一种自动取放物品的机器人的制作方法

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种自动取放物品的机器人。

背景技术：

目前传统的机器人在抓取或安放物品时实现两个基本动作，即手臂垂直运动水平运动；要实现手臂的垂直运动和水平运动需要至少两个伺服电机的驱动才能完成；过多的伺服电机使得机器人手臂的控制系统过于复杂，增加了机器人手臂的研发成本和生产成本；而且，在机器人放下物品时需要机器人做一个垂直向下的动作才能脱离物品并完成防止物品的动作，过于复杂的控制系统使得机器人手臂在工作过程中的故障率提高，从而影响机器人的工作效率。

本发明设计一种自动取放物品的机器人解决如上问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种自动取放物品的机器人，它是采用以下技术方案来实现的。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”、“上”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种自动取放物品的机器人，其特征在于：它包括手臂机构、托送机构和机器人主体，其中托送机构安装在手臂机构中，手臂机构安装在机器人主体一侧。

与手臂机构相配合的存放物品的放置架为相隔一定距离的两根金属杆；安装于机器人主体上的控制系统控制安装于主臂上的伺服电机带动手臂机构上的延伸臂沿主臂延伸并靠近存放于放置架上的物品；通过销安装于延伸臂上的托板的一端在重块的作用下向货架墙方向倾斜，使得延伸臂上靠近物品的一端无阻碍地对物品形成托举；延伸臂在控制系统的控制下继续伸长，物品在托板上相对滑动；当物品完全位于托板上时，托板在物品重力的作用下翘起安装有重块的一端使得托板再次发生反向倾斜；此时，物品完全脱离放置架，机器人主体上的控制系统控制延伸臂收缩，物品随延伸臂脱离放置架并从放置架的位置被完全拿取下来。

需要把托板上的物品放置到另一个放置架上时，延伸臂在安装于机器人主体上的控制系统的控制下在主臂上滑动并延伸，使得物品运动至目标放置架的上方；然后收缩延伸臂并通过安装于机器人主体上的控制系统控制安装于延伸臂中且位于托板下方的托送机构向上运动，使得托送机构中的两个滚轮与物品底部接触并提供物品向货架墙方向的驱动力，以保证两个滚轮的旋转使得物品保持在目标放置架上方静止不动；当延伸臂收缩一定长度时，托板在物品及重块的共同作用下再次向货架墙的方向倾斜；最终在滚轮和延伸臂的作用下，物品被放置到放置架上，同时延伸臂回到初始位置。

作为本技术的进一步改进，上述手臂机构包括主臂、齿条滑槽、第一梯形滑槽、电机槽、伺服电机、齿轮、延伸臂、轮槽、第二梯形滑槽、第一齿条、第一梯形滑块、支撑块、第一支耳、第二齿条、限位块、复位弹簧、托送机构、托板、切口、第二支耳、重块，其中主臂的上端面沿其长度方向并列开有第一梯形滑槽和齿条滑槽，且齿条滑槽的一端与主臂的端面相通；主臂上与齿条滑槽相通的侧端面相邻的一个侧端面上开有电机槽，且电机槽靠近与齿条滑槽相通的侧端面并与齿条滑槽上下相通；延伸臂一端的上端面上开有轮槽；轮槽的两个相对的侧壁上沿竖直方向对称地开有两个第二梯形滑槽；延伸臂上未开有轮槽的一端的下端面上沿其长度方向并列安装有第一齿条和第一梯形滑块；两个第一支耳安装在延伸臂的上端面并对称地分布于轮槽的两侧；延伸臂通过第一梯形滑块与第一梯形滑槽的滑动配合安装在主臂上上端面上；第一齿条嵌入并滑动于齿条滑槽中；伺服电机安装在电机槽内；齿轮安装在伺服电机的输出轴轴端并与第一齿条相啮合；托送机构安装在轮槽中；两个复位弹簧位于轮槽的底部；对于每个复位弹簧而言，复位弹簧的一端与托送机构的下端连接，另一端与轮槽的底面连接；第二齿条安装在轮槽的底部；第二齿条的上端自下而上地穿过托送机构与托送机构相配合；第二齿条的上端侧面安装有限位块；限位块与托送机构相配合；托板的一端开有切口；托板的下端面安装有两个第二支耳，且两个第二支耳对称地分布于切口的两侧；托板上未开有切口的一端的下端面上安装有重块；托板通过销与延伸臂铰接；支撑块安装在延伸臂的上端面上，且支撑块位于托板的下方与托板相配合。

作为本技术的进一步改进，上述托送机构包括滑座、传动槽、齿条滑孔、传动轴孔、第二梯形滑块、普通电机、齿环、滚轮，其中滑座的上端面中心处开有轮槽；轮槽的底部开有齿条滑孔；轮槽的两个相对的侧壁上对称地开有两个传动轴孔；滑座上未开有传动轴孔的两个侧端面上对称地安装有两个第二梯形滑块；滑座通过安装于其上的两个第二梯形滑块与轮槽内壁上的两个第二梯形滑槽的滑动配合安装在轮槽中；普通电机的机身为圆柱形，且其两端具有两个输出轴；普通电机通过两个输出轴与两个传动轴孔的轴承配合安装在轮槽中；普通电机上的两个输出轴的轴端分别伸出两个传动轴孔；齿环的外圆面为齿面；齿环嵌套在普通电机机身的外圆面上；普通电机上的两个输出轴的轴端分别安装有一个滚轮，且两个滚轮位于轮槽中；第二齿条穿过滑座上的齿条滑孔并与第二齿条相啮合；安装于第二齿条上端的限位块与普通电机相配合；对于每个复位弹簧而言，复位弹簧的一端与滑座的下端面连接，另一端与轮槽的底部连接。

作为本技术的进一步改进，上述复位弹簧为拉伸弹簧。

作为本技术的进一步改进，上述机器人主体中的控制系统控制安装于主臂上的伺服电机带动手臂机构上的延伸臂沿主臂延伸并靠近存放于放置架上的物品时，安装于延伸臂上的托板的一端在重块的作用下向下倾斜，使得延伸臂安装有重块的一端的高度低于所取物品的下端面。

作为本技术的进一步改进，上述支撑块的高度小于托板与延伸臂的垂直距离。

作为本技术的进一步改进，上述托板与延伸臂的铰接点不位于托板的中心位置，而是偏向靠近托板上安装重块的一端。

作为本技术的进一步改进，上述放置架的高度与手臂机构的高度相一致。

作为本技术的进一步改进，上述机器人主体中具有控制手臂机构上下运动的控制系统。

作为本技术的进一步改进，上述机器人主体中如果不存在可控制手臂机构上下运动的控制系统，则机器人在出厂时设定好手臂机构的高度以适合放置架上固定层高的物品的取放。

相对于传统的机器人，本发明中的机器人的手臂机构在取放物品时的运动只需要一个伺服电机来控制，从而减小控制系统的控制负荷，使得机器人的控制新整体简单化；当手臂机构取放物品时，在伺服电机的带动下只完成水平方向的运动，相对于传动的机器人少了垂直方向或曲线运动，机器人的运动简单实用，研发成本和生产成本都比较低；本发明结构简单，具有较好的使用效果。

附图说明

图1是机器人及货架墙配合示意图。

图2是机器人示意图。

图3是手臂机构剖面示意图。

图4是延伸臂、主臂、伺服电机及齿轮配合剖面示意图。

图5是延伸臂及主臂配合剖面示意图。

图6是主臂透视示意图。

图7是主臂中电机槽、第一梯形滑槽及齿条滑槽剖面示意图。

图8是延伸臂、传动齿条、第一梯形滑块、支撑块及第一支耳配合示意图。

图9是延伸臂中第二梯形滑槽及轮槽透视示意图。

图10是托板、重块及第二支耳配合示意图。

图11是托送机构及延伸臂配合示意图。

图12是托送机构及延伸臂配合剖面示意图。

图13是托送机构示意图。

图14是托送机构剖面示意图。

图15是滑座及第二梯形滑块配合透视示意图。

图16是手臂机构拿取物品示意图。

图17是手臂机构安放物品示意图。

图中标号名称：1、手臂机构；2、货架墙；3、放置架；4、物品；5、机器人主体；6、主臂；7、齿条滑槽；8、第一梯形滑槽；9、电机槽；10、伺服电机；11、齿轮；12、延伸臂；13、轮槽；14、第二梯形滑槽；15、第一齿条；16、第一梯形滑块；17、支撑块；18、第一支耳；19、第二齿条；20、限位块；21、复位弹簧；22、托送机构；23、滑座；24、传动槽；25、齿条滑孔；26、传动轴孔；27、第二梯形滑块；28、普通电机；29、齿环；30、滚轮；31、托板；32、切口；33、第二支耳；34、重块。

具体实施方式

如图1所示，它包括手臂机构1、托送机构22和机器人主体5，其中托送机构22安装在手臂机构1中，手臂机构1安装在机器人主体5一侧。

如图1、2、3所示，与手臂机构1相配合的存放物品4的放置架3为相隔一定距离的两根金属杆；安装于机器人主体5上的控制系统控制安装于主臂6上的伺服电机10带动手臂机构1上的延伸臂12沿主臂6延伸并靠近存放于放置架3上的物品4；通过销安装于延伸臂12上的托板31的一端在重块34的作用下向货架墙2方向倾斜，使得延伸臂12上靠近物品4的一端无阻碍地对物品4形成托举；延伸臂12在控制系统的控制下继续伸长，物品4在托板31上相对滑动；当物品4完全位于托板31上时，托板31在物品4重力的作用下翘起安装有重块34的一端使得托板31再次发生反向倾斜；此时，物品4完全脱离放置架3，机器人主体5上的控制系统控制延伸臂12收缩，物品4随延伸臂12脱离放置架3并从放置架3的位置被完全拿取下来。

如图1、2、3所示，需要把托板31上的物品4放置到另一个放置架3上时，延伸臂12在安装于机器人主体5上的控制系统的控制下在主臂6上滑动并延伸，使得物品4运动至目标放置架3的上方；然后收缩延伸臂12并通过安装于机器人主体5上的控制系统控制安装于延伸臂12中且位于托板31下方的托送机构22向上运动，使得托送机构22中的两个滚轮30与物品4底部接触并提供物品4向货架墙2方向的驱动力，以保证两个滚轮30的旋转使得物品4保持在目标放置架3上方静止不动；当延伸臂12收缩一定长度时，托板31在物品4及重块34的共同作用下再次向货架墙2的方向倾斜；最终在滚轮30和延伸臂12的作用下，物品4被放置到放置架3上，同时延伸臂12回到初始位置。

如图3、4所示，上述手臂机构1包括主臂6、齿条滑槽7、第一梯形滑槽8、电机槽9、伺服电机10、齿轮11、延伸臂12、轮槽13、第二梯形滑槽14、第一齿条15、第一梯形滑块16、支撑块17、第一支耳18、第二齿条19、限位块20、复位弹簧21、托送机构22、托板31、切口32、第二支耳33、重块34，其中如图6所示，主臂6的上端面沿其长度方向并列开有第一梯形滑槽8和齿条滑槽7，且齿条滑槽7的一端与主臂6的端面相通；如图7所示，主臂6上与齿条滑槽7相通的侧端面相邻的一个侧端面上开有电机槽9，且电机槽9靠近与齿条滑槽7相通的侧端面并与齿条滑槽7上下相通；如图8、9所示，延伸臂12一端的上端面上开有轮槽13；轮槽13的两个相对的侧壁上沿竖直方向对称地开有两个第二梯形滑槽14；延伸臂12上未开有轮槽13的一端的下端面上沿其长度方向并列安装有第一齿条15和第一梯形滑块16；两个第一支耳18安装在延伸臂12的上端面并对称地分布于轮槽13的两侧；如图5所示，延伸臂12通过第一梯形滑块16与第一梯形滑槽8的滑动配合安装在主臂6上上端面上；如图4所示，第一齿条15嵌入并滑动于齿条滑槽7中；伺服电机10安装在电机槽9内；齿轮11安装在伺服电机10的输出轴轴端并与第一齿条15相啮合；如图11、12所示，托送机构22安装在轮槽13中；如图3所示，两个复位弹簧21位于轮槽13的底部；对于每个复位弹簧21而言，复位弹簧21的一端与托送机构22的下端连接，另一端与轮槽13的底面连接；第二齿条19安装在轮槽13的底部；如图3、12所示，第二齿条19的上端自下而上地穿过托送机构22与托送机构22相配合；第二齿条19的上端侧面安装有限位块20；限位块20与托送机构22相配合；如图10所示，托板31的一端开有切口32；托板31的下端面安装有两个第二支耳33，且两个第二支耳33对称地分布于切口32的两侧；托板31上未开有切口32的一端的下端面上安装有重块34；如图3所示，托板31通过销与延伸臂12铰接；如图3、8所示，支撑块17安装在延伸臂12的上端面上，且支撑块17位于托板31的下方与托板31相配合。

如图13、14所示，上述托送机构22包括滑座23、传动槽24、齿条滑孔25、传动轴孔26、第二梯形滑块27、普通电机28、齿环29、滚轮30，其中如图15所示，滑座23的上端面中心处开有轮槽13；轮槽13的底部开有齿条滑孔25；轮槽13的两个相对的侧壁上对称地开有两个传动轴孔26；滑座23上未开有传动轴孔26的两个侧端面上对称地安装有两个第二梯形滑块27；如图12所示，滑座23通过安装于其上的两个第二梯形滑块27与轮槽13内壁上的两个第二梯形滑槽14的滑动配合安装在轮槽13中；如图3、12所示，普通电机28的机身为圆柱形，且其两端具有两个输出轴；普通电机28通过两个输出轴与两个传动轴孔26的轴承配合安装在轮槽13中；普通电机28上的两个输出轴的轴端分别伸出两个传动轴孔26；齿环29的外圆面为齿面；齿环29嵌套在普通电机28机身的外圆面上；如图13所示，普通电机28上的两个输出轴的轴端分别安装有一个滚轮30，且两个滚轮30位于轮槽13中；如图3所示，第二齿条19穿过滑座23上的齿条滑孔25并与第二齿条19相啮合；安装于第二齿条19上端的限位块20与普通电机28相配合；对于每个复位弹簧21而言，复位弹簧21的一端与滑座23的下端面连接，另一端与轮槽13的底部连接。

如图3所示，上述复位弹簧21为拉伸弹簧。

如图16所示，上述机器人主体5中的控制系统控制安装于主臂6上的伺服电机10带动手臂机构1上的延伸臂12沿主臂6延伸并靠近存放于放置架3上的物品4时，安装于延伸臂12上的托板31的一端在重块34的作用下向下倾斜，使得延伸臂12安装有重块34的一端的高度低于所取物品4的下端面。

如图3、17所示，上述支撑块17的高度小于托板31与延伸臂12的垂直距离。

如图10所示，上述托板31与延伸臂12的铰接点不位于托板31的中心位置，而是偏向靠近托板31上安装重块34的一端。

如图1所示，上述放置架3的高度与手臂机构1的高度相一致。

如图1所示，上述机器人主体5中具有控制手臂机构1上下运动的控制系统。

如图1所示，上述机器人主体5中如果不存在可控制手臂机构1上下运动的控制系统，则机器人在出厂时设定好手臂机构1的高度以适合放置架3上固定层高的物品4的取放。

本发明中的伺服电机10和普通电机28通过导线与机器人主体5中的控制系统电气连接。

本发明中机器人主体5中的控制系统控制安装于主臂6上的伺服电机10带动手臂机构1上的延伸臂12沿主臂6延伸并靠近存放于放置架3上的物品4时，安装于延伸臂12上的托板31的一端在重块34的作用下向下倾斜，使得延伸臂12安装有重块34的一端的高度低于所取物品4的下端面的作用是，当延伸臂12带动托板31一起向放置物品4的放置架3运动并接近物品4时，由于延伸臂12安装有重块34的一端的高度低于所取物品4的下端面，所以托板31靠近物品4时位于物品4的下端，为托板31完成对物品4的托举提供一定基础。

本发明中支撑块17的高度小于托板31与延伸臂12的垂直距离的设计目的是，当机器人从放置架3上取下物品4时，物品4整体完全位于托板31上，在物品4重力的作用下，托板31克服重块34的重力作用向机器人一侧倾斜；物品4随托板31一起向机器人主体5方向倾斜；一方面保证了物品4完全脱离放置架3，另一方面保证了物品4脱离放置架3后随延伸臂12回缩时不会因为延伸臂12的快速回缩而滑落。

本发明中托板31与延伸臂12的铰接点不位于托板31的中心位置，而是偏向靠近托板31上安装重块34的一端的设计目的是，一方面是为了平衡重块34的部分重力；另一方面是为了保证物品4部分位于托板31上时顺利地克服重块34的重力使得托板31发生反向倾斜，快速地完成对物品4的托举，使得物品4快速脱离放置架3，从而避免对物品4的托举失败。

本发明中的托板31在取放物品4时，托板31位于放置架3两根金属杆之间。

本发明中托板31在重块34的作用下的初始状态是向安装有重块34的一侧倾斜。

本发明中如果放置架3的高度与手臂机构1的高度不一致，机器人不能完成对物体的取放。

本发明的工作流程：如图16所示，当需要从安装在货架墙2上的放置架3上拿取物品4时，先调整好主臂6的高度与放置架3的高度和位置一致；通过安装于机器人主体5上的控制系统控制安装在主臂6上的伺服电机10运行；伺服电机10带动安装于其输出轴轴端的齿轮11旋转；旋转的齿轮11通过第一齿条15带动延伸臂12沿第一梯形滑槽8向外滑动并延伸；延伸臂12带动安装于其上的托板31一起向物品4靠近；当托板31靠近物品4并与之接触时，托板31位于放置架3之间；继续伸长延伸臂12，物品4上与托板31接触的一端被撬起；当物品4与托板31的接触线移动超过托板31与延伸臂12的铰接点一段距离后，托板31在物品4的重力作用下克服重块34的重力反向摆动并发生反向倾斜；同时托板31把物品4托起，物品4随托板31一起发生向机器人主体5方向的倾斜；延伸臂12继续伸长；在货架墙2的阻挡下，物品4逐渐向托板31上移动并最终完全位于托板31上；然后，控制伺服电机10反转，伺服电机10通过齿轮11和第一齿条15带动延伸臂12收缩，托板31托着物品4随延伸臂12向机器人主体5方向收缩，物品4从放置架3上取下。

如图17所示，当物品4从一个放置架3上取下向另一个相同高度的放置架3上放置时，通过控制系统控制安装在主臂6上的伺服电机10运行；伺服电机10带动安装于其输出轴轴端的齿轮11旋转；旋转的齿轮11通过第一齿条15带动延伸臂12沿第一梯形滑槽8向外滑动并延伸；延伸臂12带动安装于其上的托板31托着物品4靠近另一个相同高度的放置架3；当托板31托着物品4运动到放置架3上方时，通过控制系统控制安装于延伸臂12上的普通电机28运行；由于普通电机28的机身没有被固定，且其两个输出轴与滑座23之间为轴承配合，所以普通电机28机体内的电感线圈产生的磁感带动普通电机28的机体绕两个输出轴的中心轴线旋转；与普通电机28相配合的第二齿条19使得普通电机28整体沿第二齿条19向上运动；普通电机28带动与之配合的滑座23、两个滚轮30一起沿第二梯形滑槽14向上运动，两个复位弹簧21同时被拉伸并储能；当普通电价的机体向上运动并与安装于第二齿条19上端的限位块20相遇时，普通电机28的机体相对被固定而不再旋转，两个滚轮30此时也穿过托板31上的切口32与物品4的下端面接触；普通电机28上的两个输出轴相对于其机体发生反向旋转；两个输出轴带动两个滚轮30发生反向旋转；两个滚轮30的旋转带动物品4从托板31上向放置架3上滑落；与此同时，通过控制系统控制伺服电机10带动延伸臂12回缩逐渐脱离物品4；在两个滚轮30的作用下，物品4被放置在目标放置架3上。

综上所述，本发明的有益效果：机器人中的手臂机构1在取放物品4时的运动只需要一个伺服电机10来控制，从而减小控制系统的控制负荷，使得机器人的控制新整体简单化；当手臂机构1取放物品4时，在伺服电机10的带动下只完成水平方向的运动，相对于传动的机器人少了垂直方向或曲线运动，机器人的运动简单实用，研发成本和生产成本都比较低。