一种智能化搬运码垛实训机器人装置及控制方法与流程

本发明涉及实训教学技术领域，具体涉及一种智能化搬运码垛实训机器人装置及控制方法。

背景技术：

随着科学技术的快速发展，机器人能够减轻人类的劳作，应用在各行各业中，得到了广泛的应用。搬运码垛机器人由于能够减轻工人的工作量，因此，对搬运码垛机器人的需求量越来也大。为了培养大量与机器人相关的人才，很多高校和科研单位增加了机器人教学课程。

目前，市面上的搬运码垛实训机器人，在教学过程中，存在以下不足，具体如下：

（1）搬运码垛实训机器人一部分采用单一类型结构，比如单个抓手连接机械臂安装在机器人的底盘上，负责抓放物品，该结构每次只能抓取一个物品，并且该机器人行走过程中物品单纯的存放在抓手上，中途丢失物品的可能性大，工作效率太低，而且，出现中途丢失物品，不便于现场教学使用；

（2）搬运码垛实训机器人另一部分采用多关节机械臂结构，每次变化机械臂的各个关节角度，在码垛物品时调整抓手能到达的高度，实现码垛功能，但是，失误率较高，不便于现场教学使用；

（3）搬运码垛实训机器人抓取物品后，会散乱地把物品放在该机器人的车身上，这样导致放置物品时出现困难，不便于现场教学使用；

（3）搬运码垛实训机器人，在堆放物品时没有任何固定装置，直接放置物品，这样容易导致物品放置的过程中出现物品倒塌，放置不稳的现象，导致教学现场混乱的现象，不便于现场教学使用。

因此，如何构建智能化搬运码垛实训机器人装置，克服上述的问题，是当前急需解决，以便于搬运码垛实训机器人的教学使用，提高教学质量。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有的搬运码垛实训机器人，教学过程所存在的不足。本发明的智能化搬运码垛实训机器人装置及控制方法，搬运物品时，能够一次性在车身上固定放置多个物品，然后再移动，保证了行走过程中物品不丢失；在放置物品时，车身含有可旋转的悬空分隔板，保证物品能够分类并且稳定地放在车身圆盘上，保证放置物品时重新抓放方便；在抓放物品时，采用的是滑轮升降结构，控制更加精确；在码垛物品时，设计了和物品形状相同的出料口，同时放置物品时有相应的保护装置，保证物品能够顺着保护装置下滑，码垛物品的位置更加精确，失误率低；控制精确，失误率低，承重能力强，可以完成紧急环境下运送、分配和码垛物资基本工作，便于现场的教学实训，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种智能化搬运码垛实训机器人装置，包括设有抓物夹的滑轮升降台、设有格挡的可旋转载物盘、实训控制箱和轮式底盘，

所述实训控制箱安装在轮式底盘的上方，所述可旋转载物盘安装在实训控制箱的上方，所述可旋转载物盘的落料口下方设置有呈左、右相对设置的固定式弧形落料导线板、可动式弧形落料导线板，所述固定式弧形落料导线板、可动式弧形落料导线板之间形成物品落料导向区域，

所述滑轮升降台安装在可旋转载物盘的一侧，用于抓取物物品，并控制物品升降将物品从放置到可旋转载物盘上，

所述实训控制箱的控制输出端分别与可旋转载物盘、滑轮升降台的控制输入端相连接。

前述的一种智能化搬运码垛实训机器人装置，所述滑轮升降台，包括升降台本体、滑轮、滑轮线、第一固定夹、第一舵机、第二舵机、拨指和升降基座，

所述滑轮安装在升降台本体的上方，所述滑轮线缠绕过滑轮后与升降基座固定连接，所述第一舵机安装在升降基座上，并与滑轮可转动连接，所述第二舵机与第一固定夹相连接，所述拨指设置在第二舵机与第一固定夹的连接处，用于到达指定位置后，配合第一固定夹夹紧或者松开物品，通过控制升降基座达到可旋转载物盘的上方，并通过控制第一舵机、第二舵机使第一固定夹达到指定位置。

前述的一种智能化搬运码垛实训机器人装置，所述可旋转载物盘，包括载物盘、悬空分隔档、第三舵机、第二固定夹、第四舵机和出料口，

所述载物盘上设置有缺口形成出料口，所述第四舵机安装在载物盘的上表面，并与悬空分隔档相联动，控制悬空分隔档旋转，

所述悬空分隔档包括环形圈、隔档板和固定盘，所述固定盘安装在第四舵机的上方，并在第四舵机控制固定盘转动，所述环形圈位于固定盘的外侧，所述隔档板为多个且等间隔分布在环形圈、固定盘之间，相邻的隔档板之间形成悬空物品格，

所述第三舵机安装在载物盘的上表面，并与第二固定夹相联动，所述第二固定夹位于悬空分隔档的一侧，用于夹住第一固定夹下落的物品。

前述的一种智能化搬运码垛实训机器人装置，所述轮式底盘包括固定基板，所述固定基板的底部四角设置有四组轮胎，所述四组轮胎可为电磁铁制成的轮胎，所述轮式底盘与实训控制箱相连接，所述实训控制箱用于控制轮式底盘移动进行搬运。

前述的一种智能化搬运码垛实训机器人装置，所述可动式弧形落料导线板通过呈上、下分布的连接件与连接杆相联动，所述连接杆的底部安装有第五舵机，上、下分布的连接件分别与相对应位置处的载物盘、固定基板相铰接，所述第五舵机的控制输入端与实训控制箱的控制输出端相连接。

前述的一种智能化搬运码垛实训机器人装置，所述实训控制箱内设置供电模块和控制线路板，所述供电模块与控制线路板相连接，用于给其供电；所述控制线路板的控输输出端分别与第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机、轮式底盘的控制输入端相连接。

前述的一种智能化搬运码垛实训机器人装置，所述隔档板的数量为六片，形成六块悬空物品格。

一种智能化搬运码垛实训机器人装置的控制方法，包括以下步骤，

步骤（1），物品夹取，通过滑轮升降台将各个物品夹取并搬运到可旋转载物盘对应的悬空物品格内；

步骤（2），物品搬运，通过实训控制箱控制轮式底盘移动进行物品搬运，完成物品搬运至指定的放置物品区；

步骤（3），物品码垛，将达到放置物品区的物品进行码垛。

前述的一种智能化搬运码垛实训机器人装置的控制方法，步骤（1），通过滑轮升降台将各个物品夹取并搬运到可旋转载物盘对应的悬空物品格内，包括以下步骤，

步骤（11），将物品依次进行编号分别为a1、b1、c1、d1、e1，将悬空物品格依次进行编号分别为a2、b2、c2、d2、e2和f2，其中f2为落料位置，并将物品竖直放至物品区，所述a1、b1、c1、d1、e1与a2、b2、c2、d2、e2相匹配对应；

步骤（12），通过实训控制箱控制第二舵机旋转方向杆将拨指移动至物品区内待搬运的物品正上方；

步骤（13），通过实训控制箱控制第一舵机，使得滑轮旋转将拨指下放至可夹取物品的高度，并通过控制拨指与第一固定夹夹紧物品；

步骤（14），通过实训控制箱控制第一舵机，控制使得滑轮旋转将物品上移到可旋转载物盘的上方，并通过实训控制箱控制第二舵机旋转方向杆，将物品移动到对应的悬空物品格的上方，并通过控制拨指与第一固定夹松开物品，将物品放置到第二固定夹内，通过第三舵机控制第二固定夹的夹紧或者松开，将物品下落的到对应的悬空物品格内；

步骤（15），通过实训控制箱控制滑轮升降台回复到初始位置，重复步骤（12）-步骤（14），完成下一物品放置到对应的悬空物品格内，实现物品a1、b1、c1、d1、e1，放置到对应的悬空物品格a2、b2、c2、d2、e2内。

前述的一种智能化搬运码垛实训机器人装置的控制方法，步骤（3），物品码垛，将达到放置物品区的物品进行码垛，包括以下步骤，

步骤（31），通过实训控制箱控制第五舵机转动，使得可动式弧形落料导线板转动，使其与固定式弧形落料导线板配合，形成物品落料导向区域，所述物品落料导向区域与物品的形状相匹配；

步骤（32），通过实训控制箱控制第四舵机转动，控制载物盘步进旋转72°，使得放置后物品的悬空物品格移动到落料位置处；

步骤（33），该悬空物品格内的物品，随着物品落料导向区域的导向下落，重复步骤，将各悬空物品格内的物品，依次安装顺序从物品落料导向区域内导向下落，完成物品码垛。

本发明的有益效果是：本发明的智能化搬运码垛实训机器人装置及控制方法，搬运物品时，能够一次性在车身上固定放置多个物品，然后再移动，保证了行走过程中物品不丢失；在放置物品时，车身含有可旋转的悬空分隔板，保证物品能够分类并且稳定地放在车身圆盘上，保证放置物品时重新抓放方便；在抓放物品时，采用的是滑轮升降结构，控制更加精确；在码垛物品时，设计了和物品形状相同的出料口，同时放置物品时有相应的保护装置，保证物品能够顺着保护装置下滑，码垛物品的位置更加精确，失误率低；控制精确，失误率低，承重能力强，可以完成紧急环境下运送、分配和码垛物资基本工作，便于现场的教学实训，具体达到的效果如下：

（1）针对现有的实训搬运码垛装置，无法同时搬运多个物料，搬运效率较低的问题，且每次行走时物品存放在抓手中容易中途丢失的问题，本发明的解决方法为在搬运装置顶端安装一个可有序容纳多物料的可旋转载物盘；

（2）针对现有的实训搬运码垛装置，物品散乱放在机器人车身，导致物品放置后重新抓取困难的问题，本发明的解决方法为可旋转载物盘上有悬空分隔档，悬空分隔档包括环形圈、隔档板和固定盘，能够对物品进行合理定位，整洁美观，且便于后续码放；

（3）针对现有的实训搬运码垛装置，利用机械臂调整角度来实现取放功能，控制不精确，失误率高的问题，本发明的解决方法为将固定夹安装在由滑轮组成的升降架上，实现物料的上下搬取；

（4）针对现有的实训搬运码垛装置，在码垛过程中，堆放物品失误率较高的问题，本发明的解决方法为形成物品落料导向区域，该物品落料导向区域与物品的形状相匹配，保证物料从物料盘平稳码垛，实现物品的精确实现码垛。

附图说明

图1是本发明的智能化搬运码垛实训机器人装置的结构示意图；

图2是本发明的滑轮升降台的结构示意图；

图3是本发明的可旋转载物盘的结构示意图；

图4是本发明的轮式底盘的结构示意图。

附图中标记的含义如下：

1：滑轮升降台；101：升降台本体；102：滑轮；103：滑轮线；104：第一固定夹；105：第一舵机；106：第二舵机；107：拨指；108：升降基座；2：可旋转载物盘；201：载物盘；202：悬空分隔档；203：第三舵机；204：第二固定夹；205：第四舵机；206：出料口；207：环形圈；208：隔档板；209：固定盘；3：实训控制箱；4：轮式底盘；401：轮胎；402：固定基板；5：固定式弧形落料导线板；6：可动式弧形落料导线板；601：连接件；602：连接杆；603：第五舵机。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的智能化搬运码垛实训机器人装置，包括设有抓物夹的滑轮升降台1、设有格挡的可旋转载物盘2、实训控制箱3和轮式底盘4，

所述实训控制箱3安装在轮式底盘4的上方，所述可旋转载物盘2安装在实训控制箱3的上方，所述可旋转载物盘2的落料口下方设置有呈左、右相对设置的固定式弧形落料导线板5、可动式弧形落料导线板6，所述固定式弧形落料导线板5、可动式弧形落料导线板6之间形成物品落料导向区域，

所述滑轮升降台1安装在可旋转载物盘2的一侧，用于抓取物物品，并控制物品升降将物品从放置到可旋转载物盘2上，

所述实训控制箱3的控制输出端分别与可旋转载物盘2、滑轮升降台1的控制输入端相连接。

如图2所示，所述滑轮升降台1，包括升降台本体101、滑轮102、滑轮线103、第一固定夹104、第一舵机105、第二舵机106、拨指107和升降基座108，

所述滑轮102安装在升降台本体101的上方，所述滑轮线103缠绕过滑轮102后与升降基座108固定连接，所述第一舵机105安装在升降基座108上，并与滑轮102可转动连接，所述第二舵机106与第一固定夹104相连接，所述拨指107设置在第二舵机106与第一固定夹104的连接处，用于到达指定位置后，配合第一固定夹104夹紧或者松开物品，通过控制升降基座108达到可旋转载物盘2的上方，并通过控制第一舵机105、第二舵机106使第一固定夹104达到指定位置。

如图3所示，所述可旋转载物盘2，包括载物盘201、悬空分隔档202、第三舵机203、第二固定夹204、第四舵机205和出料口206，

所述载物盘201上设置有缺口形成出料口206，所述第四舵机205安装在载物盘201的上表面，并与悬空分隔档202相联动，控制悬空分隔档202旋转，

所述悬空分隔档202包括环形圈207、隔档板208和固定盘209，所述固定盘209安装在第四舵机205的上方，并在第四舵机205控制固定盘209转动，所述环形圈207位于固定盘209的外侧，所述隔档板208为多个且等间隔分布在环形圈207、固定盘209之间，相邻的隔档板208之间形成悬空物品格，

所述第三舵机203安装在载物盘201的上表面，并与第二固定夹204相联动，所述第二固定夹204位于悬空分隔档202的一侧，用于夹住第一固定夹104下落的物品。

如图4所示，所述轮式底盘4包括固定基板402，所述固定基板402的底部四角设置有四组轮胎401，所述四组轮胎401可为电磁铁制成的轮胎401，所述轮式底盘4与实训控制箱3相连接，所述实训控制箱3用于控制轮式底盘4移动进行搬运。

优选的，所述可动式弧形落料导线板6通过呈上、下分布的连接件601与连接杆602相联动，所述连接杆602的底部安装有第五舵机603，上、下分布的连接件601分别与相对应位置处的载物盘201、固定基板402相铰接，所述第五舵机603的控制输入端与实训控制箱3的控制输出端相连接。

优选的，所述实训控制箱3内设置供电模块和控制线路板，所述供电模块与控制线路板相连接，用于给其供电；所述控制线路板的控输输出端分别与第一舵机105、第二舵机106、第三舵机203、第四舵机205、第五舵机603、轮式底盘4的控制输入端相连接，分别控制第一舵机105、第二舵机106、第三舵机203、第四舵机205、第五舵机603、轮式底盘4的动作，完成搬运码垛实训机器人的实训要求。

优选的，所述隔档板208的数量为六片，形成六块悬空物品格，除了一个位于落料位置的悬空物品格，不放置物品，其他五块悬空物品格，用于依次放置编码好的物品。

本发明的智能化搬运码垛实训机器人装置，整体架构及部件之间的连接：机器人的整体架构主要分为三个部分，即下层轮式底盘4部分、实训控制箱3、设有格挡的可旋转载物盘2、设有抓物夹的滑轮升降台1，除舵机塑料舵盘、螺母及六角铜柱外，机械结构件均为轻质高硬度金属材料。各部件之间，通过不同长度及尺寸的螺丝、螺母和机械结构件相连。

本发明的智能化搬运码垛实训机器人装置的控制方法，包括以下步骤，

步骤（1），物品夹取，通过滑轮升降台1将各个物品夹取并搬运到可旋转载物盘2对应的悬空物品格内；

步骤（2），物品搬运，通过实训控制箱3控制轮式底盘4移动进行物品搬运，完成物品搬运至指定的放置物品区；

步骤（3），物品码垛，将达到放置物品区的物品进行码垛。

优选的，步骤（1），通过滑轮升降台1将各个物品夹取并搬运到可旋转载物盘2对应的悬空物品格内，包括以下步骤，

步骤（11），将物品依次进行编号分别为a1、b1、c1、d1、e1，将悬空物品格依次进行编号分别为a2、b2、c2、d2、e2和f2，其中f2为落料位置，并将物品竖直放至物品区，所述a1、b1、c1、d1、e1与a2、b2、c2、d2、e2相匹配对应；

步骤（12），通过实训控制箱3控制第二舵机106旋转方向杆将拨指107移动至物品区内待搬运的物品正上方；

步骤（13），通过实训控制箱3控制第一舵机105，使得滑轮旋转将拨指107下放至可夹取物品的高度，并通过控制拨指107与第一固定夹104夹紧物品；

步骤（14），通过实训控制箱3控制第一舵机105，控制使得滑轮旋转将物品上移到可旋转载物盘2的上方，并通过实训控制箱3控制第二舵机106旋转方向杆，将物品移动到对应的悬空物品格的上方，并通过控制拨指107与第一固定夹104松开物品，将物品放置到第二固定夹204内，通过第三舵机203控制第二固定夹204的夹紧或者松开，将物品下落的到对应的悬空物品格内；

步骤（15），通过实训控制箱3控制滑轮升降台1回复到初始位置，重复步骤（12）-步骤（14），完成下一物品放置到对应的悬空物品格内，实现物品a1、b1、c1、d1、e1，放置到对应的悬空物品格a2、b2、c2、d2、e2内。

优选的，步骤（3），物品码垛，将达到放置物品区的物品进行码垛，包括以下步骤，

步骤（31），通过实训控制箱3控制第五舵机603转动，使得可动式弧形落料导线板6转动，使其与固定式弧形落料导线板5配合，形成物品落料导向区域，所述物品落料导向区域与物品的形状相匹配；

步骤（32），通过实训控制箱3控制第四舵机205转动，控制载物盘201步进旋转72°，使得放置后物品的悬空物品格移动到落料位置处；

步骤（33），该悬空物品格内的物品，随着物品落料导向区域的导向下落，重复步骤（32），将各悬空物品格内的物品，依次安装顺序从物品落料导向区域内导向下落，完成物品码垛。

本发明的智能化搬运码垛实训机器人装置及控制方法，搬运效率高，搬运途中物品丢失率几乎为零，码垛物品时失误率低，非常适合作为教学教具或者复杂灾害环境下搜救、分配和码垛物资功能的应用，可作为教学教具使用，或者应用到救助环境中实现运送、分配和堆放物资的任务，不仅有很大参考价值，在教学设备上能直接应用。

综上所述，本发明的智能化搬运码垛实训机器人装置及控制方法，搬运物品时，能够一次性在车身上固定放置多个物品，然后再移动，保证了行走过程中物品不丢失；在放置物品时，车身含有可旋转的悬空分隔板，保证物品能够分类并且稳定地放在车身圆盘上，保证放置物品时重新抓放方便；在抓放物品时，采用的是滑轮升降结构，控制更加精确；在码垛物品时，设计了和物品形状相同的出料口，同时放置物品时有相应的保护装置，保证物品能够顺着保护装置下滑，码垛物品的位置更加精确，失误率低；控制精确，失误率低，承重能力强，可以完成紧急环境下运送、分配和码垛物资基本工作，便于现场的教学实训，具体达到的效果如下：

（1）针对现有的实训搬运码垛装置，无法同时搬运多个物料，搬运效率较低的问题，且每次行走时物品存放在抓手中容易中途丢失的问题，本发明的解决方法为在搬运装置顶端安装一个可有序容纳多物料的可旋转载物盘；

（2）针对现有的实训搬运码垛装置，物品散乱放在机器人车身，导致物品放置后重新抓取困难的问题，本发明的解决方法为可旋转载物盘上有悬空分隔档，悬空分隔档包括环形圈、隔档板和固定盘，能够对物品进行合理定位，整洁美观，且便于后续码放；

（3）针对现有的实训搬运码垛装置，利用机械臂调整角度来实现取放功能，控制不精确，失误率高的问题，本发明的解决方法为将固定夹安装在由滑轮组成的升降架上，实现物料的上下搬取；

（4）针对现有的实训搬运码垛装置，在码垛过程中，堆放物品失误率较高的问题，本发明的解决方法为形成物品落料导向区域，该物品落料导向区域与物品的形状相匹配，保证物料从物料盘平稳码垛，实现物品的精确实现码垛。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。