一种全局定位搬运机器人

1.本实用新型属于搬运机器人技术领域，尤其涉及一种全局定位搬运机器人。


背景技术：

2.物料搬运机器人可用于各种物流，如取放，码垛/卸垛以及包装行业。它们用于提高制造过程中的材料处理效率，灵活性和稳定性。在生产工厂中使用物料搬运机器人不仅可以减少人机工程学威胁，还有助于改善企业的精益管理系统。近年来，自动化技术呈现加速发展的趋势，国内柔性制造系统和自动化立体仓库进入发展与普及阶段。众所周知，物料搬运是一项无处不在的日常工作，存在于生产车与自动立体仓库之间，但看似不起眼的简单工作背后，却有着长期性、基础性的企业需求，还时常受到人员、成本及效率等因素的限制。然而在这样的情况下，agv起了无可替代的重要作用，与传统的传送辊道或传送带相比，agv输送路线具有施工简单、路径灵活，不占用空间、较好的移动性、柔性等优点。它不仅通过“机器人代替人工”解放了企业和行业的生产力，更推动了产业发展由劳动密集型向技术密集型的转变，促进了行业从传统模式向现代化、智能化的升级。随着未来的技术不断地发展，agv不在局限于通过“电磁感应式”来进行导航，而是对行驶区域的环境进行场景识别、地图构建，实现智能行驶、搬运工作。
3.现有的agv搬运机器人主要以磁导航和激光导航为主，在定位精度上基本都完成了搬运机器人领域的精度要求，但是上述任何搬运车都无法在地势不平坦的区域进行工作，磁导航agv搬运机器人底部的磁条遇到不平坦地势时容易被压断，而激光导航agv搬运机器人的激光精度也会因为地面不平整发生激光射出偏移无反射的情况，所以为此类搬运机器人设计减震装置是重中之重的，不仅可以辅助车体定位功能，还可以利用减震装置避免机器人打滑。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种全局定位搬运机器人，可以减缓机器人运行时的震动，当机器人所处地势高低不平或所处环境有震动时，麦克纳姆轮受到的支撑力通过减震板传递至减震器的减震弹簧处，此时减震器受力压缩，则减震装置的平行四杆机构发生变形，使得麦克纳姆轮与地面的接触始终保持紧密接触，提升了机器人对地形适应能力。结合定位系统可搭建出适应多数搬运环境且可以纠正自身定位的搬运机器人。
5.一种全局定位搬运机器人，包括底盘，所述底盘两侧固定安装有用于辅助机器人全向移动的动力装置，且两侧也安装有货仓，底盘的上表面前端安装有用于完成抓取动作的机械臂装置，底盘的上表面后端安装有单片机。
6.所述动力装置包括两个平行布置的减震板，每个减震板的内侧均通过螺栓安装有角码，正对设置的两个角码之间铰接有减震杆，使得两个减震板内外两侧构成两个平行的四杆机构，位于同一平面的两个减震杆之间安装有减震器，且减震器沿两个减震杆的对角线方向设置，位于外侧的减震板上安装有无刷电机，无刷电机的输出轴通过法兰联轴器安
装有麦克纳姆轮，位于内侧的减震板上安装有用于将动力装置连接到车体上的连接基板。
7.所述机械臂装置包括用于控制机械手转动的云台，所述云台与机械臂一端连接，机械臂另一端安装有机械手。
8.所述机械臂包括基座，所述基座的两个侧板外侧分别通过螺栓固定安装有第一机械臂舵机和第二机械臂舵机，第一机械臂舵机的舵盘与与第六杆件一端连接，第六杆件另一端通过第七杆件与第八杆件一端连接，第九杆件一端通过角码转动安装在底板上，另一端与第八杆件铰接，第八杆件另一端与机械手固定架连接，第二机械臂舵机的舵盘与第二杆件一端连接，第一杆件一端与安装侧板的角码铰接，第一杆件及第二杆件另一端与第三杆件的两端铰接，同时第三杆件两端还与第四杆件一端和第五杆件一端铰接，第四杆件和第五杆件另一端与机械手固定架连接。
9.所述机械手包括机械手固定架，所述机械手固定架的通孔内安装有机械爪舵机，机械爪舵机的舵盘朝下设置，且机械爪手指与机械爪舵机的舵盘连接，机械抓舵机上安装有用于识别货物颜色的摄像机。
10.所述云台包括云台舵机和下轴承夹板，所述云台舵机的输出轴朝上设置，且云台舵机位于底盘内部且通过铜柱固定于底盘的顶板下侧，下轴承夹板通过铜柱固定在底盘的顶板上侧，下轴承夹板上安装轴承，轴承上安装有上轴承夹板，下轴承夹板和上轴承夹板之间通过螺栓连接固定夹紧轴承外圈，轴承内圈上下两端通过包覆舵盘包覆，两个包覆舵盘通过铜柱连接，位于下方的包覆舵盘与云台舵机的舵盘连接，通过控制云台舵机的输出轴旋转控制云台旋转。
11.本实用新型的有益效果是：
12.1、本实用新型动力装置中的减震机构的设置，可以减缓机器人运行时的震动，当机器人所处地势高低不平或所处环境有震动时，麦克纳姆轮受到的支撑力通过减震板传递至减震器的减震弹簧处，此时减震器受力压缩，则减震装置的平行四杆机构发生变形，使得麦克纳姆轮始终与地面的保持紧密接触，避免打滑，提升了机器人对地形适应能力；同时减震机构可以减小起伏震荡在机器人运行过程中的影响，增加机器人的稳定性。
13.2、本实用新型在运行过程中可以抓取存放两个至三个货物，利用循迹模块和陀螺仪辅助可以确保机器人运行轨迹的准确性，利用gps定位模块可以确定机器人运行位置和状态，使用的机械臂机械爪方便拆换，使用麦克纳姆轮进行移动，同时配备减震机构辅助机器人移动，从而提高了机器人运行时的稳定性和轨迹准确性，实现了机器人的全向移动的同时也提高了机器人对地形的适应能力。
附图说明
14.图1本实用新型全局定位搬运机器人三维示意图；
15.图2本实用新型全局定位搬运机器人的动力装置三维示意图；
16.图3本实用新型全局定位搬运机器人的动力装置侧视图；
17.图4本实用新型全局定位搬运机器人的机械臂装置示意图；
18.图5本实用新型全局定位搬运机器人的机械手示意图；
19.图6本实用新型全局定位搬运机器人的云台结构示意图；
20.图7本实用新型全局定位搬运机器人的云台部分剖视图；
21.1-底盘，2-动力装置，201-减震板，202-减震杆，203-减震器，204-连接基板，205-无刷电机，206-麦克纳姆轮，3-云台，301-云台舵机，302-下轴承夹板，303-上轴承夹板，304-包覆舵盘，4-机械臂装置，401-基座，402-第一机械臂舵机，403-第二机械臂舵机，404-第一杆件，405-第二杆件，406-第三杆件，407-第四杆件，408-第五杆件，409-第六杆件，410-第七杆件，411-第八杆件，412-第九杆件，5-摄像头，6-机械手，601-机械手固定架，602-机械爪舵机，603-转杆，604-连杆，605-滑杆，606-机械爪，7-单片机，8-货仓。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
23.如图1至图7所示，一种全局定位搬运机器人，包括底盘1，所述底盘1两侧固定安装有用于辅助机器人全向移动的动力装置2，底盘1的上表面前端中心处安装有用于完成抓取动作的机械臂装置4，底盘1的上表面后端安装有单片机7；所述底盘1两侧的安装板和动力装置2上位于内侧的减震板201共同构成货仓8，且安装板的上表面低于位于内侧的减震板201的上表面形成凹槽状，用于承接货物。机械臂装置4分布在机器人前端中心处，目的是将机械臂和后车身进行重心的平衡，不同于传统的机械臂放置方式，将机械臂置于前端中心处可以减免搬运物料时对重心的影响。将货仓8置于机器人两侧且对称于中心的位置处，这样不仅仅可以保证机械臂装置4可以和货仓8配合，对称式的分布，还可以使得程序精简化，即编程时采用镜像式的编程法就可以确定另一侧货仓8的抓取和放置程序。
24.所述动力装置2包括两个平行布置的减震板201，每个减震板201的内侧四周分别通过螺栓安装有四个角码，正对设置的两个角码之间铰接有减震杆202，使得两个减震板201内外两侧构成两个平行的四杆机构，位于同一平面的两个减震杆202之间安装有减震器203，且减震器203沿同侧设置的两个减震杆202的对角线方向设置，位于外侧的减震板201上安装有无刷电机205，型号为天之博特m2006，无刷电机205的输出轴通过法兰联轴器安装有麦克纳姆轮206，所述减震板201、减震杆202及减震器203组成减震机构，位于内侧的减震板201上安装有用于将动力装置2连接到车体上的连接基板204，动力装置2通过其上的连接基板204固定在底盘1两侧的安装板的下表面两端处。平行布置的减震板201能够保证减震机构受力均匀；利用减震机构，可以使得机器人对地形适应能力更好，也可以缓冲车体受到的冲击力。使用的是双平行四杆机构和双减震器203进行搭建的减震机构，所以减震效果更好，机构强度更高；利用减震机构辅助动力执行机构，进而使得移动平台在不平坦地面上具有减震缓冲功能。将减震机构应用于搬运机器人，不仅仅可以解决机器人在不平坦地面的定位与导航精度的问题，还可以避免机器人因地形影响而产生的打滑现象。同时可以实现在有突起且摩擦系数较小的地面上高效地搬运物料。
25.所述机械臂装置4包括用于控制机械手6转动的云台3，所述云台3与机械臂一端连接，机械臂另一端安装有机械手6。
26.所述机械臂包括基座401，基座401由底板和两个侧板组成，所述底板两侧通过角码固定安装有侧板，所述基座401的两个侧板外侧分别通过螺栓固定安装有第一机械臂舵机402和第二机械臂舵机403，第一机械臂舵机402的输出轴穿过侧板且安装于输出轴上的舵盘位于侧板的内侧，其舵盘与第六杆件409一端连接，第六杆件409另一端通过第七杆件410与第八杆件411一端连接，第九杆件412一端通过角码转动安装在底板上，另一端与第八
杆件411铰接，构成平行四杆机构，第八杆件411另一端与机械手固定架601连接，第二机械臂舵机403的舵盘与第二杆件405一端连接，第一杆件404一端与安装侧板的角码铰接，第一杆件404及第二杆件405另一端与第三杆件406的两端铰接，以此构成平行四杆机构，同时第三杆件406两端还与第四杆件407一端和第五杆件408一端铰接，第四杆件407和第五杆件408另一端与机械手固定架601连接，同样也构成平行四杆机构。
27.所述机械手6包括机械手固定架601，所述机械手固定架601的通孔内安装有机械爪舵机602，机械爪舵机602的舵盘朝下设置，机械爪舵机602的舵盘上安装有转杆603，转杆603两端分别于两个连杆604一端连接，两个连杆604另一端分别与对应的两个机械爪606后端连接，机械手固定架601下端安装有滑杆605，两个机械爪606后端滑动安装于滑杆605上，机械爪舵机602侧壁上粘贴有用于识别货物颜色的摄像头5；通过机械爪舵机602的舵盘转动，带动转杆603转动，同时通过两个连杆604拉动两个机械爪606沿着滑杆605同时收回或者展开。
28.所述云台3包括云台舵机301和下轴承夹板302，所述云台舵机301的输出轴朝上设置，且云台舵机301位于底盘1内部且通过铜柱固定于底盘1的顶板下侧，下轴承夹板302通过铜柱固定在底盘1的顶板上侧，下轴承夹板302上安装轴承，轴承上安装有上轴承夹板304，下轴承夹板302和上轴承夹板304之间通过螺栓连接固定夹紧轴承外圈，轴承内圈上下两端通过包覆舵盘304包覆，两个包覆舵盘304通过铜柱连接，位于下方的包覆舵盘304与云台舵机301的舵盘连接，通过控制云台舵机301的输出轴旋转控制云台3旋转。
29.所述机械臂装置4，驱动云台舵机301的旋转，可以使得与云台连接的机械臂随之旋转，以此作为机械臂z轴转动的自由度调节；驱动第二机械臂舵机403转动，带动第二杆件405转动，第二杆件405与第三杆件406连接，第一杆件404与第三杆件406伴随第二杆件405同步转动，此时第三杆件406仍保持水平，但第三杆件406的竖直高度位置改变，导致其与第四杆件407和第五杆件408构成的平行四杆机构位置变化，带动机械手6改变位置；驱动第一机械臂舵机402转动，带动第六杆件409转动，第六杆件409拉动第七杆件410，第七杆件410拉动第八杆件411绕第九杆件412顶端铰接处转动，带动第八杆件411底端与机械手固定架601铰接处位置变化，从而带动机械爪改变位置。
30.所述控制系统包括陀螺仪、gps北斗bds双模模块、二维码扫描模块、光电对管循迹模块、无刷电机调速器、摄像头5、蓄电池及电机调速器中心板；所述陀螺仪、gps北斗bds双模模块、二维码扫描模块、光电对管循迹模块、电机调速中心板及摄像头5均与单片机7电连接，所述电机调速中心板与无刷电机的调速器电连接，蓄电池分别于单片机7和无刷电机205连接，蓄电池安装于底盘1内侧；所述陀螺仪的型号为mpu6050；二维码扫描模块的型号为gm65；摄像头5的型号为openmv；蓄电池的型号为3s12v；单片机7型号为stm32；电机调速器型号为天之博特c610。
31.工作原理：
32.打开机器人电源开关，机器人被供电后，机器人光电对管循迹模块开始检测黑色轨迹线，检测到以后向单片机7反馈检测信号，单片机7根据光电对管循迹模块的反馈信号对动力装置2的无刷电机205进行驱动，使得机器人按照预定轨迹运行，机器人运行到具有二维码的货物时，机械手固定架601上的摄像头5对货物颜色进行识别，并将识别信号反馈给单片机7，检测到有货物待抓取时，单片机7控制动力装置2的无刷电机205停止工作，二维
码扫描模块对货物上的二维码进行扫描，识别后将信号反馈给单片机7，单片机7驱动机械臂装置4中的云台舵机301、机械臂舵机、机械爪舵机602对物料进行抓取，放置到机器人货仓8上，同时单片机7驱动无刷电机205使动力装置2按照轨迹线运行，当机械手固定架601上的摄像头5识别到物料出口处的颜色后，将反馈信号传递给单片机7，单片机7驱动动力装置2的无刷电机205停止工作，二维码扫描模块对出货口的二维码进行扫描识别并将反馈信号传递给单片机7，单片机7驱动机械臂装置4中的云台舵机301、机械臂舵机、机械爪舵机602，将货仓8中的物料抓取到出货口处；机器人工作过程中，gps北斗bds双模模块始终开启，可以通过gps北斗bds双模模块定位信息查看机器人定位和工作状态。
33.第一，通过减震机构，并且使用机械臂装置4和货仓8的巧妙分布，利用结构调节重心，在上述机构的辅助下，结合陀螺仪模块和循迹模块的配合，提升了机器人运行的稳定性。第二，使用了摄像头5、二维码扫描模块，从抓取到放置，实现了可视化和物联网结合，提高了机器人抓取、放置物料的精确性；将陀螺仪、循迹模块的功能有机结合，防止机器人运行时轨迹突变而无应急措施；第三，将视觉和北斗定位结合起来，使得机器人的抓取放置精准性和工作状态可获得性得到了保障。