CN108127639A - 一种用于楼层间的物品运输机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于楼层间的物品运输机器人，包括全向轮底盘和机械臂模块，所述全向轮底盘的上方固连机械臂，其中全向轮底盘包括四个相同的全向轮模块、车底板、钢管支架、控制仓、激光雷达和工控机，所述四个全向轮模块均布在钢管支架的下方，车底板固连在钢管支架的上方，车底板的下方悬挂控制仓，控制仓中设置工控机，激光雷达固定在车底板上表面。本发明结构较简单，组成零件适中，易于加工并实现产品化，而且为电动控制，操作方便可靠，发展前景广阔。

Description

一种用于楼层间的物品运输机器人

技术领域

本发明涉及服务机器人领域，特别是一种用于酒店、图书馆等服务型的智能运输机器人。

背景技术

社会发展与经济进步使人类的生活水平越来越高，平均寿命不断增长，但随之而来的负面效应也逐渐显现，例如社会老龄化、劳动力不足等问题。目前在工业制造领域，已出现并应用了大量自动化水平很高的机械流水线和智能机器人，它们的种类繁多、技术成熟。但是对于酒店、医院、餐饮公司、无人仓库、图书馆等服务型行业，目前尚没有出现能够完全代替人类工作、提供优质服务的智能机器人。针对此情况，开发一种物品运输机器人，可通过记录工作环境的通道、电梯、房间号码等信息，在接受运送指令后，通过机械手的视觉识别技术，自动进行导航将物品运输到指定位置，实现整栋大楼的物品运输工作，运输过程不会有人力参与，体现智能化和自动化的特点。

为解决上述问题，近几年来，国内的研究机构相继研发了不同结构的运输机器人。专利申请号为201710437109.5的发明专利“一种全方位移动运输机器人”，能全方位移动，灵活运输物品，并具有运输台升降功能，可以根据环境和运输要求的不同，对控制方式进行选择和切换。但缺少搭乘电梯的功能，难以实现整栋大楼运输的工作。专利申请号为201710325057.2的发明专利“一种基于万向关节的运输机器人”，为一种有万向关节的搬运机器人，它包括车身、驱动轮单元，其中四个驱动轮单元两两一组对称安装在车身的两侧，且一侧的两个驱动轮单元位于车身的两端，具有前进、转弯、四个驱动轮单元分时驱动的功能。但此机器人制作难度较高，结构复杂，对结构件加工精度要求较高。上述搬运机器人大多仅限于在同一楼层工作，难以满足一些酒店、写字楼在不同楼层间的运输要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于楼层间的物品运输机器人。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于楼层间的物品运输机器人，包括全向轮底盘和机械臂模块，所述全向轮底盘的上方固连机械臂，其中全向轮底盘包括四个相同的全向轮模块、车底板、钢管支架、控制仓、激光雷达和工控机，所述四个全向轮模块均布在钢管支架的下方，车底板固连在钢管支架的上方，车底板的下方悬挂控制仓，控制仓中设置工控机，激光雷达固定在车底板上表面。

本发明有现有技术相比,其显著优点为：1)本发明为一种用于楼层间的物品运输机器人，采用全向全驱式底盘，底盘每个轮子都由两个电机驱动，一个负责转向，另一个负责转动。该类底盘能够实现蟹行、斜行和原地转向等特殊动作，极大地提高了底盘的灵活性。2)本发明配有能够用自动识别并按压电梯按钮的机械臂，可实现自主搭乘电梯的功能，完成整栋大楼搬运移动物件的任务。3)全向全驱底盘配有独立悬挂的减震机构，适应各种地面。4)本发明结构较简单，组成零件适中，易于加工并实现产品化，而且为电动控制，操作方便可靠，发展前景广阔。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的一种用于楼层间的物品运输机器人的三维结构图。

图2为本发明的一种用于楼层间的物品运输机器人的全向轮模块的结构图。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种用于楼层间的物品运输机器人，包括全向轮底盘和机械臂模块，所述全向轮底盘的上方固连机械臂，其中全向轮底盘包括四个相同的全向轮模块A、车底板1、钢管支架2、控制仓3、激光雷达4和工控机17，所述四个全向轮模块A均布在钢管支架2的下方，车底板1固连在钢管支架2的上方，车底板1的下方悬挂控制仓3，控制仓3中设置工控机17，激光雷达4固定在车底板1上表面。

所述每个全向轮模块A均包括驱动轮A-1、减速器A-2、伺服电机A-3、减速器支架A-4、花键轴A-5、铜套A-6、弹簧导向轴A-7、弹簧A-8、L型支架A-9、第一带轴齿轮A-10、轴承座A-11、上支板A-12、舵机A-13、第二带轴齿轮A-14；

驱动轮A-1通过花键轴A-5与减速器A-2相连接，伺服电机A-3通过其电机轴与减速器A-2相连接，减速器A-2固定安装在减速器支架A-4上，2个铜套A-6固定安装在减速器支架A-4上，2个弹簧导向轴A-7固定安装在L型支架A-9上，每个弹簧导向轴均穿过对应的铜套，2个弹簧A-8套在对应的弹簧导向轴A-7上，每个弹簧的上端与L型支架A-9接触，其下端与对应铜套A-6的上表面接触；

第一带轴齿轮A-10固定在L型支架A-9上，第二带轴齿轮A-14通过销轴与舵机A-13连接，第一带轴齿轮A-10与第二带轴齿轮A-14相啮合，舵机A-13和轴承座A-12分别固定安装在上支板A-11上，轴承座A-12上装有一对轴承，上支板A-11与钢管支架2固定在一起，钢管支架2的顶部设置车底板1；

机器人前进或者后退时，伺服电机A-3带动减速器A-2的输出轴转动，进而使驱动轮A-1正转或者反转，实现机器人整体的前进或者后退状态；机器人转弯或原地转向时，舵机A-13带动第二带轴齿轮A-14转动，通过第二带轴齿轮A-14与第一带轴齿轮A-10啮合关系，带动第一带轴齿轮A-10转动进而使减速器支架A-4、花键轴A-5、铜套A-6、弹簧导向轴A-7、弹簧A-8、L型支架A-9和驱动轮A-1依次转动，实现机器人转弯或者原地转向。

机械臂包括车架5、第一旋转台6、第一旋转台电机7、转盘8、线性模组9、模组电机10、摄像头11、固定支架12、第二旋转台13、旋转杆14、丝杠电机15、伸缩杆16、驱动器18；

车架5固定在车底板1上方，第一旋转台6固定安装在车架5的上表面，第一旋转台6上设置第一旋转台电机7，第一旋转台电机7通的输出轴驱动第一旋转台6相对车架5旋转，第一旋转台6顶部的输出转台上设置转盘8，转盘8上设置驱动器18、线性模组9，驱动器18用于驱动对应的电机，模组电机10通过其输出轴与线性模组9相连，固定支架12固定安装在线性模组9上，摄像头11固定安装在固定支架12上，第二旋转台13固定安装在固定支架12上，旋转杆14与第二旋转台13的输出台连接，旋转杆14的另一端与伸缩杆16固定安装，丝杠电机15与伸缩杆16的一端相连接，驱动其运动；

第一旋转台6带动转盘8，实现了机器手可以360°的工作；第二旋转台13带动旋转杆14转动，使机械臂有一定高度范围的工作区间；丝杠电机15驱动伸缩杆16进行按压工作。

其中所述4个全向轮模块A对称分布在车底板1左右两侧和前后两侧。

所述驱动器18的数量为四个，分别用于驱动第一旋转台电机7、模组电机10、第二旋转台13的电机和丝杠电机15。

本发明结构较简单，组成零件适中，易于加工并实现产品化，而且为电动控制，操作方便可靠，发展前景广阔。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例

结合附图，本发明的一种用于楼层间的物品运输机器人，包括全向轮底盘和机械臂模块，所述全向轮底盘的上方固连机械臂，其中全向轮底盘包括四个相同的全向轮模块A车底板1、钢管支架2、控制仓3、激光雷达4和工控机17，该四个全向轮模块A均布在全向轮底盘的下方，车底板1和钢管支架2固连，工控机17放置在悬挂在车底板1下面的控制仓3中，激光雷达4固定在车底板1上。

所述每个全向轮模块A均包括驱动轮A-1、减速器A-2、伺服电机A-3、减速器支架A-4、花键轴A-5、铜套A-6、弹簧导向轴A-7、弹簧A-8、L型支架A-9、第一带轴齿轮A-10、轴承座A-11、上支板A-12、舵机A-13、第二带轴齿轮A-14；

驱动轮A-1通过花键轴A-5与减速器A-2相连接，伺服电机A-3通过其电机轴与减速器A-2相连接，减速器A-2固定安装在减速器支架A-4上，2个铜套A-6固定安装在减速器支架A-4上，2个弹簧导向轴A-7固定安装在L型支架A-9上，每个弹簧导向轴均穿过对应的铜套，2个弹簧A-8套在对应的弹簧导向轴A-7上，每个弹簧的上端与L型支架A-9接触，其下端与对应铜套A-6的上表面接触；

第一带轴齿轮A-10固定在L型支架A-9上，第二带轴齿轮A-14通过销轴与舵机A-13连接，第一带轴齿轮A-10与第二带轴齿轮A-14相啮合，舵机A-13和轴承座A-12分别固定安装在上支板A-11上，轴承座A-12上装有一对轴承，上支板A-11与钢管支架2固定在一起，钢管支架2的顶部设置车底板1；

如果机器人前进或者后退，伺服电机A-3将带动减速器A-2的输出轴转动，进而使驱动轮A-1正转或者反转，实现机器人整体的前进或者后退状态；如果机器人需要转弯或原地转向，舵机A-13将带动第二带轴齿轮A-14转动，通过第二带轴齿轮A-14与第一带轴齿轮A-10啮合关系，带动第一带轴齿轮A-10转动进而使减速器支架A-4、花键轴A-5、铜套A-6、弹簧导向轴A-7、弹簧A-8、L型支架A-9和驱动轮A-1依次转动，实现机器人转弯或者原地转向。

机械臂包括车架5、第一旋转台6、第一旋转台电机7、转盘8、线性模组9、模组电机10、摄像头11、固定支架12、第二旋转台13、旋转杆14、丝杠电机15、伸缩杆16、驱动器18；

车架5固定在车底板1上方，第一旋转台6固定安装在车架5的上表面，第一旋转台6上设置第一旋转台电机7，第一旋转台电机7通的输出轴驱动第一旋转台6相对车架5旋转，第一旋转台6顶部的输出转台上设置转盘8，转盘8上设置驱动器18、线性模组9，驱动器18用于驱动对应的电机，模组电机10通过其输出轴与线性模组9相连，固定支架12固定安装在线性模组9上，摄像头11固定安装在固定支架12上，第二旋转台13固定安装在固定支架12上，旋转杆14与第二旋转台13的输出台连接，旋转杆14的另一端与伸缩杆16固定安装，丝杠电机15与伸缩杆16的一端相连接，驱动其运动；

机械臂主要是为了实现按压不同方向不同高度的电梯或者其他按钮功能的。为了按压不同朝向的按钮，第一旋转台6带动转盘8，实现了机器手可以360°的工作；为了按压不同高度的按钮，第二旋转台13带动旋转杆14转动，使机械臂有一定高度范围的工作区间；为了按压按钮，丝杠电机15将驱动伸缩杆16进行按压工作。

其中所述4个全向轮模块A分别对称分布在车底板1左右两侧和前后两侧。

驱动器18的数量为四个，分别用于驱动第一旋转台电机7、模组电机10、第二旋转台13的电机和丝杠电机15。

本发明的物品运输机器人的使用功能和工作过程如下：首先将行李或物品放入车底板1上，给机器人发送门牌号指令，机器人将依靠激光雷达4等传感器自主定位、导航和避障，如果需要移动到不同楼层，则如机器人移动到电梯前，通过摄像头11进行视觉识别电梯上下按钮，识别出按钮后，旋转杆14的末端将转到按钮同一水平高度，线性模组9将旋转杆14的末端水平移动到与按钮同一垂直面上，进而用伸缩杆16按压按钮；电梯门打开后机器人进入电梯内，同样的进行机械臂识别、运动、按压的过程；到达指定楼层后，摄像头11跟随转盘8转动90°，方便门牌号的识别。识别到指定门牌号后机器人停止。4个全向轮模块A能够实现机器人蟹行、斜行和原地转向等运动方式，十分适用于楼道内、电梯中等狭小空间，提高了机器人的灵活性。机械臂实现了有一定高度范围的工作区间，能够适应不同高度各个朝向的电梯按钮，极大地提高了此机器人的实用性。

由上可知，本发明提供了一种用于楼层间的物品运输机器人，将全方位移动底盘、机械臂、图像处理技术、测距避障技术和自主导航技术等结合到一起，由机械臂按压电梯按键来控制电梯，完成机器人的自主乘坐电梯和跨楼层物品运输的动作，并通过采集标记物、门牌号等信息，自主导航到达目的地，是一种以较低成本解决跨楼层搬运问题的运输机器人。

Claims (5)

1.一种用于楼层间的物品运输机器人，其特征在于，包括全向轮底盘和机械臂模块，所述全向轮底盘的上方固连机械臂，其中全向轮底盘包括四个相同的全向轮模块[A]、车底板[1]、钢管支架[2]、控制仓[3]、激光雷达[4]和工控机[17]，所述四个全向轮模块[A]均布在钢管支架[2]的下方，车底板[1]固连在钢管支架[2]的上方，车底板[1]的下方悬挂控制仓[3]，控制仓[3]中设置工控机[17]，激光雷达[4]固定在车底板[1]上表面。

2.根据权利要求1所述的用于楼层间的物品运输机器人，其特征在于，所述每个全向轮模块[A]均包括驱动轮[A-1]、减速器[A-2]、伺服电机[A-3]、减速器支架[A-4]、花键轴[A-5]、铜套[A-6]、弹簧导向轴[A-7]、弹簧[A-8]、L型支架[A-9]、第一带轴齿轮[A-10]、轴承座[A-11]、上支板[A-12]、舵机[A-13]、第二带轴齿轮[A-14]；

驱动轮[A-1]通过花键轴[A-5]与减速器[A-2]相连接，伺服电机[A-3]通过其电机轴与减速器[A-2]相连接，减速器[A-2]固定安装在减速器支架[A-4]上，2个铜套[A-6]固定安装在减速器支架[A-4]上，2个弹簧导向轴[A-7]固定安装在L型支架[A-9]上，每个弹簧导向轴均穿过对应的铜套，2个弹簧[A-8]套在对应的弹簧导向轴[A-7]上，每个弹簧的上端与L型支架[A-9]接触，其下端与对应铜套[A-6]的上表面接触；

第一带轴齿轮[A-10]固定在L型支架[A-9]上，第二带轴齿轮[A-14]通过销轴与舵机[A-13]连接，第一带轴齿轮[A-10]与第二带轴齿轮[A-14]相啮合，舵机[A-13]和轴承座[A-12]分别固定安装在上支板[A-11]上，轴承座[A-12]上装有一对轴承，上支板[A-11]与钢管支架[2]固定在一起，钢管支架[2]的顶部设置车底板[1]；

机器人前进或者后退时，伺服电机[A-3]带动减速器[A-2]的输出轴转动，进而使驱动轮[A-1]正转或者反转，实现机器人整体的前进或者后退状态；机器人转弯或原地转向时，舵机[A-13]带动第二带轴齿轮[A-14]转动，通过第二带轴齿轮[A-14]与第一带轴齿轮[A-10]啮合关系，带动第一带轴齿轮[A-10]转动进而使减速器支架[A-4]、花键轴[A-5]、铜套[A-6]、弹簧导向轴[A-7]、弹簧[A-8]、L型支架[A-9]和驱动轮[A-1]依次转动，实现机器人转弯或者原地转向。

3.根据权利要求1所述的用于楼层间的物品运输机器人，其特征在于，机械臂包括车架[5]、第一旋转台[6]、第一旋转台电机[7]、转盘[8]、线性模组[9]、模组电机[10]、摄像头[11]、固定支架[12]、第二旋转台[13]、旋转杆[14]、丝杠电机[15]、伸缩杆[16]、驱动器[18]；

车架[5]固定在车底板[1]上方，第一旋转台[6]固定安装在车架[5]的上表面，第一旋转台[6]上设置第一旋转台电机[7]，第一旋转台电机[7]通的输出轴驱动第一旋转台[6]相对车架[5]旋转，第一旋转台[6]顶部的输出转台上设置转盘[8]，转盘[8]上设置驱动器[18]、线性模组[9]，驱动器[18]用于驱动对应的电机，模组电机[10]通过其输出轴与线性模组[9]相连，固定支架[12]固定安装在线性模组[9]上，摄像头[11]固定安装在固定支架[12]上，第二旋转台[13]固定安装在固定支架[12]上，旋转杆[14]与第二旋转台[13]的输出台连接，旋转杆[14]的另一端与伸缩杆[16]固定安装，丝杠电机[15]与伸缩杆[16]的一端相连接，驱动其运动；

第一旋转台[6]带动转盘[8]，实现了机器手可以360°的工作；第二旋转台[13]带动旋转杆[14]转动，使机械臂有一定高度范围的工作区间；丝杠电机[15]驱动伸缩杆[16]进行按压工作。

4.根据权利要求1所述的用于楼层间的物品运输机器人，其特征在于，其中所述4个全向轮模块[A]对称分布在车底板[1]左右两侧和前后两侧。

5.根据权利要求3所述的用于楼层间的物品运输机器人，其特征在于，驱动器[18]的数量为四个，分别用于驱动第一旋转台电机[7]、模组电机[10]、第二旋转台[13]的电机和丝杠电机[15]。