CN208084326U - 基于混联式机器人的协作平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于移动机器人领域，具体公开了一种基于混联式机器人的协作平台，具体包括两台或多台移动夹持单元动态测试仪运动驱动电路，移动夹持单元由移动平台、并联承载装置和机械手组成，在移动夹持单元上安装有监控系统，监控系统包括姿态传感器、载荷传感器、振动传感器和视觉传感器。本实用新型综合了并联机构和串联机构的双重优点，有效提高系统结构的刚度、工作空间、稳定性和作业灵活性。

Description

基于混联式机器人的协作平台

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及基于混联式机器人的协作平台。

背景技术

机器人被广泛应用到生产加工、服务运输等各个领域，具有工作效率高、重复精度好、功能强大等优点。然而，固定在操作台上的机器人，由于其工作空间十分有限，极大地制约了机械手功能的拓展。移动机器人是一种具有高度自规划、自组织、自适应能力，适合在复杂的非结构化环境中工作，集环境感知、动态决策与规划、运动控制与执行等多种功能为一体，相对固定式机器人和机械手，其应用范围和功能都大为拓展和提高，在货物搬运领域具有明显的优势。而单纯的移动平台式的移动机器人其作业灵活性和可操作度受到极大限制。文章《带有机械臂的全方位移动机器人的研制》采用全方位移动机构设计了一种全方位移动机械臂，但是其刚度和稳定性较低。专利CN201510206946.8公开了一种重载搬运装配移动机器人，采用移动平台和Stewart并联平台，实现系统的搬运、装配作业，但是其系统的工作空间和作业灵活性明显受到限制。移动机械手是将机械手安装在移动机器人上，集成移动平台和机械手两个子系统，这种结构使其拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，同时具有移动和操作功能，使其能够在更短的时间内，以更优的位姿完成更大范围内的任务，优于传统的机械手和移动机器人。可以看出，现有技术中移动机械手的移动平台多是作为运动载体，其上搭载的机械手臂通常采用串联关节臂，这存在以下问题：单纯的基于串联机构的移动机械手，整体系统的刚度和稳定性较低，难以完成高强度的搬运作业，尤其是在负载变化或执行大负载抓取以及重载搬运作业时极易导致失稳，而此时仅仅具有运动载体功能的移动平台难以进行有效的反馈调节进行匹配，因而容易造成整车倾覆事故，影响移动机械手的高效稳定作业，增加了作业失败的可能性；而单纯的并联机构其系统的工作空间和作业灵活性明显受到限制。随着现代生产制造领域大型重载零部件的加工装配作业越来越多，单移动机械手明显难以完成高效稳定的搬运作业，因此应针对现有技术存在的不足以及大型重载零部件搬运作业的需求，发明一种基于混联式机器人的协作平台，为移动机器人协同搬运系统提供一个可高、高效的硬件平台和软件开发基础。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于混联式机器人的协作平台，具体如下：

基于混联式机器人的协作平台，包括两台以上的移动夹持单元。每个移动夹持单元均由移动平台1、并联承载装置3和机械手2构成。其中，并联承载装置3安装在移动平台1之上。在联承载装置3顶部设有一个以上的机械手2。

进一步说，在移动平台1和/或并联承载装置3上安装有监测系统4。

进一步说，监测系统4包括姿态传感器41、载荷传感器42、振动传感器43和视觉传感器44。

更进一步说，监测系统4还包括稳定性控制器45。

优选的方案是，有2个以上的移动夹持单元。其中，姿态传感器41、载荷传感器 42、振动传感器43和视觉传感器44均安装在移动平台1上。

机械手2的末端设置有重物抓取装置23。

为了更好地解释本实用新型，现换一角度对本实用新型的结构、特点阐述如下：

本实用新型基于混联机构的优点，实用新型一种结构稳定、刚度高、工作空间大、作业灵活的移动机器人协同搬运系统及方法。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种基于混联机构的移动机器人协同搬运系统，包括两台或多台移动夹持单元动态测试仪运动驱动电路。所述的移动夹持单元由移动平台、并联承载装置和机械手组成，并联承载装置具有上平台和下平台，并联承载装置的上平台设置有回转安装座，机械手的底座固定在并联承载装置的上平台的回转安装座上，并联承载装置的下平台与移动平台的上表面通过移动副联接，并联承载装置的上平台和下平台之间设置有刚度支撑杆。在移动夹持单元上设有监控系统。所述监控系统包括姿态传感器、载荷传感器、振动传感器和视觉传感器。监控系统还可以包括稳定性控制器。姿态传感器实时检测移动平台的姿态信息，载荷传感器实时检测移动平台的载荷信息，振动传感器实时检测移动平台的振动信息，视觉传感器对移动平台周围环境信息进行拍摄，稳定性控制器实时监控系统的稳定性信息。

所述的回转安装座上设置有回转支撑和圆柱齿轮。

所述的并联承载装置的驱动元件通过球铰安装座安装在上平台和下平台之间，并联承载装置的上平台的中部为网状辐射盘面，回转安装座设置在网状辐射盘面的中心位置，并联承载装置的上平台的底面设置有加强筋板、球铰安装座和支撑架。并联承载装置的下平台的底面设置有移动导轨和传动螺母。

所述的移动平台的上表面设置有导轨槽，导轨槽的一端为通槽，另一端为盲槽，移动平台的上表面与并联承载装置的下平台采用导轨副联接。

所述的机械手的第一关节的驱动元件安装在并联承载装置的支撑架内部。

所述的并联承载装置的驱动方式为电机驱动。

运动驱动电路运动驱动电路运动驱动电路运动驱动电路运动驱动电路动态测试仪运动驱动电路在搬运过程中，两台或多台移动夹持单元内的机械手转弯时，通过运动驱动电路在驱动电机的驱动下随同移动平台同步调整，保证机械手抓取姿态保持不变。

本实用新型所构建的协作硬件平台是指两台或多台移动机械手与重物构成的整体系统的稳定。

本实用新型的优点在于：

本实用新型的移动机器人协同搬运系统，是一个硬件平台，能够综合并联机构和串联机构的双重优点，有效提高系统结构的刚度、工作空间、稳定性和作业灵活性。使用本实用新型在协同搬运过程中，并联承载装置能够实现姿态的调整，可增加机械手与重物间的协调空间，进一步增大系统的工作空间和灵活性，实现移动机械手位置的初定位和精定位两级抓取定位。在抓取和搬运过程中，监控系统能够对系统的稳定性进行实时监控，进而能够保证两台或多台移动夹持单元与重物构成的整体系统的稳定。在协同搬运转弯的过程中，联承载装置的姿态随同移动平台同步调整，保证机械手抓取姿态保持不变，同时通过并联承载装置本身结构的隔振作用和姿态反馈控制实现移动平台振动激励的双重控制。本实用新型为实现大型重载零部件协同搬运作业的智能化提供了扎实的硬件基础。

附图说明

图1是本实用新型的立体示意图。

图2是图1中的移动机械手的结构图。

图3是图2中的移动机械手的并联承载装置的主视图。

图4是图2中的移动机械手的并联承载装置的俯视图。

图5是图2中的并联承载装置上平台的俯视图。

图6是图2中的并联承载装置上平台的底部结构图。

图7是图2中的并联承载装置的支撑架的结构图。

图8是图2中的并联承载装置下平台的结构图。

图9是图2中的移动平台上表面的结构图。

图10是本实用新型装配有电控设备后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做进一步说明：

如图1所示，基于混联式机器人的协作平台，包括两台以上的移动夹持单元。每个移动夹持单元均由移动平台1、并联承载装置3和机械手2构成。其中，并联承载装置3安装在移动平台1之上。在联承载装置3顶部设有一个以上的机械手2，由机械手2共同夹持重物9。

参见图1，进一步说，在移动平台1和/或并联承载装置3上安装有监测系统4。

参见图1，进一步说，监测系统4包括姿态传感器41、载荷传感器42、振动传感器 43和视觉传感器44。姿态传感器实时检测移动平台的姿态信息，载荷传感器实时检测移动平台的载荷信息，振动传感器实时检测移动平台的振动信息，视觉传感器对移动平台周围环境信息进行拍摄。

参见图1或10，进一步说，监测系统4还包括稳定性控制器45。稳定性控制器进行系统的稳定性分析，并实时监控搬运过程系统的稳定性信息。

进一步说，在移动平台1上安装有视觉传感器44、姿态传感器41和振动传感器 43。

进一步说，姿态传感器41、载荷传感器42、振动传感器43和视觉传感器44分别与主控机相连接，单向传输采集到的信号。稳定性控制器45与主控机相连接。

结合图2至9，进一步说，并联承载装置3包含1个上平台31。

上平台31顶面的中部为网状辐射盘面，在网状辐射盘面的中心设置有回转安装座313。

在上平台31的底面设置有3至6个加强筋板312、3至6个球铰安装座311和1个支撑架37。其中，加强筋板312与球铰安装座311交叉分布。支撑架37位于上平台31底面的中心。

结合图2至9，优选方案是，并联承载装置3包含1个下平台32。在上平台31和下平台32之间设置有刚度支撑杆36。在上平台31和下平台32之间设有3个以上的并联承载装置的驱动模块33。并联承载装置的驱动模块33的一端与球铰安装座311相连接。并联承载装置的驱动模块33的另一端直接与下平台32的顶部相连接。

结合图2至9，优选方案是，并联承载装置的驱动模块33包括驱动电机、减速模块和执行机构。其中，驱动电机经减速模块与执行机构相连接。进一步说，减速模块332包括圆柱齿轮和角接触轴承轴承。执行机构包括主动机构和从动机构，其中主动机构为螺纹外表面，从动机构为螺纹内表面，主动机构和从动机构通过螺纹传动实现驱动电机的运动到执行机构的传递。执行机构的一端与球铰安装座相连，另一端通过安装座固定在下平台的顶部。

结合图2至9，优选方案是，在上平台31的底面设置有3个加强筋板312、3个球铰安装座311和1个支撑架37。其中，3个加强筋板312呈品字形分布。3个球铰安装座 311呈品字形分布。

在下平台32上设置有移动导轨34，在移动平台1的上表面设置有导轨槽12。导轨槽12的一端为通槽，另一端为盲槽。通过移动导轨34与导轨槽12的配合，实现并联承载装置的下平台32与移动平台1的上表面之间的相对滑动。

机械手2含有一个机械手底座21。机械手底座21与回转安装座313固定连接。

在回转安装座313上设置有回转支撑3131和圆柱齿轮3132，回转支撑3131的内齿与圆柱齿轮3132的外齿啮合。

机械手2含有机械手第一关节和机械手第一关节的驱动元件。机械手第一关节的驱动元件为机械手驱动电机22。机械手驱动电机22安装在支撑架37中。

在下平台32的底面设置有移动导轨34，并配有传动螺母35。在下平台32的表面设置有第一连接铰。通过第一连接铰使下平台32与刚度支撑杆36的一端相连接。所述刚度支撑杆36呈柱状结构，两端为柱状连杆，两端的柱状连杆通过压缩弹簧进行连接。刚度支撑杆36负责增强并联承载装置3的刚度，减缓移动平台1带来的冲击，并减小驱动模块33的承载。

加强筋板312和球铰安装座311在并联承载装置的上平台31的底面成中心对称布置。加强筋板312和球铰安装座311均为3个，所述的每个球铰安装座311均具有两个球窝。

支撑架37的底面设置有第二连接铰362。通过第二连接铰362将支撑架37与刚度支撑杆36相连接。

机械手2具有单个或多个自由度。

并联承载装置3、机械手2内均含有驱动元件。驱动元件为电机。

实用新型结合图1和10进一步说，有2个以上的移动夹持单元。并设有主控机 7、动态测试仪6、运动驱动电路5和无线信号接收机8。其中，

姿态传感器41、载荷传感器42、振动传感器43和视觉传感器44均安装在移动平台1上。优选的方案是，稳定性控制器45内置于监测系统4，进行系统的稳定性分析，并实时监控搬运过程系统的稳定性信息。

动态测试仪6为一台工控机或单片机。

机械手2的末端设置有重物抓取装置23。

主控机7与运动驱动电路运动驱动电路5、动态测试仪6和无线信号接收机8相连接。

运动驱动电路5分别与2个移动夹持单元内的机械手2有线或无线连接。

动态测试仪6和监测系统4相连接。

优选的方案是，监测系统4和无线信号接收机8之间为无线连接，监测系统4和动态测试仪6之间采用有线或无线连接，动态测试仪6和主控机7之间采用有线或无线连接。进一步说，振动传感器将检测的移动平台的振动信号传输给动态测试仪，动态测试仪内的信号处理模块对振动信号进行转换处理并反馈给主控机，并经运动驱动电路输入给驱动电机，驱动电机控制并联承载装置调整姿态进行振动的主动控制。

进一步说，在搬运过程中，两台或多台移动机械手转弯时，通过驱动电机使并联承载装置的姿态随同移动平台同步调整，保证机械手抓取姿态保持不变。

在本实用新型中，所述的抓取过程和搬运过程的系统稳定是指两台或多台移动机械手与重物构成的整体系统的稳定。

实施例

参见图10，在本实施例中，本实用新型包括两台以上的移动夹持单元。每个移动夹持单元均由移动平台1、并联承载装置3和机械手2构成。其中，并联承载装置3安装在移动平台1之上。在联承载装置3顶部设有一个以上的机械手2，由机械手2共同夹持重物 9。此外还设有电控设备，包括主控机7、监控系统4、动态测试仪6和运动驱动电路5，监控系统4包括姿态传感器41、载荷传感器42、振动传感器43、视觉传感器44；姿态传感器41实时检测移动平台1的姿态信息，载荷传感器实时检测移动平台1的载荷信息，振动传感器实时检测移动平台1的振动信息，视觉传感器对移动平台1周围环境信息进行拍摄。姿态传感器41、载荷传感器42、振动传感器43和视觉传感器44均安装在移动平台1上。优选的方案是，还设有稳定性控制器45，稳定性控制器45实时监控系统的稳定性信息；机械手2的末端设置有重物抓取装置23。主控机7与移动夹持单元、监控系统4和运动驱动电路5通过无线信号接收机8进行实时通讯。

如图2和图3所示，移动机械手包括移动平台1、并联承载装置3、机械手2，机械手2具有六自由度，机械手2采用电机驱动，其中第一关节的驱动元件22安装在并联承载装置3的内部。并联承载装置3具有上平台31和下平台32。并联承载装置的下平台32设置有移动导轨34和传动螺母35，并联承载装置3的驱动电机33均匀分布安装在并联承载装置3的上平台31和下平台32之间，上平台31和下平台32之间设置有刚度支撑杆36。机械手2通过底座21固定在并联承载装置3的上平台31的回转安装座313上。

如图4、图5和图6所示，并联承载装置的上平台31的中部为网状辐射盘面，网状辐射盘面的中心设置有回转安装座313，回转安装座313上设置有回转支撑3131和圆柱齿轮3132。上平台31的底面设置有加强筋板312、球铰安装座311和支撑架37。如图7所示，支撑架37的底面设置有刚度支撑杆36的连接铰二362，下平台32的表面设置有刚度支撑杆36的连接铰一361。

如图9所示，移动平台1的上表面设置有导轨槽12，导轨槽12的一端为通槽，另一端为盲槽，移动平台1的上表面与并联承载装置3采用导轨副联接。

本实用新型综合了并联机构和串联机构的双重优点，有效提高系统结构的刚度、工作空间、稳定性和作业灵活性，能够对系统的稳定性进行实时监控。本实用新型能够有效实现移动机器人协同搬运过程的高效稳定，有利于实现大型重载零部件协同搬运作业的智能化。

Claims (10)

1.基于混联式机器人的协作平台，其特征在于，包括两台以上的移动夹持单元；

每个移动夹持单元均由移动平台（1）、并联承载装置（3）和机械手（2）构成；其中，并联承载装置（3）安装在移动平台（1）之上；在联承载装置（3）顶部设有一个以上的机械手（2）。

2.根据权利要求1所述的基于混联式机器人的协作平台，其特征在于，在移动平台（1）和/或并联承载装置（3）上安装有监测系统（4）。

3.根据权利要求2所述的基于混联式机器人的协作平台，其特征在于，监测系统（4）包括姿态传感器（41）、载荷传感器（42）、振动传感器（43）和视觉传感器（44）。

4.根据权利要求3所述的基于混联式机器人的协作平台，其特征在于，监测系统（4）还包括稳定性控制器（45）。

5.根据权利要求1所述的基于混联式机器人的协作平台，其特征在于，在移动平台（1）上安装有视觉传感器（44）、姿态传感器（41）和振动传感器（43）。

6.根据权利要求3所述的基于混联式机器人的协作平台，其特征在于，姿态传感器（41）、载荷传感器（42）、振动传感器（43）和视觉传感器（44）分别与主控机相连接，单向传输采集到的信号。

7.根据权利要求1或6所述的基于混联式机器人的协作平台，其特征在于，并联承载装置（3）包含1个上平台（31）；

上平台（31）为网状辐射盘面，在网状辐射盘面的中心设置有回转安装座（313）；

在上平台（31）的底面设置有3至6个加强筋板（312）、3至6个球铰安装座（311）和1个支撑架（37）；其中，加强筋板（312）与球铰安装座（311）交叉分布；支撑架（37）位于上平台（31）底面的中心。

8.根据权利要求7所述的基于混联式机器人的协作平台，其特征在于，并联承载装置（3）包含1个下平台（32）；在上平台（31）和下平台（32）之间设置有刚度支撑杆（36）；在上平台（31）和下平台（32）之间设有3个以上的并联承载装置的驱动模块（33）；并联承载装置的驱动模块（33）的一端与球铰安装座（311）相连接；并联承载装置的驱动模块（33）的另一端直接与下平台（32）的顶部相连接。

9.根据权利要求8所述的基于混联式机器人的协作平台，其特征在于，并联承载装置的驱动模块（33）包括驱动电机、减速模块和执行机构；其中，驱动电机经减速模块与执行机构相连接。

10.根据权利要求7所述的基于混联式机器人的协作平台，其特征在于，在上平台（31）的底面设置有3个加强筋板（312）、3个球铰安装座（311）和1个支撑架（37）；其中，3个加强筋板（312）呈品字形分布；3个球铰安装座（311）呈品字形分布。