[发明专利]一种智能移动搬运机器人及其工作方法

摘要

本发明的目的在于提供一种可以实现自动识别被抓取物并实现自动定位、移动、取放、搬运的智能移动搬运机器人。该智能移动搬运机器人悬臂后端上方安装有可旋转的云台，且云台的旋转平台固定安装有视觉传感器；视觉传感器随云台的旋转平台的转动而四周转动，视觉传感器360°无死角地探测被抓取物的位置，确保能获取到被抓取物准确的位置信息，为后续机器人移动、取放、搬运提供位置和位移信息。本发明还提供该智能移动搬运机器人的工作方法，腰部、立臂、悬臂、腕部、手部依次运动的工作顺序。视觉传感器测量被抓取物或堆放点的坐标实现自动定位，并指导臂部运动到指定位置，实现精准定位；五自由度运动，各关节部件定位精准、活动灵活。 1

主权项

1.一种智能移动搬运机器人，其特征在于，包括底座、腰部、臂部、腕部和手部，臂部包括竖直运动的立臂和水平运动的悬臂，立臂安装在基座上，悬臂与立臂垂直，悬臂前端与立臂相连，手部通过腕部连接在悬臂后端；悬臂后端上方安装有可旋转的云台，云台包括云台固定底座和旋转平台，视觉传感器固定在云台的旋转平台上，视觉传感器包括测距模块和角度测量模块；

腕部包括腕部电机和锥齿轮组，腕部电机安装在悬臂前端，通过腕部电机带动锥齿轮组，从而带动与锥齿轮同轴的腕部实现俯仰运动；

立臂和悬臂均是通过电机直接驱动，采用丝杠转动、螺母移动的方式，采用直线型导轨作为导向装置限制螺母的转动；

腰部包括腰部电机和一对圆柱齿轮组，腰部电机通过一对圆柱齿轮组减速后连接与从动齿轮同轴的腰部回转轴，从而带动腰部回转，腰部电机放置在基座下方；

手部包括手爪、手爪丝杆和手爪电机，手爪电机安装在基座上，带动手爪丝杆旋转，从而带动手爪运动。

2.根据权利要求1所述的一种智能移动搬运机器人，其特征在于，手爪上安装有传感器，传感器包括接近觉传感器和触滑觉传感器。

3.根据权利要求2所述的一种智能移动搬运机器人，其特征在于，接近觉传感器选用反射式红外光电传感器，是采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。

4.根据权利要求3所述的一种智能移动搬运机器人，其特征在于，触滑觉传感器选用 PVDF 压电薄膜元件；触滑觉传感器采用单层 PVDF压电薄膜元件与包封表皮相结合的方式，包封表皮贴在触滑觉传感器表面上；安装在手部末端的手爪上，在手爪与PVDF压电薄膜元件间还覆有一层橡胶薄膜，包封表皮采用能全方位感知滑动的表面带圆弧状凸起的包封表皮。

5.一种智能移动搬运机器人的工作方法，其特征在于，具体的工作步骤如下：

S01：视觉传感器、立臂和悬臂位置初始化，视觉传感器的初始位置为与悬臂平行并指向悬臂末端方向，立臂的初始位置为立臂降到最低的位置，悬臂的初始位置为悬臂缩回到最短的位置；

S02：旋转云台，视觉传感器探测待搬运物的位置，直至视觉传感器探测到待搬运物的位置时，云台停止旋转，该过程旋转角度为a；

S03：腰部回转：腰部电机通过一对圆柱齿轮组减速后连接与从动齿轮同轴的腰部回转轴，从而带动腰部旋转；视觉传感器探测待搬运物的位置，直至视觉传感器探测到待搬运物的位置时，腰部停止旋转，该过程旋转角度为a；

S04：建立坐标系，以测距传感器的位置为原点，竖直方向为Z轴，水平方向为X轴，与X轴和Z轴所在平面垂直的方向为Y轴；

S05：视觉传感器测量待搬运物的坐标（x₁,y₁,z₁），立臂升降高度H₁和悬臂伸缩距离L₁， H₁、L₁的计算公式分别为：H₁=z₁+h，L₁=x1，其中h为夹爪和腕部的总长度；

S06：臂部运动到指定位置；

S07：腕部摆动：腕部电机带动锥齿轮组，从而带动与锥齿轮同轴的腕部实现俯仰运动；

S08：手部夹爪式抓取：手爪上的接近觉传感器和触滑觉传感器实时检测触觉和滑觉变化，并实时将触觉信号和滑动觉信号传给控制器，由控制器根据这些信号做出相应的决策进而发出一定的指令控制手爪动作；

S09：立臂提升：立臂向上提升h₀，其中，h₀=( ‑1)h；

S10：悬臂复位：悬臂缩回至初始位置，收缩长度为L1；

S11：旋转云台，视觉传感器探测待搬运物的位置，直至视觉传感器探测到待搬运物的位置时，云台停止旋转，该过程旋转角度为a；

S12：腰部回转：腰部电机通过一对圆柱齿轮组减速后连接与从动齿轮同轴的腰部回转轴，从而带动腰部旋转；视觉传感器探测待搬运物的位置，直至视觉传感器探测到待堆垛点的位置时，腰部停止旋转，该过程旋转角度为b；

S13：视觉传感器重新构建坐标系，以测距传感器的位置为原点，竖直方向为Z轴，水平方向为X轴，与X轴和Z轴所在平面垂直的方向为Y轴；

S14：视觉传感器测量堆垛点的坐标（x₂,y₂,z₂），立臂升降高度H2和悬臂伸缩距离L2， H2、L₂的计算公式分别为：H₂=z₂+h，L₂=x₂，其中h为夹爪和腕部的总长度；

S15：臂部运动到指定位置；

S16：腕部摆动：腕部电机带动锥齿轮组，从而带动与锥齿轮同轴的腕部实现俯仰运动；

S17：手部夹爪式抓取：手爪上的接近觉传感器和触滑觉传感器实时检测触觉和滑觉变化，并实时将触觉信号和滑动觉信号传给控制器，由控制器根据这些信号做出相应的决策进而发出一定的指令控制手爪动作；

S18：立臂提升：立臂向上提升h0，其中，h₀=(‑1)h；

S19：悬臂复位：悬臂缩回至初始位置，收缩长度为L2，

S20：立臂复位：立臂升降复位至初始位置。

6.根据权利要求5所述的智能移动搬运机器人的工作方法，其特征在于，步骤S06包括以下步骤：

S601：立臂竖直移动：立臂通过立臂电机直接驱动，带动立臂丝杠转动从而驱动立臂升降，立臂升降高度为H₁，

S602：悬臂水平伸缩：悬臂通过悬臂电机直接驱动，带动悬臂丝杠转动从而驱动悬臂伸缩，伸缩距离为L₁。

7.根据权利要求5所述的智能移动搬运机器人的工作方法，其特征在于，步骤S15包括以下步骤：

S1501：立臂竖直移动：立臂通过立臂电机直接驱动，带动立臂丝杠转动从而驱动立臂升降，立臂升降高度为H₂，

S1502：悬悬臂水平伸缩：悬臂通过悬臂电机直接驱动，带动悬臂丝杠转动从而驱动悬臂伸缩，伸缩距离为L₂。