CN109775345A - 一种弹丸搬运取放特种机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹丸搬运取放特种机器人。该机器人柔性度好，能够在狭窄空间内实现大跨度工作。该机器人的结构包括机器人本体、夹具以及伸缩平台；机器人本体安装在伸缩平台上，在伸缩平台的带动下机器人本体做往复运动；所述机器人本体包括依次串联设置的第一关节、第二关节、第三关节第四关节以及第五关节；其中，第一关节、第三关节、第四关节以及第五关节均作旋转运动，第二关节作升降运动；第五关节的末端安装用于对弹药进行拾取的夹具。

Description

一种弹丸搬运取放特种机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体涉及一种弹丸搬运取放特种机器人。

背景技术

车载武器***的弹药是之前是通过人工搬运的方法实现补给，存在人员劳动强度大、武器作战射速低和作战机动性差等问题。

之后，加入了一些吊具作为人工搬运的辅助器件，在一定程度上缓解了人工作业的强度，并提高了搬运效率。

为了进一步的提高工作效率，减少人工参与可能存在的安全隐患问题，目前，提出了使用机械手或机器人来进行弹药的自动搬运的手段。

但是现有的直角坐标机械手和六自由度工业机器人自身机构的特点，在此任务领域具有其局限性，表现为：工作柔性差，工作空间受限、工作半径受限、完成大跨度空间作业困难等。

因此，急需一种机器人本体来实现此使用环境下的弹丸取放要求。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种能够在狭窄空间内实现大跨度工作，且柔性度好的一种弹丸搬运取放特种机器人。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种弹丸搬运取放特种机器人，包括机器人本体、夹具以及伸缩平台；

机器人本体安装在伸缩平台上，在伸缩平台的带动下机器人本体做往复运动；

所述机器人本体包括依次串联设置的第一关节、第二关节、第三关节第四关节以及第五关节；其中，第一关节、第三关节、第四关节以及第五关节均作旋转运动，第二关节作升降运动；

第五关节的末端安装用于对弹药进行拾取的夹具。

进一步地，第二关节包括第一水平臂、立臂、第一减速电机、导轨、齿条以及齿轮；

所述导轨、齿条均沿设置竖直方向设置在立臂上，第一水平臂卡装在所述导轨上，第一减速电机固定在第一水平臂内，第一减速电机的输出轴上安装齿轮，齿轮与所述齿条相啮合，在第一减速电机的带动下，第一水平臂在竖直方向上移动；

第三关节包括第二减速电机以及第二水平臂；所述第二减速电机固定安装在第一水平臂内，第二减速电机的输出轴与第二水平臂连接；

所述第一关节、第四关节、第五关节分别为第三减速电机、第四减速电机、第五减速电机；第三减速电机安装在伸缩平台上，其输出轴与所述立臂连接；第四减速电机固定安装在第二水平臂上，其输出轴连接第五减速电机；第五减速电机的输出轴与所述夹具连接。

进一步地，为了第一水平臂的重心平衡，同时减少第一减速电机的负载，所述第二关节还包括配重组件；所述配重组件包括钢丝绳、导向杆、滑轮、转轴、轴承以及配重块；

所述立臂上沿竖直方向设置有导向杆，配重块插装在导向杆上；滑轮通过转轴和轴承安装在立臂的顶部，钢丝绳的一端与第一水平臂固连，另一端绕过滑轮后与配重块固连。

进一步地，所述夹具包括连接座、安装框架、伺服电机、丝杠、丝杆螺母、丝杠支撑座、连接板、固定块、第一直线导轨副、第一夹爪组件以及第二夹爪组件；

伺服电机固定在安装框架的端部，

第一直线导轨副固定于在安装框架内，连接板卡装在所述第一直线导轨副上；

丝杠的一端通过联轴器与伺服电机的输出端连接，另一端通过丝杠支撑座固定在安装框架内；丝杆上安装有丝杠螺母，丝杠螺母底部以及固定块的底部均固定于连接板上；丝杠螺母顶部以及固定块的顶部分别设置有夹爪组件；

夹爪组件包括两个驱动连杆以及两个夹爪，两个驱动连杆的一端均与丝杆螺母的顶部铰接，另一端均铰接安装有连接耳座；两个夹爪的中部分别与安装框架两侧铰接，两个夹爪的一端分别与两个连接耳座铰接，另一端均悬置；两个夹爪悬置的部位之间形成弹丸装卡区域；

连接座一端与机器人本体的第五减速电机输出端连接，另一端与安装框架固连。

进一步地，所述伸缩平台包括固定底板、第二直线导轨副、安装平台、拉环、支撑框架以及滑槽；

所述安装平台通过第二直线导轨副安装在固定底板上，拉环安装在安装平台的端部，滑槽为两个，分别安装在安装平台的两侧，支撑框架是由两个侧梁和一根横梁组成；两个侧梁的一端分别通过销轴卡装在滑槽内，两个侧梁的另一端通过横梁连接，且横梁位于安装平台安装拉环的一端。

使用时，操作人员通过拉环将整个安装平台向外拉出(此时支撑框架也被向外拉出)，然后将在通过横梁将支撑框架向外拉出，通过侧梁上的销轴使支撑框架的旋转使其横梁与地面接触，从而使安装在伸缩平台上的机器人本体能够平稳的固定。

进一步地，为了使支撑框架在地面的支撑更加稳固，所述伸缩平台上还设有支撑框架锁紧组件；

支撑框架锁紧组件包括卡块以及旋转手把；卡块位于第二直线导轨副和固定底板之间，且卡装在第二直线导轨副的直线导轨上；卡块上开设有螺纹通孔；

所述旋转把手包括螺杆以及与螺杆垂直固连的旋转杆；螺杆与所述螺纹通孔连接且螺杆的端部与第二直线导轨副的直线导轨接触。

当支撑框架支撑在地面时，旋转旋转杆使螺杆的端部脱离第二直线导轨副的直线导轨，然后使支撑框架锁紧组件在第二直线导轨副的直线导轨上滑动，到达靠近支撑框架的位置，然后旋转旋转杆使螺杆的端部紧紧顶在第二直线导轨副的直线导轨上，同时旋转杆依靠在支撑框架上，从而支撑框架锁定在该位置。

进一步地，为了使支撑框架在地面的支撑更加稳固，且支撑高度可调节，上述横梁上设置有可调支撑组件；可调支撑组件包括手轮、螺杆、螺母以及支脚；所述螺杆垂直于横梁且与横梁螺纹连接，螺杆的一端安装手轮，另一端安装支脚，螺母安装在所述螺杆上。使用时，通过旋转手轮使螺杆带动支脚上下移动，当位置调整适宜后，拧紧螺母，该位置固定。

进一步地，上述第一减速电机中的减速器采用精密行星减速机，第二减速电机采用伺服电机连接RV摆线针轮减速器的形式，第三减速电机、第四减速电机、第五减速电机中的减速器采用精密RV摆线针轮减速机。

进一步地，上述第一直线导轨副为分体式，且为两组。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用的机器人本体采用五关节式的设计，具有三个旋转自由度，一个升降自由度以及一个俯仰自由度，使得该机器人的柔性度较好，活动范围较大，并且伸缩平台的设计使得整个机器人的工作范围大大增加，适应于狭窄空间作业。

2、本发明弹丸搬运取放特种机器人，可解决人员劳动强度大、搬运速率低和机动性差等问题；代替人工搬运，一并解决了人员直接和弹丸接触所带来的不安全性的问题。

3、本发明的机器人本体在升降过程重心保持平衡，同时减少减速电机的负载，从而增加了配重组件。

4、本发明的夹具采用伺服电机，夹紧准确，力矩可控，并可以超限报警，防止夹紧力过大对弹丸造成伤害，夹紧力太小对弹丸抓取的不可靠；采用伺服电机以及带自锁功能梯形丝杠驱动夹爪，双层保障，可杜绝极端情况下突然停电后夹爪反向张开导致弹丸掉落的情况发生。

5、本发明的支撑框架通过设置锁紧组件实现位置锁定，确保了支撑框架的支撑稳定性。

6、本发明的支撑框架通过设置可调支撑组件实现支撑高度可调节，通并同时进一步的确保了支撑框架的支撑稳定性。

附图说明

图1为本发明的立体结构图；

图2为本发明机器人去除伸缩平台后的结构图；

图3为本发明机器人本体中第一关节、第二关节以及第三关节装配图；

图4为本发明配重组件的结构图；

图5为图4的A-A向视图；

图6为夹具的结构图；

图7为伸缩平台未展开时的主视图；

图8为伸缩平台展开时的仰视图；

图9为支撑框架打开时的立体图；

图10为支撑框架锁紧组件的主视图；

图11为支撑框架锁紧组件的俯视图；

图12为可调支撑组件的结构图。

附图标记如下：

1-机器人本体、11-第一关节、12-第二关节、121-第一水平臂、

122-

立臂、123-第一减速电机、124-导轨、125-齿条、126-齿轮、127-配重组件、1271-钢丝绳、1272-导向杆、1273-滑轮、1274-转轴、1275-轴承、1276-配重块、13-第三关节、131-第二减速电机、132-第二水平臂、14-第四关节、15-第五关节；

2-夹具、20-夹爪组件、201-驱动连杆、202-夹爪、203-连接耳座、21-连接座、22-安装框架、23-伺服电机、24-丝杠、25-丝杆螺母、26-丝杠支撑座、27-连接板、28-固定块、29-第一直线导轨副；

3-伸缩平台、31-固定底板、32-第二直线导轨副、33-安装平台、34-拉环、35-支撑框架、351-侧梁、352-横梁、36-滑槽、37-支撑框架锁紧组件、371-卡块、372-旋转手把、3721-螺杆、3722-旋转杆、38-可调支撑组件、381-手轮、382-螺杆、383-螺母、384-支脚。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的弹丸搬运取放特种机器人作出详细的结构及工作原理介绍：

基本结构

如图1所示，主要包含机器人本体1、夹具2和伸缩平台3三部分，机器人本体1安装在伸缩平台3上，在伸缩平台3的带动下机器人本体1做往复运动；

如图2，机器人本体1包括依次串联设置的第一关节11、第二关节12、第三关节13、第四关节14以及第五关节15；其中，第一关节11、第三关节13、第四关节14以及第五关节15均作旋转运动，第二关节12作升降运动；

第五关节15的末端安装用于对弹药进行拾取的夹具2。这种结构设计当机器人完全伸展时，便于长距离取放，收回后，整机占用空间较小，因此，适合安装于车载武器***等狭窄空间内进行物体的搬运取放作业。

具体结构

1、机器人本体

如图2和3所示，机器人本体1中第二关节12包括第一水平臂121、立臂122、第一减速电机123(第一减速电机中的减速器采用精密行星减速机)、导轨124、齿条125以及齿轮126；

导轨124、齿条125均沿设置竖直方向设置在立臂122上，第一水平臂121卡装在所述导轨124上，第一减速电机123固定在第一水平臂121内，第一减速电机123的输出轴上安装齿轮125，齿轮125与所述齿条126相啮合，在第一减速电机123的带动下，第一水平臂121在竖直方向上移动；

第三关节13包括第二减速电机131(第二减速电机采用伺服电机连接RV摆线针轮减速器的形式)以及第二水平臂132；第二减速电机131固定安装在第一水平臂132内，第二减速电机131的输出轴与第二水平臂132连接；

第一关节11、第四关节14、第五关节15分别为第三减速电机、第四减速电机、第五减速电机(第三减速电机、第四减速电机、第五减速电机中的减速器采用精密RV摆线针轮减速机)；第三减速电机安装在伸缩平台3上，其输出轴与所述立臂122连接；第四减速电机固定安装在第二水平臂132上，其输出轴连接第五减速电机；第五减速电机的输出轴与所述夹具2连接。

其中，第一关节11实现机器人本体整体的往复旋转，其旋转中心为立臂中心轴线位置。

第二关节12是以齿轮齿条传动的方式实现第一水平臂的上下往复运动；

第三关节13轴旋转运动保证机器人末端抓取夹具的活动范围；

第四关节14及第五关节15保证了机器人本体末端的夹具的准确位姿。

机器人本体的优化设计：

如图4和图5所示，在第二关节12增加了配重组件127；配重组件包括钢丝绳1271、导向杆1272、滑轮1273、转轴1274、轴承1275以及配重块1276；立臂122上沿竖直方向设置有导向杆1272，配重块1276插装在导向杆1272上；滑轮1273通过转轴1274和轴承1275安装在立臂122的顶部，钢丝绳1271的一端与第一水平臂132固连，另一端绕过滑轮1273后与配重块1276固连。采用配重组件的设计可以有效减少第二关节中第二减速电机的负载容量，并起到稳定机器人整机重心的作用。

2、夹具

如图6所示，夹具2包括连接座21、安装框架22、伺服电机23、丝杠24、丝杆螺母25、丝杠支撑座26、连接板27、固定块28、第一直线导轨副29以及夹爪组件20；

安装框架22由底部、端部以及两侧部组成；

伺服电机23固定在安装框架22的端部，

第一直线导轨副29固定于在安装框架22内，连接板27卡装在所述第一直线导轨副29上；

丝杠24的一端通过联轴器与伺服电机23的输出端连接，另一端通过丝杠支撑座26固定在安装框架22内；丝杆上24安装丝杠螺母25，丝杠螺母25底部以及固定块28的底部均固定于连接板27上；丝杠螺母25顶部以及固定块28的顶部分别设置有夹爪组件20；

夹爪组件20包括两个驱动连杆201以及两个夹爪202，两个驱动连杆201的一端均与丝杆螺母25(或固定块28)的顶部铰接，另一端均铰接安装有连接耳座203；两个夹爪202的中部分别与安装框架22两侧铰接，两个夹爪202的一端分别与两个连接耳座203铰接，另一端均悬置；两个夹爪202悬置的部位之间形成弹丸装卡区域；

连接座21一端与机器人本体1的第五减速电机输出端连接，另一端与安装框架22固连。

注：1、丝杆采用梯形丝杠，目的是和伺服电机共同形成双层保障，可杜绝极端情况下突然停电后夹爪反向张开导致弹丸掉落的情况发生。

2、实际过程中第一直线导轨副可以为一组或者是分段的两组；当两组时，两个夹爪组件的位置处各自对应设置一组。

伺服电机驱动梯形丝杠旋转，带动丝杠螺母直线运动，丝杠螺母固定在连接板上，丝杠螺母则带动连接板、固定块一起沿着第一直线导轨副作做直线运动，进而带动两个夹爪组件同时以同样的方式动作。具体是：当两个驱动连杆旋转，通过连接耳座的联动带动两个夹爪旋转，实现弹丸的夹紧。当机器人将弹丸搬运至目标点后，伺服电机反向旋转，两个夹爪会张开，放下弹丸。根据不同的弹丸系列和尺寸，可实现夹爪的更换，适应性更强。

三、伸缩平台

如图7、8、9所示，伸缩平台3包括固定底板31、第二直线导轨副32、安装平台33、拉环34、支撑框架35以及滑槽36；

安装平台33通过第二直线导轨副32安装在固定底板31上，拉环34安装在安装平台33的端部，滑槽36为两个，分别安装在安装平台33的两侧，支撑框架35是由两个侧梁351和一根横梁352组成；两个侧梁351的一端分别通过销轴卡装在滑槽36内，两个侧梁351的另一端通过横梁352连接，且横梁352位于安装平台33安装拉环34的一端。

使用时，操作人员通过拉环将整个安装平台(安装平台上安装机器人本体)向外拉出(此时支撑框架也被向外拉出)，然后将在通过横梁将支撑框架向外拉出，通过侧梁上的销轴使支撑框架的旋转使其横梁与地面接触，从而使安装在伸缩平台上的机器人本体能够固定。

为了使支撑框架在地面的支撑更加稳固，伸缩平台3上还设有支撑框架锁紧组件37；

如图10和图11所示，支撑框架锁紧组件37包括卡块371以及旋转手把372；卡块371位于第二直线导轨副32和固定底板31之间，且卡装在第二直线导轨副32的直线导轨上；卡块371上开设有螺纹通孔；旋转把手372包括螺杆3721以及与螺杆3721垂直固连的旋转杆3722；螺杆3721与所述螺纹通孔连接且螺杆3721的端部与第二直线导轨副32的直线导轨接触。

当支撑框架支撑在地面时，旋转旋转杆使螺杆的端部脱离第二直线导轨副的直线导轨，然后使支撑框架锁紧组件在第二直线导轨副的直线导轨上滑动，到达靠近支撑框架的位置，然后旋转旋转杆使螺杆的端部紧紧顶在第二直线导轨副的直线导轨上，同时旋转杆依靠在支撑框架上，从而支撑框架锁定在该位置。

为了使支撑框架在地面的支撑更加稳固，且支撑高度可调节，如图12所示，横梁上设置有可调支撑组件38；可调支撑组件38包括手轮381、螺杆382、螺母383以及支脚384；螺杆382垂直于横梁352且与横梁352螺纹连接，螺杆382的一端安装手轮381，另一端安装支脚384，螺母383安装在所述螺杆382上。使用时，通过旋转手轮使螺杆带动支脚上下移动，当位置调整适宜后，拧紧螺母，该位置固定。

狭窄空间内弹丸搬运取放特种机器人即可作为车载武器***配套的智能自动化补给***的一部分，该机器人安装在弹药补给车上，补给车停至指定位置，打开后车门，人员可手动拉出放置机器人本体的伸缩平台至指定位置，放下支撑框架，转动手轮调节下部的可调支撑组件，使之与地面充分接触。伸缩平台上安装的位置传感器实时将伸缩平台伸出的长度发送给机器人，机器人根据车载控制***的指令将不同型号的弹丸从补给车上的指定位置取出，然后放置到指定位置中，完成弹丸的自动取放。

Claims (10)

1.一种弹丸搬运取放特种机器人，包括机器人本体、夹具以及伸缩平台；

机器人本体安装在伸缩平台上，在伸缩平台的带动下机器人本体做往复运动；

所述机器人本体包括依次串联设置的第一关节、第二关节、第三关节第四关节以及第五关节；其中，第一关节、第三关节、第四关节以及第五关节均作旋转运动，第二关节作升降运动；

第五关节的末端安装用于对弹药进行拾取的夹具。

2.根据权利要求1所述的弹丸搬运取放特种机器人，其特征在于：

第二关节包括第一水平臂、立臂、第一减速电机、导轨、齿条以及齿轮；

所述导轨、齿条均沿设置竖直方向设置在立臂上，第一水平臂卡装在所述导轨上，第一减速电机固定在第一水平臂内，第一减速电机的输出轴上安装齿轮，齿轮与所述齿条相啮合，在第一减速电机的带动下，第一水平臂在竖直方向上移动；

第三关节包括第二减速电机以及第二水平臂；所述第二减速电机固定安装在第一水平臂内，第二减速电机的输出轴与第二水平臂连接；

所述第一关节、第四关节、第五关节分别为第三减速电机、第四减速电机、第五减速电机；第三减速电机安装在伸缩平台上，其输出轴与所述立臂连接；第四减速电机固定安装在第二水平臂上，其输出轴连接第五减速电机；第五减速电机的输出轴与所述夹具连接。

3.根据权利要求2所述的弹丸搬运取放特种机器人，其特征在于：

所述第二关节还包括配重组件；所述配重组件包括钢丝绳、导向杆、滑轮、转轴、轴承以及配重块；

所述立臂上沿竖直方向设置有导向杆，配重块插装在导向杆上；滑轮通过转轴和轴承安装在立臂的顶部，钢丝绳的一端与第一水平臂固连，另一端绕过滑轮后与配重块固连。

4.根据权利要求3所述的弹丸搬运取放特种机器人，其特征在于：

所述夹具包括连接座、安装框架、伺服电机、丝杠、丝杆螺母、丝杠支撑座、连接板、固定块、第一直线导轨副、第一夹爪组件以及第二夹爪组件；

伺服电机固定在安装框架的端部，

第一直线导轨副固定于在安装框架内，连接板卡装在所述第一直线导轨副上；

丝杠的一端通过联轴器与伺服电机的输出端连接，另一端通过丝杠支撑座固定在安装框架内；丝杆上安装有丝杠螺母，丝杠螺母底部以及固定块的底部均固定于连接板上；丝杠螺母顶部以及固定块的顶部分别设置有夹爪组件；

夹爪组件包括两个驱动连杆以及两个夹爪，两个驱动连杆的一端均与丝杆螺母的顶部铰接，另一端均铰接安装有连接耳座；两个夹爪的中部分别与安装框架两侧铰接，两个夹爪的一端分别与两个连接耳座铰接，另一端均悬置；两个夹爪悬置的部位之间形成弹丸装卡区域；

连接座一端与机器人本体的第五减速电机输出端连接，另一端与安装框架固连。

5.根据权利要求4所述的弹丸搬运取放特种机器人，其特征在于：所述丝杠为梯形丝杠。

6.根据权利要求5所述的弹丸搬运取放特种机器人，其特征在于：所述伸缩平台包括固定底板、第二直线导轨副、安装平台、拉环、支撑框架以及滑槽；

所述安装平台通过第二直线导轨副安装在固定底板上，拉环安装在安装平台的端部，滑槽为两个，分别安装在安装平台的两侧，支撑框架是由两个侧梁和一根横梁组成；两个侧梁的一端分别通过销轴卡装在滑槽内，两个侧梁的另一端通过横梁连接，且横梁位于安装平台安装拉环的一端。

7.根据权利要求6所述的弹丸搬运取放特种机器人，其特征在于：所述伸缩平台上还设有支撑框架锁紧组件；

支撑框架锁紧组件包括卡块以及旋转手把；卡块位于第二直线导轨副和固定底板之间，且卡装在第二直线导轨副的直线导轨上；卡块上开设有螺纹通孔；

所述旋转把手包括螺杆以及与螺杆垂直固连的旋转杆；螺杆与所述螺纹通孔连接且螺杆的端部与第二直线导轨副的直线导轨接触。

8.根据权利要求7所述的弹丸搬运取放特种机器人，其特征在于：所述横梁上设置有可调支撑组件；可调支撑组件包括手轮、螺杆、螺母以及支脚；所述螺杆垂直于横梁且与横梁螺纹连接，螺杆的一端安装手轮，另一端安装支脚，螺母安装在所述螺杆上。

9.根据权利要求8所述的弹丸搬运取放特种机器人，其特征在于：所述第一减速电机中的减速器采用精密行星减速机，第二减速电机采用伺服电机连接RV摆线针轮减速器的形式，第三减速电机、第四减速电机、第五减速电机中的减速器采用精密RV摆线针轮减速机。

10.根据权利要求9所述的弹丸搬运取放特种机器人，其特征在于：所述第一直线导轨副为分体式，且为两组。