商场衣物整理助手的制作方法
【专利摘要】商场衣物整理助手是一种可移动的旋转式工作机器人。本发明可以360度空间旋转，具有较高的灵活性，工作对象范围广。模块化的机构设计易基于需求的不同，进行单独模块的调整和开发。卖场助手总体机构分为上下两板，上板采用朝下面机械手与朝上面展平机构设计，分别用来抓取衣物和展平衣物下摆；下板采用折叠板与滚筒组合式设计，分别用来实现折叠衣物与滚平衣物功能。抻平机构，伸展机构，滚筒机构全方位保证了衣物折叠的平整性，使衣物入库方便，折叠整齐的衣物易于吸引顾客。上、下板机构通过旋转作业，使结构更紧凑，占地面积小，工作效率提高。整个机构采用可固定小车式设计，不仅使机器人在工作时保持稳定，同时可自由移动于卖场工作。
【专利说明】
商场衣物整理助手
技术领域
[0001]本发明涉及整理类机器人领域，使用一台机器全自动地实现衣物拾取、展平、折叠、滚压等一系列的功能。不仅让整理后的衣物平整，又方便了贮存，而且达到让卖场工作更加整齐有序，方便快捷的目标。【背景技术】
[0002]全自动地叠整理衣物类机器人目前国内暂无具体技术。
[0003]目前，针对衣物的折叠整理机器主要有两种应用，第一种是工厂使用的大型简易短袖折叠机器人，其效率虽高，专用性且占地面积大，机构笨拙。机器人适用范围小，机构占地面积大，不适应市场需要。第二种是网上卖的手动折叠板，使用时需手动操作，适合家用， 不适于商场，卖场等工作量大且复杂，需要高效率的工作。目前该类机器人的最新发展是在 2015年日本正式投入生产的衣物自动整理衣柜，该机器设计虽然适用于各类衣物的整理， 使用价值大，自动化程度高，但结构复杂，成本过于昂贵，且占地面积大，并没有大批量投入生产，故不适用于国内市场需要。[〇〇〇4]平时购物很容易注意到，如今各大商场尤其是大卖场的客流量非常大，售货员的工作压力大，工作状态疲惫，且根据我们的调查，大部分的售货员从事的并非是本职收钱找零的工作，而是衣物整理的工作，为了保持卖场整洁，吸引顾客，衣物需要随时整理，且因几乎所有卖场均是自主试衣，衣物总是会无法避免的被不断翻乱，所以商场工作人员的需求量和工作量很大。我们需要一种可进行衣物整理的便携机器人，不仅可以代替工作人员进行工作，而且折叠后的衣物平整紧凑，方便随时摆放或入库，大大减少工作人员工作量，可以很好地适应当今市场需要。
【发明内容】
[0005]针对客流量大，整理衣物压力大的各大卖场希望改变衣物整理模式，减少人力资源浪费，加快后方服务速度以满足顾客需要的需求，设计了一款衣物整理类机器人。机器人利用针对不同功能的各各环节巧妙组合的原理，通过对人手折叠衣物的动作进行模拟， 从而实现全自动地实现衣物拾取、展平、折叠、滚压等一系列的功能。不仅让整理后的衣物平整，又方便了贮存，而且达到让卖场工作更加整齐有序，方便快捷的目标。
[0006]为了解决上述问题，本发明主要采取以下技术方案:
[0007]商场衣物整理助手，其特征在于:整体机构包括上板，下板和机架;上板，下板通过上下板连接杆相连，两板能分别进行自转，连架杆又通过滑动副与带滑轨机架相连，此滑动副的驱动是由固定在机架轮毂中心的电机提供的；
[0008]所述上板上固定机械手机构和抻平机构，其中机械手机构是标准八关节型六自由度串联臂机械手，它与上板通过螺钉紧固连接;其中抻平机构伸缩部分由三组交叉杆构成， 三组交叉杆之间均由螺钉相连，最上方交叉杆顶部均与一舵机的主轴相连，舵机机身分别固定在一短杆上，短杆另一端通过自适应弹簧与一长杆相连，长杆顶部分别通过螺钉连接摩擦小轮;抻平机构上底端交叉杆中心处螺栓链接滑块二，滑块二与上板中线位置长方形滑槽通过滑动副连接;并且，此组交叉杆末端分别通过与其固定的螺钉与滑块一，与同一水平杆一端固定，另一端则能滑动，滑块一内部嵌入电机以提供抻平机构伸展的动力；
[0009]折叠板机构的中间折叠板在与中线对称位置通过螺栓与底板固连；中间折叠板两侧凹槽部位通过焊接与中间折叠板固连一对标准锥齿轮，该对锥齿轮通过焊接与折叠板下板连接轴固连，连接中间折叠板与折叠板左，右板;折叠板左，右板分别焊接步进电机，折叠板左，右板连接轴分别于锥齿轮通过焊接固定；下板与中间折叠板结合的部位是通过下板与中间板连接轴提供转动副实现，动力由与键配合连接的中间折叠板步进电机提供;下板设有滑轨、滚筒组合机构;在底板两侧分别固定一个由电机驱动的标准丝杠导轨和一个标准直线导轨，两导轨的移动滑块的对称位置上分别通过螺栓嵌入两步进电机，两电机通过键与滚筒轴配合，滚筒轴套上橡胶的滚筒;伸展机构与固定在板上电机的主轴相连。
[0010]伸展机构(32)伸缩前后分别如图8,图9所示，它安装于下板无其他机构一侧，与固定在板上电机(33)的主轴相连。其整体是通过螺栓固定在底板的电机驱动整体转动，因为设计的伸缩杆有两部分可伸缩位置，故设计气动方式控制，仿照电磁阀工作原理设计，采用三位五通电磁阀控制两杆件先后伸缩，达到展平袖子的目的。
[0011]进一步，机架设计为两圆形轨道形状。上下板连接杆通过螺栓连接于轮毂中心的标准步进电机;机架采用轮结构，内置滑轨凹槽。
[0012]进一步，轮毂与轮型轨道间通过镰刀型支撑件支撑，且轮型机架上有两可撑开的支撑杆。
[0013]更进一步:[〇〇14]设计一款衣物整理类机器人，整体机构包括上板，下板，机架三部分。
[0015]上板，下板通过连架杆相连，两板分别可进行自转，连架杆又通过滑动副与带滑轨的圆形车轮状机架(36)相连，此移动副的驱动是由固定在机架轮毂中心的电机提供的，轮毂与轮型轨道间通过镰刀型支撑件支撑，且轮型机架上有两可撑开的支撑杆，这样可以使整体机构既可方便移动，也可固定于某一位置工作。
[0016]下面分别介绍三部分具体的机构设计:
[0017]所述上板整体如图2所示，其上分别固定机械手机构(3)和抻平机构(4)，其中机械手机构是标准八关节型六自由度串联臂机械手，它与上板通过螺钉紧固连接。其中抻平机构伸缩部分由三组交叉杆构成，各连接部分均由螺钉相连，最上方交叉杆顶部均与一舵机 (11)的主轴相连，舵机机身分别固定在一短杆(40)上，短杆另一端通过自适应弹簧(39)与一长杆(41)相连，自适应弹簧可调节长杆带动摩擦小轮对衣物有适当的抻平作用，长杆顶部分别通过螺钉连接摩擦小轮(42)。抻平机构上底端交叉杆中心处螺栓链接滑块二，滑块二(9)与上板中线位置长方形滑槽(10)通过滑动副连接。并且，此组交叉杆末端分别通过与其固定的螺钉与滑块一(6)，与同一水平杆(7)—端固，另一端则可相对滑动，滑块一内部嵌入一电机(5)以提供抻平机构伸展的动力。
[0018]下板部分整体外观如图5所示是长方体结构，折叠板结构(13)如图6所示，它的形状近似实际衣物形状。其左右两板与衣物接触的面均有密布的粗糙凸起。折叠板机构的中间折叠板(16)在与中线对称位置通过螺栓(17)与底板(18)固连；中间板两侧凹槽部位通过焊接与中间板固连一对标准锥齿轮(19)，该对锥齿轮通过焊接与折叠板下板连接轴(43)固连并插入孔，连接中间板与左右两板，左，右折叠板分别焊接步进电机，其主轴分别于锥齿轮通过焊接固定。中间板下方钻通孔，下板(21)与中间折叠板结合的部位通过轴提供转动副实现，动力由与键配合连接的中间板步进电机(22)提供。滑轨、滚筒组合机构(23)如图7 所示，在底板两侧用内六角圆柱螺栓(24)分别固定一个由电机驱动的标准丝杠导轨(25)主动运动和一个如图2.14所示的标准直线导轨(26)，两导轨的移动滑块(27)的对称位置上分别通过螺栓嵌入两步进电机(28)，两电机通过键(29)与滚筒轴(30)配合，滚筒轴套上橡胶的滚筒(31);滚筒上有凸起，增大摩擦力，起到滚平衣物的作用。伸展机构(32)伸缩前后分别如图8,图9所示，它安装于下板(21)无其他机构一侧，与固定在板上电机(33)的主轴相连。
[0019]机架结构如图10所示，设计为两圆形轨道形状。上下板连接杆(34)通过螺栓连接于轮毂中心的标准步进电机(35)。机架(36)则采用轮结构，内置滑轨凹槽，轮毂采用四个支撑架(37)来支撑机架轮，轮底部的支撑杆(38)可根据需要支撑或收起。
[0020]采用以上设计方案，其特点是:
[0021](1)全自动化，可自主实现从衣物拾取，衣物折叠，衣物展平的过程，减少人力资源浪费。
[0022](2)机器人通过上下翻转与旋转作业，工作效率高，占地面积小
[0023](3)模块化的机构设计易基于需求的不同，进行单独模块的调整和开发。在使用过程中，易于发现和改进问题，使机器的修理变得十分简单方便[〇〇24](4)抻平机构，伸展机构，滚筒机构全方位保证了衣物折叠的平整性，使衣物入库十分方便，折叠整齐的衣物卖相好，易于吸引顾客
[0025](5)机架的设计采用可固定式滚轮结构，既保证机器工作的稳定性，又可方便自由移动于卖场工作，适合商场的需要[〇〇26](6)机器人上下板采用水车原理工作，翻转一周，完成一次衣物的折叠。【附图说明】[〇〇27]图1是本发明总体结构示意图 [〇〇28]图2是上板部分整体结构示意图 [〇〇29]图3是上板机械手结构示意图 [〇〇3〇]图4是上板抻平机构结构示意图 [〇〇31]图5是下板部分整体结构示意图 [〇〇32]图6是下板折叠板结构示意图
[0033]图7是下板滑轨、滚筒组合机构结构示意图
[0034]图8是下板伸缩杆机构结构示意图 [〇〇35]图9是下板伸缩杆机构工作示意图 [0〇36]图10是整体机架结构示意图
[0037] 附图标记:[0〇38]1上板2上板步进电机3机械手
[0039]4抻平机构5抻平机构滑块电机6抻平机构滑块一
[0040]7抻平机构水平杆8抻平机构交叉杆9交叉杆固连滑块二[0〇41]10上板内置滑道11舵机12摩擦小轮
[0042]13折叠板机构14折叠板左板15折叠板右板[〇〇43]16中间折叠板17盘头螺栓18底板
[0044]19标准锥齿轮20连接锥齿轮步进电机21折叠板下板
[0045]22中间板步进电机23滑轨、滚筒组合机构24六角圆柱螺栓[〇〇46]25标准丝杠导轨26标准直线导轨27导轨移动滑块[〇〇47]28导轨滑块内电机29键30滚筒轴[〇〇48]31滚筒32伸展机构33伸展机构电机[〇〇49]34上下板连接杆35轮毂中心步进电机36带滑轨机架[〇〇5〇]37弧形架38支撑杆39自适应弹簧[〇〇51 ]40短杆41长杆42摩擦小轮[〇〇52]43折叠板中间板连接轴 44折叠板下板连接轴【具体实施方式】
[0053]上板整体如图2所示，主要实现的功能是衣物的抓取，衣物下摆的抻平。上板(1)的形状为十字形，主要目的是既能保证机械手和抻平机构的安装，又能最大限度的减少浪费， 实现经济性设计。上板自传是通过在内部固连的42步进电机驱动(2)的。上板下面安装的是标准八关节型六自由度串联臂机械手(3)如图3所示，其可实现的基本动作包括有:伸缩、回转、夹紧和松开，目的是为了能全方位自转可通过自身旋转及整板运动最大面积的夹取地面堆放的散乱衣物，且夹持机构小方便夹取衣物的标签。抻平机构(4)如图4所示，其工作原理仿照剪叉式升降台的工作原理设计的，其优势是能够在很小的工作范围内实现整体结构的伸展。其原理是滑块内用螺栓连接一K10电机(5)，电机驱动滑块(6)与水平杆(7)有相对移动，带动与交叉杆(8)固连的滑块(9)在上板内置的水平滑道(10)内移动，同时交叉杆组顶部的舵机(11)带动装有摩擦小轮(12)的杆件向外张开，与衣物下摆相摩擦，在一定范围内克服衣物的弹力，起到滚平衣物的作用。
[0054]下板部分整体外观如图5所示，其为能够自转的长方体结构，目的是为了能够在足够强度下支撑各机构主要功能是实现衣物的折叠与滚平工作。折叠板结构(13)如图6所示， 它的形状是仿照实际衣物形状设计的，方便衣物的折叠。其左右两板(14)(15)与衣物接触的面均有密布的粗糙凸起，可防止折叠过程中长袖衣物袖子的滑落。其各板形状均为铣出， 折叠板机构的中间折叠板(16)在与中线对称位置通过钻、扩、铰4个的M10的标准盘头螺栓 (17)与底板(18)固连；中间板两侧凹槽部位钻直径为10mm的贯通孔，通过焊接与中间板固连一对标准锥齿轮(19)，该对锥齿轮通过焊接与直径为10mm的轴固连并插入孔，连接中间板与左右两板，锥齿轮连接则由与左，右折叠板分别焊接固定型号为86BYG350-114的标准步进电机(20)带动转动，满足左右板折叠要求；中间板下方钻直径为10_的通孔，下板(21) 与中间折叠板结合的部位是一体的阶梯轴，通过键配合连接的同型号的中间板步进电机 (22)，从而带动下板转动，满足下板折叠要求。滑轨、滚筒组合机构(23)如图7所示，其机构的主要目的是能够滚平折叠后的衣物，可节省储存空间，且使衣物卖相好，适应商场需要。 其原理是在底板两侧用8个M10的内六角圆柱螺栓(24)分别固定一个由电机驱动的标准丝杠导轨(25)主动运动和一个如图5所示的标准直线导轨(26)被动运动，两导轨的移动滑块(27)的对称位置上分别铣出10X8X7的凹槽，与两相同体积的型号为K10的步进电机(28) 通过螺栓连接，两电机通过键(29)与滚筒轴(30)配合驱动其转动，滚筒轴先折，然后套上橡胶的滚筒(31)后折弯制成规定形状;滚筒上有凸起，增大摩擦力，起到滚平衣物的作用。伸展机构(32)伸缩前后分别如图8,图9所示，其工作的目的主要是承接被机械手抓取后衣物袖子的展平，以方便平铺至折叠板。它的安装于板2无其他机构一侧，通过电机(33)驱动翻转到折叠板上方后伸缩工作。其整体是通过螺栓固定在底板的标准K10步进电机驱动整体转动，因为设计的伸缩杆有两部分可伸缩位置，故设计气动方式控制，仿照电磁阀工作原理设计，采用三位五通电磁阀控制两杆件先后伸缩，达到展平袖子的目的。
[0055]机架结构如图10所示，设计为两圆形轨道形状，主要目的是能够为上下两板间的旋转提供轨道，有足够的支撑强度且造型美观。上下板连接杆(34)通过螺栓连接于轮毂中心的标准步进电机(35)驱动。机架(36)则采用轮结构，内置滑轨凹槽，轮毂采用四个弧形架 (37)来支撑机架轮，轮底部的支撑杆(38)起到固定整个机器的作用，使它能够保持平衡稳定工作，移动工作场地时，支撑杆收回，利用机架轮移动。
[0056]整机的运动过程可分为六个步骤，以六个步骤为一循环。
[0057]步骤一:卖场助手移动到目标工作位置，打开支撑机构，准备工作。上板在下，机械手通过识别衣物后领标签进行衣物抓取。[〇〇58]步骤二:上板移动到上方，下板在下方转动成竖直方向(即垂直于地面)，夹紧机构定位并加紧衣物，机械手撤回。[〇〇59]步骤三:伸展机构从衣领伸入，通过伸缩杆进行伸展，展平衣袖。
[0060]步骤四:上板转回下方并转动90度，抻平机构进入工作位置并伸入衣物下摆，通过滚轮摩擦力克服衣物弹力滚平衣物下摆并返回初始位置等待下一次抓取工作。[0061 ]步骤五:下板铺平，折叠板机构工作，模仿人手折叠衣服过程。
[0062]步骤六:折叠完毕衣物后，滚轮在滑轨带动下压平衣物，使衣物收集占尽可能小的空间。
【主权项】
1.商场衣物整理助手，其特征在于:整体机构包括上板，下板和机架;上板，下板通过上 下板连接杆相连，两板能分别进行自转，连架杆又通过滑动副与带滑轨机架相连，此滑动副 的驱动是由固定在机架轮毂中心的电机提供的；所述上板上固定机械手机构和抻平机构，其中机械手机构是标准八关节型六自由度串 联臂机械手，它与上板通过螺钉紧固连接;其中抻平机构伸缩部分由三组交叉杆构成，三组 交叉杆之间均由螺钉相连，最上方交叉杆顶部均与一舵机的主轴相连，舵机机身分别固定 在一短杆上，短杆另一端通过自适应弹簧与一长杆相连，长杆顶部分别通过螺钉连接摩擦 小轮;抻平机构上底端交叉杆中心处螺栓链接滑块二，滑块二与上板中线位置长方形滑槽 通过滑动副连接;并且，此组交叉杆末端分别通过与其固定的螺钉与滑块一，与同一水平杆 一端固定，另一端则能滑动，滑块一内部嵌入电机以提供抻平机构伸展的动力；折叠板机构的中间折叠板在与中线对称位置通过螺栓与底板固连；中间折叠板两侧凹 槽部位通过焊接与中间折叠板固连一对标准锥齿轮，该对锥齿轮通过焊接与折叠板下板连 接轴固连，连接中间折叠板与折叠板左，右板;折叠板左，右板分别焊接步进电机，折叠板 左，右板连接轴分别于锥齿轮通过焊接固定；，下板与中间折叠板结合的部位是通过下板与 中间板连接轴提供转动副实现，动力由与键配合连接的中间折叠板步进电机提供;下板设 有滑轨、滚筒组合机构;在底板两侧分别固定一个由电机驱动的标准丝杠导轨和一个标准 直线导轨，两导轨的移动滑块的对称位置上分别通过螺栓嵌入两步进电机，两电机通过键 与滚筒轴配合，滚筒轴套上橡胶的滚筒;伸展机构与固定在板上电机的主轴相连。2.如权利要求1所述的商场衣物整理助手，其特征在于:机架设计为两圆形轨道形状；上下板连接杆通过螺栓连接于轮毂中心的标准步进电 机;机架采用轮结构，内置滑轨凹槽。3.如权利要求1所述的商场衣物整理助手，其特征在于:轮毂与轮型轨道间通过支撑件支撑，且轮型机架上有两可撑开的支撑杆。
【文档编号】B25J11/00GK106003068SQ201610299278
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月7日
【发明人】刘则玮, 王建华, 张弛, 策力诺尔
【申请人】北京工业大学