一种自动开关门的机器人的制作方法

本申请涉及一种自动开关门的机器人，尤其涉及一种用于开关机房柜门的包括开关及定位机构的机器人。

背景技术：

随着工业生产车间自动化水平不断提高，移动机器人的应用也日趋广泛。工业巡检移动机器人可代替人工进行机房的巡检工作，获取机房的环境数据，并及时反馈到控制中心。对于机房柜门出现异常情况发生报警后，通常只能是人工进行开门检查工作。对于无人自动化生产车间，机器人实现开关门从而进行内部检查的功能尤为重要。

对于开门机械手的研究，目前多为单自由度或装夹在多自由度平台上的开合机构。开合电爪通常装在末端具有旋转关节的平台上，通过电爪的开合实现门把手的夹持，通过末端关节的旋转来实现开关门的关键动作。

目前，机器人实现开门的方式主要有两种，即机械方式和通讯方式。机械方式即通过机械手动作实现门的开关，通讯方式则通过机器人发送开关门指令，自动控制门的开关，后者要求门上装有接收器和自动控制装置。对于机械手开关门，通常是机械手装在机器人多关节手臂上，机械手具有单个或多个自由度的开合功能，此种形式的机械手进行开门只需一次准确定位，能够实现门的开启动作，但通常需要门上装有自动复位结构，来保证门自动关闭，或者要求门在开启过程中机械手不能松开，或在门上安装其他机构来实现定位。对于比较复杂的仿人型机器人，实现门的开关需要设计手爪多个指关节，此种形式的机械手结构复杂，控制难度较大，并且同样需要保持机械手与门的接触从而实现门的定位。

对于普通柜门和电动门进行开关的方式差异很大。经文献检索，公开日为 2014年06月11日，公开号为CN203640483U的一种智能电动门，它使用电动控制装置和滑槽导轨机构的结合实现门的智能开关，此种形式的开门不仅对门的结构和附带电气装置具有一定的要求，还要求机器人开门时信号接收反馈不受干扰。对于纯机械形式的开门手爪，通常只考虑门把手的初次定位和门的开启，而没能实现机械形式的反复开关。经文献检索，公开日为2015年08月12 日，公开号为CN104827476A的一种气动式自适应开门机械手，它采用气动执行端和连杆机构的组合实现普通门的开关。气动驱动可以使手爪表现一定的柔性，但对于可移动机械装置，气源的供给是个问题。另外，气动式把手的自适应性仅限于执行末端开合处表现出的柔性，对于机械手爪与门把手硬性接触，该方向单一的柔性显然还不够。

目前对于普通柜门的开关及定位还没有系统的机构方案，通常机械手开门后不能“放手”，否则门位置的变动会对关门的二次定位带来很大的困难。另外，对于按压式、转舌式门把手，普通的夹爪机构显然不能完成门的开合及定位。

技术实现要素：

本申请要解决的技术问题是提供一种自动开关门的机器人。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种自动开关门的机器人，它包括可移动机座、设置在所述的可移动机座上的机械手、安装在机械手上的夹爪组件，所述的夹爪组件包括用于夹住门把手的夹爪机构和与所述的夹爪机构相连接的双触指机构，所述的双触指机构包括用于对门和门把手按压的硬指、与门接触并对门施加锁紧力的软指。

优选地，所述的双触指结构包括安装外壳、设置在所述的安装外壳一端的触指底座、安装在所述的触指底座上的位于所述的安装外壳内的软弹簧和硬弹簧、安装在所述的软弹簧上的软指、安装在所述的硬弹簧上的硬指，所述的安装外壳的远离所述的触指底座的另一端部设置有第一通孔和第二通孔，所述的第一通孔和第二通孔上分别安装有第一无油衬套和第二无油衬套，所述的第一无油衬套套设在所述的软指上，所述的软指包括设于所述的软指端部的软指头，所述的第二无油衬套套设在所述的硬指上，所述的硬指包括设置在所述的硬指端部的硬指头。

优选地，所述的硬指头为工程塑料制成，所述的软指头为耐磨塑料制成。

优选地，夹爪机构包括可相对开合的用于夹住门把手的第一爪夹和第二爪夹，所述的第一爪夹包括第一爪夹主体、设与所述的第一爪夹主体的靠近所述的第二爪夹一侧面的第一爪夹末端；所述的第二爪夹包括第二爪夹抓体、设于所述的第二爪夹主体的靠近所述的第一爪夹一侧面的第二爪夹末端，所述的第一爪夹末端和第二爪夹末端为工程塑料制成。

优选地，夹爪机构包括还包括滚珠丝杠机构、被所述的滚珠丝杠机构驱动的两个滑块，所述的第一爪夹和第二爪夹分别设置在两个滑块上。

优选地，所述的夹爪组件通过一柔性机构安装在所述的机械手上，所述的柔性机构包括相对设置的底盘和外接盘，所述的底盘固定在所述的机械手上，所述的夹爪组件与所述的外接盘固定连接，所述的底盘和所述的外接盘的相对面上分别设置多个第一插销和多个第二插销，所述第一插销与所述的第二插销数量相等并相对设置，所述的柔性机构还包括多个弹簧，所述的弹簧的一端套设在第一插销上并与所述的第一插销相固定连接；所述的弹簧的另一端部套设在所述的第二插销上并与所述的第二插销相固定连接。

优选地，所述的第一插销和所述的第二插销分别为三个，三个所述的第一插销沿所述的底盘的周向均匀分布，三个所述的第二插销沿所述的外接盘的周向均匀分布。

优选地，所述的底盘上还连接有传感器或/和视觉定位装置。

优选地，所述的机器人还包括设置于机座上的阻尼臂机构，所述的阻尼臂机构包括绕Z轴方向转动的阻尼臂及设置在所述的阻尼臂自由端部的磁铁。

优选地，所述的阻尼臂机构还包括具有额定转矩的被电机驱动的阻尼铰链、设置在所述的阻尼铰链上的阻尼长臂、连接在所述的阻尼长臂末端的阻尼短臂，所述的磁铁设置在所述的阻尼短臂的末端。

本申请所述的一种自动开关门的机器人，具有如下有益效果：

1、本申请所述的机器人能够针对不同形式的门把手都能实现开关门动作，对于金属柜门具有精准定位功能；

2、本申请中柔性机构为三弹簧均布形式，能保证手爪与机械臂末端平行，并且具有可自动复位的万向柔性；

3、本发明中开合电爪的夹爪末端材料为工程塑料，可以防止与把手长期反复接触过程中对把手的磨损；

4、本发明中双触指机构均具有一定的柔性，短触指刚度较大，实现开关门过程中的按压，长触指刚度较小，在关门时给门较小的合紧力，防止因门的松动导致把手不能锁住；

5、本发明中的阻尼臂挡块为聚氨酯材质，可避免长期与阻尼臂碰撞时引起阻尼臂的磨损；

6、本发明中阻尼臂关节能适应门的开关，实现门的定位及自身的精准复位。阻尼臂关节通过阻尼铰链与电机相连，电机通过带动阻尼关节转动从而带动阻尼臂转动。当电机抱闸后，阻尼臂吸住门，门依然可以在机械手的作用下转动，此时，电机不转，阻尼臂带动阻尼铰链转动；当阻尼臂复位时与聚氨酯挡块接触但电机还未走完给定角度时，阻尼臂受到机械限位静止不动，电机带动阻尼铰链转完多余的角度。

7、本发明中磁铁与阻尼臂间有活动铰链连接，铰链后端用弹簧机构实现其复位，从而使得磁铁能够适应门的转动，保持接触。

附图说明

图1是本申请所述的一种自动开关门的机器人的部分结构示意图；

图2是本申请所述的柔性机构的结构示意图；

图3是本申请所述的夹爪组件的结构示意图；

图4是本申请所述的双触指机构的结构示意图；

图5是本申请所述的阻尼臂机构的结构示意图，

其中：1、柔性机构；2、夹爪机构；3、双触指机构；4、挡块；5、阻尼臂机构；1-1、底盘；1-2、插销；1-3、弹簧；1-4、外接盘；2-1、电爪；2-2、第一爪夹末端；2-3、第一爪夹主体；2-4、第二爪夹主体；2-5、第二爪夹末端； 3-1、硬指；3-2、软指；3-3、硬指头；3-4、软指头；3-5、第一无油衬套；3-6、软弹簧；3-7、第二无油衬套；3-8、硬弹簧；3-9、触指底座；5-1、电机法兰； 5-2、阻尼铰链；5-3、阻尼长臂；5-4、阻尼短臂；5-5、弹簧插销；5-6、拉伸弹簧；5-7、活动铰链；5-8、磁铁；5-9、铰链支座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。

如图1所示，为本申请所述的一种自动开关门的机器人的部分结构示意图，包括可移动机座、设置在所述的可移动机座上的机械手、安装在机械手上的夹爪组件、设置于机座上的阻尼臂机构5。

如图3所示，所述的夹爪组件包括用于夹住门把手的夹爪机构2和与所述的夹爪机构2相连接的双触指机构3，所述的双触指机构3包括用于对门和门把手按压的硬指3-1、与门接触并对门施加锁紧力的软指3-2。

如图4所示，所述的双触指结构包括安装外壳、设置在所述的安装外壳一端的触指底座3-9、安装在所述的触指底座3-9上的位于所述的安装外壳内的软弹簧3-6和硬弹簧3-8、安装在所述的软弹簧3-6上的软指3-2、安装在所述的硬弹簧3-8上的硬指3-1，所述的安装外壳的远离所述的触指底座3-9的另一端部设置有第一通孔和第二通孔，所述的第一通孔和第二通孔上分别安装有第一无油衬套3-5和第二无油衬套3-7，所述的第一无油衬套3-5套设在所述的软指 3-2上，所述的软指3-2包括设于所述的软指3-2端部的软指头3-4，所述的第二无油衬套3-7套设在所述的硬指3-1上，所述的硬指3-1包括设置在所述的硬指3-1端部的硬指头3-3。所述的硬指头3-3为工程塑料制成，所述的软指头3-4 为耐磨塑料制成。硬指3-1实现开关门时对门把手的按压，其后端的硬弹簧3-8 使其具有一定的柔性，又能够保持较大的推力从而实现对门的按压。软指头3-4 为耐磨塑料小球，软指头3-4在关门过程中始终与门接触，施加一个锁紧力，从而使得转动门把手锁门的动作顺利实现。

如图3所示，夹爪机构2包括可相对开合的用于夹住门把手的第一爪夹和第二爪夹，所述的第一爪夹包括第一爪夹主体2-3、设与所述的第一爪夹主体 2-3的靠近所述的第二爪夹一侧面的第一爪夹末端2-2；所述的第二爪夹包括第二爪夹抓体、设于所述的第二爪夹主体2-4的靠近所述的第一爪夹一侧面的第二爪夹末端2-5，所述的第一爪夹末端2-2和第二爪夹末端2-5为工程塑料制成，可以有效防止夹爪机构2对门把手的磨损。夹爪机构2包括还包括滚珠丝杠机构、被所述的滚珠丝杠机构驱动的两个滑块，所述的第一爪夹和第二爪夹分别设置在两个滑块上。

如图2所示，所述的夹爪组件通过一柔性机构1安装在所述的机械手上，所述的柔性机构1包括相对设置的底盘1-1和外接盘1-4，所述的底盘1-1固定在所述的机械手上，所述的夹爪组件与所述的外接盘1-4固定连接，所述的底盘1-1和所述的外接盘1-4的相对面上分别设置多个第一插销1-2和多个第二插销1-2，所述第一插销1-2与所述的第二插销1-2数量相等并相对设置，所述的柔性机构1还包括多个弹簧1-3，所述的弹簧1-3的一端套设在第一插销1-2上并与所述的第一插销1-2相固定连接；所述的弹簧1-3的另一端部套设在所述的第二插销1-2上并与所述的第二插销1-2相固定连接。所述的第一插销1-2 和所述的第二插销1-2分别为三个，三个所述的第一插销1-2沿所述的底盘1-1 的周向均匀分布，三个所述的第二插销1-2沿所述的外接盘1-4的周向均匀分布。所述的底盘1-1上还连接有传感器或/和视觉定位装置。所述的柔性机构1 能够使得机械手爪具有万向柔性，使电爪2-1具有一定的自适应能力并且能够精准复位，三弹簧1-3的均布能保持机械手与机械臂末端法兰呈平行状态。

如图5所示，阻尼臂机构5设置于机座上，所述的阻尼臂机构5包括绕Z 轴方向转动的阻尼臂及设置在所述的阻尼臂自由端部的磁铁5-8。所述的阻尼臂机构5还包括具有额定转矩的被电机驱动的阻尼铰链5-2、设置在所述的阻尼铰链5-2上的阻尼长臂5-3、连接在所述的阻尼长臂5-3末端的阻尼短臂5-4，所述的磁铁5-8设置在所述的阻尼短臂5-4的末端。阻尼臂机构5还包括电机法兰5-1、弹簧插销5-5、拉伸弹簧5-6、活动铰链5-7、铰链支座5-9。当阻尼铰链5-2两端的扭矩超出额定转矩时，阻尼铰链5-2会发生相对转动。阻尼长臂 5-3与阻尼短臂5-4固定，活动铰链5-7末端通过拉伸弹簧5-6实现复位功能。

本发明所述的自动开关门的机器人，能够实现各种金属柜门的开关及定位，以难度较大的转舌式门把手为例。阻尼臂通过电机驱动旋转到某一角度，通常 80度左右，之后机械手通过机械臂动作移动到正对着门把手的位置，机械手前进并利用上部硬手指按压门把手，把手弹开后单自由度夹爪闭合卡住门把手，机械手转动90度打开门锁，之后实现开门动作。当门开到80度左右时，阻尼臂末端磁铁5-8吸住门，并且由于阻尼关节铰链的作用，门可以随着手爪的动作而继续打开，并且在机械手松开后门的位置保持不变，省去了关门时对于门把手的二次定位。关门过程中，双触指一直与门接触，当门关到超出阻尼臂的活动范围时，阻尼臂与门脱离，门关上时较长的软指顶住门从而辅助门把手的转动锁门，最后用触指实现把手的按压锁门。柜门锁上后，机械臂可通过自身位置进行复位，而阻尼臂在与门吸住和松开过程中位置不确定，可通过反向旋转一圈的方式进行复位，当阻尼臂与聚氨酯挡块4接触后，电机会带动阻尼关节转完多余的角度，从而实现精准复位。

本申请所述的一种自动开关门的机器人，能够针对不同形式的门把手都能实现开关门动作，对于金属柜门具有精准定位功能；柔性机构1为三弹簧均布形式，能保证手爪与机械臂末端平行，并且具有可自动复位的万向柔性；本发明中开合电爪2-1的夹爪末端材料为工程塑料，可以防止与把手长期反复接触过程中对把手的磨损；本发明中双触指机构3均具有一定的柔性，短触指刚度较大，实现开关门过程中的按压，长触指刚度较小，在关门时给门较小的合紧力，防止因门的松动导致把手不能锁住；本发明中的阻尼臂挡块4为聚氨酯材质，可避免长期与阻尼臂碰撞时引起阻尼臂的磨损；本发明中阻尼臂关节能适应门的开关，实现门的定位及自身的精准复位。阻尼臂关节通过阻尼铰链5-2 与电机相连，电机通过带动阻尼关节转动从而带动阻尼臂转动。当电机抱闸后，阻尼臂吸住门，门依然可以在机械手的作用下转动，此时，电机不转，阻尼臂带动阻尼铰链5-2转动；当阻尼臂复位时与聚氨酯挡块4接触但电机还未走完给定角度时，阻尼臂受到机械限位静止不动，电机带动阻尼铰链5-2转完多余的角度。本发明中磁铁5-8与阻尼臂间有活动铰链5-7连接，铰链后端用弹簧机构实现其复位，从而使得磁铁5-8能够适应门的转动，保持接触。

以上所述实施例仅是为充分说明本申请而所举的较佳的实施例，本申请的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本申请基础上所作的等同替代或变换，均在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书为准。