一种自锁解移动机器人搬运系统及方法

技术领域

本发明涉及搬运移动机器人技术领域，尤其涉及一种自锁解移动机器人搬运系统及方法。

背景技术

移动机器人已在仓储物流、家庭服务、星球探测等领域取得广泛应用。面对不同负载尺寸、重量及其它特殊需求的运输任务，单台移动机器人往往难以满足使用要求，或者需要将运输设备做的很大，浪费人力与物力。近年来，多机协同搬运系统应用而生。多机搬运系统可实现以小搬大，同时系统的灵活性和鲁棒性都有了很大提高。然而，当前多机搬运系统难以实现负载的自动装卸，同时移动机器人难以实现循环反复利用，阻碍了机器人利用效率的进一步提高。

发明内容

针对上述技术中存在的多机搬运系统难以实现负载的自动装卸，同时移动机器人难以实现循环反复利用的技术问题，本发明提出了一种自锁解移动机器人搬运系统及方法。

一方面，本发明提出了一种自锁解移动机器人搬运系统，包括：

承载台；

设置在所述承载台底部的锁解机构，所述锁解机构包括锁舌；

移动机器人；

设置在所述移动机器人中部的自适应关节，所述自适应关节为六自由度自适应关节，所述自适应关节包括锁解盘，所述锁解盘具有锁孔，所述锁舌与所述锁孔卡接或脱离实现所述移动机器人与所述承载台的自组装与自解锁。

在一些实施例中，所述锁舌连接曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构带动所述锁舌在第一导轨上往复移动。

在一些实施例中，所述曲柄滑块机构包括连杆，所述连杆的一端铰接第一滑块，所述连杆远离所述第一滑块的一端铰接转盘。

在一些实施例中，所述转盘固定连接蜗轮，所述蜗轮带动所述转盘绕传动轴转动，蜗杆带动所述蜗轮转动，所述蜗杆通过带传动组件连接减速器，所述减速器连接驱动电机。

在一些实施例中，所述锁解机构通过所述滑轨安装板固定安装在所述承载台上。

在一些实施例中，还包括伸缩支腿，所述伸缩支腿设置在所述承载台的相对两侧，所述伸缩支腿为两自由度伸缩支腿，利用所述伸缩支腿实现所述承载台竖直高度的升降和相邻两个所述伸缩支腿的靠近或远离。

在一些实施例中，所述伸缩支腿包括：

滑动连接板，所述滑动连接板上固定设置第二滑块，所述第二滑块沿着第二导轨往复运动；

承载支腿，所述承载支腿的一端与所述滑动连接板铰接，所述承载支腿远离所述滑动连接板的一端与脚杯铰接；

升降电动推杆，所述升降电动推杆的一端与所述滑动连接板远离所述承载支腿的一端铰接，所述升降电动推杆远离所述滑动连接板的一端与所述脚杯铰接；

开合电动推杆，所述开合电动推杆用于推动所述第二滑块运动，所述开合电动推杆的固定端和所述第二导轨固定设置在所述承载台上。

在一些实施例中，所述自适应关节还包括：

转动副模块，所述转动副模块具有主动转动和被动转动两种模式，所述转动副模块用于实现所述锁解盘绕竖直轴的转动；

XY移动模块，所述XY移动模块用于实现所述锁解盘在水平面两个方向的移动；

气囊模块，所述气囊模块通过转接盘固定连接所述锁解盘，通过所述气囊模块的变形实现所述锁解盘沿竖直轴的移动和绕水平面两轴的转动。

在一些实施例中，所述转动副模块包括：

支撑轴，所述支撑轴中部通过轴承与轴承座铰接；

固定设置在所述支撑轴上部的齿轮盘，所述齿轮盘上端与所述气囊模块固定连接，在主动转动时，所述齿轮盘由转动关节电机驱动；

设置在所述支撑轴下部的角度传感器，所述角度传感器用于测量所述支撑轴的角位移。

另一方面，本发明提出了一种自锁解移动机器人搬运方法，包括自锁定过程和自解锁过程，所述自锁定过程包括以下步骤：

移动机器人移动到目标位置；

锁解盘转动到目标位置并锁定；

承载台的伸缩支腿收缩带动锁解机构下降至目标位置；

锁舌与锁孔卡接，所述锁解机构锁紧；

所述承载台的所述伸缩支腿收缩至目标位置，自锁定完成；

所述自解锁过程包括以下步骤：

承载台的伸缩支腿相互远离并伸长至触地；

锁舌与锁孔脱离，锁解机构解锁；

所述承载台的所述伸缩支腿伸长带动所述锁解机构上升至目标位置；

移动机器人驶离所述承载台，自解锁完成。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明提供的自锁解移动机器人搬运系统通过自适应关节、伸缩支腿以及锁解机构实现移动机器人与承载台的锁定与连接，进而实现负载的自动装卸，以及移动机器人的重复利用，提高了移动机器人的利用率。

本发明提供的自锁解移动机器人搬运系统的锁解机构与自适应关节的锁解盘实现锁定与解锁，进而实现移动机器人与承载台的自组装与自解锁。

本发明提供的自锁解移动机器人搬运系统的自适应关节具备空间六自由度运动能力，使搬运系统可以在非平整路面运动。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为自锁解移动机器人搬运系统的轴侧图；

图2为自锁解移动机器人搬运系统的主视图；

图3为自锁解移动机器人搬运系统的左视图；

图4为自锁解移动机器人搬运系统的分散状态示意图；

图5为设置有自适应关节的移动机器人和锁解机构的示意图；

图6为自适应关节产生XY位移的示意图；

图7为自适应关节的部分爆炸图；

图8为伸缩支腿的结构示意图；

图9为XY移动模块的爆炸图；

图10为弹性元件为橡胶圆环的示意图；

图11为弹性元件为螺旋弹簧的示意图；

图12为锁解机构的示意图；

图13为移动机器人锁定过程示意图；

图14为移动机器人自锁定过程；

图15为移动机器人自解锁过程。

附图标记说明：

承载台1、伸缩支腿2、自适应关节3、移动机器人4、锁解机构5、滑轨安装板6、电机安装板7、连接柱8、锁解盘9、锁孔10、气囊模块11、转动副模块12、XY移动模块13、气囊14、转接盘15、充放气阀门16、齿轮盘17、支撑轴18、轴承19、轴承座20、锁紧螺母21、角度传感器22、齿轮23、转动关节电机24、电机座25、第一滑块26、第一导轨27、滑动连接板28、承载支腿29、脚杯30、升降电动推杆31、开合电动推杆32、驱动电机33、减速器34、带传动组件35、连杆36、第二滑块37、锁舌38、第二导轨39、转盘40、传动轴41、蜗杆42、蜗轮43、X移动模块44、Y移动模块45、滑动基板46、弹性元件安装座47、弹性元件48、活动推板49、第三导轨50、第三滑块51、固定限位块52、活动限位块53、直线位移传感器54、传感器连杆块55、导杆56、螺旋弹簧57、橡胶圆环58、第二固定基板59、第一固定基板60。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的自锁解移动机器人搬运系统及方法。

如图1-15所示，本发明的自锁解移动机器人搬运系统，包括：承载台1、锁解机构5、移动机器人4、自适应关节3和伸缩支腿2。

锁解机构5设置在承载台1底部，具体为，锁解机构5通过滑轨安装板6固定安装在承载台1上。可以理解的是，承载台1底部具有与滑轨安装板6配合的滑轨安装槽，将滑轨安装板6安装到滑轨安装槽内，从而将锁解机构5固定安装到承载台1底部。

锁解机构5包括锁舌38，锁舌38与锁孔10卡接或脱离实现移动机器人4与承载台1的自组装与自解锁。锁舌38连接曲柄滑块机构，曲柄滑块机构带动锁舌38在第一导轨27上往复移动。具体为，曲柄滑块机构包括连杆36、第一滑块26和转盘40，连杆36的一端与第一滑块26铰接，连杆36的另一端与转盘40铰接，第一滑块26远离连杆36的一端连接锁舌38，第一滑块26与第一导轨27配合，从而使得第一滑块26在第一导轨27上滑动时带动锁舌38往复运动。

转盘40固定连接蜗轮43，蜗轮43带动转盘40绕传动轴41转动。具体为，蜗轮蜗杆机构的蜗轮43与转盘40固定连接，蜗轮蜗杆机构的蜗杆42通过带传动组件35连接减速器34，减速器34连接驱动电机33，在工作过程中驱动电机33经减速器34带动带传动组件35，进而驱动蜗杆42，蜗杆42带动蜗轮43转动，蜗轮43的转动带动转盘40绕传动轴41转动，转盘40的转动带动连杆36运动，连杆36运动带动第一滑块26在第一导轨27上运动，从而带动锁舌38往复运动，锁舌38与锁解盘9上的锁孔10相适应，进而实现移动机器人4的自锁解。

驱动电机33、减速器34和蜗轮蜗杆机构固定安装在电机安装板7上，电机安装板7通过连接柱8与滑轨安装板6固定连接。

伸缩支腿2设置在承载台1的相对两侧，伸缩支腿2可以支撑承载台1。伸缩支腿2具有两自由度，伸缩支腿2可以实现承载台1竖直高度的升降以及相邻两个伸缩支腿2的远离和靠近。

伸缩支腿2包括滑动连接板28、承载支腿29、升降电动推杆31、开合电动推杆32和脚杯30。滑动连接板28上固定设置第二滑块37，开合电动推杆32推动第二滑块37在第二导轨39上往复运动，进而实现相邻两个伸缩支腿2之间的远离和靠近。开合电动推杆32的固定端和第二导轨39固定设置在承载台1上。滑动连接板28的一端与承载支腿29铰接，滑动连接板28的另一端与升降电动推杆31铰接。升降电动推杆31远离滑动连接板28的一端以及承载支腿29远离滑动连接板28的一端均与脚杯30铰接，即三者相互铰接。

通过升降电动推杆31的伸缩实现承载台1高度的调整。可以理解的是，当升降电动推杆31伸长时，相邻两个伸缩支腿2之间的距离增大；当升降电动推杆31缩短时，相邻两个伸缩支腿2之间的距离减小；当升降电动推杆31伸长至触底时，伸缩支腿2对承载台1起到支撑作用。

自适应关节3设置在移动机器人4的中部，自适应关节3为六自由度自适应关节，即自适应关节3具备空间六自由运动能力，使得搬运系统可以适应非平整路面。

自适应关节3包括锁解盘9、气囊模块11、转动副模块12和XY移动模块13。

锁解盘9具有锁孔10，锁孔10与锁舌38相配合实现移动机器人4与承载台1的自组装与自解锁。气囊模块11通过转接盘15固定连接锁解盘9，通过气囊模块11的变形实现锁解盘9沿竖直轴的移动和绕水平面两轴的转动，其中，水平面指的是移动机器人4的承载平面。气囊模块11包括气囊14和设置在气囊14上的充放气阀门16，气囊14为一曲或多曲的，通过对气囊14充放气调整其刚度和承载能力。气囊14可以实现空间六自由度的运动，但是气囊14水平移动的刚度远大于XY移动模块13水平面两个方向移动的刚度，因此，自适应关节3水平两方向的移动主要由XY移动模块13实现。

转动副模块12具有主动转动和被动转动两种模式，转动副模块12用于实现锁解盘9绕竖直轴的转动。转动副模块12包括齿轮盘17、支撑轴18和角度传感器22。齿轮盘17上端与气囊模块11固定连接，在主动转动时，齿轮盘17由转动关节电机24驱动，进而主动调整锁解盘9的朝向；在被动转动时，转动关节电机24失效，转动副变为自由被动旋转的形式。转动关节电机24与电机座25固定连接，转动关节电机24通过齿轮23传动，从而带动齿轮盘17转动，进一步带动锁解盘9转动。齿轮盘17下端固定连接支撑轴18，支撑轴18中部通过轴承19与轴承座20铰接，并通过锁紧螺母21实现端部锁紧。支撑轴18下部设置角度传感器22，角度传感器22用于测量支撑轴18的角位移。轴承座20与XY移动模块13在XY移动模块13的中心固定连接。

XY移动模块13用于实现锁解盘9在水平面两个方向的移动。XY移动模块13分为X移动模块44和Y移动模块45，X移动模块44和Y移动模块45相互垂直设置。XY移动模块13包括固定基板和滑动基板46，滑动基板46通过滑动机构与固定基板活动连接，滑动机构包括第三导轨50和滑动设置在第三导轨50上的第三滑块51。固定基板分为第一固定基板60和第二固定基板59，滑动基板46分别与第一固定基板60和第二固定基板59活动连接。

第二固定基板59两侧设置滑动机构，滑动机构的第三导轨50固定设置在第二固定基板59上，第三滑块51在第三导轨50上往复运动。弹性元件安装座47固定设置第二固定基板59上，导杆56穿过活动推板49，导杆56的两端固定设置在弹性元件安装座47上，导杆56上套设有弹性元件48，即弹性元件48设置在活动推板49和弹性元件安装座47之间。活动推板49位于导杆56的中间位置，可沿着导杆56做往复直线运动。活动推板49固定连接在滑动基板46的中部。弹性元件48至少设置一组，弹性元件48可以为螺旋弹簧57或橡胶圆环58，活动推板49两侧的弹性元件48相同以确保无外力时，活动推板49位于中间位置。当活动推板49沿着导杆56做往复直线运动时，压缩弹性元件48，同时被压缩的弹性元件48阻挡活动推板49运动，外力撤去时，弹性元件48提供回复力，将活动推板49推回中间位置。当外力过大时，设置在第二固定基板59上的固定限位块52和设置在滑动基板46底面的活动限位块53相互接触，阻止滑动基板46的移动，进而实现柔性到刚性的切换，保护移动模块。第二固定基板59上设置直线位移传感器54，直线位移传感器54与传感器连杆块55配合以测量滑动基板46的位移。在滑动基板46上表面设置与第二固定基板59相同的组件。

自锁解移动机器人搬运方法包括自锁定过程和自解锁过程。其中，自锁定过程包括以下步骤：

(1)移动机器人移动到目标位置；

(2)锁解盘转动到目标位置并锁定；

(3)承载台的伸缩支腿收缩带动锁解机构下降至目标位置；

(4)锁舌与锁孔卡接，锁解机构锁紧；

(5)承载台的伸缩支腿收缩至目标位置，自锁定完成。

具体为，自锁定过程中，移动机器人4移动到目标位置，转动关节电机24通过齿轮23传动，带动齿轮盘17转动，进一步带动锁解盘9转动，使得锁解盘9到达目标位置；承载台1的伸缩支腿2收缩，带动锁解机构5下降至目标位置，锁解机构5到达目标位置后，转盘40通过连杆36带动第一滑块26移动，进一步带动锁舌38移动到目标位置，锁舌38与锁孔10卡接，使得锁解机构5锁紧；锁解机构5锁紧后，承载台1的伸缩支腿2收缩折叠至目标位置，自锁定完成；自锁定完成后，移动机器人4即可搬运承载台1移动。

移动机器人4自锁定过程示意图如图13所示，状态1下锁解盘9未到达目标位置，此时锁解盘9的位置与锁解机构5不相应；状态2下锁解盘9达到目标位置，此时，锁解盘9的位置与锁解机构5相应；状态3下锁解机构5下降至目标位置；状态4下锁舌38与锁孔10卡接，锁解机构5锁紧。

自解锁过程包括以下步骤：

(1)承载台的伸缩支腿相互远离并伸长至触地；

(2)锁舌与锁孔脱离，锁解机构解锁；

(3)承载台的伸缩支腿伸长带动锁解机构上升至目标位置；

(4)移动机器人驶离承载台，自解锁完成。

具体为，自解锁过程中，承载台1的伸缩支腿2伸长至触地；转盘40带动锁舌38脱离锁解盘9的锁孔10，使得锁舌38与锁孔10脱离，锁解机构5解锁；锁解机构5解锁后，承载台1的伸缩支腿2伸长，从而带动锁解机构5上升至目标位置；锁解机构5上升至目标位置后，承载台1也上升到目标位置，承载台1由伸缩支腿2支撑；移动机器人4驶离承载台1，自锁解完成；自锁解完成后，移动机器人4可以重复利用，进行下一次搬运。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。