物料搬運機械臂結構及具有它的移動式廚房搬運機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種物料搬運機械臂結構，包括兩個左右對稱的機械臂，每個機械臂均包括大臂、小臂電機、小臂、小臂電機、升降臂、上下運動電機和夾持器，兩個夾持器左右水平相對以配合夾持物料。本發(fā)明能夠將不同大小、不同高度的不同物料進行搬運，特別適用于大型食堂、賓館、飯店的廚房搬運蔬菜、面粉和半成品等物料。本發(fā)明還公開了一種具有上述機械臂結構的移動式廚房搬運機器人。本發(fā)明移動式廚房搬運機器人能夠自動行走和轉彎，自動識別物料位置信息，自動避障，自動裝卸物料，不需要人工搬運物料，不需要人工操控設備，自動化程度和生產效率高，節(jié)省勞動力和生產成本，操控簡單可靠。
【專利說明】物料搬運機械臂結構及具有它的移動式廚房搬運機器人
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種物料裝卸結構及物料搬動機器人，具體涉及一種移動式廚房搬運機器人。
[0003]
【背景技術】
[0004]專利申請?zhí)朇N10515022A(申請?zhí)?01510666177.X)智能廚房機器人，包括調料運送機構、主配菜運送機構、炒勺運送機構、鍋體加熱及翻轉機構、液體調料配送機構以及電氣控制機構，主配菜運送機構用于完成菜品主料、配料的定時投放，由拖動電缸使滑塊在導軌上移動，實現(xiàn)了廚房標準化烹飪。專利申請?zhí)?~105046597隊申請?zhí)?01510382281.6)基于互聯(lián)網的智能餐廳系統(tǒng)，包括迎賓機器人、中央廚房機器人、送餐點餐收銀機器人、清潔機器人、送貨機器人和總控主機，中央廚房機器人可進行烹飪食品，送貨機器人為無人汽車機器人或無人飛機，進行實物派送。申請公布號CN105034003A(申請?zhí)?01510473034.7)磁導航自動送餐機器人系統(tǒng)及自動送餐方法，通過機器人內部的電感傳感器感應周圍的磁導線，獲取到機器人的位置，并且根據(jù)磁導線的軌跡行走，當機器人內部的干簧管感應到?？课恢锰幍拇盆F時停止運動，實現(xiàn)精確?？?，機器人到達?？课恢脮r發(fā)出語音提示，顧客根據(jù)提示可取餐或者回收空盤子。目前有專利介紹自動送餐機器人，可以完成取菜送菜、空盤回收等功能，有專利介紹廚房炒菜機器人，但在食堂、賓館飯店等大型用餐的地方，蔬菜需要清洗、切斷和拌餡等多道工序，面粉需要和面、壓制、成型和蒸制等多道工序才能成為成品，大量的蔬菜、面粉和半成品等物料依然是人工裝卸搬運，或人工裝卸小車運輸，工人勞動強度大，生產效率低，不適應廚房大批量搬運的要求。
[0005]目前沒有發(fā)現(xiàn)專利介紹廚房搬運蔬菜、面粉和半成品等物料方面的機器人。
[0006]

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術中存中的缺陷之一，提供一種物料搬運機械臂結構及具有它的移動式廚房搬運機器人。
[0008]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
本發(fā)明一方面提供一種物料搬運機械臂結構，包括兩個左右對稱的機械臂，每個機械臂均包括大臂、大臂電機、小臂、小臂電機、升降臂、上下運動電機和夾持器，兩個夾持器左右水平相對以配合夾持物料;其中，所述大臂的后端連接到一基座點并在大臂電機驅動下繞該基座點處一豎直軸線轉動，大臂的前端沿水平方向延伸;所述小臂的后端連接到大臂的前端并在小臂電機的驅動下繞大臂前端處的一豎直軸線轉動，小壁的前端沿水平方向延伸;所述升降臂豎向設置在小臂的前端，并由上下運動電機驅動該升降臂作上下運動;所述夾持器安裝在升降臂的下端。
[0009]本發(fā)明的物料搬運機械臂結構由兩組機械臂配合完成抓取、搬動物料的工作。首先，每組機械臂包括大臂和小臂，大臂與基座點之間及大臂與小臂之間均可繞豎直軸線轉動，故使得機械臂能夠將不同大小的物料夾持住，并能在機械臂的伸長范圍內自由搬動物料。其次，大臂、小臂都在水平面內轉動，減小運動空間，升降臂作上下運動，實現(xiàn)夾持器在三維空間內自由移動，從而可以夾持不同大小、不同高度的物料。另外，通過兩組機械臂同時抓取、同時搬動物料，能夠減少搬運時的偏載，導致機器人翻轉。綜上所述，本發(fā)明的物料搬運機械臂結構能夠將不同大小、不同高度的不同物料進行搬運，特別適用于大型食堂、賓館、飯店的廚房搬運蔬菜、面粉和半成品等物料。
[0010]另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的物料搬運機械臂結構還可以具有以下附加技術特征:優(yōu)選的，所述升降臂包括螺桿，所述上下運動電機的輸出軸連接主動齒輪，主動齒輪與從動齒輪嚙合傳動，從動齒輪的中部加工有中心螺紋孔，中心螺紋孔與螺桿的外螺紋形成螺旋副，所述螺桿上還設有縱向的移動槽，小臂的前端設有導軌，導軌與所述移動槽形成滑動副。由此可知，將上下運動電機的轉動轉化為螺桿的上下直線移動，結構更合理，控制更準確。
[0011]優(yōu)選的，所述夾持器包括吊鉤轉動電機和呈L形的吊鉤，所述吊鉤包括連接在所述升降臂下端向下延伸的豎直部，及由豎直部的下端水平延伸的水平部，所述吊鉤轉動電機連接所述吊鉤以使其能夠驅動所述吊鉤沿豎直部的軸線轉動。由此可知，在搬運物料時，由吊鉤轉動電機驅動吊鉤轉動，當旋轉至左右兩個吊鉤的水平部相對時，實現(xiàn)物料的抓取。
[0012]優(yōu)選的，所述吊鉤通過一傳動箱連接在螺桿的下端，所述吊鉤轉動電機固定在傳動箱上，且其輸出軸水平伸出，輸出軸連接主動錐齒輪，所述吊鉤的豎直部與所述傳動箱轉動連接，豎起部的上端連接有從動錐齒輪，所述從動錐齒輪與主動錐齒輪嚙合傳動。
[0013]本發(fā)明另一方面提供一種移動式搬運機器人，包括行走系統(tǒng)，所述行走系統(tǒng)上設有車架，所述車架的上端設有所述的物料搬運機械臂結構。本發(fā)明移動式搬運機器人的車架上端形成所述兩個基座點，以用于安裝所述大臂。
[0014]優(yōu)選的，所述車架的中部具有盛料箱，所述盛料箱對于兩個所述夾持器的下方。
[0015]優(yōu)選的，所述行走系統(tǒng)包括前進電機，所述前進電機通過鏈傳動帶動前進軸轉動，前進軸上裝有前進車輪。
[0016]優(yōu)選的，所述行走系統(tǒng)還包括固定在車架上的轉向電機，所述轉向電機通過轉向減速機連接轉向軸連接盤，所述轉向軸連接盤內水平穿過有轉向軸，且該轉向軸的兩端分別通過轉向軸軸承連接到所述轉向軸連接盤上，所述轉向軸的兩端設有轉向車輪。
[0017]優(yōu)選的，還包括磁道識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)識別地面上的磁道，并按照設定軌跡沿磁道行走；
還包括條形碼識別系統(tǒng)，所述機架上裝有第一相機，能夠識別物料上的條形碼，根據(jù)條形碼上的信息，將物料搬運至預定位置；
還包括道路障礙物識別系統(tǒng)，所述機架上裝有第二相機，當?shù)缆飞嫌姓系K物時，相機上顯示出障礙物，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制轉向電機轉彎避開障礙物，以最小的路徑回到磁道路上如進。
[0018]另外，本發(fā)明的移動式搬運機器人尤其是一種移動式廚房搬運機器人。
[0019]本發(fā)明移動式廚房搬運機器人能夠自動行走和轉彎，自動識別物料位置信息，自動避障，自動裝卸物料，不需要人工搬運物料，不需要人工操控設備，自動化程度和生產效率高，節(jié)省勞動力和生產成本，操控簡單可靠。
[0020]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
[0021]
【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
圖1是本發(fā)明移動式廚房搬運機器人的主視結構圖；
圖2是本發(fā)明移動式廚房搬運機器人的俯視結構圖；
圖3是本發(fā)明移動式廚房搬運機器人的A-A剖視結構圖；
圖4是本發(fā)明移動式廚房搬運機器人的C向結構圖；
圖5是本發(fā)明移動式廚房搬運機器人的小臂和升降部分剖視結構圖。
[0023]在圖1-圖5中，1-萬向輪;2-道路識別相機;3-物料地址識別相機;4_車架；5_左腰部;6-左大臂；7-左大臂電機;8-左小臂;8-1-小臂主動齒輪;8-2-小臂殼體上蓋;8-3螺桿；8-4螺桿移動槽;8-5小臂殼體上蓋導軌;8-6-小臂上軸承;8-7-小臂從動齒輪;8_8小臂下軸承;8-9-小臂軸承端蓋;9-左小臂電機；10-左吊鉤轉動電機；11-左吊鉤傳動箱；11-1-左吊鉤傳動箱殼體；11-2-左吊鉤傳動箱軸和軸承；11-3-左吊鉤；11-4-左螺紋連接套；11-5-從動錐齒輪；11-6-主動錐齒輪；12-右吊鉤傳動箱；13-右吊鉤轉動電機；14-右小臂電機；15-右小臂；16-右大臂電機；17-右大臂；18-右腰部；19-盛料箱；20-轉向電機;21-轉向車輪；22-車輪驅動系統(tǒng)車架;23-充電開關;24-前進車輪;25-轉向電機固定盤;26-轉向減速機；27-轉向軸連接盤;28-轉向軸;29-轉向軸軸承;30-前進軸;31-鏈傳動;32-前進電機;33-左上下運動電機;34-右上下運動電機;35-右螺桿;36-右吊鉤。
【具體實施方式】
[0024]下面參照本發(fā)明實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0025]如圖1-5所示，一種移動式廚房搬運機器人，包括車架4、行走和物料運送系統(tǒng)、物料搬運機械臂結構、條形碼識別系統(tǒng)、道路障礙物識別系統(tǒng)和機器人控制系統(tǒng)。
[0026](I)行走和物料運送系統(tǒng)
在車架4下部四個角分別裝有四個萬向輪1，用于支承整個移動機器人，萬向輪I可以自由轉動，以實現(xiàn)前進、轉彎等運動。
[0027]在車架4的下部中間、四個萬向輪I的里面固定有車輪驅動系統(tǒng)車架22，在車輪驅動系統(tǒng)車架22的左上方固定有轉向電機固定盤25。轉向電機20安裝在轉向電機固定盤25上部，轉向減速機26安裝在轉向電機固定盤25的下部，轉向電機20的外伸軸與轉向減速機26的中心孔連接，帶動轉向減速機26的輸出盤轉動。轉向減速機26的輸出盤與轉向軸連接盤27連接，并一起轉動。轉向軸連接盤27下部的水平中心孔兩端各裝有轉向軸軸承29，兩個轉向軸軸承29的內圈與轉向軸28過盈連接。轉向軸28與兩端的轉向車輪21固連，轉向軸28與兩端的轉向車輪21可以相對轉向軸連接盤27自由轉動。轉向電機20帶動轉向軸連接盤27轉動，實現(xiàn)轉向車輪21的轉向。由此可知，轉向電機20通過輸出軸帶動轉向減速機26(—種RV減速機，法蘭固定，端面輸出)，轉向減速機26的端面與轉向軸連接盤27固連，帶動轉向軸連接盤27、轉向軸28、轉向車輪21轉動，轉向軸28上的軸承可以使得車輪轉向的同時自身轉動，結構簡單，運轉靈活，傳動效率高。
[0028]在車輪驅動系統(tǒng)車架22的右上方裝有前進電機32，前進電機32通過鏈傳動31帶動前進軸30轉動，前后兩個前進車輪24裝在前進軸30上，從而前進電機32帶動前進車輪30轉動，驅動機器人直線移動。為便于控制，前進電機32和轉向電機20可以不同時轉動。前進電機30和轉向電機20具有停車剎車功能，可以使整個搬運機器人原地不動。
[0029]廚房行走通道的地面上貼有磁道或預埋磁道，該移動機器人能夠自動識別磁道，機器人按照設定軌跡沿磁道行走。機器人上的前進電機32和轉向電機20都帶有制動系統(tǒng)，
兩個機械臂裝卸蔬菜等物料時，機器人箱體和車輪固定不動。
[0030]
整個機器人上的動力由一臺蓄電池提供，機器人設有充電接頭。前進電機32的右側裝有充電開關23，當機器人上的電源不足時，機器人走到充電位置，充電器伸出接到充電開關23上進行充電。
[0031](2)物料搬運機械臂結構
本發(fā)明的移動式廚房搬運機器人的前后裝有兩個機械臂，每個機械臂都由后臂(大臂)、前臂(小臂)、升降臂和夾持器等組成。
[0032]如圖1所示，兩個機械臂分為左機械臂和右機械臂。下面以左機械臂為例，描述其結構。
[0033]左機械臂包括左大臂6的后端連接到車架4的上端，上架的上端也裝有左大臂電機7，左大臂電機7驅動左大臂6在水平面內轉動。左小臂8的后端連接到左大臂6的前端且左大臂6的前端裝有左小臂電機9，左小臂電機9驅動左小臂8在水平面內轉動。左小臂8的前端裝有左上下運動電機33，左上下運動電機33的輸出軸上裝有小臂主動齒輪8-1，小臂主動齒輪8-1與小臂從動齒輪8-7嚙合傳動，小臂從動齒輪8-7的上下兩端分別裝有小臂上軸承8-6和小臂下軸承8-8，使得小臂從動齒輪8-7上下固定并轉動。小臂從動齒輪8-7的加工有中心螺紋孔，小臂從動齒輪8-7的中心螺紋孔與螺桿8-3的外螺紋形成螺旋副。在小臂殼體上蓋8-2上加工有矩形的兩條小臂殼體上蓋導軌8-5，兩條小臂殼體上蓋導軌8-5與螺桿8-3上加工的對應兩條矩形螺桿移動槽8-4形成滑動接觸。當小臂從動齒輪8-7轉動時，螺桿8-3通過螺旋副在兩條小臂殼體上蓋導軌8-5作用下上下移動。小臂軸承端蓋8-9用來承受軸向載荷并裝卸小臂下軸承8-8。
[0034]在螺桿8-3的下端裝有左吊鉤傳動箱11上蓋，上蓋與左吊鉤傳動箱殼體11-1相連，左吊鉤傳動箱殼體11-1左端外側裝有左吊鉤轉動電機10，左吊鉤轉動電機10的外伸軸上裝有主動錐齒輪11-6，主動錐齒輪11-6與從動錐齒輪11-5相嚙合傳動，通過左吊鉤傳動箱軸和軸承11-2帶動左螺紋連接套11-4和左吊鉤11-3轉動，實現(xiàn)抓取物料。左螺紋連接套11_4的作用是方便更換和裝卸左吊鉤11-3。左吊鉤11-3包括連接在螺桿8-3下端向下延伸的豎直部，及由豎直部的下端水平延伸的水平部，左吊鉤轉動電機10連接左吊鉤11-3以使其能夠驅動左吊鉤11-3沿豎直部的軸線轉動。由此可知，在搬運物料時，由吊鉤轉動電機10驅動左吊鉤11-3轉動，當旋轉至左右兩個吊鉤的水平部相對時，能夠實現(xiàn)物料的抓取。
[0035]為便于批量搬運物料，車架4的上面有一層板，板的上面是盛料箱19，盛料箱19的左右兩側分別裝有左腰部5和右腰部18，左腰部5的上端安裝有左大臂電機7。盛料箱19的右側安裝有右腰部18，右腰部18上端裝有右大臂電機16，右大臂電機16帶動右大臂17在水平面內轉動，右大臂17的前端裝有右小臂電機14，右小臂電機14帶動右小臂15在水平面內轉動，右小臂的前端裝有右上下運動電機34，右上下運動電機34帶動右螺桿35上下運動，右吊鉤傳動箱12裝在右螺桿的下端，右吊鉤傳動箱12上裝有右吊鉤轉動電機13，通過錐齒輪傳動帶動右吊鉤36轉動。
[0036]所述大臂和小臂分別由電機帶動繞各自的垂直軸在水平面內轉動，確定物料的平面坐標位置，升降臂由電機帶動絲杠上下運動，確定物料的空間高度，夾持器由電機帶動夾持物料，將物料運進機器人盛料箱19中，到達目的地后從機器人盛料箱19卸下。為減小機械臂工作時產生的力矩使得機器人箱體偏載，導致機器人翻轉，采用兩個機械臂同時工作，完成一定范圍的蔬菜裝卸。將蔬菜搬運到該移動機器人的盛料箱19中。
[0037]單組機械臂的尺寸減小，結構簡單，故控制系統(tǒng)控制單組機械臂相對簡單，而兩組機械臂雖然需要協(xié)調，但兩組機械臂運動規(guī)則調整為一致即可，故整體控制系統(tǒng)要相對容易O
[0038](3)條形碼識別系統(tǒng)
本專利移動機器人控制系統(tǒng)包括條形碼識別系統(tǒng)，蔬菜上貼有條形碼，機器人箱體(車架4)左側面裝有物料地址識別相機3，物料地址識別相機3的高度手動調節(jié)，以滿足蔬菜等物料的裝置高度，物料地址識別相機3自動識別物料(蔬菜)上的條形碼信息，根據(jù)條形碼上蔬菜需要放置的位置信息，反饋到控制系統(tǒng)，驅動前進電機32和轉向電機20到達卸料位置。
[0039](4)道路障礙物識別系統(tǒng)
本專利移動機器人控制系統(tǒng)包括道路障礙物識別系統(tǒng)，機器人箱體(車架4)前端裝有道路識別相機2，當?shù)缆飞嫌姓系K物時，道路識別相機2上顯示出障礙物，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制轉向電機轉彎避開障礙物，以最小的路徑回到磁道路上前進。
[0040](5)機器人控制系統(tǒng)
本專利移動機器人控制系統(tǒng)包括前進電機和轉向電機的控制，條形碼和道路障礙物的識別，以及兩個機械臂的運動控制，整個控制系統(tǒng)集成在一起，由控制軟件控制，采用面板顯示，可以人工輸入?yún)?shù)調節(jié)機器人行走速度等。
[0041]本發(fā)明移動式廚房搬運機器人用于大型食堂、賓館、飯店的廚房搬運蔬菜、面粉和半成品等物料，機器人上的物料識別相機識別到物料上的條形碼，能夠確定物料運送的位置，機器人上的兩個機械臂運動，將廚房案板上的物料搬運到機器人上的盛料箱19中，然后機器人上的前進電機和轉彎電機驅動車輪轉動，機器人上的霍爾元件感應地面上的預置磁道，并沿著磁道前進(當遇到障礙物時，機器人前端的道路識別相機2繞開障礙物回到磁道線路上)，根據(jù)條形碼上的信息到達送料位置后，前進電機或轉彎電機停止運動，機器人停止行走，機器人上的兩個機械臂將盛料箱19中的物料卸到預定位置，最后機器人返回到取料位置。
[0042]盡管已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施案例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【主權項】
1.一種物料搬運機械臂結構，其特征在于，包括兩個左右對稱的機械臂，每個機械臂均包括大臂、大臂電機、小臂、小臂電機、升降臂、上下運動電機和夾持器，兩個夾持器左右水平相對以配合夾持物料； 其中，所述大臂的后端連接到一基座點并在大臂電機驅動下繞該基座點處一豎直軸線轉動，大臂的前端沿水平方向延伸;所述小臂的后端連接到大臂的前端并在小臂電機的驅動下繞大臂前端處的一豎直軸線轉動，小壁的前端沿水平方向延伸;所述升降臂豎向設置在小臂的前端，并由上下運動電機驅動該升降臂作上下運動;所述夾持器安裝在升降臂的下端。2.根據(jù)權利要求1所述的物料搬運機械臂結構，其特征在于，所述升降臂包括螺桿，所述上下運動電機的輸出軸連接主動齒輪，主動齒輪與從動齒輪嚙合傳動，從動齒輪的中部加工有中心螺紋孔，中心螺紋孔與螺桿的外螺紋形成螺旋副，所述螺桿上還設有縱向的移動槽，小臂的前端設有導軌，導軌與所述移動槽形成滑動副。3.根據(jù)權利要求1所述的物料搬運機械臂結構，其特征在于，所述夾持器包括吊鉤轉動電機和呈L形的吊鉤，所述吊鉤包括連接在所述升降臂下端向下延伸的豎直部，及由豎直部的下端水平延伸的水平部，所述吊鉤轉動電機連接所述吊鉤以使其能夠驅動所述吊鉤沿豎直部的軸線轉動。4.根據(jù)權利要求3所述的物料搬運機械臂結構，其特征在于，所述吊鉤通過一傳動箱連接在螺桿的下端，所述吊鉤轉動電機固定在傳動箱上，且其輸出軸水平伸出，輸出軸連接主動錐齒輪，所述吊鉤的豎直部與所述傳動箱轉動連接，豎起部的上端連接有從動錐齒輪，所述從動錐齒輪與主動錐齒輪嚙合傳動。5.—種移動式搬運機器人，其特征在于，包括行走系統(tǒng)，所述行走系統(tǒng)上設有車架，所述車架的上端設有權利要求1-4任一項所述的物料搬運機械臂結構。6.根據(jù)權利要求5所述的移動式搬運機器人，其特征在于，所述車架的中部具有盛料箱，所述盛料箱對于兩個所述夾持器的下方。7.根據(jù)權利要求5所述的移動式搬運機器人，其特征在于，所述行走系統(tǒng)包括前進電機，所述前進電機通過鏈傳動帶動前進軸轉動，前進軸上裝有前進車輪。8.根據(jù)權利要求5所述的移動式搬運機器人，其特征在于，所述行走系統(tǒng)還包括固定在車架上的轉向電機，所述轉向電機通過轉向減速機連接轉向軸連接盤，所述轉向軸連接盤內水平穿過有轉向軸，且該轉向軸的兩端分別通過轉向軸軸承連接到所述轉向軸連接盤上，所述轉向軸的兩端設有轉向車輪。9.根據(jù)權利要求5所述的移動式搬運機器人，其特征在于，還包括磁道識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)識別地面上的磁道，并按照設定軌跡沿磁道行走； 還包括條形碼識別系統(tǒng)，所述機架上裝有第一相機，能夠識別物料上的條形碼，根據(jù)條形碼上的信息，將物料搬運至預定位置； 還包括道路障礙物識別系統(tǒng)，所述機架上裝有第二相機，當?shù)缆飞嫌姓系K物時，相機上顯示出障礙物，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制轉向電機轉彎避開障礙物，以最小的路徑回到磁道路上如進。10.根據(jù)權利要求5-9任一項所述移動式搬運機器人，其特征在于，其是移動式廚房搬運機器人。
【文檔編號】B65G47/90GK105881522SQ201610137067
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】李長春, 尹丙征, 陳乃建, 桑曙光, 楊雪, 康蕓
【申請人】濟南大學, 山東美鷹食品設備有限公司