CN218802294U - 一种双臂机器人结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种双臂机器人结构，包括躯干部分、头部、双臂部分与控制及接口部分。其中躯干部分为竖直条形框架安装于底板上。躯干外壳由上至下分为3个部分，其中上部具有三角形框架结构双臂安装台以连接双臂部分；中部由上至下均匀固定有三块外壳连板以连接躯干外壳；底部安装有控制及接口部分。躯干外壳上端安装头部，头部具有头部支架部分以安装左右舵机、俯仰舵机及视觉传感器，外部固定安装有头部外壳。控制及接口模块中通过工控机完成机器人的视觉处理任务，工控机具有多个网口与USB接口，同时具有四个外部接口安装于机器人后侧的U口固定板上来连接外设。本实用新型机器人体积小巧灵活，设计丰富的接口，开放度高。

Description

一种双臂机器人结构

技术领域

本实用新型涉及机器人的技术领域，具体涉及一种双臂机器人结构。

背景技术

随着现代工业的发展和科学技术的进步，人们对工业、医疗、服务水平的要求不断提高，对于许多任务而言，单独的机械臂操作明显不能满足多数场景的要求，为了适应任务的复杂性、智能性、柔顺性要求，双臂机器人应运而生。顾名思义，双臂协作机器人像人类一样拥有两只手臂，并且双臂在一定范围内可进行协调工作。通过与移动底盘配合，可在应用场景中自由运动，应用更灵活。

目前双臂机器人产品主要分为两类，一类偏向工业应用，体积较大，传感器不够灵敏，安全性不高。另一类以迎宾服务为主，主要进行语音播报等功能，手臂负重能力不高，无法进行实际作业。

实用新型内容

由于生活场景较工业场景而言，环境更复杂且具有多变性。针对生活服务场景应用，比如衣物整理、家具擦拭、地面擦洗、送餐、喂水等应用，首先要求机器人外观设计贴近人形，具有较高感官接受度，其次机器人需要具有较高的灵活性和学习性，可适当应对多种情况。因此本实用新型提出一种针对生活服务场景的应用的双臂机器人。

本实用新型双臂机器人结构，包括躯干部分、头部、双臂部分与控制及接口部分。

所述躯干部分包括底板、躯干框架、外壳连接板与躯干外壳；其中，底板顶面固定安装躯干框架。

所述躯干框架顶部具有双臂安装台，双臂安装台上安装有连接框架，连接框架为由左右侧面与底面构成的具有等腰三角形横截面框架结构，连接框架两侧面夹角朝向躯干部分正前方；左右侧面分别安装双臂部分的两条机械臂。

所述头部包括头部支架部分、左右舵机、俯仰舵机、视觉传感器与头部外壳；其中，头部支架部分包括底部支撑台、左右舵机安装架、俯仰舵机安装架、传感器支架与头部连接架。底部支撑台水平设置于前述连接框架内部，两侧分别与连接框架的左右侧面固定；底部支撑台前侧具有竖直安装面，该竖直安装面上固定安装有侧方开口C形左右舵机安装架，左右舵机安装架内部固定安装左右舵机，且左右舵机的旋转轴轴竖直设置；俯仰舵机安装架下部设计有侧方开口的C形槽位，上部设计有上方开口的U形槽位。其中，下部C形槽位相对侧面分别与左右舵机两侧的旋转轴固定连接。上部U形槽位内固定安装俯仰舵机，且俯仰舵机的旋转轴横向设置。头部连接架具有倒U形架，其相对侧面分别与俯仰舵机两侧的旋转轴连接固定；同时，头部连接架左右两侧具有头部外壳连接面，用于连接头部外壳。传感器支架位于头部外壳内，与头部前外壳中部周向上设计的连接柱配合通过螺钉连接固定。传感器支架前侧面上固定安装视觉传感器；视觉传感器的镜头部分嵌入安装于头部外壳前侧开设的开孔内。

控制及接口模块包括工控机、语音模块、控制板与急停按钮。其中，控制板安装于前述底部支撑台底面连接左右电机与俯仰电机；语音模块安装于躯干框架上方前侧，靠近头部位置；工控机位于躯干框架前侧，固定于底板上；工控机的第一USB接口通过数据线内部走线连接视觉传感器；工控机的第二USB接口通过数据线内部走线连接语音模块；工控机的第一网口通过网线内部走线连接两条机械臂；工控机还通过信号线连接急停按钮，急停按钮嵌入安装于躯干外壳后侧，作为机器人的总开关；

上述工控机还具有4个外部接口用于连接外部设备，包括一个第二网口，两个第三USB接口以及1个HDMI接口，连接外设；四个接口嵌入安装于躯干框架下部后方的U口固定板上，U口固定板安装于躯干外壳上的开口处。

本实用新型优点在于：

1、本实用新型双臂机器人结构体积小，可灵活移动：机器人体积小巧灵活。

2、本实用新型双臂机器人结构高负载能力：两个手臂各包含7个自由度，单臂负载5公斤，可满足多数家用场景应用。

3、本实用新型双臂机器人结构，设计丰富的接口，开放度高：提供多种二次开发形式，并留有丰富的控制接口。

4、本实用新型双臂机器人结构，具有良好的交互性，机器人内部集成语音模块，可通过进行对话、语音唤醒及任务下发。

5、本实用新型双臂机器人结构，在不牺牲有效负重能力的情况下，使得双臂机器人更加小巧，增加了机器人走进生活的可能性。

附图说明

图1是双臂机器人结构的整体示意图；

图2是双臂机器人结构内部结构示意图；

图3是双臂机器人结构内部结构背侧示意图；

图4是双臂机器人结构中头部驱动舵机安装方式示意图；

图5是双臂机器人结构内部结构整体背侧示意图。

图中：

1-躯干部分               2-头部                   3-双臂部分

101-底板                 102-躯干框架             102a-双臂安装台

103-外壳连接板           104-躯干外壳             105-U口固定板

201-头部支架部分         201a-底部支撑台          201b-左右舵机安装架

201c-俯仰舵机安装架      201d-传感器支架          201e-头部连接架

201f-头部外壳连接面      202-左右舵机             203-俯仰舵机

204-视觉传感器           205-头部外壳             301-机械臂

302-连接框架             401-工控机               402-语音模块

403-控制板               404-12V直流电源          405-24V电源

406-急停按钮

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实用新型双臂机器人结构，包括躯干部分1、头部2、双臂部分3与控制及接口部分，如图1所示。

所述躯干部分1包括底板101、躯干框架102、外壳连接板103与躯干外壳104，如图2、图3所示。其中，底板101为椭圆形板状结构，顶面固定安装躯干框架102。躯干框架102为矩形结构，垂直于底板101设置，底端与底板101固定，同时躯干框架102底部与底板102间安装加强筋的稳定结构。

所述躯干框架102可由上至下分为3个部分，其中顶部具有双臂安装台102a，双臂安装台102a用于安装双臂部分3。躯干框架102中部由上至下均匀固定有三块外壳连板103，用于固定躯干外壳103。躯干框架102底部安装有控制及接口部分。上述躯干外壳104采用上下宽中间窄的沙漏形结构，由躯干前侧外壳与躯干后侧外壳对扣形成整体。其中，躯干后侧外壳内部具有连接凸台，分别与躯干框架102中部横向设置得三块外壳连接板103两端接触，通过螺钉固定，实现躯干后侧外壳与躯干框架102件的固定；躯干前侧外壳与后侧外壳对称配合对扣，通过螺钉在两者周向上的螺钉连接位处将两者紧固形成整体躯干外壳；且上述形成的整体躯干外壳104上部两侧具有预留孔用于双臂部分3穿出；同时躯干外壳104顶部具有预留孔用于安装头部2。

所述双臂部分3包括两条机械臂301与一个连接框架302。连接框架302为由左右侧面与底面构成的具有等腰三角形横截面框架结构，截面等腰三角形顶角为50°。其中，底面与前述双臂安装台102a顶面贴合，使连接框架302两侧面夹角朝向躯干部分正前方。两条机械臂301采用RM75-B机器人，包含7个自由度，额定负载5kg；末端执行器采用五指灵巧手，分为左手与右手，可模拟人手动作，对不规则的物体进行抓取，每个灵巧手包含6个主动轴，12个关节，关节角度及抓取力度均可控。两条机械臂301左右对称设置，固定安装于连接框架302的左右侧板上。

所述头部2包括头部支架部分201、左右舵机202、俯仰舵机203、视觉传感器204与头部外壳205。其中，头部支架部分201包括底部支撑台201a、左右舵机安装架201b、俯仰舵机安装架201c、传感器支架201d与头部连接架201e，如图4所示。

所述底部支撑台201a水平设置于前述连接框架302内部，两侧分别与连接框架302的左右侧面固定。底部支撑台201a前侧具有竖直安装面，该竖直安装面上固定安装有侧方开口C形左右舵机安装架201b，左右舵机安装架201b内部固定安装左右舵机202，且左右舵机202的旋转轴轴竖直设置。

所述俯仰舵机安装架201b下部设计有侧方开口的C形槽位，上部设计有上方开口的U形槽位。其中，下部C形槽位相对侧面分别与左右舵机两侧的旋转轴固定连接。上部U形槽位内固定安装俯仰舵机203，且俯仰舵机203的旋转轴横向设置。

所述头部连接架201e具有倒U形架，其相对侧面分别与俯仰舵机203两侧的旋转轴连接固定。同时，头部连接架201e左右两侧具有头部外壳连接面201f，用于连接头部外壳205。

所述头部外壳205具有前壳体与后壳体，两外壳对扣形成整体。其中，头部前外壳内部左右两侧设计有连接柱与前述左右两侧的头部外壳连接面201f配合通过螺钉固定；头部后外壳与前外壳间周向上通过螺钉连接固定。

所述传感器支架201d为竖直板状，位于头部外壳205内，与头部前外壳中部周向上设计的连接柱配合通过螺钉连接固定。传感器支架201d前侧面上固定安装视觉传感器204；视觉传感器选用Intel Realsense D435，可直接通过USB3.0供电和数据通信，能同时获取深度图像与彩色图像，有效距离0.11m～10m，可满足使用需求。视觉传感器204的镜头部分嵌入安装于头部外壳205前侧开设的开孔内固定。

通过上述设计，由左右舵机202可控制头部2左右-90°～+90°内转动；通过俯仰舵机201可控制头部2在-30°～+10°内俯仰转动。通过视觉传感器来识别目标物体并定位，引导机械臂到达合适抓取位置。

所述控制及接口模块包括工控机401、语音模块402、控制板403、12V直流电源404、24V电源405与急停按钮406。

其中，控制板403安装于前述底部支撑台201a底面，用来实现左右电机202与俯仰电机203的控制。

语音模块402安装于躯干框架102上方前侧，靠近头部2位置，用于对外部音频采集，对内部喇叭信号采集。语音模块采用科大讯飞AIUI R818语音模块，内置语音唤醒、降噪算法及离线命令，可用于拾取用户语音指令，播放应答信息。

12V直流电源404固定于安装在躯干框架102下部，为除机械臂301外其他设备供电。

24V电源405位于躯干框架102后侧，固定于底板101上，用来将外部220V的交流电转换为24V的直流电为机械臂301供电。

工控机401位于躯干框架102前侧，固定于底板101上。工控机401作为整体机器人控制中枢，采用KH4000型控制模块，运行内存4G，存储空间256G固态硬盘的嵌入式工控机，该模组预装Ubuntu18.04系统，通讯接口丰富，适用于机器人的视觉处理任务。其中，工控机401的第一USB接口通过数据线内部走线连接视觉传感器204，接收视觉传感器204数据，对目标物体进行识别和定位。工控机401的第二USB接口通过数据线内部走线连接语音模块402，实现两者间的交互。工控机401的第一网口通过网线内部走线连接两条机械臂301，实现两者间的通信，发送机械臂控制指令，获取机械臂301状态信息。工控机401还通过信号线连接急停按钮406，该急停按钮406嵌入安装于躯干外壳104后侧中部位置，作为机器人的总开关，如图5所示。

上述工控机401还具有4个外部接口用于连接外部设备，包括一个第二网口，两个第三USB接口以及1个HDMI接口。四个接口嵌入安装于躯干框架102下部后方的U口固定板105上，U口固定板105安装于躯干外壳104上的开口处，同时该开口处安装可开合的盖板进行密封。其中，第二网口用来通过网线外部走线连接用户，实现与用户间的通信，包括接收用户指令，上传机器人运行状态等；用户与工控机401间的通信也可通过工控机401内的WIFI模块实现。HDMI接口用来连接外部显示设备。两个第三USB接口用来在工控机外接显示设备时，提供一个可插键盘鼠标的接口方便控制。

上述结构的机器人整体可通过底板101固定安装在移动底盘上，工控机401的第三网口通过网线内部走线连接移动底盘，实现两者间的通信，发送移动底盘控制指令，获取移动底盘状态信息，以此实现机器人的移动，扩展了机器人的实用性。

Claims (6)

1.一种双臂机器人结构，包括躯干部分、头部、双臂部分与控制及接口部分，其特征在于：

躯干部分包括底板、躯干框架、外壳连接板与躯干外壳；其中，底板顶面固定安装躯干框架；

躯干框架顶部具有双臂安装台，双臂安装台上安装有连接框架，连接框架为由左右侧面与底面构成的具有等腰三角形横截面框架结构，连接框架两侧面夹角朝向躯干部分正前方；左右侧面分别安装双臂部分的两条机械臂；

头部包括头部支架部分、左右舵机、俯仰舵机、视觉传感器与头部外壳；其中，头部支架部分包括底部支撑台、左右舵机安装架、俯仰舵机安装架、传感器支架与头部连接架；底部支撑台水平设置于前述连接框架内部，两侧分别与连接框架的左右侧面固定；底部支撑台前侧具有竖直安装面，该竖直安装面上固定安装有侧方开口C形左右舵机安装架，左右舵机安装架内部固定安装左右舵机，且左右舵机的旋转轴竖直设置；俯仰舵机安装架下部设计有侧方开口的C形槽位，上部设计有上方开口的U形槽位；其中，下部C形槽位相对侧面分别与左右舵机两侧的旋转轴固定连接；上部U形槽位内固定安装俯仰舵机，且俯仰舵机的旋转轴横向设置；头部连接架具有倒U形架，其相对侧面分别与俯仰舵机两侧的旋转轴连接固定；同时，头部连接架左右两侧具有头部外壳连接面，用于连接头部外壳；传感器支架位于头部外壳内，与头部前外壳中部周向上设计的连接柱配合通过螺钉连接固定；传感器支架前侧面上固定安装视觉传感器；视觉传感器的镜头部分嵌入安装于头部外壳前侧开设的开孔内；

控制及接口模块包括工控机、语音模块、控制板与急停按钮；其中，控制板安装于前述底部支撑台底面连接左右电机与俯仰电机；语音模块安装于躯干框架上方前侧，靠近头部位置；工控机位于躯干框架前侧，固定于底板上；工控机的第一USB接口通过数据线内部走线连接视觉传感器；工控机的第二USB接口通过数据线内部走线连接语音模块；工控机的第一网口通过网线内部走线连接两条机械臂；工控机还通过信号线连接急停按钮，急停按钮嵌入安装于躯干外壳后侧，作为机器人的总开关；

上述工控机还具有4个外部接口用于连接外部设备，包括一个第二网口，两个第三USB接口以及1个HDMI接口，连接外设；四个接口嵌入安装于躯干框架下部后方的U口固定板上，U口固定板安装于躯干外壳上的开口处。

2.如权利要求1所述一种双臂机器人结构，其特征在于：躯干外壳采用上下宽中间窄的沙漏形结构。

3.如权利要求1所述一种双臂机器人结构，其特征在于：躯干外壳由躯干前侧外壳与躯干后侧外壳对扣形成整体；躯干后侧外壳内部具有连接凸台，分别与躯干框架中部外壳连接板接触，通过螺钉固定；躯干前侧外壳与后侧外壳间通过螺钉在两者周向上的螺钉连接位处将两者紧固形成整体躯干外壳。

4.如权利要求1所述一种双臂机器人结构，其特征在于：两条机械臂采用RM75-B机器人。

5.如权利要求1所述一种双臂机器人结构，其特征在于：头部外壳具有前壳体与后壳体，两外壳对扣形成整体；其中，头部前外壳内部左右两侧设计有连接柱与头部外壳连接面配合通过螺钉固定；头部后外壳与前外壳间周向上通过螺钉连接固定。

6.如权利要求1所述一种双臂机器人结构，其特征在于：整体通过底板固定安装在移动底盘上，工控机的第三网口通过网线内部走线连接移动底盘。

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