CN109048844A - 一种机械臂结构及其构建的捡球机器人 - Google Patents

一种机械臂结构及其构建的捡球机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机械臂结构及其构建的捡球机器人，属于体育器材领域。本发明包括机械臂、机械手；机械臂与机械手连接。本发明机械臂结构采用机械臂和机械手共同作用可以进行捏合动作，将该结构用于构建的捡球机器人可以有效地拾取球放入回收框从而实现捡球。

Description

一种机械臂结构及其构建的捡球机器人
技术领域
本发明涉及一种机械臂结构及其构建的捡球机器人，属于体育器材领域。
背景技术
从二十世纪八十年代中期开始，机器人逐渐从工厂的结构化走向各行各业，进入二十一世纪，人们已经愈来愈亲身地感受到机器人深入生产、生活和社会的坚实步伐。近年来，越来越多的服务机器人也被运用于各个行业，用于协助、服务，医疗，教育，娱乐等多种环境。球类机器人作为一个服务娱乐类重要的研究对象，也逐渐成为各国所开发的热点。
捡球机器人作为服务机器人的一大种类，近五年已成为机器人研究领域的热点。研制的机器人主要有高尔夫球、网球、乒乓球和羽毛球等捡拾机器人。经过国内外研究现状总结分析可知，除研制出高尔夫专用收球机器人产品外，目前针对球类物体捡拾机器人的研究成果比较少，大部分仍处于初级研究和尝试阶段，综合技术水平和服务水平偏低。目前，球类回收机器人的市场正向不断发展，经过国内外研究现状总结分析可知，针对球类回收机器人研究成果较少，大多处于正在研究和尝试调试样机阶段，服务性能不好、工作性能一般。然而，随着服务机器人的自动化要求提高，服务机器人的自动化和无人化成为当今机器人发展的迫切需求，就球类回收机器人而言，当下多为人机结合，或控制与操作互相干扰，既增加了劳动成本投入，加大了当今社会人口老龄化人力资源匮乏情况下的人力资源负担，又加大了技术和资源成本的投入。
发明内容
本发明提供了一种机械臂结构及其构建的捡球机器人，通过合理的构成及连接构成机械臂结构实现捏合动作，通过其构建的捡球机器人用于捡球。
本发明的技术方案是：一种机械臂结构，包括机械臂、机械手13；机械臂与机械手13连接；
所述机械臂包括主机械臂一9、主机械臂二11、主机械臂三12、电机座一44、电机一45、轴承二43、电机座二52、电机二46、轴承三66、电机座三48、电机三49和轴承四50，手臂上47与手臂下51通过螺栓连接固定成主机械臂三12；其中电机一45安装在电机座一44上，电机座一44安装在主机械臂一9上，电机一45输出轴与主机械臂二11固连，主机械臂一9与主机械臂二11通过轴承二43形成转动副；电机二46安装在电机座二52上，电机座二52安装在主机械臂三11上，电机二46输出轴与主机械臂三12固连，主机械臂二11与主机械臂三12通过轴承三66形成转动副；电机三49安装在电机座三48上，电机座三48安装在主机械臂三12上，电机三48输出轴与机械手13固连，主机械臂三12与机械手13通过轴承四50形成转动副；电机一45输出轴驱动主机械臂二11运动，电机二46输出轴驱动主机械臂三12运动，电机三49输出轴驱动机械手13运动；
所述机械手13包括连接关节53、支撑手腕54、旋转盘55、轴承一56、手爪连杆一57、手爪连杆二58、仿真手指一59、托盘60、仿真手指二61、旋转电机62；其中支撑手腕54一端安装在连接关节53上，支撑手腕54另一端安装在托盘60上，旋转电机62安装在托盘60上，旋转电机62主轴与旋转盘55固连，手爪连杆一57通过轴承一56与旋转盘55上的槽形成转动副，手爪连杆一57与手爪连杆二58通过铰链形成转动副，连杆二58通过铰链与仿真手指一59形成转动副，仿真手指一59与仿真手指二61通过螺栓连接固定成仿真手指，手爪电机三49输出轴驱动整个机械手13的旋转运动，旋转电机62输出轴驱动旋转盘55转动，旋转盘55的转动会通过相连的手爪连杆一57、手爪连杆二58带动仿生手指一59、仿真手指二61进行捏合。
一种机械臂结构构建的捡球机器人，还包括行走转向机构1、车体支撑减震机构2、车体6、回收框8；回收框8安装在车体6后侧，机械臂与机械手13连接，安装在车体6两侧；
所述行走转向机构1包括支撑架63、橡胶轮64、驱动电机一65，其行走转向机构1为四驱四轮式结构，支撑架63两侧分别布置有两个橡胶轮64，橡胶轮64与驱动电机一65的输出轴固连，驱动电机一65安装在车体支撑减震机构2的工形架电机座68上，通过四个驱动电机一65的转动带动橡胶轮64的转动从而带动车体6的转向以及进退；
所述车体支撑减震机构2包括L形架14、弹簧15、上连杆16、工形架电机座68和下连杆69；其中L形架14与支撑架63连接，上连杆16、下连杆69和L形架14末端、工形架电机座68末端构成一个平行四边形支架，连接端点处均用铰链连接形成转动副，弹簧15通过铰链与四边形支架对角连接形成转动副；
所述车体6包括上下壳体和减速装置，其中减速装置包括驱动电机二17、联轴器18、小轴承19、小齿轮20、小轴承座21、大轴承座22、轴23、大齿轮24和大轴承25；其中下壳体内侧为支撑架63，下壳体上方为上壳体，驱动电机二17安装在上壳体上，驱动电机二17轴通过联轴器18与小齿轮20轴相连，小齿轮20与大齿轮24啮合，小齿轮20通过小轴承19安装在小轴承座21上，小轴承座21安装在上壳体上，大齿轮24安装在轴23上，轴23通过大轴承25安装大轴承座22上，大轴承座22安装在上壳体上，轴23一端与主机械臂一9连接，驱动电机二17输出轴驱动小齿轮20从而驱动大齿轮24运动，通过轴23实现机械臂中主机械臂一9的运动。
还包括换框模块10；所述换框模块10包括箱体35、光杆34、卡扣33、液压缸32；其中光杆34固连在箱体35上，液压缸32通过铰链与卡扣33连接，箱体35安装在车体6背面，卡扣33与回收框8连接，通过控制输出使液压缸32工作，推动卡扣33在光杆34上移动，放下回收框8。
还包括安装在车体6正面的避障模块4、安装在车体6顶端的捡球机器人视觉模块7、主控制器，避障模块4采用红外线避障传感器，捡球机器人视觉模块7采用Pixy CmuCam5图像识别传感器67；红外线避障传感器用于机器人行走过程中进行避障，Pixy CmuCam5图像识别传感器67用于将视觉采集捕捉到的球的位置信息传送给主控制器，控制行走转向机构1移动定位。
本发明的有益效果是：本发明机械臂结构采用机械臂和机械手共同作用可以进行捏合动作，将该结构用于构建的捡球机器人可以有效地拾取球放入回收框从而实现捡球。
附图说明
图1为本发明斜二侧示意图；
图2为本发明行走转向机构和车体支撑减震机构示意图；
图3为本发明车体内部减速装置示意图；
图4为本发明换框模块示意图；
图5为本发明机械臂示意图；
图6为本发明机械臂局部放大示意图；
图7为本发明机械手示意图一；
图8为本发明机械手示意图二；
图9为本发明Pixy CmuCam5图像识别传感器示意图；
图中各标号为：1-行走转向机构，2-车体支撑减震机构，4-避障模块，6-车体，7-机械臂结构视觉模块，8-回收框，9-主机械臂一，10-换框模块，11-主机械臂二，12-主机械臂三，13-机械手，14-支架，15-弹簧，16-连杆，17-驱动电机二，18-联轴器，19-小轴承，20-小齿轮，21-小轴承座，22-大轴承座，23-轴，24-大齿轮，25-大轴承，32-液压缸，33-卡扣，34-光杆，35-箱体，43-轴承二，44-电机座一，45-电机一，46-电机二，47-手臂上，48-电机座二，49-电机三，50-轴承四，51-手臂下，52-电机座二，53-连接关节，54-支撑手腕，55-旋转盘，56-轴承一，57-手爪连杆一，58-手爪连杆二，59-仿生手指一，60-托盘，61-仿真手指二，62-旋转电机，63-支撑架，64-橡胶轮，65-驱动电机一，66-轴承三，67-Pixy CmuCam5图像识别传感器，68-工形架电机座，69-下连杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1-图9所示，一种机械臂结构，包括机械臂、机械手13；机械臂与机械手13连接；
所述机械臂包括主机械臂一9、主机械臂二11、主机械臂三12、电机座一44、电机一45、轴承二43、电机座二52、电机二46、轴承三66、电机座三48、电机三49和轴承四50，手臂上47与手臂下51通过螺栓连接固定成主机械臂三12；其中电机一45安装在电机座一44上，电机座一44安装在主机械臂一9上，电机一45输出轴与主机械臂二11固连，主机械臂一9与主机械臂二11通过轴承二43形成转动副；电机二46安装在电机座二52上，电机座二52安装在主机械臂三11上，电机二46输出轴与主机械臂三12固连，主机械臂二11与主机械臂三12通过轴承三66形成转动副；电机三49安装在电机座三48上，电机座三48安装在主机械臂三12上，电机三48输出轴与机械手13固连，主机械臂三12与机械手13通过轴承四50形成转动副；电机一45输出轴驱动主机械臂二11运动，电机二46输出轴驱动主机械臂三12运动，电机三49输出轴驱动机械手13运动；所述机械手13包括连接关节53、支撑手腕54、旋转盘55、轴承一56、手爪连杆一57、手爪连杆二58、仿真手指一59、托盘60、仿真手指二61、旋转电机62；其中支撑手腕54一端安装在连接关节53上，支撑手腕54另一端安装在托盘60上，旋转电机62安装在托盘60上，旋转电机62主轴与旋转盘55固连，手爪连杆一57通过轴承一56与旋转盘55上的槽形成转动副，手爪连杆一57与手爪连杆二58通过铰链形成转动副，连杆二58通过铰链与仿真手指一59形成转动副，仿真手指一59与仿真手指二61通过螺栓连接固定成仿真手指，手爪电机三49输出轴驱动整个机械手13的旋转运动，旋转电机62输出轴驱动旋转盘55转动，旋转盘55的转动会通过相连的手爪连杆一57、手爪连杆二58带动仿生手指一59、仿真手指二61进行捏合。
一种机械臂结构构建的捡球机器人，除包括机械臂结构的具体处，还包括行走转向机构1、车体支撑减震机构2、车体6、回收框8；回收框8安装在车体6后侧，机械臂与机械手13连接，安装在车体6两侧；所述行走转向机构1包括支撑架63、橡胶轮64、驱动电机一65，其行走转向机构1为四驱四轮式结构，支撑架63两侧分别布置有两个橡胶轮64，橡胶轮64与驱动电机一65的输出轴固连，驱动电机一65安装在车体支撑减震机构2的工形架电机座68上，通过四个驱动电机一65的转动带动橡胶轮64的转动从而带动车体6的转向以及进退；所述车体支撑减震机构2包括L形架14、弹簧15、上连杆16、工形架电机座68和下连杆69；其中L形架14与支撑架63连接，上连杆16、下连杆69和L形架14末端、工形架电机座68末端构成一个平行四边形支架，连接端点处均用铰链连接形成转动副，弹簧15通过铰链与四边形支架对角连接形成转动副，车体6运动或震动时，弹簧15伸缩，四边形支架倾斜，起到缓冲和稳定车体的作用及保证橡胶轮64与地面的运动垂直性；所述车体6包括上下壳体和减速装置，其中减速装置包括驱动电机二17、联轴器18、小轴承19、小齿轮20、小轴承座21、大轴承座22、轴23、大齿轮24和大轴承25；其中下壳体内侧为支撑架63，下壳体上方为上壳体，驱动电机二17安装在上壳体上，驱动电机二17轴通过联轴器18与小齿轮20轴相连，小齿轮20与大齿轮24啮合，小齿轮20通过小轴承19安装在小轴承座21上，小轴承座21安装在上壳体上，大齿轮24安装在轴23上，轴23通过大轴承25安装大轴承座22上，大轴承座22安装在上壳体上，轴23一端与主机械臂一9连接，驱动电机二17输出轴驱动小齿轮20从而驱动大齿轮24运动，通过轴23实现机械臂中主机械臂一9的运动。
进一步地，可以设置还包括换框模块10；所述换框模块10包括箱体35、光杆34、卡扣33、液压缸32；其中光杆34固连在箱体35上，液压缸32通过铰链与卡扣33连接，箱体35安装在车体6背面，卡扣33与回收框8连接，通过控制输出使液压缸32工作，推动卡扣33在光杆34上移动，放下回收框8。
进一步地，可以设置还包括安装在车体6正面的避障模块4、安装在车体6顶端的捡球机器人视觉模块7、主控制器，避障模块4采用红外线避障传感器，捡球机器人视觉模块7采用Pixy CmuCam5图像识别传感器67；红外线避障传感器用于机器人行走过程中进行避障，Pixy CmuCam5图像识别传感器67用于将视觉采集捕捉到的球的位置信息传送给主控制器，控制行走转向机构1移动定位。
本发明的工作过程是：
避障模块4、机械臂结构视觉模块7、主控制器的设计可以在使用的过程中配合机械结构进行相应运动，驱动电机一65驱动橡胶轮54进行移动，从而带动车体6的转向以及进退。
具体的，与机械臂配合实现球的拾取：通过车体6上的电机一7驱动轴，随后轴上的齿轮进行运动，进行减速传递动力到主机械臂一9，随后电机一45、电机二46、电机三49相互配合，将机械手13包围球范围，旋转电机62驱动旋转盘55，通过相连的手爪连杆58带动仿生手指夹紧球，随后机械臂和机械手相互作用，将球放入回收桶8中。可以在球桶顶部设计有触电器，当球桶装满，触电器发出警报，机器人随后拖着装满的球桶到固定位置，换框模块10中液压缸32驱动卡扣33在光杆34上下降，放下回收桶8，随后卡扣33在光杆34上上升，带上空回收桶8。机械臂的设计可以更好地用于拾取大球。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种机械臂结构，其特征在于：包括机械臂、机械手(13)；机械臂与机械手(13)连接；
所述机械臂包括主机械臂一(9)、主机械臂二(11)、主机械臂三(12)、电机座一(44)、电机一(45)、轴承二(43)、电机座二(52)、电机二(46)、轴承三(66)、电机座三(48)、电机三(49)和轴承四(50)，手臂上(47)与手臂下(51)通过螺栓连接固定成主机械臂三(12)；其中电机一(45)安装在电机座一(44)上，电机座一(44)安装在主机械臂一(9)上，电机一(45)输出轴与主机械臂二(11)固连，主机械臂一(9)与主机械臂二(11)通过轴承二(43)形成转动副；电机二(46)安装在电机座二(52)上，电机座二(52)安装在主机械臂三(11)上，电机二(46)输出轴与主机械臂三(12)固连，主机械臂二(11)与主机械臂三(12)通过轴承三(66)形成转动副；电机三(49)安装在电机座三(48)上，电机座三(48)安装在主机械臂三(12)上，电机三(48)输出轴与机械手(13)固连，主机械臂三(12)与机械手(13)通过轴承四(50)形成转动副；电机一(45)输出轴驱动主机械臂二(11)运动，电机二(46)输出轴驱动主机械臂三(12)运动，电机三(49)输出轴驱动机械手(13)运动；
所述机械手(13)包括连接关节(53)、支撑手腕(54)、旋转盘(55)、轴承一(56)、手爪连杆一(57)、手爪连杆二(58)、仿真手指一(59)、托盘(60)、仿真手指二(61)、旋转电机(62)；其中支撑手腕(54)一端安装在连接关节(53)上，支撑手腕(54)另一端安装在托盘(60)上，旋转电机(62)安装在托盘(60)上，旋转电机(62)主轴与旋转盘(55)固连，手爪连杆一(57)通过轴承一(56)与旋转盘(55)上的槽形成转动副，手爪连杆一(57)与手爪连杆二(58)通过铰链形成转动副，连杆二(58)通过铰链与仿真手指一(59)形成转动副，仿真手指一(59)与仿真手指二(61)通过螺栓连接固定成仿真手指，手爪电机三(49)输出轴驱动整个机械手(13)的旋转运动，旋转电机(62)输出轴驱动旋转盘(55)转动，旋转盘(55)的转动会通过相连的手爪连杆一(57)、手爪连杆二(58)带动仿生手指一(59)、仿真手指二(61)进行捏合。
2.一种根据权利要求1所述的机械臂结构构建的捡球机器人，其特征在于：还包括行走转向机构(1)、车体支撑减震机构(2)、车体(6)、回收框(8)；回收框(8)安装在车体(6)后侧，机械臂与机械手(13)连接，安装在车体(6)两侧；
所述行走转向机构(1)包括支撑架(63)、橡胶轮(64)、驱动电机一(65)，其行走转向机构(1)为四驱四轮式结构，支撑架(63)两侧分别布置有两个橡胶轮(64)，橡胶轮(64)与驱动电机一(65)的输出轴固连，驱动电机一(65)安装在车体支撑减震机构(2)的工形架电机座(68)上，通过四个驱动电机一(65)的转动带动橡胶轮(64)的转动从而带动车体(6)的转向以及进退；
所述车体支撑减震机构(2)包括L形架(14)、弹簧(15)、上连杆(16)、工形架电机座(68)和下连杆(69)；其中L形架(14)与支撑架(63)连接，上连杆(16)、下连杆(69)和L形架(14)末端、工形架电机座(68)末端构成一个平行四边形支架，连接端点处均用铰链连接形成转动副，弹簧(15)通过铰链与四边形支架对角连接形成转动副；
所述车体(6)包括上下壳体和减速装置，其中减速装置包括驱动电机二(17)、联轴器(18)、小轴承(19)、小齿轮(20)、小轴承座(21)、大轴承座(22)、轴(23)、大齿轮(24)和大轴承(25)；其中下壳体内侧为支撑架(63)，下壳体上方为上壳体，驱动电机二(17)安装在上壳体上，驱动电机二(17)轴通过联轴器(18)与小齿轮(20)轴相连，小齿轮(20)与大齿轮(24)啮合，小齿轮(20)通过小轴承(19)安装在小轴承座(21)上，小轴承座(21)安装在上壳体上，大齿轮(24)安装在轴(23)上，轴(23)通过大轴承(25)安装大轴承座(22)上，大轴承座(22)安装在上壳体上，轴(23)一端与主机械臂一(9)连接，驱动电机二(17)输出轴驱动小齿轮(20)从而驱动大齿轮(24)运动，通过轴(23)实现机械臂中主机械臂一(9)的运动。
3.根据权利要求2所述的捡球机器人，其特征在于：还包括换框模块(10)；所述换框模块(10)包括箱体(35)、光杆(34)、卡扣(33)、液压缸(32)；其中光杆(34)固连在箱体(35)上，液压缸(32)通过铰链与卡扣(33)连接，箱体(35)安装在车体(6)背面，卡扣(33)与回收框(8)连接，通过控制输出使液压缸(32)工作，推动卡扣(33)在光杆(34)上移动，放下回收框(8)。
4.根据权利要求2所述的捡球机器人，其特征在于：还包括安装在车体(6)正面的避障模块(4)、安装在车体(6)顶端的捡球机器人视觉模块(7)、主控制器，避障模块(4)采用红外线避障传感器，捡球机器人视觉模块(7)采用Pixy CmuCam5图像识别传感器(67)；红外线避障传感器用于机器人行走过程中进行避障，Pixy CmuCam5图像识别传感器(67)用于将视觉采集捕捉到的球的位置信息传送给主控制器，控制行走转向机构(1)移动定位。
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