一种可移动式多自由度双臂协作机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种可移动式多自由度双臂协作机器人。

背景技术

当前，一方面，随着人们对工业、医疗、服务水平要求的不断提高，迫切地希望机器人能够更加像人，并且能够和人“并肩作战”。传统机器人多为单臂机器人，可执行的任务难度有限，双臂协作机器人更加得灵巧，并且能够与人接触，人与机器人共同协作，才能充分发挥各自的优势，取得更大的价值；另一方面，人们更加意识到了在特殊环境下远程操作机器人的必要性，以及利用机器人分担医疗压力所具有的潜在价值与市场。目前国内外市场对于特种作业机器人大都仍集中于单臂研究或者单一双臂以及近距离控制，对于可实现双臂协作与远程控制，可自主适应复杂非结构化环境的特种机器人还尚待完善研发。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可移动式多自由度双臂协作机器人，具有包括双臂协作抓取、视觉定位、远程控制、双向视频传输等功能，可以实现特种及高危环境下的灵活作业需求，智能、高效、安全、实用，具有良好的市场应用前景。

本发明所采用的技术方案是：

机器人包括两个机械臂、移动底盘、机器人躯干、云台相机模块和深度相机模块；

机器人躯干安装在移动底盘上，两个机械臂分别安装在机器人躯干的两侧面，云台相机模块安装在机器人躯干上，三个深度相机模块分别安装在机器人躯干的正面、两个机械臂的末端；所述机器人躯干包括旋转机构、俯仰机构和升降机构；旋转机构安装在移动底盘中，俯仰机构安装在旋转机构上，升降机构安装在俯仰机构上，升降机构的两侧安装有两个机械臂，云台相机模块安装在升降机构上。

所述移动底盘包括雷达支架、激光雷达、主动轮组、移动底盘座和底盘控制面板；

移动底盘座中安装有主动轮组，移动底盘座内固定安装有旋转机构，移动底盘座的一侧固定安装有底盘控制面板，激光雷达通过雷达支架固定安装在移动底盘座的另一侧，底盘控制面板与主动轮组相连。

所述旋转机构包括旋转电机输出齿轮、法兰齿轮、旋转平台、躯干支撑板和旋转电机；

旋转电机固定安装在移动底盘内，旋转电机上固定安装有躯干支撑板，躯干支撑板与移动底盘连接，躯干支撑板上安装有旋转电机输出齿轮和法兰齿轮，旋转电机输出齿轮和法兰齿轮啮合形成齿轮副，旋转电机的输出轴与旋转电机输出齿轮同轴固连，法兰齿轮上固定安装有旋转平台，旋转平台上安装俯仰机构。

所述俯仰机构包括俯仰支撑座、俯仰电机、俯仰机构减速箱、俯仰轴承、俯仰轴法兰和俯仰轴支撑；两个俯仰支撑座之间固定安装有俯仰电机，两个俯仰支撑座中均安装有对应的俯仰轴支撑，俯仰电机的输出轴与俯仰机构减速箱相连，俯仰机构减速箱两端的输出轴与俯仰轴承同轴固连，俯仰轴承的两端均通过对应的俯仰轴法兰与安装在两个俯仰支撑座中的俯仰轴支撑固连，俯仰机构减速箱上固定安装升降机构。

所述升降机构包括滚珠丝杠、升降电机、升降电机减速箱，顶部支撑平台和胸腔横梁；

滚珠丝杠和升降电机均固定安装在俯仰机构上，升降电机的输出轴与升降电机减速器相连，滚珠丝杠201安装在升降电机减速箱上，升降电机减速箱的输出轴与滚珠丝杠的丝杠同轴固连，滚珠丝杠的上部外固定安装有胸腔横梁，胸腔横梁的两侧安装有两个机械臂，滚珠丝杠的顶端固定安装有顶部支撑平台，顶部支撑平台上固定安装有云台相机模块；升降电机的驱动，通过升降电机减速箱带动滚珠丝杠的丝杠的转动，进而带动顶部支撑平台以及云台相机模块的升降。

所述云台相机模块包括云台相机支架和云台相机；

云台相机支架固定安装在升降机构上，云台相机安装在云台相机支架上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提出了一种新颖的双臂协作移动机器人架构，采用双臂操作器、移动底盘和多自由度躯干相结合的方式，大大提高机器人自身的环境适应能力和复杂环境灵活操作能力。

2.本发明使用双机械臂，将机械臂安装于三自由度躯干胸腔横梁，机械臂可以配合躯干的旋转、俯仰和升降动作扩展动作空间，一方面这种布置方式使得双臂机器人整体结构紧凑，有效提高了双臂移动机器人的功率密度，另一方面，双机械臂也可以使得机器人实现更复杂的动作。

3.本发明所设计的双臂移动机器人的移动底盘采用四个主动轮组驱动，利用差速转向，使用充气轮胎，可提高机器人运动的地形适应能力和越野能力。

4.本发明的双臂移动机器人设有激光雷达，可实现即时定位与地图构建，以保证机器人自身移动和环境探索过程中的安全性和可靠性。

5.本发明所涉及的机械臂与移动底盘之间设有的三自由度躯干结构可方便地实现机械臂相对于操作物体的大范围相对位置调节，可以保证机械臂的动作空间。

附图说明

图1为整机轴测图。

图2为整机主视图。

图3为整机侧视图。

图4为升降及俯仰机构示意图。

图5为俯仰机构局部放大图。

图6为旋转机构俯视图。

图7为旋转机构主视图。

图8为移动底盘示意图。

图中：云台相机模块1、机器人躯干2、机械臂3、激光雷达4、移动底盘5、旋转机构6、俯仰机构7、深度相机模块8、升降机构9、云台相机支架101、胸腔横梁104、俯仰轴支撑105、移动底盘座106、雷达支架107、滚珠丝杠201、俯仰电机202、升降电机203、顶部支撑平台204、俯仰机构减速箱205、俯仰轴承206、俯仰轴法兰207、升降电机减速箱208、旋转电机输出齿轮301、法兰齿轮302、躯干支撑板303、旋转电机304、主动轮组401、底盘控制面板402。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

本发明基于特种及灵活作业的任务场景需求，集双臂协作、远程控制、视频传输、自主导航、自主避障、多自由度躯干姿态调整的功能于一身，可灵活远程控制机器人完成高危环境下的复杂作业任务。本发明中的移动底盘为四轮驱动，且带有激光雷达进行即时定位构图与环境认知，可以保证底盘移动的灵活性和安全性；由发明的机械臂为双臂，且设计具有升降、俯仰、旋转结构的躯干，可以保证所安装的一对机械臂的动作空间，能实现单机械臂与普通固定式双臂机器人无法完成的复杂动作；本发明头部安装有全景相机，胸前安装有深度相机，可以远程安全地控制机器人底盘运动，通过机械臂末端深度相机实现自主精准抓取，完成室外复杂灵活作业。

如图1和图2所示，本发明包括两个机械臂3、移动底盘5、机器人躯干2、云台相机模块1和深度相机模块8；

机器人躯干2安装在移动底盘5上，两个机械臂3分别安装在机器人躯干2 的两侧面，机械臂3具有六自由度，工作范围大、重量轻、体积小，便于安装，带有力反馈，可以保证安全性。云台相机模块1安装在机器人躯干2上，三个深度相机模块8分别安装在机器人躯干2的正面、两个机械臂3的末端，两个深度相机模块8垂直于末端执行器安装，用于抓取动作中的目标识别定位，第三个深度相机模块8安装于胸腔横梁104前方，用于移动过程中识别环境及运动路径中的障碍物，比如过路行人等；机器人躯干2包括旋转机构6、俯仰机构 7和升降机构9；旋转机构6安装在移动底盘5中，俯仰机构7安装在旋转机构 6上，升降机构9安装在俯仰机构7上，升降机构9的两侧安装有两个机械臂3，云台相机模块1安装在升降机构9上。机器人躯干2具有三自由度，由升降机构9、旋转机构6、俯仰机构7分别实现升降、转身、俯仰动作，调整机器人姿态，机器人躯干2可通过升降机构9、旋转机构6、俯仰机构7调整机器人自身的高度、倾斜姿态、旋转姿态等，保证机器人的工作空间，同时可以适应不同地形环境和障碍的通过要求，以实现移动抓取、物品转移功能，在移动底盘5 后方可置有工具箱，机器人可通过旋转机构6从身后工具箱中取出工具，进行不同种类的作业，机器人可通过俯仰机构7对地面物品进行抓取，通过升降机构8将物品放置到高处，满足复杂任务需求。

在移动抓取机器人工作过程中，可通过升降机构9、旋转机构6、俯仰机构 7调整机械臂高度、躯干倾覆角度、躯干旋转姿态等，保证机器人的工作姿态和作业空间，以实现移动抓取、物品转移功能，在移动底盘5上可置有工具箱，机器人可通过旋转机构6从身后工具箱中取出工具，进行不同种类的作业，机器人可通过俯仰机构7对地面物品进行抓取，通过升降机构9将物品放置到高处，并通过移动底盘5和内置图传系统实现远程操控功能。

如图8所示，移动底盘5包括雷达支架107、激光雷达4、主动轮组401、移动底盘座106和底盘控制面板402；

移动底盘座106中安装有主动轮组401，移动底盘座106内固定安装有旋转机构6的旋转电机304和躯干支撑板303，移动底盘座106的一侧固定安装有底盘控制面板402，激光雷达4通过雷达支架107固定安装在移动底盘座106的另一侧，底盘控制面板402与主动轮组401相连。移动底盘5采用四轮驱动，并安装有激光雷达4，可以实现即时定位、自主建图、自主导航、自主避障，及急停控制。在移动底盘5后方可置有工具箱，机器人可通过旋转机构6从身后工具箱中取出工具，进行不同种类的作业，机器人可通过俯仰机构7对地面物品进行抓取，通过升降机构8将物品放置到高处。

如图6和7所示，旋转机构6包括旋转电机输出齿轮301、法兰齿轮302、旋转平台、躯干支撑板303和旋转电机304；

旋转电机304固定安装在移动底盘5的移动底盘座106内，旋转电机304 上固定安装有躯干支撑板303，躯干支撑板303与移动底盘5的移动底盘座106 固定连接，躯干支撑板303上安装有旋转电机输出齿轮301和法兰齿轮302，旋转电机输出齿轮301和法兰齿轮302啮合形成齿轮副，旋转电机304的输出轴通过轴、键与旋转电机输出齿轮301同轴固连，法兰齿轮302上通过轴、键固定安装有旋转平台，再通过螺栓紧固，以传递更大的转矩；旋转平台上安装俯仰机构7的俯仰支撑座。

如图4和5所示，俯仰机构7包括俯仰支撑座、俯仰电机202、俯仰机构减速箱205、俯仰轴承206、俯仰轴法兰207和俯仰轴支撑105；两个俯仰支撑座之间固定安装有俯仰电机202，两个俯仰支撑座中均安装有对应的俯仰轴支撑 105，俯仰电机202的输出轴与俯仰机构减速箱205相连，俯仰机构减速箱205 用于传动转向，俯仰机构减速箱205由二级齿轮传动机构组成，齿轮与轴采用键传动，俯仰电机202带动俯仰机构减速箱205转动，俯仰机构减速箱205内的，第一级齿轮啮合减速，第二级齿轮通过相交轴圆锥齿轮啮合传动转向。俯仰机构减速箱205两端的输出轴与俯仰轴承206同轴固连，俯仰轴承206的两端均通过对应的俯仰轴法兰207与安装在两个俯仰支撑座中的俯仰轴支撑105 固连，俯仰机构减速箱205上固定安装升降机构9的升降电机203、升降电机减速箱208和滚珠丝杠201。

升降机构9包括滚珠丝杠201、升降电机203、顶部支撑平台204和胸腔横梁104；

滚珠丝杠201和升降电机203均固定安装在俯仰机构7的俯仰机构减速箱 205上，升降电机203的输出轴与升降电机减速器208相连，滚珠丝杠201安装在升降电机减速箱208上，升降电机减速箱208的输出轴与滚珠丝杠201的丝杠同轴固连，滚珠丝杠201的上部外固定安装有胸腔横梁104，胸腔横梁104的两侧安装有两个机械臂3，滚珠丝杠201的顶端固定安装有顶部支撑平台204，顶部支撑平台204上通过螺栓固定安装有云台相机模块1的云台相机支架101；升降电机203的驱动，经过升降电机减速箱208带动滚珠丝杠201的丝杠的转动，通过螺纹传动进而带动顶部支撑平台204以及云台相机模块1的升降，即实现双臂机器人上半身的升降功能。

云台相机模块1包括云台相机支架101和云台相机；

云台相机支架101固定安装在升降机构9的滚珠丝杠201上，云台相机安装在云台相机支架101上。云台相机可实现360度旋转与全景视频图像获取，获得环境信息，通过视频方式由图传系统发射，可实现实时画面远程传输。并且云台相机可更换。

以上具体使用状态所描述的仅是本发明的一部分实施例，而不是全部。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，都应当属于本发明保护的范围。