CN109484789A - 一种快速高效的智能仓库机器人 - Google Patents

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王玖
杨雨
余鹏
刘芸宏
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Abstract

本发明提供了一种快速高效的智能仓库机器人，主要由驱动装置、旋转装置、升降装置、机械手、UWB定位模块、摄像头和上位机***组成；驱动装置由四个电机独立驱动四个麦克纳姆轮；驱动装置、旋转装置、升降装置、机械手依次连接；驱动装置、旋转装置、升降装置，机械手、UWB定位模块、摄像头均连接在上位机***上。驱动装置采用的麦克纳姆轮作为驱动轮，可以使机器人在完成一个点的装卸工作后，快速移动到下一个工作点。本发明可以通过UWB定位模块快速精准的到达指定点，机械手可以顺着滑轨左右移动，使机器人停在一个点就可以完成多次装卸工作这，样的方式节既节省了机器人整体移动的时间，也可以减少机器人在整体移动过程中带来的定位误差。

Description

一种快速高效的智能仓库机器人
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，具体指的是一种快速高效的智能仓库机器人。
背景技术
随着机器人技术的发展和现在进入的人工智能时代，机器人越来越多的被应用在各种代替人工的场合。目前关于仓库机器人，国内外都出现了各种各样的仓库机器人，国外有亚马逊等企业已经建立了自己的机器人队伍，国内的阿里巴巴和京东也有相应的机器人队伍的建立。机器人具有极大的发展前景和空间，但是现在的仓库机器人存在成本高、技术难点大、维护困难的问题，并不适合国内大部分企业引进。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于麦克纳姆轮移动的自主性强、运行灵活、快速高效装卸货物的的智能仓库机器人。
本发明采用的技术方案是：
一种快速高效的智能仓库机器人，包括：驱动装置、旋转装置、升降装置、机械手、UWB定位模块、摄像头模块、超声波模块、上位机***；
所述驱动装置由驱动电机、麦克纳姆轮、驱动电机固定架、整体结构板组成；
所述旋转装置由旋转电机、推力球轴承、旋转电机连接件组成；
所述升降装置由升降支撑板、滑杆、滑杆滑块、固定板、升降电机固定架、升降电机、齿轮、齿条组成；
所述机械手由机械手结构件、双轴蜗轮蜗杆电机、安装架、上部连接件、行程开关、滑块、滑轨、阻挡片、下部连接件、滑动电机、滑动电机固定架、滑动齿条组成。
进一步地，所述驱动装置由四个驱动电机独立驱动四个麦克纳姆轮，麦克纳姆轮、驱动电机、驱动电机固定架依次连接，驱动电机固定架通过螺栓安装在整体结构板四个角。
进一步地，所述旋转装置的旋转电机通过螺钉连接安装在驱动装置的整体结构板上，旋转电机连接件连接在旋转电机的电机轴头部，并且旋转电机连接件和升降支撑板螺栓连接。
进一步地，所述升降装置通过升降支撑板与旋转电机连接件螺栓连接安装在整个机器人底盘上，升降支撑板与整体结构板之间安装有推力球轴承，推力球轴承可以支撑升降机构；固定板、升降电机固定架、升降电机、齿轮、齿条依次连接，齿条底部和下部连接件静连接。
进一步地，所述机械手通过下部连接件的竖直面和齿条静连接；下部连接件的水平底面与滑动齿条连接；齿条和齿轮啮合；齿轮安装在升降电机的电机轴头部；上部连接件安装在滑块上，上部连接件两端安装有行程开关，下部连接件安装在滑轨上，滑轨两端安装有触发行程开关的阻挡片，上部连接件与安装架螺栓连接，用于驱动机械手张开和收缩的双轴蜗轮蜗杆电机安装在安装架内部，滑动电机和滑动电机固定架连接。
进一步地，所述驱动装置、旋转装置、升降装置、机械手、UWB定位模块、摄像头模块，超声波模块头均连接在上位机***上。
本发明的有益效果是：
①本发明采用的是基于麦克纳姆轮作为驱动轮的驱动装置，由麦克纳姆轮特性可以使机器人灵活运动，可以完成前进、后退、横移等全方位无死角移动的方式，这样的结构特别适用在空间较小的环境中完成快速灵活的运动；
②本发明采用的机械手和升降装置可以相对底盘旋转的方式可以使机器人停在某个点，由机械手和升降装置就可完成货物的装卸，既可以减小机器人运动带来的误差，更能节省机器人整体旋转的时间；
③采用UWB定位模块，可以准确、快速的定位，而且可以将位置反馈到上位机***再反馈回数据监控中心，监控人员可以随时的了解到机器人的运行进程。
④机械手上部可以相对机械手下部顺着滑轨左右移动，且装有行程开关，触发行程开关便停止移动，可以精准的控制机械手左右滑动的距离，使机器人的一次定位便可以完成多次货物的定点装卸，大大提高了装卸效率；
⑤超声波模块主要是用于避障，避免机器人与货架、仓库、货物、其他机器人相撞。
⑥摄像头模块是主要是用于视觉识别和反馈，将仓库内整体情况反馈回数据中心，对整体仓库进行监控。基于OpenCV的视觉识别可以对摄像头捕捉到的图形进行识别和分析，进一步精确定位和装卸的信息，使装卸过程更加高效和准确。
附图说明
下面结合附图给本发明较佳实施例，以详细说明本发明的实施方案。
图1是整体立体结构示意图
图2是整体仰视结构示意图
图3是机械手结构示意图
图4是升降装置和机械手结构示意图
图5是升降装置和机械手结构示意图
图6是麦克纳姆轮安装示意图
图7是旋转机构局部结构示意图
图中：1-机械手结构件，2-双轴蜗轮蜗杆电机，3-安装架，4-滑轨，5-阻挡片，6-上部连接件，7-滑杆滑块，8-齿条，9-升降电机固定架，10-升降电机，11-固定板，12-滑杆，13-行程开关，14-铜柱，15-麦克纳姆轮，16-整体结构板，17-推力球轴承，18-驱动电机，19-驱动电机固定架，20-升降支撑板，21-旋转电机，22-UWB，23-滑块，24-下部连接件，25-齿轮，26-旋转电机连接件，27-超声波，28-摄像头，29-滑动电机，30-滑动电机固定架，31-滑动齿条。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
参照图1-图7，本发明的一种快速高效的智能仓库机器人，包括：驱动装置、旋转装置、升降装置、机械手、UWB定位模块、摄像头模块、超声波模块、上位机***；
所述驱动装置由驱动电机18、麦克纳姆轮15、驱动电机固定架13、整体结构板16组成；
所述旋转装置由旋转电机21、推力球轴承17、旋转电机连接件26组成；
所述升降装置由升降支撑板20、滑杆12、滑杆滑块7、固定板11、升降电机固定架9、升降电机10、齿轮25、齿条8组成；
所述机械手由机械手结构件1、双轴蜗轮蜗杆电机2、安装架3、上部连接件6、行程开关13、滑块23、滑轨4、阻挡片5、下部连接件24、滑动电机29、滑动电机固定架30、滑动齿条31组成。
优选地，清扫机器人可以使用移动电源的方式供电；除标准件以外，在材料满足强度、刚度、稳定性等条件下，各类加工件优先选用铝合金作为原材料，铝合金具有质量轻、机械性能高、易加工的特点，十分适用于这种需要灵活移动的机器人，可以使机器人降低能耗和快速移动，以提高移动效率和续航能力。
进一步地，参照图1、图2、图7，所述驱动装置由四个驱动电机18独立驱动四个麦克纳姆轮15，麦克纳姆轮15、驱动电机18、驱动电机固定架13依次连接，驱动电机固定架13通过螺栓安装在整体结构板16四个角。
优选的，独立驱动的四个麦克纳姆轮15可以使每个轮子有独立的运转速率，使整个机器人可以全方位移动；驱动电机18和驱动电机固定架13通过螺钉连接，驱动电机固定架13通过螺栓安装在整体结构板16四个角；由于麦克纳姆轮15的特殊构造，四个麦克纳姆轮15分别是由两个左向的和两个右向的麦克纳姆轮15组合而成，且在安装时，麦克纳姆轮15上的滚花都指向水平几何中心。
进一步地，参照图1、图2、图4、图5、图7，所述旋转装置的旋转电机21通过螺钉连接安装在驱动装置的整体结构板16上，旋转电机连接件26连接在旋转电机21的电机轴头部，并且旋转电机连接件26和升降支撑板20螺栓连接。
优选地，旋转电机21安装在底盘底部，旋转电机连接件26的底部平面应该与整体结构板16之间留有间隙，避免旋转电机21带动旋转电机连接件26旋转时与整体结构板16干涉；旋转电机连接件26的上表面和推力球轴承17的上表面应该处于同一平面或者略低于推力球轴承17的上表面，该平面与升降支撑板20的下表面重合，使整个升降装置坐落在推力球轴承17上，由推力球轴承17承受升降装置和机械手的重量，由旋转电机21带动升降装置和机械手的旋转。
进一步的，参照图1、图4、图5，所述升降装置通过升降支撑板20与旋转电机连接件26螺栓连接安装在整个机器人底盘上，升降支撑板20与整体结构板16之间安装有推力球轴承17，推力球轴承17可以支撑升降机构；固定板11、升降电机固定架9、升降电机10、齿轮25、齿条8依次连接。齿条8底部和下部连接件24静连接。
优选地，升降支撑板20采用碳纤板为原材料；滑杆滑块7内部有很多小滚珠，在与滑杆12配合之后，可以使滑杆滑块7顺着滑杆12上下滑动，带动机械手升降。此处采用齿轮与齿条的升降方式，主要是该传动方式能保证瞬时传动比恒定、传动平稳性高、传动效率高、结构紧凑。
进一步的，参照图1、图3、图4、图5，所述机械手通过下部连接件24的竖直面和齿条8静连接；下部连接件24的水平底面与滑动齿条31连接；齿条8和齿轮25啮合；齿轮25安装在升降电机10的电机轴头部；上部连接件6安装在滑块23上，上部连接件6两端安装有行程开关13，下部连接件24安装在滑轨4上，滑轨4两端安装有触发行程开关13的阻挡片5，上部连接件6与安装架3螺栓连接，用于驱动机械手张开和收缩的双轴蜗轮蜗杆电机2安装在安装架3内部，滑动电机29和滑动电机固定架30连接。
优选地，机械手上部顺着滑轨从中间往两侧滑动的距离大于机械手的整体宽度；齿条在整个底盘的宽度方向上处于几何中心的位置；下部连接件24和齿条8采用焊接的连接方式；上部连接件6和滑块23、下部连接件24和滑轨4都采用螺钉连接的方式；齿条的长度应大于升降支撑板到齿轮上顶点的高度；齿轮25、滑动电机29、滑动电机固定架30、安装架3、上部连接件6、滑块23依次连接，滑动齿条31、下部连接件24、滑轨4依次连接；
进一步的，所述驱动装置、旋转装置、升降装置、机械手、UWB定位模块、摄像头模块、超声波模块均连接在上位机***上。
优选地，选用计算机作为上位机***。
上货过程：由UWB定位模块驱动机器人前往上货地点，到达工作地点后，由摄像头捕捉货物图像，并传回上位机***，由上位机***进行分析货物大小和上货高度。机器人头部正对货架，过程中保持底盘静止，由旋转电机驱动旋转装置进行转向从地面抓取货物。
在抓取第一个货物时，机械手上部位于滑轨中点处，在抓取货物之后，旋转机构驱动机械手从地面货物方向往货架方向旋转，升降电机也同时启动使整个机械手抬升到货架高度，与此同时，滑动电机驱动滑动齿条带动机械手上部顺着滑轨相对机械手下部向左滑动，机械手上部滑动到最左端触发行程开关便停止滑动，将货物放在货架1号位上；
在抓取第二个货物之后，旋转机构驱动机械手从地面货物方向往货架方向旋转的时候，升降电机便启动使整个机械手抬升到货架高度，机械手保持在滑轨中点处，将货物放在2号位上；
在抓取第三个货物时，机械手上部位于滑轨中点处，在抓取货物之后，旋转机构驱动机械手从地面货物方向往货架方向旋转，升降电机也同时启动使整个机械手抬升到货架高度，与此同时，滑动电机驱动滑动齿条带动机械手上部顺着滑轨相对机械手下部向右滑动，机械手上部滑动到最右端触发行程开关便停止滑动，将货物放在货架3号位上；
上述搬运过程列举的是从同一个位置向货架的水平放置位上搬运，另外也可根据机械手的滑动特性对地面水平放置的物品进行搬运等；一次定位便可精准高效地完成多次放置，大大提高了搬运效率；在机器人移动过程中，超声波模块可以帮助机器人避开障碍物。
以上内容对本发明的较佳实施例和基本原理做了详细论述，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员应该了解在不违背本发明精神的前提下还会有各种等同变形和替换，这些等同变形和替换都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种快速高效的智能仓库机器人，其特征在于，包括：驱动装置、旋转装置、升降装置、机械手、UWB定位模块、摄像头模块、超声波模块、上位机***；
所述驱动装置由驱动电机(18)、麦克纳姆轮(15)、驱动电机固定架(13)、整体结构板(16)组成；
所述旋转装置由旋转电机(21)、推力球轴承(17)、旋转电机连接件(26)组成；
所述升降装置由升降支撑板(20)、滑杆(12)、滑杆滑块(7)、固定板(11)、升降电机固定架(9)、升降电机(10)、齿轮(25)、齿条(8)组成；
所述机械手由机械手结构件(1)、双轴蜗轮蜗杆电机(2)、安装架(3)、上部连接件(6)、行程开关(13)、滑块(23)、滑轨(4)、阻挡片(5)、下部连接件(24)、滑动电机(29)、滑动电机固定架(30)、滑动齿条(31)组成。
2.根据权利要求1所述的一种快速高效的智能仓库机器人，其特征在于，所述驱动装置由四个驱动电机(18)独立驱动四个麦克纳姆轮(15)，麦克纳姆轮(15)、驱动电机(18)、驱动电机固定架(13)依次连接，驱动电机固定架(13)通过螺栓安装在整体结构板(16)四个角。
3.根据权利要求1所述的一种快速高效的智能仓库机器人，其特征在于，所述旋转装置的旋转电机(21)通过螺钉连接安装在驱动装置的整体结构板(16)上，旋转电机连接件(26)连接在旋转电机(21)的电机轴头部，并且旋转电机连接件(26)和升降支撑板(20)螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的一种快速高效的智能仓库机器人，其特征在于，所述升降装置通过升降支撑板(20)与旋转电机连接件(26)螺栓连接安装在整个机器人底盘上，升降支撑板(20)与整体结构板(16)之间安装有推力球轴承(17)，推力球轴承(17)可以支撑升降机构；固定板(11)、升降电机固定架(9)、升降电机(10)、齿轮(25)、齿条(8)依次连接，齿条(8)底部和下部连接件(24)静连接。
5.根据权利要求1所述的一种快速高效的智能仓库机器人，其特征在于，所述机械手通过下部连接件(24)的竖直面和齿条(8)静连接，下部连接件(24)的水平底面与滑动齿条(31)连接；齿条(8)和齿轮(25)啮合；齿轮(25)安装在升降电机(10)的电机轴头部；上部连接件(6)安装在滑块(23)上，上部连接件(6)两端安装有行程开关(13)，下部连接件(24)安装在滑轨(4)上，滑轨(4)两端安装有触发行程开关(13)的阻挡片(5)，上部连接件(6)与安装架(3)螺栓连接，用于驱动机械手张开和收缩的双轴蜗轮蜗杆电机(2)安装在安装架(3)内部，滑动电机(29)和滑动电机固定架(30)连接。
6.根据权利要求1所述的一种快速高效的智能仓库机器人，其特征在于，所述驱动装置、旋转装置、升降装置、机械手、UWB定位模块、摄像头模块、超声波模块均连接在上位机***上。
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