专利名称：循迹输送机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种循迹输送机器人。
背景技术：
目前，各种工业机器人种类繁多，常见的多自由度工业机器人往往用在自动化生产线上的关键工位，能够精确完成各种复杂的生产动作，但是结构复杂，通常价格非常昂贵，限制了其在各个领域的广泛应用。
发明内容本实用新型是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、价格低廉，性能可靠的循迹输送机器人，以提高劳动效率，降低生产成本，节省劳动力，解决低端人力资源的短缺。本实用新型通过下述技术方案实现一种循迹输送机器人，其特征在于，包括机箱、行走机构、行走控制机构、载物盘、多个万向脚轮，所述机箱上安装有所述载物盘，所述机箱底部安装有多个万向脚轮，所述行走机构包括行走轮、行走驱动电机，所述行走控制机构包括转向主动齿轮、转向从动齿轮、方向控制步进电机、转向轴、方向指示杆、障碍物探测传感器、轨迹读取传感器，所述转向轴安装于机箱内部，所述转向轴一端通过吊架与转向从动齿轮连接，所述转向轴另一端与方向指示杆连接，所述方向指示杆上端穿过机箱并安装有前进方向指示箭头，所述前进方向指示箭头上固定有障碍物探测传感器；所述方向控制步进电机安装于机箱内，所述方向控制步进电机的输出轴通过转向传动机构与转向主动齿轮连接，所述转向主动齿轮与所述转向从动齿轮啮合，所述行走驱动电机通过行走传动机构与所述行走轮连接，所述行走驱动电机及行走传动机构安装于转向从动齿轮上；所述轨迹读取传感器、障碍物检测传感器、方向控制步进电机、行走电机分别与控制器连接，轨迹读取传感器感知地面上的轨迹并将检测信息送到控制器。所述转向从动齿轮的中部设置有与所述行走轮相对应的通孔，所述行走轮穿过所述通孔与地面接触。所述行走驱动电机为直流电机，所述直流电机与安装于转向从动齿轮上的电池组连接，所述行走传动机构包括与所述直流电机输出轴通过行走联轴器连接的行走传动轴，所述行走传动轴与所述行走轮连接，所述行走传动轴通过行走轴承架安装于转向从动齿轮上。所述转向轴的下端与高度调节芯轴螺纹连接并通过锁紧螺母锁紧，所述高度调节芯轴下端与所述吊架连接。所述机箱上安装有控制面板，所述控制面板上安装有显示屏、人机对话操作按钮、启动按钮和返回按钮，所述人机对话操作按钮、启动按钮、返回按钮和显示屏分别与所述控制器连接。[0010]所述载物盘底部设置有清洁孔，所述清洁孔上安装有封堵。所述机箱内安装有支架圈，所述支架圈的内侧安装有平衡齿轮支架，所述平衡齿轮支架上安装有与所述转向从动齿轮相啮合且自由转动的平衡齿轮，平衡转向主动齿轮与转向从动齿轮啮合时的径向推力。所述轨迹读取传感器为位于所述行走轮的两侧并与地面上轨迹相对应的两组光电传感器，两组光电传感器的中间部位安装有投光灯；两组光电传感器用于接收地面轨迹反射投光灯的光线。所述转向传动机构为联轴器，所述机箱上设置有检修门，所述直流电机和电池组分别设置在对称的位置。所述所述载物盘上安装有重量传感器，所述重量传感器与所述控制器连接。
本实用新型的循迹输送机器人利用唯一的行走轮实现行走及转向，外圈若干万向脚轮保持平衡，利用障碍物检测传感器、轨迹读取传感器、方向控制步进电机、行走电机、控制器的配合实现机器人的自动循迹前进/返回、避障等功能，结构简单价格低，可以使所需输送的物品安全运达到所要求的地点，在整个输送过程中不需要人工干预操作，机构效率高，运动灵活，工作的可靠性高，特别是对于简单重复劳动的场合，能够代替简单人力劳动，既节省了人力资源，解决低端人力资源的短缺，也可以降低企业生产成本。
图I为本实用新型循迹输送机器人的立体图；图2为本实用新型循迹输送机器人的剖视图；图3为行走机构的示意图；图4为转向控制部分的示意图；图5为行走机构组装后的示意图；图6为转向部分的示意图；图7为转向驱动部分的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实用新型循迹输送机器人的示意图如图I-图7所示，包括机箱21、行走机构、行走控制机构、载物盘23、多个万向脚轮39，所述机箱21上安装有所述载物盘23，所述机箱底部安装有多个万向脚轮39，万向脚轮的数量一般为四个，均匀分布于机箱底部。所述行走机构包括行走轮7、行走驱动电机9,所述行走控制机构包括转向主动齿轮25、转向从动齿轮I、方向控制步进电机27、转向轴15、方向指示杆22、障碍物探测传感器36、轨迹读取传感器34，所述转向轴15安装于机箱内部，转向轴15的具体安装方法为利用一对圆锥滚子轴承17将转向轴装于轴承安装套18内，并利用螺栓将端盖19予以压紧，所述轴承安装套18利用定位止口 20定位于机箱21上盖的下表面中心处，并用法兰和螺栓40与机箱固定。所述转向轴15 —端通过吊架11与转向从动齿轮I连接，吊架11可以采用爪型，所述转向轴15另一端与方向指示杆22连接,所述方向指示杆22上端穿过机箱并固定有前进方向指示箭头，所述前进方向指示箭头上安装有障碍物探测传感器36。为了便于方向指示杆的安装，所述方向指示杆22通过横销41与转向轴15连接。所述方向控制步进电机27通过方向电机支架26安装于机箱内，所述方向控制步进电机27的输出轴通过由联轴器28和传动轴29组成的转向传动机构与转向主动齿轮25连接，所述转向主动齿轮25与所述转向从动齿轮I啮合，所述行走驱动电机9通过行走传动机构与所述行走轮7连接,所述行走驱动电机9及行走传动机构安装于转向从动齿轮I上。所述轨迹读取传感器34、障碍物检测传感器36、方向控制步进电机27、行走电机9分别与控制器连接，轨迹读取传感器感知地面上的轨迹并将检测信息送到控制器。控制器可以采用单片机。本实施例中行走轮的安装方式为所述转向从动齿轮I的中部设置有与所述行走轮相对应的通孔2，所述行走轮7穿过所述通孔2与地面接触。本实施例中的行走驱动电机9为直流电机，所述直流电机与安装于转向从动齿轮上的电池组10连接以提供电力，电池组10采用可充电锂电池组，所述直流电机和电池组分 别设置在对称的位置，电池组可以作为直流电机的配重，使转向从动齿轮I转动起来尽量保持平衡。所述行走传动机构包括与所述直流电机输出轴通过行走联轴器8连接的行走传动轴6，所述行走传动轴6与所述行走轮7连接，所述行走传动轴6通过行走轴承架3和滚动轴承4安装于转向从动齿轮I上，行走传动轴的具体安装方式为在转向从动齿轮I上表面用螺栓组压装有两个轴承架3，轴承架3孔内中装有一对滚动轴承4，用一对轴承端盖5利用螺钉组压紧在轴承孔中，所述滚动轴承4孔中安装有行走传动轴6。为了便于调节转向从动齿轮I的高度，所述转向轴15的下端与高度调节芯轴13螺纹连接并通过锁紧螺母16锁紧，所述高度调节芯轴13下端与所述吊架11连接，所述高度调节芯轴13与吊架11的具体连接方式为所述转向从动齿轮I的上表面外缘处利用一组螺栓压装吊架11，所述吊架11的中心为一枢轴孔12，所述枢轴孔12吊挂于高度调节芯轴13的一个端部并用一轴端挡圈14予以压紧。高度调节芯轴主要是为了调节转向从动齿轮的高度，进而改变行走轮的高度，避免当行走轮最下端高于四个万向脚轮所定义的平面时，行走轮不能着地，更不能驱动机器人的前进。此时调节高度调节芯轴可以使行走轮下降高度，能够起到驱动作用。所述机箱21上安装有控制面板33，所述控制面板33上安装有显示屏、人机对话操作按钮和启动按钮，所述人机对话操作按钮、启动按钮和显示屏分别与所述控制器连接。为了对载物盘进行清理，所述载物盘底部设置有清洁孔，所述清洁孔上安装有封堵38。为了运行平稳，所述机箱21内安装有支架圈24，所述支架圈24的内侧安装有平衡齿轮支架30，所述平衡齿轮支架30上安装有与所述转向从动齿轮I相啮合且自由转动的平衡齿轮31，平衡转向主动齿轮与转向从动齿轮啮合时的径向推力。平衡齿轮可以沿转向从动齿轮圆周方向设置多个。所述轨迹读取传感器34为位于所述行走轮的两侧并与地面上轨迹相对应的两组光电传感器，两组光电传感器的中间部位安装有投光灯35，两组光电传感器用于接收地面轨迹反射投光灯的光线。为了便于检修，所述机箱21上设置有检修门37。为了实现机器人的自动返回功能，在所述载物盘上安装重量传感器，所述重量传感器与所述控制器连接，通过重量传感器感知载物盘上物品的变化，从而执行返回操作。电气控制部分可以安装于控制箱32内，控制箱32装于机箱内部。以下以本实用新型的循迹输送机器人用于餐厅为例对本其操作使用过程进行详细说明。本实用新型的循迹输送机器人在使用前在所要操作空间的地面上粘贴或制作5_以上宽度线条作为其循迹的导引线，可以用不同的颜色宽条线来区分不同的导引线(例如；白、黄、绿等，但应与地面颜色色差较大为佳)，在导引线贴敷好后可将对锂电池组已充好电的循迹输送机器人置于起始点上，并调整好转向从动齿轮下表面光电传感器的宽度位置，使两组光电传感器分别位于宽条导引线的两侧边缘处，打开电源进入待操作状态，在托盘上放置需要载运的物品后，利用循迹输送机器人上的人机对话操作按钮输入目的地的坐标值(即按照某种颜色的导引线运动，餐台的编号或是经过几个岔口进行拐弯动作等)，人为按启动键，行走驱动电机启动，在该电机传动下使行走轮开始转动，驱动该循迹输送机器人 沿导引线运动，其间转向从动齿轮下表面上的光电传感器分别拾取导引线的两个边缘，并将读取的信号传输给单片机，单片机分析比较两个传感器信号后，利用色度的反差辨别是否沿着导引线前进，以确定该机器人的前进方向是否正确，如果判断该误差超过了事先设定的允许值，将由单片机发出命令，使方向控制步进电机产生相应转动，带动转向主动齿轮转动，继而带动转向从动齿轮发生转动，转向从动齿轮带动其上的行走轮改变方向，进而使循迹输送机器人发生转向以修正方向，直到方向正确位置，如此不断自动重复，保持沿导引线正确的运动。可以在单片机程序中设置“防抖动”程序，用以减少或避免机器人在不断纠偏不断来回抖动中蛇形前进。当其抵达某轨迹的岔口时，光电传感器就会发出一个信号给单片机，单片机对此信号给以计数，当达到了设定的目的地坐标数值后，单片机发出转弯角度指令使机器人按指令沿导引线转弯送达某目的地坐标地点，直到该障碍物探测传感器感知到餐桌形成的障碍时停止，等待被服务者取出其所要的物品。该机器人的转向轴上端安装有方向指示杆，所述方向指示杆有三个作用，其一是在外界凭方向指示杆可以看清该输送机器人将前进的方向由于本机器人外观属于圆形设计，其行走轮在机箱内部最下端，一般外界无法直观看到该行走轮的朝向，所以也就难以判断机器人开动后会朝何方向运动，为此特设置了方向指示杆，方向指示杆上指示箭头所指示的方向就是行走轮中心平面的朝向，因此其前进方向凭借方向指示箭头就可以一目了然，便于外界观察。其二是手动推行该机器人时作为“车把”使用一旦锂电池组所充电量耗尽后无法行走，需要手推该机器人返回，可以用方向指示箭头作为推车的手柄，不仅可以通过它发力推动其前进，而且还可以用手操控方向指示箭头作为“车把”来控制前进方向。其三是在方向指示杆上可以安装障碍物探测传感器由于该方向指示杆上的前进方向指示箭头永远保持向前的，在它上面安装障碍物探测传感器永远是位于该机器人前进的最前方的，方便机械探测，当它探测到障碍物时，就立刻将障碍信息发给单片机，由单片机发出指令，利用带制动机构的行走驱动电机的制动装置对机器人给以快速制动，使机器人停止在导引线上等待障碍物的离开，待障碍物离开后单片机才再次发出前进指令使循迹输送机器人继续前进。为了方便该方向指示杆的装拆，本方向指示杆是利用横销与转向轴直接插拔连接，装拆十分方便，不需要使用时可方便地将其拔出。该循迹输送机器人返回模式可以有三种[0040]第一是自动返回模式当使用者将机器人设定在自动返回模式时，其载物托盘上物品被顾客取出后，因在托盘上装有的重量传感器感知到重量减轻，将信息送到单片机，单片机执行自动返回程序，原地调头，按照来时的路径返回到终点，利用导引线上终点的特殊标记，触发光电传感器及单片机关闭其电路，使机器人再次调头停止在出发点上，等待下次工作。第二是手动返回模式当使用者将机器人设定在手动返回模式时，其载物被取下后，机器人并不能自动返回，而是停留在该坐标点上不动，直到被服务者按触其返回按钮，机器人才进入返回程序，按照原路径返回起始点，这样的模式优点是，机器人可以等待，可为被服务者带回需要回送的物品(例如若该机器人作餐厅服务时可以带回用过的餐具或是需结算的餐费等)，但其缺点是机器人的利用率将有所降低。因此在实际中究竟采用何种返回模式，应当依据使用者的方便和偏好来决定。第三种人工返回模式当锂电池组所充电量耗尽后无法行走，需要手推该机器人 返回，返回时，先将直流电机输出轴与行走传动轴之间的行走联轴器松开，使直流电机输出轴与行走传动轴分离。方向指示箭头作为推车的手柄，人工推动机器人前进到达需要的地点。本实用新型的循迹输送机器人主要有如下优点第一是该机器人运动灵活，可以实现原地转弯或调头众所周知一般多轮式的运输设备转弯时都要有一定的转弯半径，前后轮轴距越大其转弯半径越大，而本实用新型的循迹输送机器人可以在零半径的情况下实现转弯，即当其需要于某点在没有转弯半径的条件下实现90度转弯或调头时，其仅需要暂时停止在该导引线交叉点上，程序控制方向控制步进电机转90 (或180)度，就将行走轮的中心平面在此处转了相应角度而实现前进方向的转变，对比其他多轮的运输设备，其运动的灵活性是显而易见的。第二是该机器人中心行走轮的高度位置可调因为有时地面不平整，就有可能因为四周的地势比较高而产生外周万向脚轮着地，而中心轮悬空不能驱动该机器人前进，在结构上采用了高度调节心轴与转向轴相连接的结构，为防止松脱还增加了锁紧螺母以防止松脱，当地面平整度较差时，仅需要将锁紧螺母松开，将高度调节心轴向外/内适当调节，然后再将锁紧螺母锁紧就可以了，且一般情况下，初步装配时可以让行走轮调节的稍稍高于万向脚轮所定义的平面(但不宜过大，防止机器产生倾斜过大导致所运送流体出现洒漏)，以避免小坑洼导致局部出现无法行走的情况。第三是本实用新型的机器人采用独轮驱动/转向结构其结构最为简单，成本最低一般多轮同类输送设备由于其有一定宽度，为使转弯更加灵活，作为驱动轴上内外两轮间必须设置有差速装置，这样结构会变得非常复杂，而本设计由于采用独轮设计，可以避免应用差速装置，简化了结构，大大节省了制造成本，而且机器人可以制作的很小巧，适合在场地比较狭小的工况下工作。虽然独轮结构驱动力矩相比多轮结构要小，但考虑到该设备设计的定位是针对类似餐饮菜肴类的轻载物体的输送，因此，不会对其功能有太大的影响。第四是本实用新型的机器人采用了可充电的锂电池供电方便灵活，导引线很容易变更传统类似输送设备往往都是用普通电源做动力，这样难免机器人后边需要拖着供电尾巴的问题，严重的影响了运动的灵活性，也存在安全隐患，本实用新型的机器人采用自带可充电电池组，定期充电，而且其导引线也是可以灵活多变，按要求自由敷设，因此工作更灵活方便，变更坐标位置很容易。本实用新型主要是用来对餐饮行业中的餐食餐具、家庭日常生活中生活必须品或工业生产用小型柔性生产线上各工位间输送小件物料等实现自动输送，以机器代替人的劳 动，既解决低端人力资源的短缺，也可以降低企业生产成本。
权利要求1.一种循迹输送机器人，其特征在于，包括机箱、行走机构、行走控制机构、载物盘、多个万向脚轮，所述机箱上安装有所述载物盘，所述机箱底部安装有多个万向脚轮，所述行走机构包括行走轮、行走驱动电机，所述行走控制机构包括转向主动齿轮、转向从动齿轮、方向控制步进电机、转向轴、方向指示杆、障碍物探测传感器、轨迹读取传感器，所述转向轴安装于机箱内部，所述转向轴一端通过吊架与转向从动齿轮连接，所述转向轴另一端与方向指示杆连接，所述方向指示杆上端穿过机箱并安装有前进方向指示箭头，所述前进方向指示箭头上固定有障碍物探测传感器；所述方向控制步进电机安装于机箱内，所述方向控制步进电机的输出轴通过转向传动机构与转向主动齿轮连接，所述转向主动齿轮与所述转向从动齿轮啮合，所述行走驱动电机通过行走传动机构与所述行走轮连接，所述行走驱动电机及行走传动机构安装于转向从动齿轮上；所述轨迹读取传感器、障碍物检测传感器、方向控制步进电机、行走电机分别与控制器连接，轨迹读取传感器感知地面上的轨迹并将检测信息送到控制器。
2.根据权利要求I所述的循迹输送机器人，其特征在于，所述转向从动齿轮的中部设置有与所述行走轮相对应的通孔，所述行走轮穿过所述通孔与地面接触。
3.根据权利要求I或2所述的循迹输送机器人，其特征在于，所述行走驱动电机为直流电机，所述直流电机与安装于转向从动齿轮上的电池组连接，所述行走传动机构包括与所述直流电机输出轴通过行走联轴器连接的行走传动轴，所述行走传动轴与所述行走轮连接，所述行走传动轴通过行走轴承架安装于转向从动齿轮上。
4.根据权利要求I所述的循迹输送机器人，其特征在于，所述转向轴的下端与高度调节芯轴螺纹连接并通过锁紧螺母锁紧，所述高度调节芯轴下端与所述吊架连接。
5.根据权利要求I所述的循迹输送机器人，其特征在于，所述机箱上安装有控制面板，所述控制面板上安装有显示屏、人机对话操作按钮、启动按钮和返回按钮，所述人机对话操作按钮、启动按钮、返回按钮和显示屏分别与所述控制器连接。
6.根据权利要求I所述的循迹输送机器人，其特征在于，所述载物盘底部设置有清洁孔，所述清洁孔上安装有封堵。
7.根据权利要求I所述的循迹输送机器人，其特征在于，所述机箱内安装有支架圈，所述支架圈的内侧安装有平衡齿轮支架，所述平衡齿轮支架上安装有与所述转向从动齿轮相啮合且自由转动的平衡齿轮，平衡转向主动齿轮与转向从动齿轮啮合时的径向推力。
8.根据权利要求I所述的循迹输送机器人，其特征在于，所述轨迹读取传感器为位于所述行走轮的两侧并与地面上轨迹相对应的两组光电传感器，两组光电传感器的中间部位安装有投光灯；两组光电传感器用于接收地面轨迹反射投光灯的光线。
9.根据权利要求3所述的循迹输送机器人，其特征在于，所述转向传动机构为联轴器，所述机箱上设置有检修门，所述直流电机和电池组分别设置在对称的位置。
10.根据权利要求I所述的循迹输送机器人，其特征在于，所述所述载物盘上安装有重量传感器，所述重量传感器与所述控制器连接。
专利摘要本实用新型公开了一种循迹输送机器人，提供一种结构简单、价格低廉，性能可靠的机器人，以提高劳动效率，降低生产成本，节省劳动力，解决低端人力资源的短缺。包括机箱、行走机构、行走控制机构、载物盘、多个万向脚轮，机箱上有载物盘，机箱底部多个万向脚轮，行走机构包括行走轮、行走驱动电机，行走控制机构包括转向主动齿轮、转向从动齿轮、方向控制步进电机、转向轴、方向指示杆、障碍物探测传感器、轨迹读取传感器，转向轴一端通过吊架与转向从动齿轮连接，转向轴另一端与方向指示杆连接。方向控制步进电机的输出轴通过转向传动机构与转向主动齿轮连接。行走驱动电机及行走传动机构安装于转向从动齿轮上。
文档编号B25J13/06GK202540304SQ20122011640
公开日2012年11月21日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者李立新, 王岭松, 赵海滨 申请人:天津商业大学