任务型操作机器人

摘要

本发明提供了一种任务型操作机器人，包括固定台、丝杆螺母机构、剪叉机构、第一导轨滑块机构和升降台，所述丝杆螺母机构设置在所述固定台上，所述第一导轨滑块机构设置在所述升降台上，所述剪叉机构包括中部交叉并旋转连接的第一剪叉杆和第二剪叉杆，所述第一剪叉杆的下端与所述固定台旋转连接，所述第一剪叉杆的上端与所述第一导轨滑块机构旋转连接，所述第二剪叉杆的下端与所述丝杆螺母机构旋转连接，所述第二剪叉杆的上端与所述升降台旋转连接，所述剪叉机构至少有二个并平行设置。本发明的有益效果是：丝杆螺母机通过剪叉机构驱动固定台进行升降运动，不需要一个外在的机架作为支撑，推力较大，并且，在断电的情况下可以进行锁死。

权利要求

1.一种任务型操作机器人，其特征在于：包括固定台、丝杆螺母机构、剪叉机构、第一导轨滑块机构和升降台，所述丝杆螺母机构设置在所述固定台上，所述第一导轨滑块机构设置在所述升降台上，所述剪叉机构包括中部交叉并旋转连接的第一剪叉杆和第二剪叉杆，所述第一剪叉杆的下端与所述固定台旋转连接，所述第一剪叉杆的上端与所述第一导轨滑块机构旋转连接，所述第二剪叉杆的下端与所述丝杆螺母机构旋转连接，所述第二剪叉杆的上端与所述升降台旋转连接，所述剪叉机构有二个并平行设置, 所述固定台上设有二个与所述丝杆螺母机构平行设置的第二导轨滑块机构，所述二个所述第二导轨滑块机构上架设有横杠，所述横杠的两端分别与二个所述剪叉机构的第二剪叉杆的下端旋转连接，所述横杠与所述丝杆螺母机构在水平方向上固定连接、在竖直方向上活动连接, 所述丝杆螺母机构包括升降电机、丝杆、丝杆螺母、螺母外套和立柱，所述升降电机、丝杆均固定在所述固定台上，所述升降电机与所述丝杆连接，所述丝杆螺母设置在所述丝杆上，所述螺母外套设置在所述丝杆螺母上，所述立柱设置在所述螺母外套上，所述丝杆的轴线为二个所述第二导轨滑块机构的中心线，所述丝杆的轴线为二个所述剪叉机构的中心线，二个所述第二导轨滑块机构位于二个所述剪叉机构之间，所述横杠上设有垂直于水平面的通孔，所述通孔套设在所述立柱上，所述横杠与所述螺母外套不相接触。

2.根据权利要求1所述的任务型操作机器人，其特征在于：所述第一导轨滑块机构包括第一导轨和设置在所述第一导轨上的第一滑块，所述第一导轨设置在所述升降台上，所述第一剪叉杆的上端与所述第一滑块旋转连接，所述第二导轨滑块机构包括第二导轨和设置在所述第二导轨上的第二滑块，所述第二导轨设置在所述固定台上，所述横杠的两端分别架设在二个所述第二滑块上。

3.根据权利要求2所述的任务型操作机器人，其特征在于：所述固定台上设有导轨直线度矫正条，所述导轨直线度矫正条与所述第二导轨相配合。

4.根据权利要求1所述的任务型操作机器人，其特征在于：所述固定台上设有行走机构，所述行走机构包括呈菱形布置的左车轮、右车轮、前球轮和后球轮，所述左车轮内设有左轮毂电机，所述左轮毂电机与所述左车轮连接，所述右车轮内设有右轮毂电机，所述右轮毂电机与所述右车轮连接。

5.根据权利要求4所述的任务型操作机器人，其特征在于：所述任务型操作机器人还包括控制系统，所述控制系统包括主控板、左轮驱动器、右轮驱动器和升降驱动器，所述主控板分别与所述左轮驱动器、右轮驱动器和升降驱动器连接，所述左轮驱动器与所述左轮毂电机连接，所述右轮驱动器与所述右轮毂电机连接，所述升降驱动器与所述升降电机连接。

6.根据权利要求5所述的任务型操作机器人，其特征在于：所述控制系统还包括测速模块、障碍检测传感器和位置检测器，所述左轮毂电机、右轮毂电机分别与所述测速模块连接，所述升降电机与所述位置检测器连接，所述主控板与所述障碍检测传感器连接。

7.根据权利要求6所述的任务型操作机器人，其特征在于：所述主控板包括集成陀螺仪和加速度计，所述主控板通过接收器连接有遥控器。

8.根据权利要求1所述的任务型操作机器人，其特征在于：所述固定台上设有支撑所述固定台的安全支杆。

说明书

任务型操作机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人，尤其涉及一种任务型操作机器人。

背景技术

[0002] 传统升降机构的传动形式一般有以下三种：

[0003] 1. 采用丝杠螺旋方式进行升降

[0004] 2. 采用链传动进行升降

[0005] 3. 采用剪叉结构升降

[0006] 在中国专利201310128715.0 中，介绍了一种升降机构，它是利用链传动进行升降的。具体实施方式是，将一个链传动装置垂直布置，作为升降的驱动装置。具体的升降执行装置是滑槽机架及其连接可沿其滑移的支架组成。再将链轮与支架联结起来，由此来实现升降。

[0007] 这种方式的优点是结构简单，可靠。

[0008] 在中国专利201110213914.2 中设计的升降机构是利用螺旋传动实现的，它包括长丝杠，在长丝杠的上端安装有梯形螺母，梯形螺母与支撑架固定。长丝杠的下端与换向传动减速器垂直方向的端口连接。长丝杠竖直布置，通过长丝杠的转动，使梯形螺母和支撑架沿着长丝杠上下运动。

[0009] 该装置具有更稳定的工作性能，更加便于维护。

[0010] 在中国专利201110157021.0 中，公开一种门升降机构,包括动力装置、换向装置和齿轮齿条升降机构。齿轮齿条升降机构的齿条固定在门的两侧,而齿轮位于升降平台上。齿轮便可以带着升降平台沿着齿条上下运动。

[0011] 上述的三种升降装置都有一个问题：升降的活动平台需要有一个外在的机架作为支撑，使平台可以沿着机架上下运动。机架的高度决定了升降平台的可升降的高度。这些类型的升降机构整体的最小高度非常高。当升降的平台处于正常位置时（最低位置），外在的固定支承机架会高于升降的平台，妨碍处于平台上的其他机器或人的工作。用于舞台表演时，会妨碍平台上面的表演，非常不美观。

[0012] 中国专利201210193132.1 和 200510053851.3 分别介绍了一种基于液压传动的剪叉式升降机构。这种升降机构可以极大的降低升降平台的最低高度，它将所有的升降装置都隐藏布置在升降平台之下，从而不影响平台之上的工作，适合表演。但是这两种机构均是基于液压装置的，布置液压装置非常复杂，同时考虑液压系统所产生的泄漏对整机和环境的影响，不适合安装在移动机器人上及用于舞台表演。

[0013] 中国专利201210286942.1 中用电动推杆代替了液压装置，从而实现了完全的电力驱动。但是电动推杆的一个突出问题是：推力普遍比较小。在重载的条件下，可能无法驱动升降平台。而且它的控制方式比较简单，不精确。虽然电动推杆中的丝杠可以实现自锁，可以防止在断电的情况下升降平台下滑，但是在重载的情况下，这种锁死方式并不保险。

发明内容

[0014] 为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种带有基于丝杠驱动的剪叉式升降平台的任务型操作机器人。

[0015] 本发明提供了一种任务型操作机器人，包括固定台、丝杆螺母机构、剪叉机构、第一导轨滑块机构和升降台，所述丝杆螺母机构设置在所述固定台上，所述第一导轨滑块机构设置在所述升降台上，所述剪叉机构包括中部交叉并旋转连接的第一剪叉杆和第二剪叉杆，所述第一剪叉杆的下端与所述固定台旋转连接，所述第一剪叉杆的上端与所述第一导轨滑块机构旋转连接，所述第二剪叉杆的下端与所述丝杆螺母机构旋转连接，所述第二剪叉杆的上端与所述升降台旋转连接，所述剪叉机构至少有二个并平行设置。

[0016] 作为本发明的进一步改进，所述固定台上设有至少二个与所述丝杆螺母机构平行设置的第二导轨滑块机构，所述二个所述第二导轨滑块机构上架设有横杠，所述横杠的两端分别与二个所述剪叉机构的第二剪叉杆的下端旋转连接，所述横杠与所述丝杆螺母机构在水平方向上固定连接、在竖直方向上活动连接。

[0017] 作为本发明的进一步改进，所述丝杆螺母机构包括升降电机、丝杆、丝杆螺母、螺母外套和立柱，所述升降电机、丝杆均固定在所述固定台上，所述升降电机与所述丝杆连接，所述丝杆螺母设置在所述丝杆上，所述螺母外套设置在所述丝杆螺母上，所述立柱设置在所述螺母外套上，所述丝杆的轴线为二个所述第二导轨滑块机构的中心线，所述丝杆的轴线为二个所述剪叉机构的中心线，二个所述第二导轨滑块机构位于二个所述剪叉机构之间，所述横杠上设有垂直于水平面的通孔，所述通孔套设在所述立柱上，所述横杠与所述螺母外套不相接触。

[0018] 作为本发明的进一步改进，所述第一导轨滑块机构包括第一导轨和设置在所述第一导轨上的第一滑块，所述第一导轨设置在所述升降台上，所述第一剪叉杆的上端与所述第一滑块旋转连接，所述第二导轨滑块机构包括第二导轨和设置在所述第二导轨上的第二滑块，所述第二导轨设置在所述固定台上，所述横杠的两端分别架设在二个所述第二滑块上。

[0019] 作为本发明的进一步改进，所述固定台上设有导轨直线度矫正条，所述导轨直线度矫正条与所述第二导轨相配合。

[0020] 作为本发明的进一步改进，所述固定台上设有行走机构，所述行走机构包括呈菱形布置的左车轮、右车轮、前球轮和后球轮，所述左车轮内设有左轮毂电机，所述左轮毂电机与所述左车轮连接，所述右车轮内设有右轮毂电机，所述右轮毂电机与所述右车轮连接。

[0021] 作为本发明的进一步改进，所述任务型操作机器人还包括控制系统，所述控制系统包括主控板、左轮驱动器、右轮驱动器和升降驱动器，所述主控板分别与所述左轮驱动器、右轮驱动器和升降驱动器连接，所述左轮驱动器与所述左轮毂电机连接，所述右轮驱动器与所述右轮毂电机连接，所述升降驱动器与所述升降电机连接。

[0022] 作为本发明的进一步改进，所述控制系统还包括测速模块、障碍检测传感器和位置检测器，所述左轮毂电机、右轮毂电机分别与所述测速模块连接，所述升降电机与所述位置检测器连接，所述主控板与所述障碍检测传感器连接。

[0023] 作为本发明的进一步改进，所述主控板包括集成陀螺仪和加速度计，所述主控板通过接收器连接有遥控器。

[0024] 作为本发明的进一步改进，所述固定台上设有支撑所述固定台的安全支杆。

[0025] 本发明的有益效果是：通过上述方案，丝杆螺母机通过剪叉机构驱动固定台进行升降运动，不需要一个外在的机架作为支撑，推力较大，并且，在断电的情况下可以进行锁死。

附图说明

[0026] 图1是本发明一种任务型操作机器人的结构示意图；

[0027] 图2是本发明一种任务型操作机器人的机构示意简图；

[0028] 图3是本发明一种任务型操作机器人的右视图；

[0029] 图4是本发明一种任务型操作机器人的部分剖面结构示意图；

[0030] 图5是本发明一种任务型操作机器人的部分俯视图；

[0031] 图6是本发明一种任务型操作机器人的控制系统的示意图。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

[0033] 图1至图6中的附图标号为：固定台1；升降台2；丝杆螺母机构3；升降电机31；丝杆32；丝杆螺母33；螺母外套34；立柱35；剪叉机构4；第一剪叉杆41；第二剪叉杆42；横杠5；安装支杆6；行走机构7；左车轮71；右车轮72；前球轮73；后球轮74；第一铰接座81；第二铰接座
82；第三铰接座83；第二导轨滑块机构9；第二导轨91；第二滑块92；第一导轨滑块机构10；第一导轨101；第一滑块102；导轨直线度矫正条11；升降驱动器12；左轮驱动器13；右轮驱动器
14；左轮毂电机15；右轮毂电机16；测速模块17；主控板18；位置检测器19；障碍检测传感器
20；遥控器21；2.4GHz接收器22。

[0034] 如图1至图5所示，一种任务型操作机器人，包括固定台1、丝杆螺母机构3、剪叉机构4、第一导轨滑块机构10和升降台2，所述丝杆螺母机构3设置在所述固定台1上，所述第一导轨滑块机构10设置在所述升降台2上，所述剪叉机构4包括中部交叉并旋转连接的第一剪叉杆41和第二剪叉杆42，所述第一剪叉杆41的下端通过第二铰接座82与所述固定台1旋转连接，所述第一剪叉杆41的上端与所述第一导轨滑块机构10旋转连接，所述第二剪叉杆42的下端通过第一铰接座81与所述丝杆螺母机构3旋转连接，所述第二剪叉杆42的上端通过第三铰接座83与所述升降台2旋转连接，所述剪叉机构4至少有二个并平行设置。

[0035] 如图1至图5所示，所述固定台1上设有至少二个与所述丝杆螺母机构3平行设置的第二导轨滑块机构9，所述二个所述第二导轨滑块机构9上架设有横杠5，所述横杠5的两端分别与二个所述剪叉机构4的第二剪叉杆42的下端通过所述第一铰接座81旋转连接，所述横杠5与所述丝杆螺母机构3在水平方向上固定连接、在竖直方向上活动连接，即所述横杠5与所述丝杆螺母机构3只传递水平方向的力，而不传递竖直方向的力，可避免所述丝杆螺母机构3受到重压，一方面，可以较大的提升升降推力，另一方面，也可以有效保持所述丝杆螺母机构3的精度，避免所述丝杆螺母机构3受到升降物体的重压。

[0036] 如图1至图5所示，所述丝杆螺母机构3包括升降电机31、丝杆32、丝杆螺母33、螺母外套34和立柱35，所述升降电机31、丝杆32均固定在所述固定台1上，所述升降电机31与所述丝杆32连接，所述丝杆螺母33设置在所述丝杆32上，所述螺母外套34设置在所述丝杆螺母33上，所述立柱35设置在所述螺母外套34上，所述立柱35为竖直方向设置，所述丝杆32的轴线为二个所述第二导轨滑块机构9的中心线，所述丝杆32的轴线为二个所述剪叉机构4的中心线，二个所述第二导轨滑块机构9位于二个所述剪叉机构4之间，所述横杠5上设有垂直于水平面的通孔，所述通孔套设在所述立柱35上，所述横杠5与所述螺母外套34不相接触，一方面，可通过所述立柱35经所述通孔将来自丝杆32的水平方向的力传递到所述横杠5，另一方面，又可以避免升降物体的重力经横杠5传递到丝杆32，而将升降物体的重力经横杠5传递到第二导轨滑块机构9上。

[0037] 如图1至图5所示，所述通孔与所述立柱35为间隙配合，当立柱35进行水平方向的往复平移时，可通过该通孔带动横杠5进行同步的水平方向的往复平移，从而通过剪叉机构4带动升降台2进行升降运动，而升降物体的重力经升降台2、剪叉机构4传递到横杠5，并经横杠5传递到第二导轨滑块机构9，由于通孔与立柱35之间在竖直方向上并没有约束，而所述横杠5与所述螺母外套34也不相接触，可以避免横杠5在竖直方向的力传递到丝杆螺母机构3，并且，当第二导轨滑块机构9出现安装误差时，横杠5也可能出现整体位置抬高、下降或者倾斜的变化，通过通孔与立柱35之间的间隙，可以在一定程序上消除该影响，有利于降低精度的要求，降低安装难度。

[0038] 如图1至图5所示，所述第一导轨滑块机构10包括第一导轨101和设置在所述第一导轨101上的第一滑块102，所述第一导轨101设置在所述升降台2上，所述第一剪叉杆41的上端与所述第一滑块102旋转连接，所述第二导轨滑块机构9包括第二导轨91和设置在所述第二导轨91上的第二滑块92，所述第二导轨91设置在所述固定台1上，所述横杠5的两端分别架设在二个所述第二滑块92上。

[0039] 如图1至图5所示，所述固定台1上设有导轨直线度矫正条11，所述导轨直线度矫正条11与所述第二导轨91相配合，可通过导轨直线度矫正条11来矫正第二导轨91的安装位置，有利于提高第二导轨91的安装精度。

[0040] 如图1至图6所示，所述固定台1上设有行走机构7，所述行走机构7包括呈菱形布置的左车轮71、右车轮72、前球轮73和后球轮74，所述左车轮71内设有左轮毂电机15，所述左轮毂电机15与所述左车轮71连接，所述右车轮72内设有右轮毂电机16，所述右轮毂电机16与所述右车轮72连接，可通过左车轮71、右车轮72来实现所述任务型操作机器人的前后运动和左右转向，通过前球轮73和后球轮74来实现辅助支撑，其中，左车轮71由左轮毂电机15独立驱动，而右车轮72则由右轮毂电机16独立驱动，因此，所述任务型操作机器人的直行、左转、右转均是通过左车轮71、右车轮72之间的差速来实现的。

[0041] 本发明提供的一种任务型操作机器人，在整个任务型操作机器人系统的总体设计之中，控制系统是十分重要的，它是整个系统的灵魂。控制系统的先进与否，直接关系到整个机器人系统智能化水平的高低。机器人的各种功能都在控制系统的统一协调前提下实现，控制系统设计的策略也决定了整个机器人系统的功能特点及其可扩展性。

[0042] 如图6所示，所述任务型操作机器人还包括控制系统，所述控制系统包括主控板18、左轮驱动器13、右轮驱动器14和升降驱动器12，所述主控板18分别与所述左轮驱动器
13、右轮驱动器14和升降驱动器12连接，所述左轮驱动器13与所述左轮毂电机15连接，所述右轮驱动器14与所述右轮毂电机16连接，所述升降驱动器12与所述升降电机31连接。

[0043] 如图6所示，所述控制系统还包括测速模块17、障碍检测传感器20和位置检测器19，所述左轮毂电机15、右轮毂电机16分别与所述测速模块17连接，所述升降电机21与所述位置检测器19连接，所述主控板18与所述障碍检测传感器20连接。

[0044] 如图6所示，所述主控板1包括集成陀螺仪和加速度计，所述主控板18通过2.4GHz接收器22连接有遥控器22，方便通过遥控器22进行遥控操作。

[0045] 如图1至图5所示，所述固定台1上设有支撑所述固定台1的安全支杆6，所述安全支杆6起支撑作用，可防止意外情况，避免升降台2失控下落而损坏升降台2下方的器件。

[0046] 本发明提供的一种任务型操作机器人，升降电机31驱动丝杆32转动，丝杆32通过丝杆螺母带动横杠5进行水平方向的往复平移，横杠5经剪叉机构4带动升降台2进行升降运动。

[0047] 本发明提供的一种任务型操作机器人的控制系统，所述主控板18是控制系统的核心，主要负责对外部传感器传回来的数据的处理，以及相应控制指令的发出；左轮驱动器13、右轮驱动器14和升降驱动器12则分别负责驱动左轮毂电机15、右轮毂电机16和升降电机31；无线通信模块主要传达遥控指令，使机器人执行对应动作；障碍检测传感器20主要用来检测机器人行进过程中遇到的障碍物，当有障碍物存在时，会触发急停；测速模块17用来检测当前速度，与闭环，使速度更加平稳；位置检测器19用来检测升降台当前的运动位置，从而限定了升降的高低。

[0048] 本发明提供的一种任务型操作机器人具有以下优点：

[0049] 1、本发明可以通过驱动系统实现在水平面内任意方向的平移运动、垂直于水平面的旋转运动和水平面内绕某点的圆周运动；

[0050] 2、本发明采用三个动力源(电机)，分别对三个自由度进行控制操作，操作简便，驱动效率高，车体空间利用率高；

[0051] 3、本发明中的升降台2，可以实现350mm的高度升降，移动机器人在正常状态在高度仅为200mm，结构紧凑，方便表演；

[0052] 4、本发明丝杠传动的设计防止了因装配误差可能导致的卡死问题；

[0053] 5、本发明提供的升降台2具有断电时，有锁死保护动能，如果发生突然断电，升降平台不会发生自由滑落；

[0054] 6、本发明移动机器人有两种控制方式：遥控方式和依靠视觉自主运动。并具有距离感应锁定功能：一旦机器人距离观众太近，就会抱死，防止机器人误伤到观众；

[0055] 7、任务型操作机器人的研究采用主从控制技术进行远程操作控制，以及工作模式切换等；

[0056] 8、采用了避障检测系统和限位检测系统，使得当机器人运动到操作遥控人员视线不及之处时的障碍物前时，以及升降台运动到最高和最低点时，能够触发急停；

[0057] 9、优化操作机器人系统的结构设计，得出机器人的结构最优化设计，可遥控实现前后直行，左右转向，原地打转，以及升降台的升降。

[0058] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。