一种基于绳索驱动的柔性充电机器人的制作方法

本发明涉及机器人领域，尤其是涉及柔性机器人领域，特别是涉及一种用于汽车充电的柔性机器人。

背景技术：

据中国汽车工业协会统计，2015年汽车产销总体平稳增长，超过2450万辆，创全球历史新高，连续七年蝉联全球第一。而相应的我国停车位缺口至少超5000万个，停车难问题愈演愈烈，发展空间利用率高的立体车库迫在眉睫。同时，随着新能源汽车市场的爆发式增长，中国已经成为全球最大的新能源汽车市场，根据中国汽车技术研究中心等单位联合发布的《新能源汽车蓝皮书：中国新能源汽车产业发展报告（2016）》显示，2015年新能源汽车产量达340471辆，销量331092辆，同比分别增长3.3倍和3.4倍；截至2015年底，我国新能源汽车产销累计49.7万辆。根据电动汽车发展规划及应用推广情况，发改委提出了“适度超前”原则及“一表一车位”模式推进充电设施建设。因此大力推进充电基础设施建设有利于解决电动汽车充电难题，也是发展新能源汽车产业的重要保障。，在此基础上，将立体车库与智能充电桩相结合可以为停放在立体车库中的新能源汽车自动充电，有效缓解当前停车难和充电难的社会难题，为未来提供一种创新发展模式。

一般而言，立体车库作业空间狭小且存在众多障碍物，难以通过手动的方式为汽车插上充电头，智能充电桩机器人则是为解决这一问题而发展出的产物，其由机械手臂和传统充电桩结合而成，通过机械手臂带动充电头实现对汽车的自动充电。目前常用的机械手臂由多个刚性的离散关节组成，每个关节都需要配置独立的驱动装置，体积、重量大，控制成本高，运动相对而言也不够灵活，难以满足狭窄空间内充电头自由运动的需求；同时，电机和控制电路靠近末端执行器，容易受到外界环境的影响，不利于保证机器人的使用寿命。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于绳索驱动的柔性充电机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于绳索驱动的柔性充电机器人，包括若干的控制绳索、绳索驱动装置、柔性机械臂与末端执行器，其中，控制绳索可在绳索驱动装置的驱动下伸缩，带动柔性机械臂弯曲，进而带动安装在柔性机械臂末端的末端执行器运动。

作为上述方案的进一步改进方式，绳索驱动装置包括作为承载结构的支架、对应控制绳索的动滑轮以及驱动模组，控制绳索的一端与支架固定，另一端绕过对应的动滑轮后与机械臂连接，驱动模组用于带动各动滑轮运动，进而带动各控制绳索伸缩。

作为上述方案的进一步改进方式，支架包括第一底板以及与第一底板相互平行的集线板，控制绳索沿第一底板的周向均匀分布，集线板上沿其周向对应控制绳索均匀分布有多个集线孔，控制绳索的控制端从对应的集线孔内伸出。

作为上述方案的进一步改进方式，集线板的直径小于第一底板的直径，以在集线板与第一底板之间沿第一底板至集线板的方向实现各控制绳索的汇集。

作为上述方案的进一步改进方式，驱动模组包括安装动滑轮的滑轮座，以及驱动滑轮座运动的动力机构，动力机构包括电机、丝杆、丝杆螺母、滑块与滑轨，丝杆与电机的驱动轴连接，并与丝杆螺母螺纹连接，丝杆螺母与滑轮座固定，并通过滑块相对滑轨滑动。

作为上述方案的进一步改进方式，柔性机械臂包括若干的模块化关节与设于相邻模块化关节之间的转动件，转动件分别与相邻的模块化关节转动连接，且转动轴心相互垂直。

作为上述方案的进一步改进方式，转动件包括转动环，模块化关节的两端设有铰接座，转动环上设有四个相互垂直的销钉孔，相邻模块化关节的铰接座相互垂直，并通过销钉与销钉孔分别转动连接在转动环上。

作为上述方案的进一步改进方式，包括移动模组，移动模组用于带动绳索驱动装置运动，进而带动柔性机械臂以及安装在柔性机械臂上的末端执行器整体进行运动。

作为上述方案的进一步改进方式，移动模组包括移动平台、竖直滑轨与竖直滑块，绳索驱动装置固定在移动平台上，并通过竖直滑块相对滑轨滑动。

作为上述方案的进一步改进方式，末端执行器包括充电头，或者充电头与摄像头的集合。

本发明的有益效果是：

采用柔性机械臂结合充电头形成充电机器人，结合柔性机械臂的自由弯曲运动能够适应作业空间狭小且存在众多障碍物的车库环境，体积小，重量轻，运动灵活，控制成本低；同时电机和控制电路远离末端执行器，不易受到外界环境的影响，有助于保证机器人的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例的立体示意图；

图2是本发明绳索驱动装置一个实施例的立体示意图；

图3是本发明绳索驱动装置中支架一个实施例的立体示意图；

图4是本发明控制绳索与滑轮组的连接示意图；

图5是本发明绳索驱动装置中驱动模组一个实施例的立体示意图；

图6是本发明柔性机械臂一个实施例的部分结构的的立体示意图；

图7是本发明增加移动模组的一个实施例的立体示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参照图1，示出了本发明一个实施例的立体示意图。如图所示，本发明的主要模块包括绳索驱动装置100、若干的控制绳索200、柔性机械臂300与末端执行器400。其中，控制绳索200可由绳索驱动装置100驱动而发生伸缩，从而带动柔性机械臂300弯曲，进而带动安装在柔性机械臂300末端的末端执行器400运动，实现设定的操作。

本发明中的末端执行器400优选采用充电头，从而形成充电机器人，结合柔性机械臂的自由弯曲运动适应作业空间狭小且存在众多障碍物的车库环境。进一步的，末端执行器400还可以是充电头与摄像头的集合，通过摄像头自动识别汽车的充电口，实现自动充电的功能。

以下结合附图对各模块进行详细说明。

参照图2，示出了本发明绳索驱动装置一个实施例的立体示意图。如图所示，绳索驱动装置包括有作为承载结构的支架110、对应控制绳索200的若干动滑轮120以及驱动模组130。

本发明中控制绳索200的一端与支架110固定，另一端绕过对应的动滑轮120后作为控制端与柔性机械臂300连接，由于控制绳索200的总长一定，故当驱动模组130带动各动滑轮120运动时，控制绳索200的控制端将发生伸缩，进而驱动柔性机械臂发生弯曲。本发明通过使用动滑轮控制绳索索伸缩，绳索的伸缩量是动滑轮行程的两倍，故在满足绳索伸缩量的前提下可以减小绳索驱动装置的整体体积，更好的适用作业空间狭小且存在众多障碍物的立体车库环境。

参照图3，示出了本发明绳索驱动装置中支架一个实施例的立体示意图。如图所示，支架110的主体结构包括相互平行的第一底板111与第二底板112，第一底板111与第二底板112之间通过连接柱连接，第二底板112的周边向后伸出有侧壁113以形成一筒状结构，第一底板111与第二底板112的之间还设有起保护作用的外壳114。

第一底板111与第二底板112上沿周边对应设有一圈安装孔101，此外第一底板111上还设有一圈绳索过孔102，绳索过孔102的数量与第一底板111上的安装孔101对应相等。

优选的，支架110还包括集线板115，集线板115相对第二底板112设于第一底板111的另一侧，并与第一底板111平行，集线板115与第一底板111之间也通过连接柱连接，集线板115上沿其周向设有一圈集线孔103。本实施例中集线板115的直径小于第一底板111的直径。

参照图4，示出了本发明控制绳索与滑轮组的连接示意图。如图所示，动滑轮120固定在滑轮座131之上，控制绳索200的一端与未示出的支架连接，另一端绕过动滑轮120后与未示出的机械臂连接，通过动滑轮120的运动便可以实现绳索的双倍伸缩。

优选的，本发明还设有定滑轮对控制绳索进行导向，具体的，包括第一定滑轮140与第二定滑轮150，结合图2、图3，第一定滑轮140通过滑轮座固定在第一底板111上，第二定滑轮150通过滑轮座固定在集线板115上，控制绳索200在绕过动滑轮120后从第一底板111上的绳索过孔102内穿出，然后绕过依次第一定滑轮140与第二定滑轮150，最后从集线孔103内穿出。本发明通过定滑轮对控制绳索进行导向，避免控制绳索之间发生缠绕，从而实现精细化控制；同时，由于集线板115的直径小于第一底板111的直径，故可以在集线板115与第一底板111之间沿第一底板111至集线板115的方向实现各控制绳索200的汇集，便于控制绳索200与柔性机械臂300的对接。

参照图5，示出了本发明绳索驱动装置中驱动模组一个实施例的立体示意图。如图所示，驱动模组130包括滑轮座131、电机132、丝杆133、丝杆螺母134、滑块135与滑轨136，其中电机132、丝杆133、丝杆螺母134、滑块135与滑轨136组成驱动滑轮座131运动的动力机构。丝杆133与电机132的驱动轴连接，并与丝杆螺母134螺纹连接，丝杆螺母134与滑轮座131固定，并通过滑块135相对滑轨136滑动。

结合图2、图3，电机132固定在第二底板112之上，滑轨136通过安装孔101与第一底板111、第二底板112固定，动滑轮120在第一底板111与第二底板112之间沿轴向运动。

除上述的电机-丝杆动力机构之外，本发明还可以采用已知的任何驱动方式。

参照图2，滑轮座131、动力机构与控制绳索200一一对应，实现各控制绳索200的独立控制，并沿第一底板111、第二底板112的周向均匀分布，实现空间的有效利用，进一步缩小绳索驱动装置的整体体积。

参照图6，示出了本发明柔性机械臂一个实施例的部分结构的的立体示意图。如图所示，柔性机械臂300包括若干的模块化关节310与设于相邻模块化关节之间的转动件，转动件分别与相邻的模块化关节310转动连接，且转动轴心相互垂直，从而实现相邻模块化关节310之间沿四个方向的转动。

具体的，转动件包括矩形的转动环320，模块化关节310的两端设有铰接座311。转动环320的四个侧壁上均设有水平的销钉孔321，销钉孔321之间相互垂直，相邻模块化关节310的铰接座311相互垂直，并通过销钉330与销钉孔321分别转动连接在转动环320上。

任意模块化关节310上固接有至少三处控制绳索200，任意控制绳索200之间的运动都是独立的，这样在同一时间内不同的控制绳索可以分别处于收紧或舒张的状态，从而拉动对应模块化关节朝不同方向偏转。此外，为了保证关节绕两个轴心四个方向上的转动都能受到控制绳索的控制，本发明中对同一模块化关节上控制绳索200的固接位置有一定限制，即控制绳索不能集中在某一侧，这样模块化关节才能随控制绳索的拉动而相对临近的模块化关节发生各个方向上的转动。

具体的，控制绳索200固接于模块化关节310的尾端，便于对关节施力。在本发明中，模块化关节310尾端与首端的定义如下：沿机械臂的长度方向，靠近绳索驱动装置的一端为尾端，远离绳索驱动装置的一端为首端。

作为本发明控制绳索的优选实施例，同一模块化关节310上的控制绳索200为3处，且相邻的控制绳索200之间间隔120°设置。以此为例，为满足机械臂各关节的控制，控制绳索200的总数应为模块化关节数量的3倍，控制绳索200在经过第一组模块化关节310时，其中3根与第一组模块化关节固接，其余的控制绳索穿过该模块化关节后达到第二组关节处，此时再分出3根控制绳索与第二组模块化关节固接，剩下的控制绳索继续前进，以此类推直至到达最后的模块化关节，这样便实现了各模块化关节的分开控制。

本发明还包括有移动模组，移动模组用于带动绳索驱动装置运动，进而带动柔性机械臂以及安装在柔性机械臂上的末端执行器整体进行运动，扩展机器人的工作范围，其中，本发明所说的运动可以是一个方向上的运动（如沿X、Y、Z轴中的任意一个方向），也可以是两个方向上的运动（如沿X、Y、Z轴中的任意两个方向），甚至是三个方向上的运动（如沿X、Y、Z轴运动）。

作为上述方案的优选实施方式，参照图7，示出了本发明移动模组一个实施例的立体示意图，移动模组500包括立柱510、移动平台520、竖直滑轨530与竖直滑块540。绳索驱动装置100固定在移动平台520上，并通过竖直滑块540相对滑轨530滑动，从而实现机器人的竖直升降。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。