CN107187511B - 变轴距可越障工业机器人全向底盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变轴距可越障工业机器人全向底盘,用于解决现有工业机器人全向底盘越障能力差的技术问题。技术方案是全向底盘前后轮轴距可以改变。此外,底盘的四角各安装有一条支腿。支腿在不使用的情况下可以折叠以减小所占空间,需要使用时则可以张开。支腿张开后,可以向下伸长从而将底盘整体抬离地面。遇到障碍时,支腿先张开迈过障碍,并将底盘整体抬离地面,此时改变轴距,以使轮子越过障碍,越障完成后,将支腿收起,底盘落回地面,可以继续移动。以此,本发明实现了工业机器人全向底盘的越障功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业机器人全向底盘,特别是涉及一种变轴距可越障工业机器人全向底盘。
背景技术
许多工业领域如航空航天制造行业、船舶制造领域、石油化工行业等的现代化进程不断加快,强大的技术实力和高效的生产力成为了企业的核心竞争力。在仓库、机场、生产车间等场合,大量地采用了工业机器人代替人工作业。然而当前大多数工业机器人都采用固定工位的工作方式,通用性和灵活性较差。由于作业场地的局限性和工业机器人自身的尺寸较大、外形不规则的特性,普通的移动底盘难以对其进行移动,更难以满足人们对其定位精度的要求。近年来出现了采用麦克纳姆轮驱动的全向移动底盘,该移动底盘虽然可以实现灵活地全向移动,却面临着地形适应能力差、对机器人的支撑不够稳定可靠的缺点。尽管厂区内的路面条件一般较为平坦,但时常还是会有一些如凸起的管线、凹陷的沟槽等障碍物,这些障碍一般外形规则,且分布相对集中,采用适当的方式,可以设计出具有翻越这类障碍能力的全向移动底盘。
文献“授权公告号是CN104149857B的中国发明专利”公开了一种轮距无级调节式的全方位移动底盘车底盘。整车包括四个模块,每个模块都包括麦克纳姆全向轮、轮轴、带座轴承A、直流伺服电机、模块车架、小同步轮、同步齿形带、张紧装置和大同步轮。模块1和模块2的结构成左右对称形式,模块3和模块1的结构完全一致,模块4和模块2的结构完全一致。模块1和模块2之间、模块2和模块3之间、模块3和模块4之间以及模块4和模块1之间均通过滚珠丝杠进行连接。每个模块中,由直流伺服电机带动小同步轮转动,通过同步齿形带将动力传递到大同步轮上,继而带动轮轴转动,最后带动麦克纳姆全向轮旋转。根据路况宽窄以及负载体积大小,可以对底盘车的轮距进行无级调节,有效的解决空间不足情况下的运输问题。该车的轴距变化侧重于实现自身外形尺寸的可调节以适应狭小空间,不具备越障能力。
文献“授权公告号是CN104176145B的中国发明专利”公开了一种非对称轮腿式全向移动底盘,包括底盘车架、控制器、机械腿、麦克纳姆轮、驱动器、传感器。机械腿与底盘车架铰接,位于底盘车架四个方位,麦克纳姆轮分别安装在机械腿部末端,各麦克纳姆轮由单独的驱动器驱动,使麦克纳姆轮适应多种路况的全向移动。该底盘具有轮腿复合式底盘的优点,有一定的越障能力,适合在不平坦的地面行走。但该底盘没有针对不同的障碍类型进一步优化结构,在遇到较深的沟槽或垂直方向较高的凸起时越障效率较低。
美国专利“全方位,驱动模块和移动工业机器人(U.S.Pat.No.9248876”Omnidirectional vehicle,driving module,and mobile industrial robot”)”,美国专利“物体移动装置(U.S.Pat.No.8272828”Object moving apparatus”)”,均利用麦克纳姆轮实现全向移动搬运物体的目的,但并不具有越障功能,只能在较简单的环境条件下工作。
发明内容
为了克服现有工业机器人全向底盘越障能力差的不足,本发明提供一种变轴距可越障工业机器人全向底盘。该全向底盘前后轮轴距可以改变。此外,底盘的四角各安装有一条支腿。支腿在不使用的情况下可以折叠以减小所占空间,需要使用时则可以张开。支腿张开后,可以向下伸长从而将底盘整体抬离地面。遇到障碍时,支腿先张开迈过障碍,并将底盘整体抬离地面,此时改变轴距,以使轮子越过障碍,越障完成后,将支腿收起,底盘落回地面,可以继续移动。以此,本发明实现了工业机器人全向底盘的越障功能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种变轴距可越障工业机器人全向底盘,其特点是包括工业机器人安装底座1、外壳2、车架4、支腿支架5、电动推杆6、舵机7、舵机连杆8、伺服电机9、减速器10、法兰11、麦克纳姆轮12、笔式推杆13、合页铰链14、共轴支架15、电机支架16、滑轨17和滑块18。所述工业机器人安装底座1安装在车架4上,车架4由工业铝型材及配套连接角件搭建,承载全向底盘自身和载荷的全部重量。车架4的四周及上部安装外壳2。所述支腿支架5和电动推杆6构成支腿,所述支腿有四条,四条支腿安装在车架4的四角,支腿支架5使用铝型材搭建,通过合页铰链14连接在车架4上。所述电动推杆6安装在支腿支架5上,能够上下伸缩,从而将车架4抬起或放下。每个支腿支架5配一个舵机7,舵机7通过舵机连杆8与支腿支架5连接,控制支腿支架5的开合角度。所述麦克纳姆轮12有四个,每个麦克纳姆轮12由一个伺服电机9单独驱动,伺服电机9与麦克纳姆轮12之间有减速器10和法兰11,麦克纳姆轮12通过法兰11与减速器10的输出轴连接。四个麦克纳姆轮12分为两组,两个前轮为一组,两个后轮为一组。同一组内的两个麦克纳姆轮12通过共轴支架15和电机支架16固连在一起,电机支架16与滑块17连接,滑块17能够在滑轨18上滑动,滑轨18固定在车架4的底部两侧。共轴支架15连接于笔式推杆13的一端,笔式推杆13另一端固定在车架4上。两组麦克纳姆轮12的连接方式完全相同。控制***控制笔式推杆13伸缩,带动两组麦克纳姆轮12的轴距发生变化,配合支腿实现跨越障碍的功能。
所述舵机7是蜗轮蜗杆式传动的机械式自锁舵机。
本发明的有益效果是:该全向底盘前后轮轴距可以改变。此外,底盘的四角各安装有一条支腿。支腿在不使用的情况下可以折叠以减小所占空间,需要使用时则可以张开。支腿张开后,可以向下伸长从而将底盘整体抬离地面。遇到障碍时,支腿先张开迈过障碍,并将底盘整体抬离地面,此时改变轴距,以使轮子越过障碍,越障完成后,将支腿收起,底盘落回地面,可以继续移动。以此,本发明实现了工业机器人全向底盘的越障功能。
本发明移动方式为全向移动,适应在狭小空间的移动且定位精度较高,同时具有一定的越障能力,可翻越地面的沟槽、凸起等障碍;使用本底盘的工业机器人可以方便地在不同工位间移动作业,提高了通用性和灵活性;到达工位后,本底盘的四条支腿可以对底盘进行稳定的支撑,同时具有自动调节水平的功能,可为工业机器人提供稳定的工作条件。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘的轴测图。
图2是本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘去掉外壳后的轴测图。
图3是本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘去掉外壳后的正视图。
图4是本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘的局部结构图。
图5是本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘的越障过程示意图。
图6是本发明具体实施方式中工业机器人在全向底盘上的安装效果图。
图中:1-工业机器人安装底座;2-外壳;3-超声波传感器;4-车架;5-支腿支架;6-电动推杆;7-舵机;8-舵机连杆;9-伺服电机;10-减速器;11-法兰;12-麦克纳姆轮;13-笔式推杆;14-合页铰链;15-共轴支架;16-电机支架;17-滑轨;18-滑块。
具体实施方式
以下实施例参照图1~6。
本发明变轴距可越障工业机器人全向底盘包括工业机器人安装底座1、外壳2、超声波传感器3、车架4、支腿支架5、电动推杆6、舵机7、舵机连杆8、伺服电机9、减速器10、法兰11、麦克纳姆轮12、笔式推杆13、合页铰链14、共轴支架15、电机支架16、滑轨17和滑块18。
所述工业机器人安装底座1安装在车架4上,车架4为铝型材连接结构,由国标2020工业铝型材及配套连接角件搭建,是底盘的主体部分,承载底盘自身和载荷的全部重量。车架4的四周及上部安装外壳2。
四条支腿安装在车架4的四角,支腿包括支腿支架5和电动推杆6,支腿支架5使用铝型材搭建,通过合页铰链14连接在车架4上。电动推杆6安装在支腿支架5上,可以上下伸缩,从而将车架4抬起或放下。每个支腿支架5配一个舵机7,舵机7通过舵机连杆8与支腿支架5连接,控制支腿支架5的开合角度。舵机7采用的是蜗轮蜗杆式传动的机械式自锁舵机,在其机械结构不被破坏的前提下,舵机7的转角完全由控制***决定,不会因外力干扰而改变,从而保证支撑的稳定性。
四个麦克纳姆轮12中每个轮子都由一个伺服电机9单独驱动,伺服电机9与麦克纳姆轮12之间有减速器10和法兰11,麦克纳姆轮12通过法兰11与减速器10的输出轴连接。四个麦克纳姆轮12分为两组,两个前轮为一组,两个后轮为一组。同一组内的两个轮通过共轴支架15和电机支架16固连在一起,电机支架16与滑块17连接,滑块17可在滑轨18上滑动,滑轨18固定在车架4的底部两侧。共轴支架15连接笔式推杆13的一端,笔式推杆13另一端固定在车架4上。两组轮子的连接方式完全相同。控制***控制笔式推杆13伸缩,带动两组轮子的轴距发生变化,配合支腿实现跨越障碍的功能。
具体在越障时,以翻越沟槽为例,当车架4运行到沟槽边缘时,超声波传感器3检测到前方为沟槽,此时先将四条支腿张开,并将前后轮轴距调至最小,车架4向前移动至前轮达到沟槽边缘,此时前面两条支腿跨越沟槽到对岸,电动推杆6向下运动支撑起车架4,车架4被支起后,再将前后轮轮距调至最大,即完成前轮的越障;电动推杆6缩回,把车架4放下地面,车架4继续前进至后轮到达沟槽边缘时,电动推杆6再次抬起车架4,将前后轴距调至最小,后轮即可完成越障,此时电动推杆6再次缩回并将支腿收回,小车完成越障,可以继续向前运动。
Claims (2)
1.一种变轴距可越障工业机器人全向底盘,其特征在于:包括工业机器人安装底座(1)、外壳(2)、车架(4)、支腿支架(5)、电动推杆(6)、舵机(7)、舵机连杆(8)、伺服电机(9)、减速器(10)、法兰(11)、麦克纳姆轮(12)、笔式推杆(13)、合页铰链(14)、共轴支架(15)、电机支架(16)、滑轨(17)和滑块(18);所述工业机器人安装底座(1)安装在车架(4)上,车架(4)由工业铝型材及配套连接角件搭建,承载全向底盘自身和载荷的全部重量;车架(4)的四周及上部安装外壳(2);所述支腿支架(5)和电动推杆(6)构成支腿,所述支腿有四条,四条支腿安装在车架(4)的四角,支腿支架(5)使用铝型材搭建,通过合页铰链(14)连接在车架(4)上;所述电动推杆(6)安装在支腿支架(5)上,能够上下伸缩,从而将车架(4)抬起或放下;支腿张开后,可以向下伸长从而将底盘整体抬离地面;遇到障碍时,支腿先张开迈过障碍,并将底盘整体抬离地面,此时改变轴距,以使轮子越过障碍,越障完成后,将支腿收起,底盘落回地面,可以继续移动,且本底盘的四条支腿可以对底盘进行稳定的支撑,同时具有自动调节水平的功能;每个支腿支架(5)配一个舵机(7),舵机(7)通过舵机连杆(8)与支腿支架(5)连接,控制支腿支架(5)的开合角度;所述麦克纳姆轮(12)有四个,每个麦克纳姆轮(12)由一个伺服电机(9)单独驱动,伺服电机(9)与麦克纳姆轮(12)之间有减速器(10)和法兰(11),麦克纳姆轮(12)通过法兰(11)与减速器(10)的输出轴连接;四个麦克纳姆轮(12)分为两组,两个前轮为一组,两个后轮为一组;同一组内的两个麦克纳姆轮(12)通过共轴支架(15)和电机支架(16)固连在一起,电机支架(16)与滑块(17)连接,滑块(17)能够在滑轨(18)上滑动,滑轨(18)固定在车架(4)的底部两侧;共轴支架(15)连接于笔式推杆(13)的一端,笔式推杆(13)另一端固定在车架(4)上;两组麦克纳姆轮(12)的连接方式完全相同;控制***控制笔式推杆(13)伸缩,带动两组麦克纳姆轮(12)的轴距发生变化,配合支腿实现跨越障碍的功能。
2.根据权利要求1所述的变轴距可越障工业机器人全向底盘,其特征在于:所述舵机(7)是蜗轮蜗杆式传动的机械式自锁舵机。
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