移动平台上设置有急停按钮，所述急停按钮与控制器相连。

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