本發(fā)明涉及自動搬運機器人領(lǐng)域，具體來說涉及一種商品載運減震自動抓取機器人。

背景技術(shù)：

網(wǎng)購人數(shù)的激增，對快遞物流的要求越來越高，不斷增長的包裹量給末端配送帶來了巨大的壓力，導致了快遞員在整個快遞產(chǎn)業(yè)鏈中的緊缺。任意快遞中轉(zhuǎn)站月收發(fā)快遞包裹上萬件，配送點日收發(fā)快遞包裹上百件。配送環(huán)節(jié)的時間耽擱，或是人手不夠，導致快遞堆積，效率低下。而且，快遞包裹由于運輸不當經(jīng)常破損，退貨賠償?shù)那闆r經(jīng)常發(fā)生，尤其是貴重物品。同時，由于快遞公司對快遞員的需求增加，大大增加了運營成本?！氨┝爝f”已成為快遞業(yè)的經(jīng)典名詞，不僅從側(cè)面體現(xiàn)出快遞員配送分揀包裹時的力不從心，渴望效率的提升，同時也體現(xiàn)出消費者對快遞某些環(huán)節(jié)的失望。因此，快遞機器人應(yīng)運而生，特別是最近兩年，快遞機器人的研發(fā)進入一個全新的階段。但是就目前的市場而言，還沒有一款快遞機器人真正用于實際的物流運輸之中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種商品載運減震自動抓取機器人，可在配送點以及庫房等場所取放包裹，減輕快遞員包裹配送工作的負擔，以及在配送點自提時，包裹短距離點對點的輸送工作。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：

一種商品載運減震自動抓取機器人，包括運動機構(gòu)和設(shè)置在運動機構(gòu)上的抓取機構(gòu)，其中運動機構(gòu)包括底盤以及對稱設(shè)置在底盤上的兩個結(jié)構(gòu)相同的x型減震系統(tǒng)模塊；抓取機構(gòu)包括機械臂運動模塊以及設(shè)置在機械臂運動模塊上用于抓取包裹的機械臂抓手模塊；

底盤的一側(cè)設(shè)置有兩個麥克納姆全向輪，另一側(cè)對稱設(shè)置兩個麥克納姆全向輪；

x型減震系統(tǒng)模塊包括兩個直流伺服電機、兩根主軸以及設(shè)置在底盤上的兩個交叉成x型的第一桿和第二桿，第一桿頂端通過彈簧阻尼避震器與第二桿的底端相連；第二桿(22)頂端通過彈簧阻尼避震器與第一桿的底端相連；

第一桿的底部設(shè)置有電機座，電機座內(nèi)設(shè)置有直流伺服電機，直流伺服電機的輸出軸經(jīng)聯(lián)軸器與底盤一側(cè)的一個麥克納姆全向輪相連；

第二桿的底部設(shè)置有電機座，電機座內(nèi)設(shè)置有一個直流伺服電機，直流伺服電機的輸出軸經(jīng)聯(lián)軸器與底盤另一側(cè)的一個麥克納姆全向輪相連。

本發(fā)明進一步的改進在于，所述底盤包括載物臺，載物臺上方設(shè)置有電子器件臺，且電子器件臺與載物臺之間設(shè)置有四個載物臺支撐件。

本發(fā)明進一步的改進在于，載物臺上設(shè)置有4個主軸固定座，第一桿和第二桿內(nèi)均設(shè)置有軸承，軸承內(nèi)設(shè)置有主軸，主軸的末端伸入到主軸固定座中，使x型減震系統(tǒng)模塊設(shè)置在載物臺上。

本發(fā)明進一步的改進在于，第一桿的頂部設(shè)置有上懸掛座，第二桿的底端設(shè)置有下懸掛座，彈簧阻尼避震器的一端設(shè)置在上懸掛座上，另一端設(shè)置在下懸掛座上。

本發(fā)明進一步的改進在于，第二桿的頂部設(shè)置有上懸掛座，第一桿的底端設(shè)置有下懸掛座，彈簧阻尼避震器的一端設(shè)置在上懸掛座上，另一端設(shè)置在下懸掛座上。

本發(fā)明進一步的改進在于，機械臂運動模塊包括設(shè)置在底盤上的絲杠步進電機與步進電機，步進電機的輸出軸上設(shè)置有小齒輪，絲杠步進電機上設(shè)置有與小齒輪相嚙合的大齒輪；

所述底盤上設(shè)置有支架，支架包括兩個相垂直的水平桿和豎直桿，豎直桿設(shè)置在底盤上，水平桿設(shè)置在豎直桿的頂端；水平桿與載物臺之間豎直設(shè)置有絲杠，兩根鋼棒對稱設(shè)置在絲杠的兩側(cè)；

大齒輪上開設(shè)有兩個槽口，且兩個槽口關(guān)于絲杠對稱設(shè)置，兩個鋼棒的下端分別設(shè)置在兩個槽口內(nèi)；步進電機帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，小齒輪帶動大齒輪進行轉(zhuǎn)動，從而使鋼棒以絲杠為軸線旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明進一步的改進在于，絲杠為絲杠步進電機的輸出軸；水平桿上設(shè)置有上軸承固定件，上軸承固定件內(nèi)設(shè)置有軸承，絲杠末端設(shè)置在軸承內(nèi)。

本發(fā)明進一步的改進在于，還包括主控板；

主控板外接3個步進電機驅(qū)動器，用于控制步進電機的正反轉(zhuǎn)及其轉(zhuǎn)速；

主控板外接四個伺服電機驅(qū)動器，用于分別控制每個伺服電機的轉(zhuǎn)速及正反轉(zhuǎn)；

主控板外接信號采集板、紅外接收模塊、接觸開關(guān)以及巡線燈板；

信號采集板，用于信號的收集和處理；

紅外接收模塊，用于直觀的操控機器人；

接觸開關(guān)，用于檢測機器人抓手與貨物接觸與否；

巡線燈板，用于檢測地上的預定位置，獲取機器人行走路徑信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果：本發(fā)明通過設(shè)置運動機構(gòu)和抓取機構(gòu)，運動機構(gòu)包括底盤以及對稱設(shè)置在底盤上的兩個結(jié)構(gòu)相同的x型減震系統(tǒng)模塊；抓取機構(gòu)包括機械臂運動模塊以及設(shè)置在機械臂運動模塊上用于抓取包裹的機械臂抓手模塊；預設(shè)包裹相應(yīng)坐標位置，機器人收到取包裹指令后將自動運行到包裹周圍，將其抓起并擺放到平臺上。之后按設(shè)定運動到指定位置，完成商品載運過程。x型彈性阻尼懸掛系統(tǒng)，具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性高的優(yōu)點，能夠輕松應(yīng)付路面高低的突變、斜坡等復雜路況。本發(fā)明機構(gòu)簡單緊湊，易于實現(xiàn)，可在配送點以及庫房等場所取放包裹，減輕快遞員包裹配送工作的負擔，以及在配送點自提時，包裹短距離點對點的輸送工作。

進一步的，x型減震系統(tǒng)模塊避震時左右輪可單動，亦可聯(lián)動。單動時，當任一輪遇到路面坎坷時，機器人會順應(yīng)路面情況進行高度調(diào)整，并對聯(lián)動輪與地面的壓力進行調(diào)整，令整個底盤在不平的路面上能自然過渡。例如，當左輪遇到凸起時，左輪上升，由于彈簧阻尼避震器連接第一桿和第二桿，于是右輪受向下的壓力，增大了右輪摩擦力；當左輪遇到凹陷是，左輪下降，兩個彈簧阻尼避震器同時釋放壓力，增大系統(tǒng)響應(yīng)速度，迅速適應(yīng)路面變化。聯(lián)動時，首先，左右彈簧阻尼避震器可同時作用，承擔載物臺的重量。其次，當機器人經(jīng)過突變的斜坡時，一對左右輪相互作用。靠近坡頂?shù)妮喪芰ι仙?，靠近坡底的輪受力下降，使得底板能很快適應(yīng)坡度變化，避免車身突然震動。

進一步的，本發(fā)明中采用絲杠結(jié)合斜齒輪傳動，完成機械臂的升降及繞絲杠轉(zhuǎn)動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種商品載運減震自動抓取機器人機械結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖2是本發(fā)明一種商品載運減震自動抓取機器人機械結(jié)構(gòu)的左視圖；

圖3是本發(fā)明一種商品載運減震自動抓取機器人機械結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖4是本發(fā)明的軸測圖；

圖5是x型減震系統(tǒng)模塊的簡圖；

圖6是機械臂運動模塊機構(gòu)簡圖；

圖7是本發(fā)明一種商品載運減震自動抓取機器人的控制框圖。

圖8為機械臂抓手模塊剖視圖。

圖中，1為鋼棒，2為上轉(zhuǎn)件，3為698深溝球軸承，4為上軸承固定件，5為6000深溝球軸承，6為支架，7為轉(zhuǎn)軸，8為第一同步帶輪，9為第一同步帶，10為抓手板，11為直線導軌，12為抓手架，13為抓手，14為軸承架，15為主軸，16為6000軸承，17為載物臺支撐件，18為大齒輪，19為絲杠步進電機，20為步進電機，21為小齒輪，22為第二桿，23為第一桿，24為上懸掛座，25為彈簧阻尼避震器，26為下懸掛座，27為麥克納姆全向輪，28為聯(lián)軸器，29為電機座，30為直流伺服電機，31為豎向錐齒輪，32為橫向錐齒輪，33為第二同步帶輪，34為上機械臂板，35為下機械臂板，36為第二同步帶，37為步進電機，38為主軸固定座，39為載物臺，40為電子器件臺，41為第三同步帶輪，42為第四同步帶輪，43為第五同步帶輪，44為絲杠，45為第六同步帶輪，46為第七同步帶輪，47為第八同步帶輪。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。

參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6，本發(fā)明的一種商品載運減震自動抓取機器人，包括運動機構(gòu)和設(shè)置在運動機構(gòu)上的抓取機構(gòu)，其中運動機構(gòu)包括底盤以及對稱設(shè)置在底盤上的兩個結(jié)構(gòu)相同的x型減震系統(tǒng)模塊；

參見圖1和圖3，底盤包括載物臺39、電子器件臺40以及載物臺支撐件17。電子器件臺40設(shè)置在載物臺39上方，且電子器件臺40與載物臺39之間設(shè)置有四個載物臺支撐件17，四個載物臺支撐件17將電子器件臺40與載物臺39連接；

載物臺39與電子器件臺40均采用3mm鋁板20，利用水切割工藝加工而成。載物臺39的兩側(cè)均設(shè)置有2對麥克納姆全向輪27，即底盤的一側(cè)設(shè)置有兩個麥克納姆全向輪27，另一側(cè)對稱設(shè)置兩個麥克納姆全向輪27。

如圖2、圖4和圖5所示，x型減震系統(tǒng)模塊包括兩個直流伺服電機30、兩根主軸15以及設(shè)置在載物臺39上的兩個交叉成x型的第一桿23和第二桿22，第一桿23頂端通過彈簧阻尼避震器25與第二桿22的底端相連，具體的，第一桿23的頂部設(shè)置有上懸掛座24，第二桿22的底端設(shè)置有下懸掛座26，彈簧阻尼避震器25的一端設(shè)置在上懸掛座24上，另一端設(shè)置在下懸掛座26上。

同樣的，第二桿22頂端通過彈簧阻尼避震器與第一桿23的底端相連，具體的，第二桿22的頂部設(shè)置有上懸掛座，第一桿23的底端設(shè)置有下懸掛座，彈簧阻尼避震器的一端設(shè)置在上懸掛座上，另一端設(shè)置在下懸掛座上。

第一桿23的底部設(shè)置有電機座29，電機座29內(nèi)設(shè)置有直流伺服電機30，直流伺服電機30的輸出軸經(jīng)聯(lián)軸器28與底盤一側(cè)的一個麥克納姆全向輪27相連。

同樣的，第二桿22的底部設(shè)置有電機座，電機座內(nèi)同樣設(shè)置有一個直流伺服電機，直流伺服電機的輸出軸經(jīng)聯(lián)軸器與底盤另一側(cè)的一個麥克納姆全向輪相連。

參見圖1、圖3和圖4，載物臺39上設(shè)置有4個主軸固定座38，第一桿23和第二桿22內(nèi)均設(shè)置有6000深溝球軸承16，6000深溝球軸承16內(nèi)設(shè)置有主軸15，主軸15的末端伸入到主軸固定座38中，使x型減震系統(tǒng)模塊設(shè)置在載物臺39上。

第一桿23以及第二桿22由3mm鋁板水切割而成，兩根主軸15為6061合金鋁棒。

x型減震系統(tǒng)模塊避震時左右輪可單動，亦可聯(lián)動。

單動：當任一輪遇到路面坎坷時，機器人會順應(yīng)路面情況進行高度調(diào)整，并對聯(lián)動輪與地面的壓力進行調(diào)整，令整個底盤在不平的路面上能自然過渡。例如，當左輪遇到凸起時，左輪上升，由于彈簧阻尼避震器25連接第一桿和第二桿，于是右輪受向下的壓力，增大了右輪摩擦力；當左輪遇到凹陷是，左輪下降，兩個彈簧阻尼避震器25同時釋放壓力，增大系統(tǒng)響應(yīng)速度，迅速適應(yīng)路面變化。

聯(lián)動：首先，左右彈簧阻尼避震器25可同時作用，承擔載物臺39的重量。其次，當機器人經(jīng)過突變的斜坡時，一對左右輪相互作用。靠近坡頂?shù)妮喪芰ι仙?，靠近坡底的輪受力下降，使得底板能很快適應(yīng)坡度變化，避免車身突然震動。

抓取機構(gòu)包括機械臂運動模塊以及設(shè)置在機械臂運動模塊上用于抓取包裹的機械臂抓手模塊；

如圖1和圖5所示，機械臂運動模塊包括上轉(zhuǎn)件2、698深溝球軸承3、上軸承固定件4、6000深溝球軸承5、支架6、大齒輪18、絲杠步進電機19、步進電機20、小齒輪21以及兩根鋼棒1。其中，所述絲杠步進電機19與步進電機20均設(shè)置在載物臺39底部，步進電機20的輸出軸上設(shè)置有小齒輪21，絲杠步進電機19上設(shè)置有與小齒輪21相嚙合的大齒輪18，大齒輪18為3d打印制造。

所述載物臺39上設(shè)置有支架6，支架6包括兩個相垂直的水平桿和豎直桿，豎直桿設(shè)置在載物臺39上，水平桿設(shè)置在豎直桿的頂端。水平桿與載物臺39之間豎直設(shè)置有絲杠44，兩根鋼棒1對稱設(shè)置在絲杠44的兩側(cè)。

具體的，大齒輪18上開設(shè)有兩個槽口，且兩個槽口關(guān)于絲杠44對稱設(shè)置，兩個鋼棒1的下端分別設(shè)置在兩個槽口內(nèi)；

步進電機20帶動小齒輪21轉(zhuǎn)動，由于大齒輪18與小齒輪21相嚙合，從而小齒輪21帶動大齒輪18進行轉(zhuǎn)動，從而使鋼棒1以絲杠44為軸線旋轉(zhuǎn)。即利用大齒輪18和鋼棒1的配合，完成機械臂抓手模塊的旋轉(zhuǎn)運動。

絲杠即絲杠步進電機19的輸出軸；水平桿上設(shè)置有上軸承固定件4，上軸承固定件4內(nèi)設(shè)置有6000深溝球軸承5，絲杠末端設(shè)置在6000深溝球軸承5內(nèi)，在上軸承固定件4外裝有698深溝球軸承3，698深溝球軸承3套在上轉(zhuǎn)件2中。大齒輪18內(nèi)嵌入61805軸承，小齒輪21軸孔為d字型，小齒輪21與步進電機20的輸出軸緊密配合。

參見圖1、圖2和圖8，機械臂抓手模塊主要由轉(zhuǎn)軸7、第一同步帶輪8、第一同步帶9、抓手板10、直線導軌11、抓手架12、抓手13、豎向錐齒輪31、橫向錐齒輪32、第二同步帶輪33、上機械臂板34、下機械臂板35、第二同步帶36、步進電機37、第三同步帶輪41、第四同步帶輪42、第五同步帶輪43、第六同步帶輪45、第七同步帶輪46以及第八同步帶輪47構(gòu)成。其中，所述第一同步帶輪8與第八同步帶輪47設(shè)置在轉(zhuǎn)軸7的兩端，第一同步帶9設(shè)置在第一同步帶輪8與第六同步帶輪45上。

絲杠44上設(shè)置有pla(聚乳酸)軸套，軸套上設(shè)置有上機械臂板34與下機械臂板35，且上機械臂板34的長度大于下機械臂板35的長度，上機械臂板34與下機械臂板35之間設(shè)置有用于支撐的加強件；上機械臂板34端部設(shè)置有兩塊抓手板10，每塊抓手板10底部設(shè)置有一個水平方向的直線導軌11，每個直線導軌11上設(shè)置有滑塊，滑塊上設(shè)置有抓手架12，抓手架12豎直設(shè)置，兩個抓手架12之間設(shè)置有抓手13。當絲杠轉(zhuǎn)動時，機械臂抓手模塊能上下運動。

兩根鋼棒1上設(shè)置有聚四氟乙烯軸套，機械臂抓手模塊與鋼棒1的連接的部分中嵌入聚四氟乙烯軸套，大齒輪18與小齒輪21相嚙合，從而使鋼棒1以絲杠為軸線旋轉(zhuǎn)，即利用大齒輪18和鋼棒1的配合，完成機械臂抓手模塊的旋轉(zhuǎn)運動。

參見圖2和圖8，上機械臂板34的末端下方設(shè)置有兩塊抓手板10，在抓手板10的下方設(shè)置有直線導軌11，抓手架12的上端設(shè)置在第一同步帶9上，抓手架12的中部設(shè)置在直線導軌11上的滑塊上，抓手13設(shè)置在兩塊抓手架12的之間。與抓手板10的豎直中線對稱有同樣一套抓手架與抓手。

參見圖4和圖5，步進電機37設(shè)置在上機械臂板34上，步進電機37的輸出軸上設(shè)置有第三同步帶輪41，第三同步帶輪41與第四同步帶輪42相連并帶動第四同步帶輪42轉(zhuǎn)動，第四同步帶輪42下方設(shè)置有豎向錐齒輪31，且第四同步帶輪42與豎向錐齒輪31相連，豎向錐齒輪31與橫向錐齒輪32嚙合，可更改旋轉(zhuǎn)運動在空間上的方向，橫向錐齒輪32帶動第二同步帶輪33轉(zhuǎn)動，同時橫向錐齒輪32帶動第五同步帶輪43轉(zhuǎn)動。

參見圖3和圖8，用一根設(shè)置在抓手板10右側(cè)的軸連接三個同步帶輪(設(shè)置在第五同步帶輪43兩側(cè)的第六同步帶輪45和第七同步帶輪46，以及第五同步帶輪43)，第五同步帶輪43、第六同步帶輪45與第七同步帶輪46通過銷釘與軸固定連接。第五同步帶輪43的轉(zhuǎn)動帶動軸轉(zhuǎn)動，軸帶動第六同步帶輪45與第七同步帶輪46同時轉(zhuǎn)動，進而帶動設(shè)置在第六同步帶輪45與第七同步帶輪46上的同步帶運動，達到兩對抓手架12同時運動的目的。

該商品載運減震自動抓取機器人運行時收到“取包裹”的指令后，機器人自動移動到包裹旁，然后啟動抓手13，抓取快遞，對于較小且不需要大距離搬運的包裹，機器人可直接移動到設(shè)定位置，將包裹放下，若包裹較大，或需要遠距離運輸時，機械臂抓取貨物后，將自動旋轉(zhuǎn)180°降下抓手13，把包裹牢牢扣置在自身載物臺39上，直至抵達目的地，底盤采用麥克納姆全向輪27，同時通過驅(qū)動電機上的編碼器反饋的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算處理后，可實現(xiàn)機器人的自動平面軌跡運動。其中，根據(jù)編碼器反饋的數(shù)據(jù)計算處理以實現(xiàn)機器人的自動平面軌跡運動的過程是本領(lǐng)域計算人員公知的技術(shù)。

如圖7所示，商品載運減震自動抓取機器人安裝stm32為主控板的芯片，主控板外接3個步進電機驅(qū)動器，用于控制步進電機的正反轉(zhuǎn)及其轉(zhuǎn)速，主控板外接四個伺服電機驅(qū)動器，用于分別控制每個伺服電機的轉(zhuǎn)速及正反轉(zhuǎn)，從而令四個麥克納姆全向輪27聯(lián)動，主控板外接信號采集板、紅外接收模塊、接觸開關(guān)以及巡線燈板；

信號采集板，負責一些傳感器信號的收集和處理；紅外接收模塊，是為了能夠方便快捷直觀的操控機器人，用紅外遙控的方式對機器人進行控制；接觸開關(guān)，用于檢測機器人抓手與貨物接觸與否；巡線燈板，用于檢測地上的預定位置，獲取機器人行走路徑信息。

貨物擺放預定位置，可以在預定位置畫一條白線，作為起點，機器人內(nèi)預先儲存了各擺放點的坐標。當機器人收到遙控指令后，根據(jù)指令，機器人會自動巡線抵達坐標位置，利用機械臂取得貨物，然后返回指定地點，完成貨物取放工作。

以上的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。