基于移動機械臂的搬運機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，特別是指一種基于移動機械臂的搬運機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]由于人體勞動力能力及勞動效率的限制，特別是自動化生產(chǎn)的發(fā)展，促進了機器人在工業(yè)生產(chǎn)中地位的不斷提升，在搬運機械方面通常使用叉車或者智能搬運機器人，但是叉車通常只能搬運比較規(guī)整的物品，并且常規(guī)的叉車使用靈活性方面還是有所欠缺;而智能搬運機器人如常見的垛料機器人，此類機器人一般情況下都需要固定在某一固定位置，而且大都采用電機驅(qū)動，體積大且搬運時所承受的力相對較小。
[0003]目前大多數(shù)搬運機器人的機械臂關(guān)節(jié)驅(qū)動一般都采用電動機加減速機的方式，通常情況下這種機械臂不僅功率密度相對較低。同時電動機械臂應(yīng)用在移動式機械臂上時，在持續(xù)能源供給方面會受到較大的限制。另外，在一些特殊環(huán)境中如核輻射環(huán)境下工作，電動式機械臂的使用壽命也會受到極大的影響。
[0004]移動式液壓機械臂在工程中的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)十分成熟，但是目前的移動式液壓機械臂大多都應(yīng)用在挖土機、破拆機器人之中。而且移動液壓機械臂的移動方式大都采用履帶式車體移動，雖說現(xiàn)在的履帶式車輪容易在路面條件差的情況下實現(xiàn)移動，但是履帶式車輪的移動的靈活性還是有很大限制。如若基于移動式液壓機械臂的搬運機器人的移動車體車輪采用履帶式車輪，那它的移動的速度及靈活性將大大降低，從而極大的限制了搬運機器人的搬運效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種移動靈活、功率密度大、能源供給方便的基于移動機械臂的搬運機器人。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下:
[0007]—種基于移動機械臂的搬運機器人，包括MACNUM輪、車體底座、回轉(zhuǎn)平臺和機械臂，其中:
[0008]所述MACNUM輪設(shè)置在所述車體底座的下部，所述MACNUM輪采用四個回轉(zhuǎn)液壓馬達分別驅(qū)動，液壓馬達安裝于所述車體底座內(nèi)，其運動由位于所述回轉(zhuǎn)平臺內(nèi)的電液比例控制中心控制；
[0009]所述回轉(zhuǎn)平臺通過回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置在所述車體底座的上部，所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)的定座與所述車體底座固定連接，所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)軸與所述回轉(zhuǎn)平臺固定連接，所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)運動由采用PID動壓反饋控制的液壓馬達來驅(qū)動的，該液壓馬達的運動也由位于所述回轉(zhuǎn)平臺內(nèi)的電液比例控制中心控制；
[0010]所述機械臂設(shè)置在所述回轉(zhuǎn)平臺上，所述機械臂包括依次連接的第一臂、第二臂、第三臂、腕關(guān)節(jié)和機械抓手，所述回轉(zhuǎn)平臺與第一臂之間通過銷軸連接，所述第一臂與第二臂之間也通過銷軸連接，所述第二臂與第三臂之間通過滑軌插接連接，所述第三臂與腕關(guān)節(jié)之間通過滑軌連接且通過絲杠傳動;并且所述機械臂上還設(shè)置有用于分別驅(qū)動所述第一臂、第二臂和第三臂運動的第一油缸、第二油缸和第三油缸，所述機械臂上在所述絲杠的端部設(shè)置有回轉(zhuǎn)電機。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0012]本發(fā)明的搬運機器人將基于MACNUM輪的移動式車體與液壓機械臂結(jié)合在一起，具有移動靈活、功率密度大、能源供給方便等優(yōu)點，可用來搬運工廠中的廢料或者是各種體積大小的產(chǎn)品，或者用來清理城市垃圾。在搬運物體時機器人可以實現(xiàn)前進、后退、左右平移、左前方與右前方移動。機械臂頭部安裝有能夠旋轉(zhuǎn)的搬運抓手，可實現(xiàn)抓取物品并將物品托起，抓取物品時可通過抓手上的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運動找到合適的抓取角度，能實現(xiàn)同時搬運多件物品的功能。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的基于移動機械臂的搬運機器人的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明中腕關(guān)節(jié)與第三臂的連接示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明中機械抓手與工具頭安裝底座的安裝示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明中機械抓手的結(jié)構(gòu)示意圖，其中a為立體結(jié)構(gòu)示意圖，b為俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5為本發(fā)明中機械抓手的工作示意圖，其中a為抓起較小的物體，b為抓取體積較大或者圓柱形物體；
[0018]圖6為本發(fā)明中車體底座的平移示意圖，其中61表示直行前進、62表示向左平移、63表示向左前方移動、64表示原地右轉(zhuǎn)；
[0019]圖7為本發(fā)明中回轉(zhuǎn)平臺PID動壓反饋控制的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0021]本發(fā)明提供一種基于移動機械臂的搬運機器人，如圖1所示，包括MACNUM輪2、車體底座1、回轉(zhuǎn)平臺3和機械臂，其中:
[0022 ] MACNUM輪2設(shè)置在車體底座I的下部，MACNUM輪2采用四個回轉(zhuǎn)液壓馬達分別驅(qū)動，液壓馬達安裝于車體底座I內(nèi)，其運動由位于回轉(zhuǎn)平臺3內(nèi)的電液比例控制中心(未示出)控制;
[0023]回轉(zhuǎn)平臺3通過回轉(zhuǎn)機構(gòu)(未示出)設(shè)置在車體底座I的上部，回轉(zhuǎn)機構(gòu)的定座與車體底座I固定連接，回轉(zhuǎn)平臺3的擺動角度可以為0-180°，回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)軸與回轉(zhuǎn)平臺3固定連接，回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)運動由采用PID動壓反饋控制的液壓馬達來驅(qū)動的，該液壓馬達的運動也由位于回轉(zhuǎn)平臺3內(nèi)的電液比例控制中心控制；
[0024]機械臂設(shè)置在回轉(zhuǎn)平臺3上，機械臂包括依次連接的第一臂8、第二臂9、第三臂13、腕關(guān)節(jié)15和機械抓手18，回轉(zhuǎn)平臺3與第一臂8之間通過銷軸連接，第一臂8與第二臂9之間也通過銷軸連接，第二臂9與第三臂13之間通過滑軌插接連接，第三臂13與腕關(guān)節(jié)15之間通過滑軌連接且通過絲杠傳動，具體可以為滾珠絲杠;并且機械臂上還設(shè)置有用于分別驅(qū)動第一臂8、第二臂9和第三臂13運動的第一油缸7、第二油缸10和第三油缸12(該第三油缸12可以左右各設(shè)置一個)，機械臂上在絲杠的端部設(shè)置有回轉(zhuǎn)電機14。
[0025]本發(fā)明的搬運機器人將基于MACNUM輪的移動式車體與液壓機械臂結(jié)合在一起，具有移動靈活、功率密度大、能源供給方便等優(yōu)點，可用來搬運工廠中的廢料或者是各種體積大小的產(chǎn)品，或者用來清理城市垃圾。在搬運物體時機器人可以實現(xiàn)前進、后退、左右平移、左前方與右前方移動。機械臂頭部安裝有能夠旋轉(zhuǎn)的搬運抓手，可實現(xiàn)抓取物品并將物品托起，抓取物品時可通過抓手上的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運動找到合適的抓取角度，能實現(xiàn)同時搬運多件物品的功能。
[0026]本發(fā)明中，各油缸優(yōu)選采用以下設(shè)置方式:
[0027]第一油缸7的底部與回轉(zhuǎn)平臺3鉸接，第一油缸7的活塞桿頂部與第一臂8鉸接，通過第一油缸7的伸縮來支撐第一臂8的擺動;第二油缸10的底部與第一臂8鉸接，第二油缸10的活塞桿頂部與第二臂9鉸接，通過第二油缸10的伸縮來實現(xiàn)第一臂8與第二臂9之間的相對轉(zhuǎn)動;第三油缸12的底部與第二臂9鉸接，第三油缸12的活塞桿頂部與第三臂13鉸接，通過第三油缸12的伸縮推動第三臂13沿著第二臂9做伸縮運動，從而能調(diào)整工作臂的長度。第一油缸7、第二油缸10、第三油缸12可以通過電液比例控制中心進行控制。
[0028]為方便連接固定機械抓手18，優(yōu)選的，腕關(guān)節(jié)15的末端通過螺栓固定有工具頭安裝底座17，機械抓手18采用燕尾槽安裝接口連接在工具頭安裝底座17上。腕關(guān)節(jié)15與第三臂13之間通過絲杠傳動，二者靠滑軌連接，回轉(zhuǎn)電機14帶動絲杠轉(zhuǎn)動，從而帶動腕關(guān)節(jié)15沿滑軌的方向做橫向移動;腕關(guān)節(jié)15的上下擺動及工具頭安裝底座的360°回轉(zhuǎn)都是靠電機驅(qū)動。
[0029]進一步的，第一臂8與第二臂9之間、第一臂8與回轉(zhuǎn)平臺3之間的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)內(nèi)優(yōu)選均安裝有角位移傳感器，腕關(guān)節(jié)15、工具頭安裝底座17的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)內(nèi)也安裝有角位移傳感器，這些角位移傳感器可以均通過外連的信號線將傳感信號輸送至電液比例控制中心。然后經(jīng)電液比例控制中心處理后再將新的指令輸送給各個執(zhí)行機構(gòu)。通過第一臂8與第二臂9的擺動，第三臂13的伸縮，腕關(guān)節(jié)15相對于第三臂13的橫向移動與上下擺動以及工具頭安裝底座17的轉(zhuǎn)動可以不斷地改變機械抓手的位置與抓取方向。另外，此機器人可將機械抓手18抓取的物品堆放在車斗19內(nèi)，一次完成多個物品的搬運。
[0030]為便于遠程觀察操作環(huán)境，回轉(zhuǎn)平臺3的上方可以安裝有第一攝像機11，工具頭安裝底座17上可以安裝有第二攝像機16。而且，回轉(zhuǎn)平臺3的內(nèi)部還可以安裝有柴油發(fā)動機、發(fā)電機、蓄電系統(tǒng)和車體配重，發(fā)電機由柴油發(fā)動機帶動發(fā)電，可為整個系統(tǒng)持續(xù)供電；回轉(zhuǎn)平臺3的外部安裝有站臺4、操作臺5和顯示器6，操作臺5上可安裝有手動操控裝置，可由隨車工作人員隨車操控機器人進行工作。在圖1中，回轉(zhuǎn)平臺3后面部分為工作人員工作站臺4，可容納一名工作人員隨車工作。顯示器6優(yōu)選與第一攝像機11及安裝在工具頭安裝底座17上的第二攝像機16以有線或無線方式相連，隨車工作人員可通過觀察顯示器6查看車體前方機車斗內(nèi)物品的擺放情況。在特殊作業(yè)情況下須采用無線遙控作業(yè)時，可采用手持終端20對機器人進行遙控操作。另外，回轉(zhuǎn)平臺3的內(nèi)部還可以安裝有無線遙控裝置，外部配備遙控手柄，以便在特殊環(huán)境下進行中短距離遙控操作。
[0031]圖2為本發(fā)明中腕關(guān)節(jié)與第三臂的連接示意圖。腕關(guān)節(jié)15與第三臂13之間通過滾珠絲杠131進行傳動，腕關(guān)節(jié)15底座上的燕尾形滑塊與第三臂13上的燕尾形導(dǎo)向槽卡在一起。當(dāng)電機帶動滾珠絲杠131轉(zhuǎn)動時，通過滾珠絲杠131帶動腕關(guān)節(jié)15及與腕關(guān)節(jié)15相連的部件沿著燕尾導(dǎo)向槽的方向移動，從而實現(xiàn)了工具頭相對于機器人車身的橫向移動。這樣就可以使得機器人在搬運和擺放物品時實現(xiàn)橫向位置的調(diào)整。
[0032]圖3為本發(fā)明中機械抓手與工具頭安裝底座的安裝示意圖。機械抓手18上安裝有燕尾形滑塊，工具頭安裝底座17上有與燕尾形滑塊相配合的燕尾槽。另外，在工具頭安裝底座17和機械抓手18上都有螺栓孔，安裝時先將二者通過燕尾槽與尾形滑塊的配合卡在一起，然后再通過螺栓50將二者固定在一起。
[0033]本發(fā)明中，如圖4所示，優(yōu)選的，機械抓手18包括抓手底座48、滑塊支架46、抓桿412、主油缸49和翼油缸411，其中:
[0034]滑塊支架46為兩對共四個，每對滑塊支架46分別位于抓手底座48的兩側(cè)，滑塊支架46與抓手底座48之間通過矩形卡槽滑動連接；
[0035]主油缸49的一端固定在抓手底座48上，另一端通過連桿410分別連接兩側(cè)的兩對滑動支架46，通過主油缸49的伸縮就可以帶動左右滑塊支架46平移；
[0036]抓桿412為兩組多個，每組抓桿412的中上部分別通過定位銷軸43、47