双臂装机搬运机器人的制作方法

本发明是一种运用于机场，通过双臂快速将包裹装机的机器人，属于机器人结构设计领域。

背景技术：

现在，人们越来越依赖网上购物带来的方便，而无论是网上购物还是给家人寄送物品都需要经过物流行业的运送，也就是俗称的快递。随着运送量的日益增长，对运送速度的要求也越来越高。因此空运便成为长距离运输，尤其是跨国运输的最佳选择。目前已有多家物流公司开始购入飞机并大力推进空运的发展。

然而，要将包裹转运到飞机上仍需人工进行转运，有时为了效率甚至会出现暴力转运以至于损坏包裹的现象。

基于快递包裹的形状基本上都是立方体，而且单件的重量都不会太重，因此设计一个转运机器人，用六轴机械臂来保证夹取的准确性与安全性，依靠双臂旋转机构与传送带相配合来保证效率，这样便能够快速并且安全的转运包裹。

技术实现要素：

为了实现空运中包裹快速装机，我们组设计了一款代替人工装机的转运机器人。机器人由3个模块组成，由机械臂、圆盘机构和导轨机构组成的夹取模块，用于转运的传送带模块，机器人自由移动的底盘模块及转运终点处的分拣模块。转运时机器人采用双臂旋转结构，在可旋转的圆盘上固定两只成180度的六轴机械臂，一边的机械臂通过摄像头准确定位箱体并由夹持装置依靠齿轮驱动，齿轮旋转带动两个夹板平行相向移动夹取长方体的包裹后，再由离合器与不完全齿轮机构配合带动旋转平台转动180度，此时夹取包裹的机械臂位于传送带上方，在放下包裹至传送带的同时，另一只机械臂夹取包裹，反复进行实现高效率运转，并且整个圆盘机构能够在其与底盘连接的导轨上移动，进一步扩大夹取范围。两只机械臂一抓一放不仅提高了效率，同时采用传送带运输已夹取的包裹，保证了包裹的安全。

底盘采用四轮驱动，可以自由移动至搬运地点。到达搬运地点后，自带的小传送带可以调整角度和高度完成与机场大传送带的搭接并分离出分拣装置移动至机舱，在机舱内将包裹按大小分类整理。

双臂装机搬运机器人，其特征在于包括三大部分：两个六轴机械臂与圆盘机构和导轨组成的抓取部分，用于转运的传送带部分，和用于移动的底盘部分；

抓取部分结构如下：在夹头上设置摄像头(4)，夹头上的电机(3)驱动一对啮合齿轮带动两个夹块(2)平行相对移动实现对包裹的夹紧及抓取；机械臂由臂座(11)固定在转动圆盘上，臂架(10)用螺栓与臂座(11)连接，臂躯干(9)连接于臂架(10)的转动副处，臂肘(8)连接于臂躯干(9)的另一端转动副，臂腕(7)连接于臂肘(8)的旋转轴上，臂旋架(6)连接于臂腕(7)的转动副处，夹头(5)与臂旋架(6)的转动轴连接；每一部分都有一伺服电机对其所在部位进行调控；

圆盘机构内部为：通过离合器电机(17)后拉离合器推杆(18)，实现安装于轴套(19)里的主动轴(20)的轴向进给，使得两个摩擦片(21)相互接触，从而带动主动锥齿轮(22)转动，再由主动锥齿轮(22)带动传动锥齿轮(24)转动；并通过传动轴(23)与不完全齿轮机构连接，带动第一传动齿轮(12)转动，其再带动与第一不完全齿轮(16)同轴的第二传动齿轮(13)转动，且第一不完全齿轮(16)转动一周，第二不完全齿轮(14)只转动90度，第一不完全齿轮(16)转动两周后，离合器脱离，实现转动圆盘(25)的180度定角度转动。

进一步，传送带部分包括安装在底盘上的主动杆(31)与支撑杆(32)，通过底盘电机调节主动杆(31)转动带动支撑杆(32)，与飞机大传送带进行搭接；同时通过传送带电机(33)驱动主动轮(34)，通过带传动传动给从动轮(35)，来带动传送带面(36)的运作。

进一步，用于移动的底盘部分的丝杠套(29)与底盘上的丝杠(38)连接、第一滑轮(28)与第二滑轮(30)与导轨连接，通过电机(37)驱动丝杠(38)旋转使得整个机械臂与圆盘机构在导轨上平行移动。

双臂装机搬运机器人设计有如下几个特点：

第一，采用了离合器与不完全齿轮相结合，实现双臂可不间断夹取包裹。

第二，把机械臂与传送带结合，进一步提高了转运效率和包裹的安全。

第三，小传送带搭接角度可调，可以适应多种机场情况。

附图说明

图1为双臂装机搬运机器人的整体示意图

图2为双臂装机搬运机器人的臂与圆盘示意图

图3为双臂装机搬运机器人的夹头结构图

图4为双臂装机搬运机器人的机械臂结构图

图5为双臂装机搬运机器人的不完全齿轮机构结构图

图6为双臂装机搬运机器人的离合器结构图

图7为双臂装机搬运机器人的圆盘机构内部示意图

图8为双臂装机搬运机器人的滑轮机构结构图

图9为双臂装机搬运机器人的小传送带结构图

图10为双臂装机搬运机器人的导轨结构图

图11为双臂装机搬运机器人的转向机构结构图

图12为双臂装机搬运机器人的分拣子机示意图

具体实施方式

机器人的整体如图1所示，其主要由A、B、C三大部分组成。A部分为用于运输的小传送带部分，B部分为用于夹取的机械臂与圆盘机构部分，C部分为安装有导轨机构和具有移动功能的底盘部分。

机械臂为由6个部分组装成的六轴机械臂，通过伺服电机控制各部分，夹头采用齿轮啮合与平行四边形机构组成夹取机构，采用电机驱动。圆盘旋转部分由离合器机构与不完全齿轮机构组成。圆盘底部用丝杠螺母与导轨连接，可使整个圆盘机构在导轨上滑动。传送带机构整体的搭接由可旋转支撑杆带动，传送带面运作通过带传送来实现。底盘采用两轮驱动实现移动功能，采用齿轮齿条实现机器人转向。

机器人的抓取功能主要由机械臂与夹头实现。在夹头上的摄像头(4)对即将夹取的包裹定位并由机械臂将夹头移动至包裹处后，夹头上的电机(3)驱动一对啮合齿轮(1)带动两个夹块(2)平行相对移动实现对包裹的夹紧及抓取。机械臂由臂座(11)固定在转动圆盘上，臂架(10)用螺栓与臂座(11)连接，臂躯干(9)连接于臂架(10)的转动副处，臂肘(8)连接于臂躯干(9)的另一端转动副，臂腕(7)连接于臂肘(8)的旋转轴上，臂旋架(6)连接于臂腕(7)的转动副处，夹头(5)与臂旋架(6)的转动轴连接。其每一部分都有一伺服电机对其所在部位进行调控。

机器人双臂的旋转功能由固定机械臂的圆盘机构实现，其内部结构如图7所示。离合器(27)作为动力源用传动轴与不完全齿轮机构(26)连接，通过他两配合工作后，不完全齿轮的输出轴可带动转动圆盘(25)进行180度定角度转动。工作原理为：通过离合器电机(17)后拉离合器推杆(18)，实现安装于轴套(19)里的主动轴(20)的轴向进给，使得两个摩擦片(21)相互接触，从而带动主动锥齿轮(22)转动，再由主动锥齿轮(22)带动传动锥齿轮(24)转动。并通过传动轴(23)与不完全齿轮机构连接，带动第一传动齿轮(12)转动，其再带动与第一不完全齿轮(16)同轴的第二传动齿轮(13)转动，且第一不完全齿轮(16)转动一周，第二不完全齿轮(14)只转动90度，第一不完全齿轮(16)转动两周后，离合器脱离，实现转动圆盘(25)的180度定角度转动。

同时臂与圆盘机构通过其底部的丝杠套(29)、第一滑轮(28)与第二滑轮(30)分别与底盘上的丝杆(38)与导轨(39)连接，通过电机(37)驱动丝杠(38)旋转可以使得整个臂与圆盘机构在导轨上平行移动，扩大夹取范围。

安装在机器人底盘上的小传送带机构，整体如图9所示，其主要由安装在底盘上的主动杆(31)与支撑杆(32)带动，通过底盘电机调节主动杆(31)转动带动其他支撑杆，可以使得其与飞机大传送带进行搭接。同时我们通过传送带电机(33)驱动主动轮(34)，通过带传动传动给从动轮(35)，来带动传送带面(36)的运作。

机器人的底盘内部如图11所示，由底盘电机(40)实现两轮驱动，并通过底盘电机(40)驱动与齿条(42)啮合的齿轮杆(41)旋转，从而带动与齿条(42)连接的转向轴(43)移动来实现机器人的转向功能。

分拣子机的机械臂与底盘设计与主机相同，在其未工作时其停留于主机的小传送带上，待传送带搭接完成后，其沿传送带进入机舱内，在机舱内分拣包裹。