CN108436941A - 冰壶机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冰壶机器人，包括冰壶搬运机器人和冰壶保养机器人，首先冰壶搬运机器人在冰壶场上对冰壶进行收集和搬运，冰壶搬运机器人抓取冰壶并运送至冰壶保养机器人，在冰壶保养机器人中，通过舱门传送机对冰壶进行接收和传输，经过工业CT检测***进行质量检测，然后通过升降传送机和吸盘旋转臂的配合将冰壶底部暴露给执行保养工序的机械手，在旋转台的旋转驱动下切换冰壶的位置，使冰壶底部依次与擦洗、打蜡、烘烤、气氮冷却、抛光等机械手接触，实现了冰壶的专业保养。采用该冰壶机器人可以将冰壶的搬运与保养，从人工操作转换到机械自动化进行，无需再请专业人员，方便了冰壶的养护，能够延长冰壶的使用寿命，更好的为冰壶运动服务。

Description

冰壶机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种冰壶机器人。

背景技术

冰壶(Curling)，是以队为单位在冰上进行的一种投掷性竞赛项目，冬奥会比赛项目，并设有冰壶世锦赛。设男女2个小项，每队为四人。冰壶为圆壶状，由不含云母的苏格兰天然花岗岩制成，且世界上所有的制造优质冰壶用的天然花岗岩均产自苏格兰近海的一个小岛，也只有苏格兰人掌握着制作世界顶尖水平冰壶的技术。冰壶周长约为91.44厘米，高(从壶的底部到顶部)11.43厘米，重量(包括壶柄和壶栓)最大为19.96公斤。刷冰是为了减小冰壶与冰面间摩擦。有人把冰壶称作“冰上国际象棋”，这一比喻很好地诠释了冰壶的神秘与高雅。

1924年，冰壶首次以表演项目的形式在冬奥会上亮相。1966年国际冰上溜石联合会成立，1991年改为世界冰上溜石联合会，同时获得了国际奥委会的承认。冰上溜石曾于1924年、1932年、1936年、1964年、1968年、1992年6次被列为冬奥会表演项目。1993年国际奥委会决定，从1998年开始，冰上溜石列为冬奥会正式比赛项目。在亚洲，冰壶从第五届亚冬会开始列为正式比赛项目。

跟其他运动器材一样，冰壶也需要经常的保养与维护，但冰壶的保养需要专业人员进行，要求苛刻，步骤复杂，加上大多数运动员和教练员缺少保养与维修的知识与意识，致使冰壶的使用寿命缩短。

发明内容

本发明的目的在于提出一种冰壶机器人，以更好的对冰壶进行保养，延长冰壶的使用寿命。

一种冰壶机器人，包括冰壶搬运机器人和冰壶保养机器人，所述冰壶搬运机器人包括底盘、安装在所述底盘上的机械臂、以及安装在所述底盘四周的行走***，所述底盘的前方设有摄像头识别***，所述摄像头识别***用于对冰壶进行识别，所述机械臂连接吊耳，所述吊耳连接吸爪，所述吸爪用于抓取冰壶，所述冰壶保养机器人包括外壳、设于所述外壳外部的舱门传送机，所述舱门传送机用于将所述冰壶搬运机器人搬运的冰壶传送至所述外壳的内部，所述舱门传送机的上方设有工业CT检测***，所述工业CT检测***用于对冰壶进行检测，所述外壳的内部设有底层固定支座，所述底层固定支座上设有支撑板，所述支撑板与所述底层固定支座之间设有减震轮，所述支撑板上设有升降传送机、旋转台、吸盘旋转臂、擦洗机械手、打蜡机械手、烘烤机械手、气氮冷却机械手、抛光机械手，所述升降传送机与所述舱门传送机对接，所述升降传送机位于两个所述旋转台之间，所述吸盘旋转臂设于所述升降传送机的正上方，所述吸盘旋转臂用于吸住冰壶，并以一支撑轴为中心进行旋转，使冰壶底部与各个机械手接触。

根据本发明提出的冰壶机器人，首先是冰壶搬运机器人在冰壶场上对冰壶进行收集和搬运，冰壶搬运机器人会抓取冰壶并运送至冰壶保养机器人，在冰壶保养机器人中，通过舱门传送机对冰壶进行接收和传输，途中会经过工业CT检测***，对冰壶进行质量检测，然后通过内部的升降传送机和吸盘旋转臂的配合将冰壶底部暴露给执行保养工序的机械手，在旋转台的旋转驱动下切换冰壶的位置，使冰壶底部依次与擦洗机械手、打蜡机械手、烘烤机械手、气氮冷却机械手、抛光机械手接触，实现冰壶的专业级保养。采用该冰壶机器人将冰壶的保养与维护从专业人工操作维护保养转换到机械数字化自动化进行，无需再请专业人员对冰壶进行保养，方便了冰壶的养护，能够延长冰壶的使用寿命，更好的为冰壶运动服务。

另外，根据本发明提供的冰壶机器人，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述机械臂包括第一子臂和第二子臂，所述第一子臂与所述第二子臂活动连接，所述底盘与所述第一子臂活动连接，所述第二子臂通过平衡连杆机构与所述吊耳连接，所述平衡连杆机构与所述第二子臂之间设有第一气缸，所述第一子臂与所述底盘之间设有第二气缸，所述第二子臂与所述底盘之间设有第三气缸，所述吊耳与所述吸爪之间设有第四气缸。

进一步地，所述行走***采用麦克纳姆轮，每个所述麦克纳姆轮均配备一个二级圆柱直齿轮减速箱，且四个所述麦克纳姆轮分别由各自的电机控制。

进一步地，所述舱门传送机包括支撑架，所述支撑架上设有外部传送带，所述支撑架的底部连接起落架，所述支撑架与所述起落架之间设有第五气缸和第六气缸，所述支撑架远离所述外壳的一端连接滚轮，所述支撑架与所述滚轮之间设有第七气缸。

进一步地，所述升降传送机包括升降支撑板，所述升降支撑板安装在所述支撑板上，所述升降支撑板上设有升降机剪刀撑杆、电机和丝杆，所述升降机剪刀撑杆与所述升降支撑板滑动连接，所述升降机剪刀撑杆上设有内部传送带，所述内部传送带与所述外部传送带对接。

进一步地，所述电机采用步进电机。

进一步地，所述吸盘旋转臂包括吸盘和设于所述吸盘两侧的支撑臂，所述吸盘与所述支撑臂转动连接，所述吸盘能以所述吸盘与所述支撑臂的连接点为中心旋转，所述吸盘与所述支撑臂通过升降滑块连接。

进一步地，所述底层固定支撑板和所述支撑板均呈圆形，所述旋转台的数量为5个，5个所述旋转台均匀分布在所述支撑板上。

进一步地，所述旋转台上设有进气口和储气槽，所述支撑板的中间设有机械手工作台安装支柱，所述机械手工作台安装支柱的底部固定在所述底层固定支撑板上，所述机械手工作台安装支柱穿过所述支撑板，所述擦洗机械手、所述打蜡机械手、所述烘烤机械手、所述气氮冷却机械手、所述抛光机械手通过所述机械手工作台安装支柱固定在所述底层固定支撑板上。

进一步地，所述底层固定支撑板和所述支撑板之间设有第一驱动齿轮和与所述第一驱动齿轮配合的第二驱动齿轮，所述第一驱动齿轮和所述第二驱动齿轮用于驱动所述减震轮以所述底层固定支撑板的圆心为中心旋转运动。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例的冰壶机器人的结构示意图；

图2是图1中冰壶搬运机器人的结构示意图；

图3是图1中冰壶保养机器人(去掉外壳)的结构示意图；

图4是图3中舱门传送机的结构示意图；

图5是图3中吸盘旋转臂的结构示意图；

图6是图1中行走***的结构示意图；

图7是图3中升降传送机的结构示意图；

图8是图3中底层固定支座24、支撑板25以及旋转台的结构示意图；

图9是图3中擦洗机械手、打蜡机械手、烘烤机械手、气氮冷却机械手、抛光机械手的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图9，本发明的一实施例提出的冰壶机器人，包括冰壶搬运机器人10和冰壶保养机器人20，还应包括相应的控制***，本实施例中，控制***具体采用PLC控制***，使用方便，编程简单，且功能强，性能价格比高。

所述冰壶搬运机器人10包括底盘11、安装在所述底盘11上的机械臂12、以及安装在所述底盘11四周的行走***13，所述底盘11的前方设有摄像头识别***14，所述摄像头识别***14用于对冰壶进行识别。摄像头识别***14具体是由镜头采集图像后，由摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转换成电脑所能识别的数字信号，然后借由并行端口或USB连接输入到电脑后由软件再进行图像还原，对冰壶进行精确识别和位置判断。摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片中加工处理，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。本实施例中，具体采用了双目广角防抖视觉***，该***采用基于Kinect的实时冰壶识别，可精确无误对冰壶进行精确识别和位置判断。

所述机械臂12连接吊耳15，所述吊耳15连接吸爪16，所述吸爪16用于抓取冰壶。

所述冰壶保养机器人20包括外壳21、设于所述外壳21外部的舱门传送机22，所述舱门传送机22用于将所述冰壶搬运机器人10搬运的冰壶传送至所述外壳21的内部。

所述舱门传送机22的上方设有工业CT检测***23，所述工业CT检测***23用于对冰壶进行检测。工业CT检测***23装配在舱门入口处，在冰壶传送过程中进行检测，工作原理是当经过准直且一定能量的射线束穿过被检物时，根据各个透射方向上各体积元的衰减系数从不同，探测器接收到的透射能量也不同。按照一定的图像重建算法，即可获得被检工件截面一薄层无影像重叠的断层扫描图像，重复上述过程又可获得一个新的断层图像，当测得足够多的二维断层图像就可重建出三维图像。工业CT检测***23能在对冰壶从整体到局部，从外表到内部，从四周到底面无损伤条件下检测出冰壶的受损情况，及时做出反馈，为下一步的维护保养工作做好充分准备。

所述外壳21的内部设有底层固定支座24，所述底层固定支座24上设有支撑板25，所述支撑板25与所述底层固定支座24之间设有减震轮26。

所述支撑板25上设有升降传送机27、旋转台28、吸盘旋转臂29、擦洗机械手30、打蜡机械手31、烘烤机械手32、气氮冷却机械手33、抛光机械手34。

所述升降传送机27与所述舱门传送机22对接，所述升降传送机27位于两个所述旋转台28之间，所述吸盘旋转臂29设于所述升降传送机27的正上方，所述吸盘旋转臂29用于吸住冰壶，并以一支撑轴为中心进行旋转，使冰壶与各个机械手(擦洗机械手30、打蜡机械手31、烘烤机械手32、气氮冷却机械手33、抛光机械手34)接触。具体的，所述吸盘旋转臂29包括吸盘291和设于所述吸盘291两侧的支撑臂292，所述吸盘291与所述支撑臂292转动连接，所述吸盘291能以所述吸盘291与所述支撑臂292的连接点为中心旋转，所述吸盘291与所述支撑臂292通过升降滑块293连接。

五台机械手分别由各自的舵机控制运动，控制***相互独立，灵活工作，分别完成擦洗、打蜡、烘烤、冷却、抛光五项工艺，通过精准控制以及将专业的维护保养工艺写入控制程序，其中：

擦洗机械手30是用特殊软皮质材料制成的软质毛刷，通过电机转动带动毛刷转动对冰壶底面摩擦环部擦几下，目的不仅是擦掉冰壶底面摩擦环所粘的雪末或杂质，重要的是摩擦出光亮滑面。

打蜡机械手31是用喷管将蜡加热成液体状，再通过当螺旋挤出机将热蜡挤出，均匀涂抹到冰壶底部，让其附着在石体表层，待其自然冷却凝固。

烘烤机械手32装配了酒精喷灯，是以酒精作为燃料，喷灯发出均匀适合的火焰，是冰壶底部受热均匀，将冰壶底部的固体蜡加热融化。

气氮冷却机械手33配备小型气氮罐，利用气氮的低温特性使得烘烤的冰壶底部迅速冷却，达到了维护的工艺要求，冰壶温度始终保持在与冰面温度差别不大，保持在±3℃之间。

抛光机械手34是使用电机带动专业特质的抛光轮对刚刚冷却后的冰壶进行抛光至光亮滑面，露出原石光滑度与光泽，至此为止维护工艺就算完成了。

本实施例中，所述机械臂12包括第一子臂121和第二子臂122，所述第一子臂121与所述第二子臂122活动连接，所述底盘11与所述第一子臂121活动连接，所述第二子臂122通过平衡连杆机构123与所述吊耳15连接，所述平衡连杆机构123与所述第二子臂122之间设有第一气缸124，所述第一子臂121与所述底盘11之间设有第二气缸125，所述第二子臂125与所述底盘11之间设有第三气缸126，所述吊耳15与所述吸爪16之间设有第四气缸127。第二气缸125与第三气缸126工作控制机械臂12的伸展与收缩，当靠近冰壶的位置时，第一气缸124推动平衡连杆机构123实现在机械臂12伸展收缩，抓举冰壶过程中冰壶始底部终保持在水平稳定，然后第四气缸127工作使吸爪16展开合并，吸盘辅助抓取冰壶。

所述行走***13采用麦克纳姆轮，每个所述麦克纳姆轮均配备一个二级圆柱直齿轮减速箱131，且四个所述麦克纳姆轮分别由各自的电机控制。具体的，还可也在每个麦克纳姆轮的轮缘上斜向设置一些小滚子，实现横向滑移。当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动。

所述舱门传送机22包括支撑架221，所述支撑架221上设有外部传送带222，所述支撑架221的底部连接起落架223，所述支撑架221与所述起落架223之间设有第五气缸224和第六气缸225，所述支撑架221远离所述外壳21的一端连接滚轮226，所述支撑架221与所述滚轮226之间设有第七气缸227。

舱门传送机22由第六气缸225控制整个舱门的开启，步进电机控制传送，起落架223由连杆机构组成，主要是支撑地面。在第五气缸224的推动下，起落架223放下，第七气缸227推动延伸支撑连杆，稳稳地撑住地面，同时起到减震作用。

所述升降传送机27包括升降支撑板271，所述升降支撑板271安装在所述支撑板25上，所述升降支撑板271上设有升降机剪刀撑杆272、电机273和丝杆274，所述升降机剪刀撑杆272与所述升降支撑板271滑动连接，所述升降机剪刀撑杆272上设有内部传送带275，所述内部传送带275与所述外部传送带222对接。所述电机273具体采用步进电机。升降传送机27由步进电机控制丝杆274传动移动滑块，升降机剪刀撑杆272相互靠近而控制升降，再由另一个步进电机则控制冰壶在内部传送带275上的传送。

所述底层固定支撑板24和所述支撑板25均呈圆形，所述旋转台28的数量为5个，5个所述旋转台28均匀分布在所述支撑板25上。

所述旋转台28上设有进气口281和储气槽282，所述支撑板25的中间设有机械手工作台安装支柱251，所述机械手工作台安装支柱251的底部固定在所述底层固定支撑板24上，所述机械手工作台安装支柱251穿过所述支撑板25，所述擦洗机械手30、所述打蜡机械手31、所述烘烤机械手32、所述气氮冷却机械手33、所述抛光机械手34通过所述机械手工作台安装支柱251固定在所述底层固定支撑板24上。

所述底层固定支撑板24和所述支撑板25之间设有第一驱动齿轮和与所述第一驱动齿轮配合的第二驱动齿轮，所述第一驱动齿轮和所述第二驱动齿轮用于驱动所述减震轮26以所述底层固定支撑板24的圆心为中心旋转运动。

根据本实施例提出的冰壶机器人，首先是冰壶搬运机器人在冰壶场上对冰壶进行收集和搬运，冰壶搬运机器人会抓取冰壶并运送至冰壶保养机器人，在冰壶保养机器人中，通过舱门传送机对冰壶进行接收和传输，途中会经过工业CT检测***，对冰壶进行质量检测，然后通过内部的升降传送机和吸盘旋转臂的配合将冰壶底部暴露给执行保养工序的机械手，在旋转台的旋转驱动下切换冰壶的位置，使冰壶底部依次与擦洗机械手、打蜡机械手、烘烤机械手、气氮冷却机械手、抛光机械手接触，实现冰壶的专业级保养。采用该冰壶机器人将冰壶的保养与维护从专业人工操作维护保养转换到机械数字化自动化进行，无需再请专业人员对冰壶进行保养，方便了冰壶的养护，能够延长冰壶的使用寿命，更好的为冰壶运动服务。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种冰壶机器人，其特征在于，包括冰壶搬运机器人和冰壶保养机器人，所述冰壶搬运机器人包括底盘、安装在所述底盘上的机械臂、以及安装在所述底盘四周的行走***，所述底盘的前方设有摄像头识别***，所述摄像头识别***用于对冰壶进行识别，所述机械臂连接吊耳，所述吊耳连接吸爪，所述吸爪用于抓取冰壶，所述冰壶保养机器人包括外壳、设于所述外壳外部的舱门传送机，所述舱门传送机用于将所述冰壶搬运机器人搬运的冰壶传送至所述外壳的内部，所述舱门传送机的上方设有工业CT检测***，所述工业CT检测***用于对冰壶进行检测，所述外壳的内部设有底层固定支座，所述底层固定支座上设有支撑板，所述支撑板与所述底层固定支座之间设有减震轮，所述支撑板上设有升降传送机、旋转台、吸盘旋转臂、擦洗机械手、打蜡机械手、烘烤机械手、气氮冷却机械手、抛光机械手，所述升降传送机与所述舱门传送机对接，所述升降传送机位于两个所述旋转台之间，所述吸盘旋转臂设于所述升降传送机的正上方，所述吸盘旋转臂用于吸住冰壶，并以一支撑轴为中心进行旋转，使冰壶与各个机械手接触。

2.根据权利要求1所述的冰壶机器人，其特征在于，所述机械臂包括第一子臂和第二子臂，所述第一子臂与所述第二子臂活动连接，所述底盘与所述第一子臂活动连接，所述第二子臂通过平衡连杆机构与所述吊耳连接，所述平衡连杆机构与所述第二子臂之间设有第一气缸，所述第一子臂与所述底盘之间设有第二气缸，所述第二子臂与所述底盘之间设有第三气缸，所述吊耳与所述吸爪之间设有第四气缸。

3.根据权利要求1所述的冰壶机器人，其特征在于，所述行走***采用麦克纳姆轮，每个所述麦克纳姆轮均配备一个二级圆柱直齿轮减速箱，且四个所述麦克纳姆轮分别由各自的电机控制。

4.根据权利要求1所述的冰壶机器人，其特征在于，所述舱门传送机包括支撑架，所述支撑架上设有外部传送带，所述支撑架的底部连接起落架，所述支撑架与所述起落架之间设有第五气缸和第六气缸，所述支撑架远离所述外壳的一端连接滚轮，所述支撑架与所述滚轮之间设有第七气缸。

5.根据权利要求4所述的冰壶机器人，其特征在于，所述升降传送机包括升降支撑板，所述升降支撑板安装在所述支撑板上，所述升降支撑板上设有升降机剪刀撑杆、电机和丝杆，所述升降机剪刀撑杆与所述升降支撑板滑动连接，所述升降机剪刀撑杆上设有内部传送带，所述内部传送带与所述外部传送带对接。

6.根据权利要求1所述的冰壶机器人，其特征在于，所述电机采用步进电机。

7.根据权利要求1所述的冰壶机器人，其特征在于，所述吸盘旋转臂包括吸盘和设于所述吸盘两侧的支撑臂，所述吸盘与所述支撑臂转动连接，所述吸盘能以所述吸盘与所述支撑臂的连接点为中心旋转，所述吸盘与所述支撑臂通过升降滑块连接。

8.根据权利要求1所述的冰壶机器人，其特征在于，所述底层固定支撑板和所述支撑板均呈圆形，所述旋转台的数量为5个，5个所述旋转台均匀分布在所述支撑板上。

9.根据权利要求8所述的冰壶机器人，其特征在于，所述旋转台上设有进气口和储气槽，所述支撑板的中间设有机械手工作台安装支柱，所述机械手工作台安装支柱的底部固定在所述底层固定支撑板上，所述机械手工作台安装支柱穿过所述支撑板，所述擦洗机械手、所述打蜡机械手、所述烘烤机械手、所述气氮冷却机械手、所述抛光机械手通过所述机械手工作台安装支柱固定在所述底层固定支撑板上。

10.根据权利要求1所述的冰壶机器人，其特征在于，所述底层固定支撑板和所述支撑板之间设有第一驱动齿轮和与所述第一驱动齿轮配合的第二驱动齿轮，所述第一驱动齿轮和所述第二驱动齿轮用于驱动所述减震轮以所述底层固定支撑板的圆心为中心旋转运动。