CN106737754A - 鲁班锁组装机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种鲁班锁组装机器人，鲁班锁具有多个组装分体，组装机器人用于将多个组装分体组装成鲁班锁，其包括机柜，机柜的上半部分形成透明展示柜，还包括均设置在透明展示柜内的组装分体定位送料器、双臂组装机械手、组装台和激光雕刻器，还包括用于人机互动的触控屏、用于控制组装机器人运行的控制器；双臂组装机械手包括用于分别模拟人体两个手臂的第一机械手和第二机械手、用于模拟人体头部的头部模型。本发明的鲁班锁组装机器人，应用在科技馆、儿童游乐场等场所，既能引发孩子对鲁班锁的兴趣，又可通过双臂机器人的动作展示来开拓观众的眼界及激发观众对未来科技发展的兴趣；亦可用于工业机器人的教学和实训，培养和锻炼学生的实操能力。
Description
技术领域
本发明属于机器人科技技术领域，具体涉及一种鲁班锁组装机器人。
背景技术
鲁班锁是中国古代传统的土木建筑固定结合器，它起源于中国古代建筑中首创的榫卯结构，外观看是严丝合缝的十字立方体，内部凹凸啮合，十分巧妙，由此鲁班锁类玩具比较多，形状和内部的构造各不相同，一般都是易拆难装，拼装时需要仔细观察，认真思考，分析其内部结构，利于开发大脑，灵活手指，一种很好的益智玩具。目前，在科技馆、儿童游乐场所等经常会看到一些虚拟现实的设备，比如VR头盔、虚拟飞行器、虚拟过山车等等娱乐设备，目前还没有借助机械手进行组装鲁班锁的娱乐展示设备。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种鲁班锁组装机器人，应用在科技馆、儿童游乐场等场所，既能引发孩子对鲁班锁的兴趣，又可通过双臂机器人的动作展示来开拓观众的眼界及激发观众对未来科技发展的兴趣，结构独创；另，亦可用于工业机器人的教学和实训，培养和锻炼学生的实操能力。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种鲁班锁组装机器人，所述鲁班锁具有多个组装分体，所述组装机器人用于将所述的多个组装分体组装成鲁班锁，所述组装机器人包括机柜，所述机柜的上半部分形成透明展示柜，其特征在于：所述组装机器人还包括均设置在透明展示柜内的组装分体定位送料器、双臂组装机械手、组装台和激光雕刻器，还包括用于人机互动的触控屏、用于控制组装机器人运行的控制器；
-所述双臂组装机械手，其包括用于分别模拟人体两个手臂的第一机械手和第二机械手、用于模拟人体头部的头部模型，所述头部模型通过底座固定在透明展示柜的底板上，第一机械手和第二机械手以所述头部模型为中心对称设置的安装在头部模型上，第一机械手和第二机械手两者的执行末端均设有组装夹具；
所述组装台设置在双臂组装机械手的正前方，所述组装分体定位送料器和激光雕刻器设置在第一机械手或者第二机械手的侧边。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述组装分体定位送料器包括储料仓、推料台和驱动各组装分体移动至目标位置的驱动机构，所述储料仓设置在推料台上，所述推料台通过支撑台安装在透明展示柜的底板上，所述驱动机构设置在推料台一侧；
-所述储料仓，其内对应每个组装分体均设有储料腔，所述储料腔内设有供各自组装分体自上而下逐一下落的垂直落料通道；
-所述推料台，其上对应每个储料腔均设有水平直线延伸的推料槽，所述推料槽与落料通道连通；
-所述驱动机构，其包括推头和推料气缸，所述推头的数量与推料槽的数量相同，且推头和推料槽一一对应的设置，所述推料气缸设置在透明展示柜的底板上、其驱动所有的推头同步动作；
所述推料台上位于推料槽的末端设有限位板。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述支撑台上设有导向板，所述导向板的顶端板面上设有导向槽，所述推料台能够沿导向槽移动的设置在导向板上。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述组装台上设有组装区和物料缓存区，所述物料缓存区内设有用于缓存放置组装分体的缓存槽，所述缓存槽的数量与组装分体的数量相同。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述激光雕刻器包括机架和设置在机架上的激光雕刻机，所述机架上设有工件放置台，所述激光雕刻机设置在工件放置台的正上方、且两者之间的垂直间距能够调整的上下位设置，所述工件放置台上设有用于对位放置鲁班锁的膜腔，靠近所述膜腔设有用于定位固定鲁班锁的夹紧气缸。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述激光雕刻机外设有玻璃防护罩。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述支架包括底板和靠近底板四个边角设置的支撑柱，所述支撑柱上上下间隔的设置有两个托板，分别为托板一和托板二，所述激光雕刻机设置在托板一上，所述工件放置台和夹紧气缸均设置在托板二上，所述托板一和托板二两者之间的垂直间距能够调整的设置在支撑柱上。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述支架还包括固定块，所述托板通过固定块能够拆卸的固定在支撑柱上，所述固定块上开设有中心穿孔、自外部横向贯通至中心穿孔的固定孔，所述支撑柱上间隔均匀的设有多个内陷卡圈，所述支撑柱穿设在中心穿孔内，一紧固件自固定孔穿入中心穿孔内抵接支撑柱。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述透明展示柜内还设有成品展示台、和连通柜内柜外的取物通道，所述取物通道靠近组装台设置。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述第一机械手和第二机械手均为六轴机器人。
本发明的有益效果是:
其一、本发明的鲁班锁组装机器人，应用在科技馆、儿童游乐场等场所，既能引发孩子对鲁班锁的兴趣，又可通过双臂机器人的动作展示来开拓观众的眼界及激发观众对未来科技发展的兴趣；亦可用于工业机器人的教学和实训，培养和锻炼学生的实操能力；
其二、设备整体自动送料，拟人化的双臂机械手连贯的完成取料、组装和成品移送，并配合激光雕刻机一体化的雕刻图案，结构独创，设计新颖，具有极好的教育意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明优选实施例的结构示意图；
图2是本发明优选实施例双臂组装机械手的结构示意图；
图3是本发明优选实施例组装分体定位送料器的结构示意图；
图4是本发明优选实施例激光雕刻器的结构示意图；
图5是本发明优选实施例组装台的结构示意图。
其中：1-鲁班锁，11-组装分体，10-触控屏，12-成品展示台，14-取物通道；
2-机柜，21-透明展示柜；
4-组装分体定位送料器，41-储料仓，42-推料台，43-支撑台，44-储料腔，45-推料槽，46-推头，47-推料气缸，48-限位板，49-导向板，50-导向槽；
6-双臂组装机械手，61-第一机械手，62-第二机械手，63-头部模型，64-底座，65-组装夹具；
8-组装台，81-组装区，82-物料缓存区，83-缓存槽；
9-激光雕刻器，91-机架，92-激光雕刻机，93-工件放置台，94-夹紧气缸，95-玻璃防护罩，96-底板，97-支撑柱，98-托板一，99-托板二，100-固定块，101-固定孔，102-内陷卡圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例中公开了一种鲁班锁组装机器人，上述鲁班锁1具有多个组装分体11，上述组装机器人用于将上述的多个组装分体11组装成鲁班锁1，上述组装机器人包括机柜2，上述机柜2的上半部分形成透明展示柜21，上述组装机器人还包括均设置在透明展示柜21内的组装分体定位送料器4、双臂组装机械手6、组装台8和激光雕刻器9，还包括用于人机互动的触控屏10、和用于控制组装机器人运行的控制器；上述透明展示柜21内设有成品展示台12、和连通柜内柜外的取物通道14，上述取物通道14靠近组装台8设置；
机器人整体放置在机柜2内，设置透明机柜21方便观众站在机柜2外观看组装的全部过程，体验者通过触控屏10与机器人互动，选择鲁班锁样式、以及在组装结束后在鲁班锁上雕刻的图案等，组装分体定位送料器4用于给双臂组装机械手6自动供送形成鲁班锁1的组装分体11，双臂组装机械手6模拟人的双臂动作，完成组装分体11的取料、组装和鲁班锁成品的移送，双臂组装机械手6在组装台8上进行组装，并将组装好的鲁班锁成品移送至激光雕刻器9上，激光雕刻器9根据触控屏发送过来的指令在组装结束后的鲁班锁1上激光雕刻目标图案形成鲁班锁成品，由双臂组装机械手6动作将鲁班锁成品移送至取物通道14内或者移送至成品展示台12，体验者从取物通道14内提取自己的鲁班锁1，整个过程由控制器统一控制自动化完成，控制器主机设置在机柜2内。
具体的：如图2所述，上述双臂组装机械手6包括用于分别模拟人体两个手臂的第一机械手61和第二机械手62、用于模拟人体头部的头部模型63，上述头部模型63通过底座64固定在透明展示柜21的底板上，第一机械手61和第二机械手62以上述头部模型63为中心对称设置的安装在头部模型63上，第一机械手61和第二机械手62两者的执行末端均设有组装夹具65；本发明的第一机械手61和第二机械手62配合各自的组装夹具65完全模拟人的双臂操作，完成取料、组装和移送物料等动作，头部模型63的设计使得机械手整体更拟人化，起装饰和美观作用。另，本发明的第一机械手61和第二机械手62均优选结构相同的六轴机器人，结构相同利于完全模拟人的双臂，机械手的动作编程控制，可以应用在教学领域，培养和锻炼学生的编程实操能力。
如图3所示，上述组装分体定位送料器4包括储料仓41、推料台42和驱动各组装分体11移动至目标位置的驱动机构，上述储料仓41设置在推料台42上，上述推料台42过支撑台43安装在透明展示柜21的底板上，上述驱动机构设置在推料台42一侧；
上述储料仓41内对应每个组装分体11均设有储料腔44，上述储料腔44内设有供各自组装分体11自上而下逐一下落的垂直落料通道；电典型的鲁班锁具有六个组装分体11，本实施例中储料仓41对应六个组装分体11设有六个储料腔44，且呈一排设置，一种组装分体11对应放置在一个储料腔44内，且自上而下的层叠放置，由人工一层放置一个组装分体11，组装分体放置好以后在自身的重力作用下沿垂直落料通道逐一下落而进入推料台42；
上述推料台42上对应每个储料腔44均设有水平直线延伸的推料槽45，上述推料槽45与落料通道连通，各组装分体11沿各自的落料通道下落，最底层的组装分体11进入推料槽45内；
上述驱动机构包括推头46和推料气缸47，上述推头46的数量与推料槽45的数量相同，且推头46和推料槽45一一对应的设置，上述推料气缸47设置在透明展示柜21的底板上、其驱动所有的推头46同步动作；推料气缸47动作将自落料通道下落至推料槽45内的组装分体推送至推料槽45的末端，给双臂组装机械手6供料，将组装形成一个鲁班锁的六个组装分体11一次性的推送至推料槽45的末端，为了防止推送过程中组装分体11越位，上述推料台42上位于推料槽45的末端设有限位板48。
进一步的，上述支撑台43上设有导向板49，上述导向板49的顶端板面上设有导向槽50，上述推料台42能够沿导向槽50移动的设置在导向板49上，导向槽50形成组装分体11的推送移位的限位导向，以防止其偏离指定的到达位置，提高送料位置的精确度。
如图5所述，上述组装台8上设有组装区81和物料缓存区82，上述物料缓存区82内设有用于缓存放置组装分体11的缓存槽83，上述缓存槽83的数量与组装分体11的数量相同。组装分体定位送料器4一次将六个组装分体11送至推料槽45的末端，机械手一次取一个组装分体11，取过来的组装分体11放在缓存槽83内缓存，直至组装形成一个鲁班锁的六个组装分体都取过来放置在各自的缓存槽83内再进行下一步的组装动作。对应六个组装分体11缓存槽83也设置有六个，且每个缓存槽83的膜腔形状与各自组装分体11的外形结构相同，一个缓存槽83只放置一种组装分体11，这样设计利于简化编程程序。
组装形成一个鲁班锁的六个组装分体11对应放置在各自的缓存槽83内后，第一机械手61和第二机械手62按照预先设定的程序动作，模拟人的双臂在组装区81内将六个组装分体11组装成鲁班锁1，其中一个机械手动作将组装结束后的鲁班锁移送至激光雕刻器9。
如图1所示，上述组装台8设置在双臂组装机械手的正前方，上述组装分体定位送料器4和激光雕刻器9设置在第一机械手61或者第二机械手62的侧边，这种设计能够最大程度的缩短双臂组装机械手6的动作行程。
如图4所示，上述激光雕刻器9包括机架91和设置在机架上的激光雕刻机92，上述机架91上设有工件放置台93，上述激光雕刻机92设置在工件放置台93的正上方、且两者之间的垂直间距能够调整的上下位设置，上述工件放置台93上设有用于对位放置鲁班锁的膜腔，靠近上述膜腔设有用于定位固定鲁班锁的夹紧气缸94，此处夹紧气缸94优选单轴气缸。组装结束后的鲁班锁被机械手移送至工件放置台93的膜腔内，启动夹紧气缸94定位夹持鲁班锁，夹持动作结束后反馈信号至激光雕刻机92，激光雕刻机92将预设的图案激光雕刻在鲁班锁上。
为了避免激光雕刻机92工作时激光损伤观众的眼睛，上述激光雕刻机92外设有玻璃防护罩95，减弱红外激光对人眼的伤害。
激光雕刻机92和工件放置台93两者之间的垂直间距能够调整，一方面使得一套激光雕刻机92可以针对多种高度的鲁班锁所适用；另一方面可以调整激光雕刻机92雕刻图案的效果。本发明优选如下结构来实现激光雕刻机92和工件放置台93两者之间的垂直间距能够调整：
具体，如图4所示，上述支架91包括底板96和靠近底板96四个边角设置的支撑柱97，上述支撑柱97上上下间隔的设置有两个托板，分别为托板一98和托板二99，上述激光雕刻机92设置在托板一98上，上述工件放置台93和夹紧气缸94均设置在托板二99上，上述托板一98和托板二99两者之间的垂直间距能够调整的设置在支撑柱97上。进一步具体的，上述支架91还包括固定块100，上述托板通过固定块100能够拆卸的固定在支撑柱97上，上述固定块100上开设有中心穿孔、自外部横向贯通至中心穿孔的固定孔101，上述支撑柱97上间隔均匀的设有多个内陷卡圈102，上述支撑柱97穿设在中心穿孔内，一紧固件自固定孔101穿入中心穿孔内抵接支撑柱97。如上结构固定的两托板能够非常省力的调整高度，最终实现激光雕刻机92和工件放置台93两者之间的垂直间距能够调整。
以上结构的机器人，完成整套动作的过程如下：
A、初始状态为：成品展示台12上已摆满9种鲁班锁，储料仓41处已满料，两台机械手的控制器均藏于机柜1内部。经过调试，整个***状态良好。另，体验者通过触控屏10已选定所需雕刻的图案，且***已准确接收到指令。
B、电源开关启动上电，组装分体定位送料器4中推料气缸47回缩、伸出，将六个鲁班锁组块分体11推至指定位置，并反馈信号至第一机械手61。
C、第一机械手61收到反馈后，带着组装65运动至推料槽45处。在指定位置处，逐一夹取六个组装分体11，并逐一移送至缓存区内，并给第二机械手62信号反馈，第二机械手62收到反馈后，带着带着组装65运动前述相应位置处，逐一从缓存区夹取组装分体11，至组装区81，两个机械手相互配合，将鲁班锁组装完成。
D、鲁班锁组装完成后，第二机械手62将鲁班锁夹取并放至工件放置台93上，并信号反馈。夹紧气缸94收到反馈后，伸出、回缩，将鲁班锁位置调整完成并夹紧后反馈信号，激光雕刻机92收到反馈后，启动激光，开始图案雕刻。此时，两个机械手继续按照前述步骤，开始下一循环动作过程。
E、激光雕刻机92完成图案雕刻后，将信号反馈给第一机械手61，反馈接收后，第二机械手62继续动作，而第一机械手61则停下此时动作，到激光雕刻机92处夹取出鲁班锁，移动放至取物通道14处，由体验者自行取走鲁班锁。另，两个机械手继续组装鲁班锁，并随时接收体验者下一个图案指令。
如上结构的鲁班锁组装机器人，应用在科技馆、儿童游乐场等场所，既能引发孩子对鲁班锁的兴趣，又可通过双臂机器人的动作展示来开拓观众的眼界及激发观众对未来科技发展的兴趣；亦可用于工业机器人的教学和实训，培养和锻炼学生的实操能力。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种鲁班锁组装机器人，所述鲁班锁具有多个组装分体，所述组装机器人用于将所述的多个组装分体组装成鲁班锁，所述组装机器人包括机柜，所述机柜的上半部分形成透明展示柜，其特征在于：所述组装机器人还包括均设置在透明展示柜内的组装分体定位送料器、双臂组装机械手、组装台和激光雕刻器，还包括用于人机互动的触控屏、用于控制组装机器人运行的控制器；
-所述双臂组装机械手，其包括用于分别模拟人体两个手臂的第一机械手和第二机械手、用于模拟人体头部的头部模型，所述头部模型通过底座固定在透明展示柜的底板上，第一机械手和第二机械手以所述头部模型为中心对称设置的安装在头部模型上，第一机械手和第二机械手两者的执行末端均设有组装夹具；
所述组装台设置在双臂组装机械手的正前方，所述组装分体定位送料器和激光雕刻器设置在第一机械手或者第二机械手的侧边。
2.根据权利要求1所述的鲁班锁组装机器人，其特征在于：所述组装分体定位送料器包括储料仓、推料台和驱动各组装分体移动至目标位置的驱动机构，所述储料仓设置在推料台上，所述推料台通过支撑台安装在透明展示柜的底板上，所述驱动机构设置在推料台一侧；
-所述储料仓，其内对应每个组装分体均设有储料腔，所述储料腔内设有供各自组装分体自上而下逐一下落的垂直落料通道；
-所述推料台，其上对应每个储料腔均设有水平直线延伸的推料槽，所述推料槽与落料通道连通；
-所述驱动机构，其包括推头和推料气缸，所述推头的数量与推料槽的数量相同，且推头和推料槽一一对应的设置，所述推料气缸设置在透明展示柜的底板上、其驱动所有的推头同步动作；
所述推料台上位于推料槽的末端设有限位板。
3.根据权利要求2所述的鲁班锁组装机器人，其特征在于：所述支撑台上设有导向板，所述导向板的顶端板面上设有导向槽，所述推料台能够沿导向槽移动的设置在导向板上。
4.根据权利要求1所述的鲁班锁组装机器人，其特征在于：所述组装台上设有组装区和物料缓存区，所述物料缓存区内设有用于缓存放置组装分体的缓存槽，所述缓存槽的数量与组装分体的数量相同。
5.根据权利要求1所述的鲁班锁组装机器人，其特征在于：所述激光雕刻器包括机架和设置在机架上的激光雕刻机，所述机架上设有工件放置台，所述激光雕刻机设置在工件放置台的正上方、且两者之间的垂直间距能够调整的上下位设置，所述工件放置台上设有用于对位放置鲁班锁的膜腔，靠近所述膜腔设有用于定位固定鲁班锁的夹紧气缸。
6.根据权利要求5所述的鲁班锁组装机器人，其特征在于：所述激光雕刻机外设有玻璃防护罩。
7.根据权利要求5所述的鲁班锁组装机器人，其特征在于：所述支架包括底板和靠近底板四个边角设置的支撑柱，所述支撑柱上上下间隔的设置有两个托板，分别为托板一和托板二，所述激光雕刻机设置在托板一上，所述工件放置台和夹紧气缸均设置在托板二上，所述托板一和托板二两者之间的垂直间距能够调整的设置在支撑柱上。
8.根据权利要求7所述的鲁班锁组装机器人，其特征在于：所述支架还包括固定块，所述托板通过固定块能够拆卸的固定在支撑柱上，所述固定块上开设有中心穿孔、自外部横向贯通至中心穿孔的固定孔，所述支撑柱上间隔均匀的设有多个内陷卡圈，所述支撑柱穿设在中心穿孔内，一紧固件自固定孔穿入中心穿孔内抵接支撑柱。
9.根据权利要求1-8任一项所述的鲁班锁组装机器人，其特征在于：所述透明展示柜内还设有成品展示台、和连通柜内柜外的取物通道，所述取物通道靠近组装台设置。
10.根据权利要求1所述的鲁班锁组装机器人，其特征在于：所述第一机械手和第二机械手均为六轴机器人。
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