一种移动机器人用夹取装置及移动机器人的制作方法

1.本实用新型属于移动机器人相关技术领域，具体涉及一种移动机器人用夹取装置及移动机器人。


背景技术：

2.随着智能传感器技术、精密运动控制技术和计算机技术的迅速发展，移动机器人已经被广泛应用至物流、医药学、工业和服务业等领域；移动机器人在上述领域中常以顶升式、背负式和叉车式等方式完成各项终端执行操作，能够出色的、高效的完成指定工位的上下料或配送工作，移动机器人在智能搬运和智慧服务行业中的应用尤为重要。
3.移动机器人对夹取操作，常采用“移动机器人 多轴机械臂”和“移动机器人 纸卷夹”等方式；采用多轴机械臂的方式柔性化程度较高，可完成高精度和高难度的夹取作业；采用纸卷夹的方式，具有柔性好和夹紧力大的优点，可以完成高载荷以及较大体积的夹取作业；但是，采用上述方式进行的夹取操作存在以下问题：
4.1. 采用多轴机械臂的方式时，复杂的操作必然带来运动控制的难度增加，并且，末端执行件机构限制了夹取重量，不能用于较高载荷的场景；
5.2. 采用纸卷夹的方式时，多采用液压装置，限制了在高质量环境场景中的应用，夹紧力较难控制极易造成夹取物品的变形；并且，纸卷夹形状较为固定，对不同形状物品的夹取适应性较差。


技术实现要素：

6.本实用新型为了解决上述问题，提出了一种移动机器人用夹取装置及移动机器人；本实用新型可以避免对多轴机械臂和末端执行件机构等的使用，简化了操作，提高了载荷能力；同时，借助压力传感器对夹紧力进行监控，避免了夹紧力失控时造成夹取物品变形的问题。
7.根据一些实施例，本实用新型的第一方案提供了一种移动机器人用夹取装置，包括上升机构和夹取机构；
8.所述上升机构包括第一门架以及滑动设置在所述第一门架内侧的第二门架；
9.所述夹取机构滑动设置在所述第二门架上，所述第二门架上端通过链轮设置有链条，所述链条的一端固定在所述夹取机构的上端，另一端固定在所述第一门架的上端；
10.所述夹取机构包括靠近所述上升机构设置的滑轨，所述滑轨上滑动设置有第一滑动部和第二滑动部，且所述第一滑动部和所述第二滑动部相对设置，所述第一滑动部和第二滑动部之间设置有推拉机构；所述第一滑动部和所述第二滑动部内侧均活动设置有多个夹持板，所述夹持板内侧面上设置有压力传感器。
11.进一步的，所述第一门架下端固定有第一电机，所述第一电机的输出轴上设置有丝杠，所述第二门架的下端固定有丝杠螺母，所述丝杠和所述丝杠螺母啮合；所述丝杠远离所述第一电机的一端通过轴承设置在所述第一门架的上端。
12.进一步的，所述第一门架的内侧设置有凹槽，所述第二门架的外侧设置有定位板；所述第一门架内侧上端设置有第一定位轮，所述第一定位轮与所述定位板滚动接触；所述第二门架外侧下端设置有第二定位轮，所述第二定位轮与第一门架内侧凹槽内壁的一个侧面滚动接触。
13.进一步的，所述第二门架的内侧设置有凹槽，所述夹取机构靠近所述第二门架的一侧设置有背板，所述背板上固定有滑轮，所述滑轮滚动设置在所述第二门架内侧的凹槽内。
14.进一步的，所述夹取机构靠近所述上升机构的一侧设置框架；所述推拉机构包括固定在所述框架上的第二电机、固定在所述第二电机输出轴的齿轮以及与所述齿轮上下两端分别啮合的第一齿条和第二齿条；所述第一齿条的一端固定在所述第一滑动部上，所述第二齿条的一端固定在所述第二滑动部上。
15.进一步的，所述框架远离所述上升机构一侧的中间位置转动设置有多个滚筒，多个滚筒之间设置有传送带；至少一个滚筒连接有第三电机，所述第三电机固定在所述框架上。
16.进一步的，所述框架上侧中间位置设置有相机。
17.进一步的，所述第一滑动部和所述第二滑动部结构相同，且相对设置，所述第一滑动部上靠近所述上升机构的一端铰接设置有第一夹持板；所述第一滑动部远离所述上升机构的一端设置有伸缩装置，所述伸缩装置上设置有连接板，所述连接板上转动设置有第一转轴，所述第一转轴远离所述连接板的一端转动设置有第二转轴，所述第二转轴远离所述第一转轴的一端铰接有第二夹持板。
18.进一步的，所述夹持板内侧设置有防滑垫，所述压力传感器设置在所述防滑垫与所述夹持板之间。
19.根据一些实施例，本实用新型的第二方案还提供了一种移动机器人，包括移动机器人本体，所述移动机器人本体前端固定有如第一方案中所述的移动机器人用夹取装置。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
21.1. 本实用新型通过上升机构、推拉机构和夹持板等的配合，实现了对物品的夹取，避免了对多轴机械臂和末端执行件机的使用，降低了控制要求，提高了夹取承载能力；
22.2. 本实用新型中，在夹持板内侧设置了压力传感器，使得压紧力得以控制，避免了物品在夹取过程中变形的问题。
附图说明
23.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
24.图1是本实用新型的实施例1的三维结构示意图；
25.图2是本实用新型的实施例1的上升机构示意图；
26.图3是本实用新型的实施例1的夹取机构局部示意图；
27.图4是本实用新型的实施例1的夹取机构背面示意图；
28.图5是本实用新型的实施例1的伸缩装置示意图；
29.图6是本实用新型的实施例1的夹取机构俯视图；
30.图7是本实用新型的实施例1的上升机构俯视图；
31.图8是本实用新型的实施例2的结构示意图；
32.其中：1、上升机构，11、第一门架，1101、第一电机，1102、第一门架底板，1103、第一轴承，1104、丝杠副，1105、丝杠，1106、第二链条连接件，1107、第一定位轮，1108、第二轴承，12、第二门架，1201、第二门架底板，1202、丝杠螺母，1203、滑轮，1204、链轮，1205、定位板，13、门架定位副，2、夹取机构，21、滑轨，2101、滑轨固定板，22、第一滑动部，2201、第一转轴，2202、连接板，2203、伸缩装置，2204、第二转轴，2205、安装板，2206、滑块，23、第二滑动部，24、推拉机构，2401、齿轮轴，2402、弹簧卡圈，2403、第一齿条，2404、齿轮，2405、第二齿条，2406、第二电机，2407、齿条定位轴承，25、夹持板，2501、第二夹持板，2502、第一夹持板，26、相机，2601、相机安装架，27、第一链条连接件，28、框架，2801、第三电机，2802、带轮，2803、滚筒，2804、执行件固定板，29、背板，3、移动机器人本体。
33.具体实施方式：
34.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
35.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
36.实施例1：
37.如图1所示，本实施例提供了一种移动机器人用夹取装置，包括上升机构1和夹取机构2；所述上升机构1包括第一门架11以及滑动设置在所述第一门架11内侧的第二门架12；所述夹取机构2滑动设置在所述第二门架12上；所述第二门架12上端通过链轮1204设置有链条，所述链条的一端固定在所述夹取机构2的上端，另一端固定在所述第一门架11的上端；所述夹取机构2包括靠近所述上升机构1设置的滑轨21，所述滑轨21两端滑动设置有第一滑动部22和第二滑动部23，实现所述第一滑动部22和所述第二滑动部23的相对设置，所述第一滑动部22和第二滑动部23之间设置有推拉机构24；可以理解的，如图1和图3所示，所述第一滑动部22和所述第二滑动部23后侧设置有安装板2205，所述安装板2205上安装有滑块2206，所述滑块2206与所述滑轨21配合实现滑动连接；所述第一滑动部22和所述第二滑动部23内侧均活动设置有多个夹持板25，所述夹持板25内侧面上设置有压力传感器；在本实施例中，所述第一滑动部22和第二滑动部23可以由多种尺寸的钢管、连接件和钢板等部件焊接而成。
38.需要说明的是，图3为所述夹取机构2的局部示意图，其中只体现了所述第一滑动部22，省略所述第二滑动部23的目的在于展示夹取机构2的内部情况，所述所述第一滑动部22和所述第二滑动部23的位置关系参照图1。
39.如图2和图3所示，所述链条与所述第二门架12上端内侧设置的链轮1204啮合；所述链条的一端通过第一链条连接件27固定在夹取机构2的上端，所述链条的另一端通过第二链条连接件1106固定在所述第一门架11的上端；优选的，所述链条、所述链轮1204、所述第一链条连接件27和所述第二链条连接件1106设置为两套。
40.如图2所示，所述第一门架11下端的第一门架底板1102上固定有第一电机1101，所述第一电机1101的输出轴上设置有丝杠1105，所述丝杠1105和所述第一门架底板1102之间
通过第一轴承1103转动连接；所述第二门架12下端的第二门架底板1201上固定有丝杠螺母1202；所述丝杠1105和所述丝杠螺母1202啮合，构成丝杠副1104；所述丝杠1105远离所述第一电机1101的一端通过第二轴承1108转动设置在所述第一门架11的上端。
41.如图2所示，所述第一门架11的内侧设置有凹槽，所述第二门架12的外侧设置有定位板1205；所述第一门架11内侧上端设置有第一定位轮1107，所述第一定位轮1107与所述定位板1205滚动接触；所述第二门架12外侧下端设置有第二定位轮，所述第二定位轮位于所述第一门架11内侧凹槽内，所述第二定位轮与第一门架11内侧凹槽内壁的一个侧面滚动接触。
42.如图7所示，所述第一门架11和所述第二门架12之间还设置有门架定位副13；具体的，所述门架定位副13为一种球副，连接在所述第一门架11的顶端，与所述第二门架12外侧接触连接，解决所述上升机构1的死点和卡顿情况，提高了所述第一门架11和第二门架12相对滑动的稳定性。
43.具体的，所述丝杠螺母1202上升时，带动所述第二门架12上升，所述链条一端因固定在所述第一门架11上端，不发生移动，所述链条与所述链轮1204啮合，所述夹取机构2受到所述链条的拉动，相对于所述第二门架12滑动上升，且上升速度是所述丝杠螺母1202速度的二倍；区别于常用的液压方式，该上升方式采用纯电动的方式，高效清洁，能够满足更多高质量环境场景；工作时，当移动机器人移动到待夹取物品附近时，所述上升机构1先带动所述夹取机构2上升到待夹取物品的上方，然后下降到指定位置，所述夹取机构2展开夹取作业，整个过程高效清洁、智能化程度高，能够自适应于夹取物品的体积，柔性化程度提高。
44.如图2和图4所示，所述第二门架12的内侧设置有凹槽，所述夹取机构2靠近所述第二门架12的一侧设置有背板29，所述背板29上固定有滑轮1203，所述滑轮1203滚动设置在所述第二门架12内侧的凹槽内；可以理解的，所述背板29为两个，分别对应所述第二门架12内侧两端的凹槽。
45.如图3和图4所示，所述夹取机构2靠近所述上升机构1的一侧设置框架28，所述框架28由多个钢筋横梁和多个钢筋竖梁焊接而成，所述滑轨21通过滑轨固定板2101设置在所述框架28上；优选的，所述滑轨21为两个，分别设置在所述框架28的上下两端；所述推拉机构24包括固定在所述框架28上的第二电机2406、固定在所述第二电机2406输出轴的齿轮2404以及与所述齿轮2404上下两端分别啮合的第一齿条2403和第二齿条2405；可以理解的，通过弹簧卡圈2402和齿轮轴2401轴肩作用，实现所述齿轮2404的轴向定位，所述第二电机2406通过电机安装架固连在所述框架28上；所述第二电机2406通过联轴器、所述齿轮轴2401和平键等的设置，实现所述第二电机2406与所述齿轮2404的连接；所述第一齿条2403的一端固定在所述第一滑动部22上，所述第二齿条2405的一端固定在所述第二滑动部23上；可以理解的，所述第一齿条2403和所述第二齿条2405固定在安装板2205上；优选的，所述齿轮2404为直齿轮，所述推拉机构24设置为两个。
46.如图3所示，所述框架28远离所述上升机构1的一侧的中间位置转动设置有多个滚筒2803，多个滚筒2803之间设置有传送带，所述传送带设置在所述带轮2802上；至少一个滚筒2803连接有第三电机2801，所述第三电机2801固定在所述框架28上；优选的，所述滚筒2803为两个；多个滚筒2803和所述第三电机2801固定在一个执行件固定板2804上，构成一
个多功能执行单元，所述多功能执行单元作用于物品上，避免夹持错位。
47.如图3所示，所述框架28上侧中间位置通过相机安装架2601设置有相机26，优选的，所述相机26为工业相机。
48.如图3、图5和图6所示，所述夹持板25可分为第一夹持板2502和第二夹持板2501两类；至少一个第一夹持板2502铰接设置在所述第一滑动部22和所述第二滑动部23靠近所述上升机构1的一端；可以理解的，在本实施例中，铰接可以通过转轴和孔的配合实现，使得所述第一夹持板2502的自由度为1，在其他实施例中，按照安装空间和要求还可以采用其他铰接方式；优选的，所述第一滑动部22和所述第二滑动部23均设置有2个第一夹持板2502和1个第二夹持板2501，两个第一夹持板2502上下相对设置；所述第一滑动部22和所述第二滑动部23远离所述上升机构1的一端设置有伸缩装置2203，所述伸缩装置2203上设置有连接板2202，所述连接板2202上转动设置有第一转轴2201，所述第一转轴2201远离所述连接板2202的一端转动设置有第二转轴2204，所述第二转轴2204远离所述第一转轴2201的一端铰接所述第二夹持板2501，实现所述第二夹持板2501的活动连接，此处铰接，可通过设置带有孔的耳板和转轴配合的方式实现；所述第二夹持板2501的自由度为3，可自适应于夹取不同锥度和不同体积的筒状物夹取；优选的，所述伸缩装置2203采用气缸伸缩装置；需要说明的是，所述伸缩装置2203的伸缩方向与所述第二门架12所在的平面垂直，所述连接板2202与所述第二门架12所在的平面平行，所述第一转轴2201与所述连接板2202所在平面平行，所述第二转轴2204与所述第一转轴2201垂直，所述第二夹持板2501的作用面与所述第一夹持板2502的作用面相对设置。
49.需要说明的是，在图6中，俯视角度下，两个第二夹持板2501显示不同，展示的是两个第二夹持板2501分别对应的两个第一转轴2201在不同转动角度下的效果，实际上，两个第二夹持板2501结构是相同的。
50.在本实施例中，所述夹持板25内侧设置有防滑垫，所述压力传感器设置在所述防滑垫与所述夹持板25之间；可以理解的，所述防滑垫可以选用带有凸起结构的橡胶垫；所述防滑垫保证夹取过程中夹取稳定性，所述压力传感器与移动机器人内的控制器实现回环，避免了夹紧力过大。
51.本实施例的工作原理或过程为：
52.通过所述工业相机识别待夹取物品；所述第二电机2406正转或反转，通过联轴器带动所述齿轮轴2401，所述齿轮轴2401将动力传递给所述齿轮2404，所述齿轮2404转动指定齿数，因所述齿轮2404和所述第一齿条2403及所述第二齿条2405啮合连接，所述第一齿条2403和所述第二齿条2405做对应齿数的相对平动，齿条定位轴承2407跟随转动，所述齿条定位轴承2407固定在所述框架28上，保证齿轮齿条副啮合过程中的平滑性，连接在所述第一齿条2403和所述第二齿条2405上的所述第一滑动部22和所述第二滑动部23做同步相反的动作，实现所述第一滑动部22和所述第二滑动部23的夹紧或松开动作；在夹紧动作之前，所述第一滑动部22和所述第二滑动部23会移动到最大范围，所述伸缩装置2203也会根据待夹取物品大小扩大范围，在执行夹紧动作时，所述推拉机构24和所述伸缩装置2203反向运动，实现夹紧动作；所述第一夹持板2502具备1个自由度，所述第二夹持板2501具备3个自由度，使得夹紧过程中的所述第一夹持板2502和所述第二夹持板2501具有柔性功能，可实现慢慢贴合待夹取物品的效果，待所述压力传感器检测到夹紧力达到设定阈值后，在夹
紧力和摩擦力的作用下完成夹取作业。
53.实施例2：
54.如图8所示，本提供了一种移动机器人，包括移动机器人本体3，所述移动机器人本体3的前端固定有如实施例1中所述的移动机器人用夹取装置。
55.具体的，可以通过螺栓连接的方式将所述第一门架11与所述移动机器人本体3，具体连接方式为常规设置，在此不再详述。
56.可以理解的，所述移动机器人本体3内设置有控制器，所述控制器与所述移动机器人用夹取装置上的工业相机和所有动力装置连接，所述控制器内集成有图像识别和数据处理等程序，实现对移动机器人用夹取装置动作的控制。
57.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。