CN218052590U - 垃圾容器转运机器人的机架总成 - Google Patents

Abstract

垃圾容器转运机器人的机架总成，包括可移动机架和机械抓手机构；可移动机架包括主体车架、电动滚轮和升降驱动组件；主体车架前端设有平台，后端两侧设有对称布置的竖向支架，两个竖向支架之间形成载物区间；两组升降驱动组件分别设在两个竖向支架上；机械抓手机构包括云台电机、多自由度机械臂和机械爪；云台电机固定安装在平台中部上端，其上端设有水平转动面；多自由度机械臂下端固定安装在云台电机上，上端与机械爪连接；机械爪上设有开度可调的抓取口。本实用新型应用于垃圾容器转运机器人，一方面作为承载其它功能部件的基础框架，另一方面用于限定其它功能部件的安装区域，为垃圾倾倒的自动化过程提供了必要的基础结构。

Description

垃圾容器转运机器人的机架总成

技术领域

本实用新型涉及自动化转运设备技术领域，特别是一种垃圾容器转运机器人的机架总成。

背景技术

大部分的居民区都会集中设置有垃圾收集站，每户产生的生活垃圾需要定点投放至垃圾收集站中，不可随意丢弃。当一户有1-2个常住人口的情况下，一天通常会产生1-2桶生活垃圾，为保持居住环境的干净卫生，避免滋生蚊蝇细菌，通常需要每日倒生活垃圾。

但当常住人口为腿脚不便的老人或残疾人或视障人士时，将生活垃圾提至垃圾收集站丢弃的过程就会存在一定的不便。因此，人们希望能研发一种可代替人工倒垃圾至指定地点的机器人，以解决上述特殊人群的困难。

在上述机器人中，机架总成一方面作为承载其它功能部件的基础框架，另一方面用于提供机器人的移动功能，再一方面用于限定其它功能部件的安装区域，起着非常重要的作用，机架总成的结构设计是否合理，直接关系到垃圾容器转运机器人是否稳定可靠。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，而提供一种垃圾容器转运机器人的机架总成，它应用于垃圾容器转运机器人，一方面作为承载其它功能部件的基础框架，另一方面用于限定其它功能部件的安装区域，再一方面提供了垃圾容器转运机器人的移动功能，为垃圾倾倒的自动化过程提供了必要的基础结构。

本实用新型的技术方案是：垃圾容器转运机器人的机架总成，包括可移动机架和机械抓手机构；可移动机架包括主体车架、电动滚轮和升降驱动组件；主体车架前端设有平台，后端两侧设有对称布置的竖向支架，两个竖向支架之间形成载物区间，每个竖向支架上设有多根竖直布置的导向杆；多个电动滚轮对称安装在主体车架的下端两侧；两组升降驱动组件分别设在两个竖向支架上；机械抓手机构包括云台电机、多自由度机械臂和机械爪；云台电机固定安装在平台中部上端，其上端设有水平转动面；多自由度机械臂下端固定安装在云台电机上，上端与机械爪连接；机械爪上设有开度可调的抓取口。

本发明进一步的技术方案是：升降驱动组件包括升降驱动组件包括电机A、主动轮、轮轴、从动轮和同步带；电机A固定安装在主体车架下端；主动轮固定安装在电机A的机轴上；轮轴水平布置并活动安装在竖向支架上端；从动轮固定安装在轮轴上，并位于主动轮的正上方；同步带绕设在主动轮与从动轮之间。

本实用新型进一步的技术方案是：主体车架前端中部边沿处、后端中部边沿处、两侧边沿处分别设有照明模块。

本实用新型进一步的技术方案是：主体车架前端中部边沿处、后端中部边沿处、两侧边沿处分别设有摄像头。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、它应用于垃圾容器转运机器人，一方面作为承载其它功能部件的基础框架，另一方面用于限定其它功能部件的安装区域，再一方面提供了垃圾容器转运机器人的移动功能，为垃圾倾倒的自动化过程提供了必要的基础结构。

2、其搭载的机械抓手总成可用于转运过程中按电梯按钮、转运到达指定地点后拎出垃圾袋、夹取垃圾袋投入指定垃圾箱等操作，进一步提升了其自动化程度。

应用了本实用新型的垃圾容器转运机器人具有如下优点：

1、其应用于居民小区，可代替人工倒垃圾至指定地点，清解决了居民小区中特殊人群倒垃圾的不便。在转运垃圾容器的过程中，实现了包含拾取-转运-卸载的全流程自动化操作。

2、其转运的目标是垃圾容器，并不是装有垃圾的垃圾袋，转运过程中可靠性较好，垃圾不会散落或掉落，避免了其被撒落出来的的细碎垃圾或液体弄脏。

以下结合图和实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为所述的垃圾容器转运机器人的结构示意图；

图3为垃圾容器转运机器人中的搬运总成在一种视角下的结构示意图；

图4为垃圾容器转运机器人中的搬运总成在另一视角下的结构示意图；

图5为垃圾容器转运方法S01步骤的状态图；

图6为垃圾容器转运方法S02步骤的状态图；

图7为垃圾容器转运方法S03步骤的状态图；

图8为垃圾容器运转方法S04步骤a分步骤的状态图；

图9为垃圾容器运转方法S04步骤c分步骤的状态图；

图10为垃圾容器运转方法S11步骤的状态图。

图例说明：主体车架11；平台111；竖向支架112；导向杆1121；载物区间113；照明模块114；电动滚轮12；电机A131；主动轮132；轮轴133；从动轮134；同步带135；云台电机21；多自由度机械臂22；机械爪23；抓取口231；底座31；导向套311；连接块312；舵机A321；连接座322；摇臂323；上座33；低位托盘34；高位托盘35；气缸A361；滑轨362；滑块363；承载板364；双轴电机365；基座366；滑槽3661；夹臂367；舵机B368；橡胶夹盘369；气缸B360。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，垃圾容器转运机器人的机架总成，包括可移动机架和机械抓手机构。

可移动机架包括主体车架11、电动滚轮12和升降驱动组件。主体车架11前端设有平台111，后端两侧设有对称布置的竖向支架112，两个竖向支架112之间形成载物区间113，每个竖向支架112上设有多根竖直布置的导向杆1121。多个电动滚轮12对称安装在主体车架11的下端两侧。两组升降驱动组件分别设在两个竖向支架112上。升降驱动组件包括电机A131、主动轮132、轮轴133、从动轮134和同步带135。电机A131固定安装在主体车架11下端。主动轮132固定安装在电机A131的机轴上。轮轴133水平布置并活动安装在竖向支架112上端。从动轮134固定安装在轮轴133上，并位于主动轮132的正上方。同步带135绕设在主动轮132与从动轮134之间。

机械抓手机构包括云台电机21、多自由度机械臂22和机械爪23。云台电机21固定安装在平台111中部上端，其上端设有水平转动面。多自由度机械臂22下端固定安装在云台电机21上，上端与机械爪23连接。机械爪23上设有开度可调的抓取口231。多自由度机械臂22和机械爪23的结构均为现有技术，此处不再赘述。

优选，主体车架11前端中部边沿处、后端中部边沿处、两侧边沿处分别设有照明模块114。

优选，主体车架11前端中部边沿处、后端中部边沿处、两侧边沿处分别设有摄像头(图中未示出)。

本实用新型应用于垃圾容器转运机器人，一方面作为承载其它功能部件的基础框架，另一方面用于限定其它功能部件的安装区域，再一方面提供了垃圾容器转运机器人的移动功能，为垃圾倾倒的自动化过程提供了必要的基础结构。其安装位置及工作流程参看下文所述。

如图1-4所示，所述的垃圾容器转运机器人，包括机架总成和搬运总成。机架总成的结构如上文所述，不再赘述。

搬运总成包括底座31、往复推送组件、上座33、低位托盘34、高位托盘35和夹爪机构。

底座31上端设有安装面，底座31两侧边缘处固定安装有导向套311和连接块312。

往复推送组件设在底座31与上座33之间，用于驱动上座33做往复移动。往复推送组件共有四组，呈矩形阵列分布在底座31的安装面上。往复推送组件包括舵机A321、连接座322和摇臂323。舵机A321固定安装在底座31上。连接座323固定安装在上座33下端。摇臂323下端固定连接在舵机A321的机轴上，上端与连接座323铰接，摇臂323在舵机A321的驱动下做竖直平面内的摆动。四组往复推动组件同步动作，带动上座33做竖直平面往复摆动。

上座33固定连接在四组往复推送组件的连接座322上端。低位托盘34固定安装底座31上。高位托盘35固定安装在上座33上，并与低位托盘34上下错开布置。

夹爪机构包括水平推拉组件、翻转组件和夹爪。水平推拉组件共有两组，分别对称布置在上座33两侧。水平推拉组件包括气缸A361、滑轨362和滑块363。气缸A361固定安装在上座33上，其活塞杆水平伸出。滑轨362固定安装在上座33上，其延伸方向与气缸A361的活塞杆的延伸方向一致。滑块363滑动安装在滑轨362上，其直接或间接与气缸A361的活塞杆固定连接，其在气缸A361的驱动下沿滑轨362做直线往复移动。翻转组件包括承载板364和双轴电机365。承载板364固定连接在两组水平推拉组件的两个滑块363上端。双轴电机365固定安装在承载板364上，双轴电机365的两根机轴分别从双轴电机365的壳体两端水平伸出。夹爪包括基座366、夹臂367、舵机B368、橡胶夹盘369及气缸B360。基座366前端可转动安装在双轴电机365的机轴上，基座366后端两侧设有滑槽3661，基座366在双轴电机365的驱动下做竖直平面内的摆动。两个夹臂367相对布置并分别滑动安装在基座366的两个滑槽3661内，并向基座366后端外侧伸出。两个舵机B368相对布置并分别固定安装在两个夹臂367的末端，两个舵机B368的机轴均水平伸出。两个橡胶夹盘369相对布置并分别固定安装在两个舵机B368的机轴上，两个橡胶夹盘369之间的区域为夹持口。气缸B360设在两个夹臂367之间，气缸B360一端的活塞杆与一个夹臂367固接，气缸B360另一端的缸体与另一个夹臂367固接，气缸B360的活塞杆伸缩以驱动两个夹臂367分别沿滑槽3661相向移动或背向移动，从而使夹持口扩大或缩小。夹爪在往复推送组件、水平推拉组件、翻转组件的共同驱动下移动，以使夹持口的移动路径可经过低位托盘34的正上方区域及高位托盘35的正上方区域。

搬运总成通过底座31两侧的导向套311滑动安装在两个竖向支架112的导向杆1121上，并位于载物区间113中。搬运总成通过底座31两侧的连接块312与两组升降驱动组件的同步带135固定连接，从而在两组升降驱动组件的共同驱动下，沿两个竖向支架112的导向杆1121做竖直升降移动。

上述的垃圾容器转运机器人可应用于居民小区，实现住户的垃圾容器拾取、转运和卸载。在转运垃圾容器的过程中，机械抓手机构的机械爪可用于按电梯按钮，垃圾容器转运机器人移动路径应避免台阶，选择无障碍通道行进。

如图5-10所示，一种垃圾容器转运方法，基于上述的垃圾容器转运机器人，执行垃圾容器转运操作之前，垃圾容器转运机器人处在初始状态，在初始状态下：

a、四组往复推动组件的摇臂323摆动至一端的极限位置，以使搬运机构处在两个竖向支架112之间的载物区间113中，以提高垃圾容器转运机器人的通过性；

b、两组升降驱动组件的同步带135带动搬运机构向下移动至极限位置，以使垃圾容器转运机器人的重心高度降低；

c、水平推拉组件的气缸A361的活塞杆处于缩回状态，夹爪在翻转组件的双轴电机365的驱动下转动至朝向主体车架11前端，从而使搬运机构不超出主体车架11后端，并相对靠近主体车架11中部，以提升垃圾容器转运机器人在空载时的稳定性；

d、夹爪的气缸B360活塞杆伸出，以使两个夹臂367背向移动至极限位置，从而将夹持口扩至最大，以做好夹持垃圾容器的准备；

e、多自由度机械臂22通过折叠以降低高度，并调整其不超出平台111的正上方区域，以提高垃圾容器转运机器人的通过性并降低垃圾容器转运机器人的重心高度。

垃圾容器转运方法如下：

S01，夹紧第一个垃圾容器：

a、控制电动滚轮12转动以调整垃圾容器转运机器人的位姿，使主体车架11后端正对待拾取的垃圾容器；

b、不分先后次序执行以下几项操作：

1、两组水平推拉组件的气缸A361的活塞杆同步伸出，推动翻转组件和夹爪向主体车架11后端移动；

2、翻转组件的双轴电机365启动，驱动夹爪向主体车架11后端翻转；

3、四组往复推送组件的舵机A321同步启动，驱动四条摇臂323同步向主体车架11后端摆动，使上座33、夹爪机构和高位托盘35一同向主体车架11后端移动；

4、控制两组升降控制组件的电机A131启动，驱动两条同步带135同步运转，进而通过同步带135与底座31两侧连接块312的固连关系，带动搬运机构做竖直方向移动，将夹爪高度调节至与第一个垃圾容器的高度相适应；

上述四项操作完成后，使夹爪从主体机架11的后端伸出，夹爪的夹持口正对并包容第一个垃圾容器；

c、夹爪的气缸B360活塞杆缩回，以使两个夹臂367相向移动至夹紧第一个垃圾容器的外壁两侧。

S02，将第一个垃圾容器转移至高位托盘上：

a、翻转组件的双轴电机365启动，驱动夹爪向主体车架11前端翻转；与此同时，两个舵机B368同步启动，带动两个橡胶夹盘369和第一个垃圾容器转动，使第一个垃圾容器在翻转的过程中始终保持竖直不倾斜；翻转到位后，第一个垃圾容器处在高位托盘35的正上方，并紧邻高位托盘35；

b、夹爪的气缸B360活塞杆伸出，使两个夹臂367背向移动至极限位置，从而松开第一个垃圾容器的外壁两侧，第一个垃圾容器随即落在高位托盘35上；

本步骤中，对双轴电机365与舵机B368的协调控制基于角度倾斜传感器的实时检测数据。

S03，夹紧第二个垃圾容器：

a、控制电动滚轮12转动以调整垃圾容器转运机器人的位姿，使主体车架11后端正对第二个垃圾容器；

b、不分先后次序执行以下几项操作：

1、翻转组件的双轴电机365启动，驱动夹爪向主体车架11后端翻转；

2、两组升降控制组件的电机A131启动，驱动两条同步带135同步运转，进而通过同步带135与底座31两侧连接块312的固连关系，带动搬运机构做竖直方向移动，将夹爪高度调节至与第二个垃圾容器的高度相适应；

上述两项操作完成后，夹爪从主体机架11的后端伸出，夹爪的夹持口正对并包容第二个垃圾容器；

c、夹爪的气缸B360活塞杆缩回，以使两个夹臂367相向移动至夹紧第二个垃圾容器的外壁两侧。

S04，将第二个垃圾容器转移至低位托盘上：

a、同时执行以下几项操作：

1、两组水平推拉组件的气缸A361的活塞杆同步缩回，推动翻转组件和夹爪向主体车架前端移动；

2、四组往复推送组件的舵机A321同步启动，驱动四条摇臂323同步向主体车架11前端摆动，使上座33和夹爪机构一同向主体车架11前端移动；

上述两项操作完成时，第二个垃圾容器处在低位托盘34的正上方，并紧邻低位托盘34，并且，搬运机构整体处在载物区间113内；

b、夹爪的气缸B360活塞杆伸出，使两个夹臂367背向移动至极限位置，从而松开第二个垃圾容器的外壁两侧，第二个垃圾容器即落在低位托盘34上；

c、两组升降控制组件的电机A131启动，驱动两条同步带135同步运转，进而通过同步带135与底座31两侧连接块312的固连关系，带动搬运机构下降至其移动行程的最下端，从而做好转运准备。

S05，转运垃圾容器：

基于摄像头的提供的视觉支持，控制电动滚轮12动作，将垃圾容器转运机器人移动至卸载垃圾的指定地点。

S06，夹取第二个垃圾容器：

a、两组升降控制组件的电机A131启动，驱动两条同步带135同步运转，进而通过同步带135与底座31两侧连接块312的固连关系，带动低位托盘34上升至高于卸载平面；

b、翻转组件的双轴电机365启动，驱动夹爪向下转动一定角度，使夹爪的夹持口将第二个垃圾容器包容在内；

c、夹爪的气缸B360活塞杆伸出，使两个夹臂367相向移动，直至夹紧第二个垃圾容器的外壁。

S07，将第二个垃圾容器转移至卸载平面上：

a、同时执行以下几项操作：

1、翻转组件的双轴电机365启动，驱动夹爪向上转动一定角度，与此同时，两个舵机B368同步启动，带动两个橡胶夹盘369和第二个垃圾容器转动，使第二个垃圾容器在向上转动的过程中始终保持竖直不倾斜；

2、四组往复推送组件的舵机A368同步启动，驱动四条摇臂323同步向主体车架11后端摆动，使搬运机构向主体车架11后端移动；

3、两组水平推拉组件的气缸A361的活塞杆同步伸出，推动翻转组件、夹爪和第二个垃圾容器向主体车架11后端移动；

上述三项操作完成时，第二个垃圾容器伸出在主体车架11后端外部；

b、翻转组件的双轴电机365启动，驱动夹爪向下转动一定角度，与此同时，两个舵机B368同步启动，带动两个橡胶夹盘369和被第二个垃圾容器转动，使第二个垃圾容器在向下转动的过程中始终保持竖直不倾斜；从而使第二个垃圾容器的高度降低并贴近卸载平面；

c、夹爪的气缸B360活塞杆伸出，使两个夹臂367背向移动至极限位置，从而松开第二个垃圾容器的外壁两侧，第二个垃圾容器即落在卸载平面上；

本步骤中，对双轴电机365与舵机B368的协调控制基于角度倾斜传感器的实时检测数据。

S08，夹取第一个垃圾容器：

a、翻转组件的双轴电机365启动，驱动夹爪向主体车架11前端翻转；以此同时，两组水平推拉组件的气缸A361的活塞杆同步缩回，推动翻转组件和夹爪向主体车架11前端移动；通过上述两项操作，使夹爪的夹持口正对并包容第一个垃圾容器；

b、夹爪的气缸B360活塞杆缩回，以使两个夹臂367相向移动至夹紧第一个垃圾容器的外壁两侧。

S09，将第一个垃圾容器转移至卸载平面上：

a、同时执行以下几项操作：

1、翻转组件的双轴电机365启动，驱动夹爪向主体车架11后端翻转；与此同时，两个舵机B368同步启动，带动两个橡胶夹盘369和第一个垃圾容器转动，使第一个垃圾容器在翻转的过程中始终保持竖直不倾斜；

2、两组两组水平推拉组件的气缸A361的活塞杆同步伸出，推动翻转组件、夹爪和第一个垃圾容器向主体车架11后端移动；

上述两项操作完成后，第一个垃圾容器伸出在主体车架后端外部；

c、翻转组件的双轴电机365启动，驱动夹爪向下转动一定角度，与此同时，两个舵机B368同步启动，带动两个橡胶夹盘369和第一个垃圾容器转动，使第二个垃圾容器在向下转动的过程中始终保持竖直不倾斜；从而使第一个垃圾容器的高度降低并贴近卸载平面；

d、夹爪的气缸B360活塞杆伸出，使两个夹臂367背向移动至极限位置，从而松开第一个垃圾容器的外壁两侧，第一个垃圾容器即落在卸载平面上；

本步骤中，对双轴电机365与舵机B368的协调控制基于角度倾斜传感器的实时检测数据。

S10，机构复位：

a、四组往复推动组件的摇臂323向主体车架11前端摆动至极限位置；

b、两组升降驱动组件的同步带135带动搬运机构向下移动至极限位置；

c、两组水平推拉组件的气缸A361的活塞杆缩回，使夹爪和翻转组件向主体车架11前端移动；

d、翻转组件的双轴电机365启动，驱动夹爪转动至朝向主体车架11前端；

上述四项操作同时执行，上述四项操作完成时，搬运机构回到两个竖向支架112之间的载物区间113中，并处在其移动行程的最低位置。

S11，投放垃圾：

基于摄像头的提供的视觉支持，一方面控制电动滚轮动作以调整垃圾容器转运机器人的位姿，另一方面控制机械抓手机构动作，从而依次夹取两个垃圾容器中的垃圾袋，投放至指定的垃圾桶中。

Claims (4)

1.垃圾容器转运机器人的机架总成，其特征是：包括可移动机架和机械抓手机构；

可移动机架包括主体车架、电动滚轮和升降驱动组件；主体车架前端设有平台，后端两侧设有对称布置的竖向支架，两个竖向支架之间形成载物区间，每个竖向支架上设有多根竖直布置的导向杆；多个电动滚轮对称安装在主体车架的下端两侧；两组升降驱动组件分别设在两个竖向支架上；

机械抓手机构包括云台电机、多自由度机械臂和机械爪；云台电机固定安装在平台中部上端，其上端设有水平转动面；多自由度机械臂下端固定安装在云台电机上，上端与机械爪连接；机械爪上设有开度可调的抓取口。

2.如权利要求1所述的垃圾容器转运机器人的机架总成，其特征是：升降驱动组件包括升降驱动组件包括电机A、主动轮、轮轴、从动轮和同步带；电机A固定安装在主体车架下端；主动轮固定安装在电机A的机轴上；轮轴水平布置并活动安装在竖向支架上端；从动轮固定安装在轮轴上，并位于主动轮的正上方；同步带绕设在主动轮与从动轮之间。

3.如权利要求2所述的垃圾容器转运机器人的机架总成，其特征是：主体车架前端中部边沿处、后端中部边沿处、两侧边沿处分别设有照明模块。

4.如权利要求2或3所述的垃圾容器转运机器人的机架总成，其特征是：主体车架前端中部边沿处、后端中部边沿处、两侧边沿处分别设有摄像头。

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