CN110308731B - 高精度移动机器人二次定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高精度移动机器人二次定位装置，涉及工业机器人技术领域，能够配合改进的工业机器人底座工作，实现对工业机器人底座的快速夹紧和松开，该装置包括：工业机器人底座、定位器、夹紧机构。定位器根据六点定位原理实现对工业机器人的完全定位，夹紧机构将底座向定位器的定位面夹紧。改进的工业机器人底座对应每个夹紧机构有一根曲轴，底座上的驱动装置带动曲轴转动，可以驱动夹紧机构对底座夹紧、锁死或快速松开。本发明通过与安装有底座的工业机器人互动，实现在机器人工作时将机器人定位、夹紧锁死，提高工业机器人的刚度和精度；在机器人空闲时将机器人松开，让机器人可以搭载AGV小车移动到新的工位，扩展机器人的工作范围。

Description

高精度移动机器人二次定位装置

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别是涉及高精度移动机器人二次定位装置。

背景技术

工业机器人是机器人中精度要求非常高的一类，尤其是加工、装配、焊接等制造类工业机器人。现有的工业机器人主要为固定机械臂。当前固定机械臂的位置精度和姿态精度分别达到了0.01mm和0.01°的精度级别，在包括航空航天等对精度要求极高的领域都得到了广泛的应用。

移动机器人扩展了工作范围，极大地提高了工业机器人的柔度。工业机器人实现移动的方式有沿固定轨道移动、履带移动、轮式移动等多种方式，其中以轮式自动导引运输车(Automated Guided Vehicle，以下简称AGV)的移动方式最为灵活快捷。但是，由于行走部的加入，移动机器人系统更为复杂，移动定位的精度低、支承的刚度低等原因，致使机器人的工作精度受到影响。AGV与工业机器人协调工作需要解决的问题众多，目前，人们对移动机器人精度的研究尚少。罗坚铭等利用移动机械臂上的视觉定位系统，通过Levenberg-Marquardt最优化方法对手眼进行标定，再利用固定特征点求解相机位姿，从而补偿移动小车定位误差，取得了一定的效果，但达到的精度对很多加工场合不甚理想；陈东东在飞机装配中二次制孔位置精度研究中，利用工业相机对机器人工件坐标系进行标定，根据误差模型计算出AGV经二次入位引起的工业机器人基坐标误差，并采用反距离加权法对误差进行修正，使得孔径偏差在±0.01mm内，取得了比较好的效果。但由于在误差修正中采用的并非实时误差，误差修正的效果会有一定的波动，加之随着机器人运行时间的推移，机械磨损、配合松动等原因会使误差增大，影响到误差修正的效果，因此迫切需要提供一种具有该定位精度的装置。

发明内容

本发明实施例提供了高精度移动机器人二次定位装置，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供了高精度移动机器人二次定位装置，所述二次定位装置安装在工位上，工业机器人由AGV小车运送至该二次定位装置并由该二次定位装置将所述工业机器人的底座锁定，所述二次定位装置包括多个夹持机构和多个定位器，多个所述夹持机构分别位于工位的左侧和右侧，多个所述定位器分别位于工位的各处；每个所述夹持机构均包括安装块和连杆机构，所述安装块固定安装在工位上，所述连杆机构安装在所述安装块上，所述连杆机构中具有夹持块，所述工业机器人的底座底面上具有驱动装置以及与该驱动装置连接的曲轴，所述曲轴上具有两个轴颈，该两个轴颈与所述连杆机构配合，所述驱动装置带动曲轴转动时，两个所述轴颈带动连杆机构运转，所述连杆机构中的夹持块下降或者上升，将所述工业机器人的底座锁定或者解除锁定。

本发明中的高精度移动机器人二次定位装置，能够配合改进的工业机器人底座工作，实现对工业机器人底座的快速夹紧和松开，该装置包括：改进的工业机器人底座、定位器、夹紧机构。定位器根据六点定位原理实现对工业机器人的完全定位，夹紧机构将底座向定位器的定位面夹紧。改进的工业机器人底座对应每个夹紧机构有一根曲轴，底座上的驱动装置带动曲轴转动，可以驱动夹紧机构对底座夹紧、锁死或快速松开。本发明通过与安装有改进底座的工业机器人互动，实现在机器人工作时将机器人定位、夹紧锁死，提高工业机器人的刚度和精度；在机器人空闲时将机器人松开，让机器人可以搭载AGV小车移动到新的工位，从而扩展机器人的工作范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为高精度移动机器人管理调度系统的组成示意图；

图2为二次定位装置的结构示意图；

图3为工业机器人的底座夹持在二次定位装置时的俯视图；

图4为图3中底座和二次定位装置一侧的部分剖面示意图；

图5为图3中底座和二次定位装置另一侧的部分剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，本发明的二次定位装置应用于高精度移动机器人管理调度系统，该系统包括工业机器人100、AGV小车200、二次定位装置300和上位机400，所述工业机器人100包括机械臂和固定在机械臂下部的底座120，所述机械臂上安装有可替换的末端工具110。所述AGV小车200包括车体和安装在车体顶部的托架210，所述车体具有行走部，且该车体通过无线通信的方式与所述上位机400通信连接，所述托架210与所述工业机器人100的底座120可拆卸连接。

所述二次定位装置300的数量为多个，每个所述二次定位装置300均固定安装一个工位上，该工位分布在加工场地中，且每个工位与一个加工机床500对应，所述加工机床500也通过无线通信的方式与所述上位机400通信连接。

所述上位机400中安装有调度系统软件和导航系统软件，当某个加工机床500需要进行零部件加工时，向所述上位机400发送一个请求信息，所述上位机400响应请求信息，由调度系统软件随机选择一个待命状态的AGV小车200，此处所说的待命状态的AGV小车是指该AGV小车上安装有所述工业机器人100，且该工业机器人100处于空闲状态，选择待命状态的AGV小车200后所述上位机400向所述AGV小车200发送移动控制命令，并由导航系统软件按照发送请求信息的所述加工机床500的位置对AGV小车200进行导航，所述AGV小车200按照上位机400的导航移动至与加工机床500对应的二次定位装置300处。当所述AGV小车200移动到位后，托架210解除与所述工业机器人100的底座的连接状态，然后AGV小车200自动移动至指定区域。

所述工业机器人100的底座被放置在二次定位装置300上后，即与该二次定位装置300实现锁定，所述二次定位装置300上具有用于为所述工业机器人100提供电源的插座，当工业机器人100的底座与二次定位装置300锁定后所述工业机器人100的电源插头也插接在该插座上，随后所述工业机器人100即开始工作，配合加工机床500进行零部件加工工作。

当所述加工机床500的加工任务结束后，加工机床500向所述上位机400发送请求信息，所述上位机400响应该请求信息，由调度系统软件随机选择一个空闲状态的AGV小车200，此处所说的空闲状态的AGV小车是指该AGV小车上没有安装工业机器人100，选择空闲状态的AGV小车200后所述上位机400向所述AGV小车200发送移动控制命令，并由导航系统软件按照发送请求信息的所述加工机床500的位置对AGV小车200进行导航，所述AGV小车200按照上位机400的导航移动至与加工机床500对应的二次定位装置300处。当所述AGV小车200移动到位后，二次定位装置300解除与所述工业机器人的锁定，同时AGV小车200的托架210与所述工业机器人100的底座连接，接着所述AGV小车200即带着工业机器人100自动移动至指定区域。

与传统的移动工业机器人相比，所述的高精度移动机器人管理调度系统具有如下优点：(1)工业机器人工作时被固定，如同固定机械臂，刚度好，精度高，可利用固定机械臂的技术来提高其工作精度。(2)工业机器人与AGV小车是多对多的“司乘关系”，工作方式灵活。当一台AGV小车出现故障时，不影响工业机器人的移动和工作；反之亦然。(3)与固定轨道的移动工业机器人相比，搭载AGV小车实现移动更灵活，对场地适应性更好，成本更低。(4)工业机器人的工作精度不依赖于AGV小车的定位精度，因此，对行AGV小车的定位精度要求较低，只要求其能将工业机器人送到工位即可。

参照图2-图5，本发明将会对二次定位装置300的结构进行详细说明。

所述二次定位装置300包括左侧夹持机构310、右侧夹持机构320、左侧定位器330、右侧定位器340和后侧定位器350，本实施例中所述左侧夹持机构310、右侧夹持机构320和左侧定位器330的数量均为两个，两个所述左侧夹持机构310分别位于工位的左侧两端，两个所述右侧夹持机构320分别位于工位的右侧两端，两个所述左侧定位器330分别紧贴两个左侧夹持机构330安装。所述右侧定位器340位于两个右侧夹持机构320之间，所述后侧定位器350位于工位的后侧且介于一个左侧夹持机构310和一个右侧夹持机构320之间。

所述左侧夹持机构310包括左侧安装块3110和左侧连杆机构，该左侧安装块3110使用螺丝固定在工位上，所述左侧连杆机构包括下部安装轴3120、中部安装轴3130和上部安装轴3140，这三个安装轴分别转动安装在所述左侧安装块3110上，所述下部安装轴3120、中部安装轴3130和上部安装轴3140的轴线平行且均处于水平方向。所述下部安装轴3120上固定安装有下部连接杆，所述中部安装轴3130上固定安装有两个中部连接杆，所述上部安装轴3140上固定安装有两个上部连接杆，所述下部连接杆的末端通过第一连接杆3121与一个所述中部连接杆转动连接，且所述第一连接杆3121的两端与所述下部连接杆和中部连接杆均转动连接。所述下部连接杆还通过第二连接杆3122与一个所述上部连接杆转动连接，且所述第二连接杆3122的两端与所述下部连接杆和上部连接杆均转动连接，所述下部连接杆与第一连接杆3121、第二连接杆3122的连接点重合。

所述左侧安装块3110的顶面上开设有两个通孔，两个通孔中分别插入有第一顶杆3150和第二顶杆3160，所述第一顶杆3150通过第三连接杆3132转动连接在所述第一连接杆3121和中部连接杆的连接处，且所述第三连接杆3132的两端分别与第一顶杆3150和第一连接杆3121转动连接。所述第二顶杆3160通过第四连接杆3131与另一个所述中部连接杆转动连接，且所述第四连接杆3131的两端分别与所述第二顶杆3160和中部连接杆转动连接。另一个所述上部连接杆的末端位于所述左侧安装块3110的上方，且该上部连接杆的末端转动安装有夹持块3141。

所述工业机器人100的底座120底面左右两侧分别开设有两个滑槽，左侧的两个滑槽位置与所述第一顶杆3150和第二顶杆3160位置对应，该两个滑槽中转动安装有曲轴121，该曲轴121上具有两个方向相反的轴颈，两个轴颈分别位于两个所述滑槽中，曲轴121一端穿过所述滑槽的侧壁与驱动装置连接，该驱动装置为安装在底座120底面上的电机等设备，当驱动装置运转时带动两个滑槽中的相反方向的轴颈转动，进而推动所述第一顶杆3150和第二顶杆3160上下移动。

本实施例中，所述左侧夹持机构310上与底座120接触的部件均具有垫片，例如第一顶杆3150顶端、第二顶杆3160顶端和夹持块3141的底面，更换不同厚度的垫片即可调节夹持的松紧程度。

所述AGV小车200承载工业机器人100进入二次定位装置300时，底座120从二次定位装置300的前侧，即与所述后侧定位器350相对的一侧插入，此时所述第一顶杆3150和第二顶杆3160的顶端均从通孔中伸出，所述底座120底面左侧的两个滑槽分别位于第一顶杆3150和第二顶杆3160上方，随着AGV小车200移动，所述底座120最终完全卡接在所述二次定位装置300的内部，此时底座120的底面与两个所述左侧夹持机构310和两个右侧夹持机构320的顶面均接触。接着所述底座120底面上的驱动装置转动，带动曲轴121上的两个轴颈转动到一上一下的状态，第一顶杆3150受到与其对应的轴颈的挤压开始下降，受连接关系影响所述第二顶杆3160同步上升，同时夹持块3141同步下压，最终所述夹持块3141仅仅压在所述底座120的顶面，使所述底座120在竖直方向上处于锁定状态。

所述右侧夹持机构320具有所述左侧夹持机构310的全部结构特征，同时所述右侧夹持机构320还具有抵持杆3240，所述右侧夹持机构320的右侧安装块在朝向所述底座120右侧面的侧壁上开设有抵持孔，该抵持孔的轴线与所述底座120的侧面垂直，所述抵持杆3240插入该抵持孔中并在该抵持孔中沿轴线滑动。所述抵持杆3240背对底座120的一端通过连接件3230与右侧夹持机构320的一个上部连接杆3220转动连接，该上部连接杆3220的末端安装有夹持块，且所述连接件3230的两端与所述抵持杆3240和上部连接杆3220均转动连接，在所述上部连接杆3220朝向底座120转动时，所述夹持块压在底座120的顶面，且抵持杆3240通过连接件3230的带动朝向底座120移动，并最终紧紧抵持在所述底座120的侧面，使所述底座120在水平方向上处于锁定状态。

在所述底座120被左侧夹持机构310和右侧夹持机构320锁定后，所述左侧定位器330、右侧定位器340和后侧定位器350用于配合所述底座120上各处安装的误差测量装置对底座120进行定位，以提高工业机器人100的定位精度。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.高精度移动机器人二次定位装置，其特征在于，所述二次定位装置安装在工位上，工业机器人由AGV小车运送至该二次定位装置并由该二次定位装置将所述工业机器人的底座锁定，所述二次定位装置包括多个夹持机构和多个定位器，多个所述夹持机构分别位于工位的左侧和右侧，多个所述定位器分别位于工位的各处；每个所述夹持机构均包括安装块和连杆机构，所述安装块固定安装在工位上，所述连杆机构安装在所述安装块上，所述连杆机构中具有夹持块，所述工业机器人的底座底面上具有驱动装置以及与该驱动装置连接的曲轴，所述曲轴上具有两个轴颈，该两个轴颈与所述连杆机构配合，所述驱动装置带动曲轴转动时，两个所述轴颈带动连杆机构运转，所述连杆机构中的夹持块下降或者上升，将所述工业机器人的底座锁定或者解除锁定；

所述夹持机构包括结构相同的两个左侧夹持机构和两个右侧夹持机构，两个所述左侧夹持机构分别位于工位的左侧两端，两个所述右侧夹持机构分别位于工位的右侧两端，所述左侧夹持机构包括左侧安装块和左侧连杆机构，所述左侧连杆机构包括分别转动安装在所述左侧安装块的下部安装轴、中部安装轴和上部安装轴；

所述下部安装轴上固定安装有下部连接杆，所述中部安装轴上固定安装有两个中部连接杆，所述上部安装轴上固定安装有两个上部连接杆，所述下部连接杆的末端通过第一连接杆与一个所述中部连接杆转动连接，所述下部连接杆还通过第二连接杆与一个所述上部连接杆转动连接；所述左侧安装块的顶面上开设有两个通孔，两个通孔中分别插入有第一顶杆和第二顶杆，所述第一顶杆通过第三连接杆转动连接在所述第一连接杆和中部连接杆的连接处，所述第二顶杆通过第四连接杆与另一个所述中部连接杆转动连接，另一个所述上部连接杆的末端位于所述左侧安装块的上方，且该上部连接杆的末端转动安装有夹持块。

2.如权利要求1所述的高精度移动机器人二次定位装置，其特征在于，所述工业机器人的底座底面左右两侧分别开设有两个滑槽，左侧的两个滑槽位置与所述第一顶杆和第二顶杆位置对应，左侧的两个滑槽中转动安装有所述曲轴，该曲轴上具有两个方向相反的轴颈，两个轴颈分别位于左侧的两个所述滑槽中，所述曲轴一端穿过所述滑槽的侧壁与所述驱动装置连接。

3.如权利要求1所述的高精度移动机器人二次定位装置，其特征在于，所述右侧夹持机构还具有抵持杆，所述右侧夹持机构包括右侧安装块和右侧连杆机构，该右侧安装块在朝向所述底座右侧面的侧壁上开设有抵持孔，该抵持孔的轴线与所述底座的侧面垂直，所述抵持杆插入该抵持孔中并在该抵持孔中沿轴线滑动，所述抵持杆背对底座的一端通过连接件与所述右侧连杆机构中的上部连接杆转动连接，该上部连接杆的末端安装有所述夹持块。

4.如权利要求1所述的高精度移动机器人二次定位装置，其特征在于，所述第一顶杆的顶端、第二顶杆的顶端和夹持块的底面均具有垫片。

5.如权利要求1所述的高精度移动机器人二次定位装置，其特征在于，所述定位器包括左侧定位器、右侧定位器和后侧定位器，所述左侧定位器紧贴位于工位左侧的夹持机构安装，所述右侧定位器位于工位的右侧，所述后侧定位器位于工位的后侧。

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