全向移动的力自适应取放机器人的制作方法

本发明属于机器人技术领域，涉及一种全向移动的力自适应取放机器人。

背景技术

随着各行各业的迅速发展，档案、书籍和文件盒等作为重要的文本信息，已作为人类生活、工作和学习中不可或缺的一部分，同时它们的保存和整理也需要大量的人力物力，以往的人工操作不仅容易出现失误，而且费时费力，尤其针对档案的存取，不能保证档案的保密性；再加上文件数量的增大、种类的增多而作业空间缩小，人工操作的要求提高、难度系数增加，故而，急需一种可替代人的全自动取放机器人来处理大范围、小空间的文件。

目前用于存取文件的机器人系统还很少，在档案存取领域，大多采用在档案室内搭建大型滑轨的方式，机械手可沿滑轨移动至指定位置抓取档案，而这所需空间较大并带来较大的工程量，不能搬动，也限制了不同档案室之间的可照搬性，而且结构也较为复杂，且抓取精度不高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种全向移动的力自适应取放机器人，采用全向轮能实现任意方向的移动和旋转，并能自适应所抓取物的重量，避免抓取物损伤或者脱落，抓取精度高，能实现全自动取放。

本发明是这样实现的：

一种全向移动的力自适应取放机器人，其包括控制器、行走机构、支撑机构、三轴机构和手爪，所述行走机构包括底盘以及周向均布在所述底盘上的多个全向轮，所述控制器固定在所述底盘的中部，所述底盘的中部与所述支撑机构的底部固定，所述三轴机构包括x轴组件、y轴组件和z轴组件，所述支撑机构的顶部与所述z轴组件固定，所述手爪包括手爪支架、摄像头、第一电机、齿轮、齿条、手爪本体、第一支撑以及力传感器，所述手爪支架固定在所述x轴组件上，所述摄像头固定在所述手爪支架的顶部，所述第一电机、齿轮、齿条、手爪本体和第一支撑固定在所述手爪支架的中部，所述电磁铁固定在所述手爪支架的底部，所述齿轮经键与所述第一电机的输出轴连接，两个所述齿条相互平行与所述齿轮啮合，并与所述第一支撑滑动连接，两个所述齿条的斜对的端部固定有所述手爪本体，所述力传感器固定在所述手爪本体上。

优选的，所述全向轮通过第一支架、伺服电机和第一联轴器固定在所述底盘上，所述第一支架固定在所述底盘上，所述伺服电机固定在所述第一支架上，所述伺服电机的输出轴与所述第一联轴器的第一端连接，所述第一联轴器的第二端通过轴与所述全向轮连接。

优选的，所述x轴组件、y轴组件和z轴组件均包括第二支架、第二电机、丝杠、第二联轴器、滑块、螺母和螺母套，所述第二电机固定在所述第二支架上，所述第二联轴器的第一端与所述第二电机的输出轴连接，所述第二联轴器的第二端与所述丝杠的第一端连接，所述丝杠的两个端部分别通过第二支撑固定在第二支架上，所述滑块固定在所述螺母套上，并通过与所述螺母套固定的螺母与所述丝杠连接，z向第二支架固定在所述支撑机构的顶部，y向第二支架固定在z向滑块上，x向第二支架固定在y向滑块上，所述x向滑块上固定有所述手爪支架。

优选的，所述支撑机构包括立柱和盖板，所述立柱的两端部分别通过所述盖板与所述行走机构的底盘中部和所述三轴机构的z向第二支架固定。

优选的，所述手爪还包括电磁铁，所述电磁铁固定在所述手爪支架的底部。

优选的，所述全向轮的数量为4个。

优选的，所述手爪支架为l型结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的全向移动的力自适应取放机器人结构简单，采用全向轮进行机器人全方位的移动或旋转，无运动死角。

(2)本发明采用齿轮齿条组合的方式实现手爪的张合，并由力传感器反馈手爪的抓取力度，可以自适应所抓取物的重量，避免抓取物损伤或脱落，抓取精度高。

(3)本发明由摄像头扫描并读取抓取物上的信息，如直接扫描二维码等，可以更加精确的实现指定抓取物的抓取和释放动作，也避免了抓取物的重复存放，同时可实时监视全向机器人的动作和存储室(档案室、图书馆等)的存储情况，并可存档调取。

(4)本发明通过控制器实现取放文件的全自动流程，并可与外部控制室建立通信，以实时控制和反馈整个操作流程。

附图说明

图1为本发明的全向移动的力自适应取放机器人的结构示意图；

图2为本发明的行走机构的结构示意图；

图3为本发明的三轴机构的结构示意图；

图4为本发明的三轴机构的左视图；

图5为本发明的手爪的结构示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1所示，一种全向移动的力自适应取放机器人，其包括控制器1、行走机构2、支撑机构3、三轴机构4和手爪5，行走机构2包括底盘6以及周向均布在底盘6上的多个全向轮7，控制器1固定在底盘6的中部，底盘6的中部与支撑机构3的底部固定，三轴机构4包括x轴组件、y轴组件和z轴组件，支撑机构3的顶部与z轴组件固定，手爪5包括手爪支架42、摄像头44、第一电机43、齿轮48、齿条46、手爪本体47、第一支撑45以及力传感器52，手爪支架42固定在x轴组件上，摄像头44固定在手爪支架42的顶部，位于手爪本体47的上方，第一电机43、齿轮48、齿条46、手爪本体47和第一支撑45固定在手爪支架42的中部，齿轮48经键与第一电机43的输出轴连接，两个齿条46相互平行与齿轮48啮合，并与第一支撑45滑动连接，第一支撑45固定在手爪支架42上，两个齿条46的斜对的端部固定有手爪本体47，力传感器52固定在手爪本体47上。

优选的，如图2所示，全向轮7通过第一支架10、伺服电机9和第一联轴器8固定在底盘6上，第一支架10固定在底盘6上，伺服电机9固定在第一支架10上，伺服电机9的输出轴与第一联轴器8的第一端连接，第一联轴器8的第二端通过轴与全向轮7连接。控制器1接收文件存取指令，控制伺服电机9转动，经第一联轴器8带动全向轮7转动，实现机器人的移动和旋转。全向轮的设置使得机器人能够全方位自由的移动和旋转，没有方向的局限性，不存在运动死角，实现机器人的全向移动。

优选的，x轴组件、y轴组件和z轴组件均包括第二支架、第二电机、丝杠、第二联轴器、滑块、螺母和螺母套，第二电机固定在第二支架上，第二联轴器的第一端与第二电机的输出轴连接，第二联轴器的第二端与丝杠的第一端连接，丝杠的两个端部分别通过第二支撑22固定在第二支架上，滑块固定在螺母套上，并通过与螺母套固定的螺母与丝杠连接，z向第二支架15固定在支撑机构3的顶部，y向第二支架24固定在z向滑块23上，x向第二支架33固定在y向滑块32上，x向滑块41上固定有手爪支架42。

优选的，支撑机构3包括立柱13和盖板11，立柱13的两端部分别通过盖板11与行走机构2的底盘中部和三轴机构4的z向第二支架15固定。

优选的，手爪5还包括电磁铁53，电磁铁53固定在手爪支架42的底部，在抓取档案时，电磁铁53对准档案盒下部圆孔处后上电，将档案盒吸出，吸出档案盒后去电，再控制手爪本体47抓取，并由贴在其上的力传感器52反馈给控制器1抓取档案的力度，控制第一电机43转动以调节两个手爪本体47的距离，这样进一步保证了抓取档案盒的精确度。

在本实施例中，全向轮7的数量为4个，分别固定在底盘6的四角处。如图3和4所示，x轴组件包括x向第二支架33、x向第二电机34、x向丝杠37、x向第二联轴器35、x向滑块41、x向螺母38和x向螺母套39，x向第二电机34固定在x向第二支架33上，x向第二联轴器35的第一端与x向第二电机34的输出轴连接，x向第二联轴器35的第二端与x向丝杠37的第一端连接，x向丝杠37的两个端部分别通过第二支撑22固定在x向第二支架33上，x向滑块41固定在x向螺母套39上，并通过与x向螺母套39固定的x向螺母38与x向丝杠37连接；y轴组件包括y向第二支架24、y向第二电机25、y向丝杠28、y向第二联轴器26、y向滑块32、y向螺母29和y向螺母套30，y向第二电机25固定在y向第二支架24上，y向第二联轴器26的第一端与y向第二电机25的输出轴连接，y向第二联轴器26的第二端与y向丝杠28的第一端连接，y向丝杠28的两个端部分别通过第二支撑22固定在y向第二支架24上，y向滑块32固定在y向螺母套30上，并通过与y向螺母套30固定的y向螺母29与y向丝杠28连接；z轴组件包括z向第二支架15、z向第二电机16、z向丝杠19、z向第二联轴器17、z向滑块23、z向螺母20和z向螺母套21，z向第二电机16固定在z向第二支架15上，z向第二联轴器17的第一端与z向第二电机16的输出轴连接，z向第二联轴器17的第二端与z向丝杠19的第一端连接，z向丝杠19的两个端部分别通过第二支撑22固定在z向第二支架15上，z向滑块23固定在z向螺母套21上，并通过与z向螺母套21固定的z向螺母20与z向丝杠19连接，z向第二支架15固定在支撑机构3的顶部，y向第二支架24固定在z向滑块23上，x向第二支架33固定在y向滑块32上，手爪支架42为l型结构，水平段固定在x向滑块41上，竖直段固定有摄像头44、第一电机43、齿轮48、齿条46、手爪本体47、第一支撑45以及电磁铁53，从而实现手爪5在空间上的移动。

在实际使用中，以抓取档案为例，由控制器1接收档案存取指令，通过内部程序控制伺服电机9转动，经第一联轴器8带动全向轮7转动，实现行走机构的移动和旋转动作；行至指定位置附近后，由摄像头44扫描档案盒上的条形码，由控制器1控制三轴机构4的z向第二电机16、y向第二电机25和x向第二电机34转动，经各自联轴器驱动z向丝杠19、y向丝杠28和x向丝杠37转动，并间接传递到z向滑块23、y向滑块32和x向滑块41上，驱动手爪5移动至所需存或取的档案处；由控制器1控制第一电机43转动，经齿轮48带动两个齿条46相向或相背平移，以驱动其上的两个手爪本体47相向或相背运动，并由x向第二电机34带动x向丝杠37转动配合完成档案的抓取或释放的动作。由摄像头44扫描贴在档案盒上的条形码确认后，方可进行档案抓取动作；由摄像头44扫描确定指定位置没有档案盒后，方可进行档案释放动作；抓取档案时，对准档案盒下部圆孔处的电磁铁53上电，吸出档案盒后去电，再控制手爪本体47抓取，并由贴在其上的力传感器52反馈给控制器1抓取档案的力度，控制第一电机43转动以调节两个手爪本体47的距离。

抓取书籍或者文件盒时可采用上述同样的方法，电磁铁可选择性使用。

本发明的全向移动的力自适应取放机器人不仅仅适用于档案、书籍和文件盒的取放，同样也适用于具有一定厚度的抓取物的取放。

综上，本发明具有以下优点：

本发明采用全向轮提供机器人整体移动或旋转动作，由齿轮齿条组合实现手爪的张合，由力传感器反馈手爪的抓取力度，由摄像头扫描并读取抓取物上的信息，并通过控制器与外部控制室建立通信，进而实现抓取不同重量的抓取物的力度自适应调节，避免抓取时抓取物的滑落，提高抓取精度，可实时监视及随时存档调取视频图像，真正实现全自动存取。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。