一种基于智能物流搬运的机械臂系统

1.本发明涉及物流搬运技术领域，特别是涉及一种基于智能物流搬运的机械臂系统。


背景技术：

2.在智能物料搬运中，传统的机械臂是由舵机和舵机支架直接搭建而成，这种机械臂会导致最下端的舵机承受着很大的转矩和倾覆力矩，同时整体支架较重、重心偏上也会导致工作过程中的不稳定。同时尽管使用质量较好的数字舵机，也会导致舵机堵转、转动角度不精准等问题的出现，从而影响任务的完成效果。如果要改善机械臂性能，则需要更换更大扭矩的舵机，而性能更好的舵机往往在成本上会成倍增长，同时还不能很好地保证使用过程中发挥出良好的效果。


技术实现要素：

3.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于智能物流搬运的机械臂系统。
4.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于智能物流搬运的机械臂系统，包括底座，所述底盘上表面一侧固定安装有定齿轮，所述定齿轮的芯轴上端通过轴承固定连接有转盘，所述转盘上表面中间固定安装有平行设置的两个第二电机支架，所述第二电机支架之间设置有相啮合的第二大齿轮和第二小齿轮，所述第二大齿轮两端分别通过轴承固定安装在所述第二电机支架上，所述第二电机支架上对应所述第二小齿轮位置固定安装有第二转动电机，所述第二转动电机的输出端与所述第二小齿轮的芯轴固定连接，所述转盘边沿固定安装有第三转动电机，所述第三转动电机的输出端上固定安装有动齿轮，所述动齿轮与所述定齿轮相啮合；所述第二大齿轮两侧面上分别固定安装有两个平行相对设置的大臂，两个所述大臂远离所述第二大齿轮一端分别转动连接有中间臂和大连杆，两个所述大臂上分别对应中间臂和大臂之间的转轴、大连杆和大臂之间的转轴位置固定安装步进电机，所述通过轴承安装有大连杆，所述大臂上固定安装有步进电机；所述中间臂远离所述大臂一端通过连接柱转动连接有小臂左连杆，所述大连杆远离所述大臂一端转动连接有小臂连杆，所述小臂连杆远离所述大连杆的一端转动连接有小臂右杆件，所述小臂右杆件和所述小臂左杆件平行设置，所述连接柱与所述小臂右杆件固定连接；所述小臂右杆件和所述小臂左杆件远离所述小臂连杆一端转动连接有末端舵机支架，所述小臂右杆件上固定安装有腕关节小舵机，所述腕关节小舵机的输出端与所述末端舵机支架固定连接，所述末端舵机支架下端固定安装有摄像头，所述末端舵机支架上设置抓取机构。
5.优选的：所述底盘上表面远离所述定齿轮一侧设置有货仓机构。
6.优选的：所述货仓机构包括固定安装在所述底盘上表面远离所述定齿轮一侧上的第一大齿轮，所述第一大齿轮的芯轴下端通过轴承固定安装在所述底盘上，所述底盘边沿
固定安装有第一电机支架，所述第一电机支架上固定安装有第一转动电机，所述第一转动电机的输出端上固定安装有第一小齿轮，所述第一小齿轮和所述第一大齿轮上套设有同步带，所述第一大齿轮的芯轴上端固定安装有货仓架，所述货仓架为三星架结构，所述货仓架上放置物料。
7.优选的：所述抓取机构包括舵机、驱动齿轮和机械爪，所述末端舵机支架为一侧开口的空心结构，所述末端舵机支架内部设置两个相啮合的驱动齿轮，所述驱动齿轮的芯轴通过轴承安装在末端舵机支架上，所述驱动齿轮上设置有机械爪，两个机械爪组成便于夹取物料的形状，所述末端舵机支架上表面固定安装有舵机，所述舵机的输出端与其中一个所述驱动齿轮的芯轴固定连接。
8.优选的：两个机械爪组成的形状为圆形。
9.优选的：两个机械爪组成的形状为平行夹板，所述平行夹板相对面上设置有齿牙。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过机械臂和可以转动的货舱组成，可以通过底座固定到小车底盘上协同完成物料搬运的任务，机械臂有5个自由度，同时货仓机构可以通过同步带被带动旋转，整个系统共有6个自由度；末端机械爪处安装有摄像头，在物料放置时可以进行位置反馈从而构成闭环控制，整个机械臂采用了步进电机+舵机的控制方式，外加四杆机构进行传动，最大程度上减小了转动惯量与倾覆力矩，保证其在工作过程中的稳定性与准确性；带有一个可转动的货仓架，每次机械臂在抓取到物料后，只需放到同一个位置，下次抓取到物料后，空货仓会通过旋转到达上一货仓位置，以此类推知道装满为止，这样可以减少机械臂的运动学解算量，二者协同工作可以极大地提高搬运效率。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1是本发明所述一种基于智能物流搬运的机械臂系统的实施例1的立体结构示意图。
13.附图标记说明如下：1、机械爪；2、连接架；3、末端舵机支架；4、腕关节小舵机；5、小臂左杆件；6、连接柱；7、小臂右杆件；8、中间臂；9、小臂连杆；10、大连杆；11、步进电机；12、大臂；13、物料；14、货仓架；15、第一大带轮；16、同步带；17、第一电机支架；18、底座；19、动齿轮；21、第二电机支架；22、第二小齿轮；23、转盘；24、第二大齿轮；25、摄像头。
实施方式
14.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
15.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
16.下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例
17.如图1所示，一种基于智能物流搬运的机械臂系统，包括底座18，所述底盘上表面一侧固定安装有定齿轮，所述定齿轮的芯轴上端通过轴承固定连接有转盘23，所述转盘23上表面中间固定安装有平行设置的两个第二电机支架21，所述第二电机支架21之间设置有相啮合的第二大齿轮24和第二小齿轮22，所述第二大齿轮24两端分别通过轴承固定安装在所述第二电机支架21上，所述第二电机支架21上对应所述第二小齿轮22位置固定安装有第二转动电机，所述第二转动电机的输出端与所述第二小齿轮22的芯轴固定连接，所述转盘23边沿固定安装有第三转动电机，所述第三转动电机的输出端上固定安装有动齿轮19，所述动齿轮19与所述定齿轮相啮合，利用两个外啮合的直齿圆柱齿轮相互配合来完成机械臂机身绕自身中心轴的旋转动作，主要用于完成在机械臂不同方位的物料13抓取与放置任务，调节整体的方向与姿态，第三转动电机驱动机械臂绕机座轴进行旋转，需要的扭矩较大，同时需要承载较大的倾覆力矩与相当大的轴向力、径向力，同时结合车身大小，第三转动电机采用带减速器的57步进电机11立式倒置安装，直接驱动动齿轮19进行转动，而定齿轮固定在底座18上，中间安装了一个较大的圆锥滚子轴承用来承载机械臂整体给腰身的轴向载荷；步进电机11偏置放置，转动时可以带动机械臂整体绕定齿轮芯轴进行旋转；所述第二大齿轮24两侧面上分别固定安装有两个平行相对设置的大臂12，两个所述大臂12远离所述第二大齿轮24一端分别转动连接有中间臂8和大连杆10，两个所述大臂12上分别对应中间臂8和大臂12之间的转轴、大连杆10和大臂12之间的转轴位置固定安装步进电机11，所述通过轴承安装有大连杆10，所述大臂12上固定安装有步进电机11，为了减轻机械臂下端的承受的力臂，减小转动惯量，保证整体结构的稳定性，肘关节处不安装电机，步进电机11采用减速器的42步进电机11；所述中间臂8远离所述大臂12一端通过连接柱6转动连接有小臂左连杆，所述大连杆10远离所述大臂12一端转动连接有小臂连杆9，所述小臂连杆9远离所述大连杆10的一端转动连接有小臂右杆件7，所述小臂右杆件7和所述小臂左杆件5平行设置，所述连接柱6与所述小臂右杆件7固定连接，小臂右杆件7、中间臂8、小臂连杆9和大连杆10配合组成平行四边形结构并在肘关节处进行铰接，电机转动可以直接带动肘关节处的旋转，从而改变小臂的姿态；所述小臂右杆件7和所述小臂左杆件5远离所述小臂连杆9一端转动连接有末端舵机支架3，所述小臂右杆件7上固定安装有腕关节小舵机4，所述腕关节小舵机4的输出端与所述末端舵机支架3固定连接，所述末端舵机支架3下端固定安装有摄像头25，为了能够更好地保证物料13放置的精准度，在机械爪1的连接处加装了一个摄像头25用
于视觉捕获，在放置过程中先用机械臂将物料13夹持并靠近色环的上方，当位置适当时开启摄像头25进行视觉捕获，由于摄像头25与物料13中心有一定的位置偏差，所以要在下放过程中加入距离的补偿，使得物料13能够尽可能精准地放置到色环中心处，补偿系数需要根据摄像头25中心位置与手爪夹持状态的中心位置之间的距离以及到地面的距离来确定，加入摄像头25之后，相当于给整个车载机械臂系统增加了放置过程中物料13位置的信息，形成负反馈的闭环控制回路，通过速度环与位置环的相互配合来提高机械臂的定位精度所述末端舵机支架3上设置抓取机构；所述底盘上表面远离所述定齿轮一侧设置有货仓机构；所述货仓机构包括固定安装在所述底盘上表面远离所述定齿轮一侧上的第一大齿轮，所述第一大齿轮的芯轴下端通过轴承固定安装在所述底盘上，所述底盘边沿固定安装有第一电机支架17，所述第一电机支架17上固定安装有第一转动电机，所述第一转动电机的输出端上固定安装有第一小齿轮，所述第一小齿轮和所述第一大齿轮上套设有同步带16，所述第一大齿轮的芯轴上端固定安装有货仓架14，所述货仓架14为三星架结构，所述货仓架14上放置物料13；所述抓取机构包括舵机、驱动齿轮19和机械爪1，所述末端舵机支架3为一侧开口的空心结构，所述末端舵机支架3内部设置两个相啮合的驱动齿轮19，所述驱动齿轮19的芯轴通过轴承安装在末端舵机支架3上，所述驱动齿轮19上设置有机械爪1，两个机械爪1组成便于夹取物料13的形状，所述末端舵机支架3上表面固定安装有舵机，舵机采用数字舵机mg996，所述舵机的输出端与其中一个所述驱动齿轮19的芯轴固定连接；两个机械爪1组成的形状为圆形。
实施例
18.本实施例与实施例1的区别特征在于：两个机械爪1组成的形状为平行夹板，所述平行夹板相对面上设置有齿牙，根据不同使用需求分别设计了两款机械爪1，机械臂末端爪部连接处设计成可拆卸结构，根据物料13形状的不同来拆卸和更换相应的机械爪1。
19.机械爪1、腕关节小舵机4、步进电机11、物料13、摄像头25均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本领域技术人员可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知的，故在此不再做过多记载。
20.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

技术特征：
1.一种基于智能物流搬运的机械臂系统，包括底座（18），其特征在于：所述底盘上表面一侧固定安装有定齿轮，所述定齿轮的芯轴上端通过轴承固定连接有转盘（23），所述转盘（23）上表面中间固定安装有平行设置的两个第二电机支架（21），所述第二电机支架（21）之间设置有相啮合的第二大齿轮（24）和第二小齿轮（22），所述第二大齿轮（24）两端分别通过轴承固定安装在所述第二电机支架（21）上，所述第二电机支架（21）上对应所述第二小齿轮（22）位置固定安装有第二转动电机，所述第二转动电机的输出端与所述第二小齿轮（22）的芯轴固定连接，所述转盘（23）边沿固定安装有第三转动电机，所述第三转动电机的输出端上固定安装有动齿轮（19），所述动齿轮（19）与所述定齿轮相啮合；所述第二大齿轮（24）两侧面上分别固定安装有两个平行相对设置的大臂（12），两个所述大臂（12）远离所述第二大齿轮（24）一端分别转动连接有中间臂（8）和大连杆（10），两个所述大臂（12）上分别对应中间臂（8）和大臂（12）之间的转轴、大连杆（10）和大臂（12）之间的转轴位置固定安装步进电机（11），所述通过轴承安装有大连杆（10），所述大臂（12）上固定安装有步进电机（11）；所述中间臂（8）远离所述大臂（12）一端通过连接柱（6）转动连接有小臂左连杆，所述大连杆（10）远离所述大臂（12）一端转动连接有小臂连杆（9），所述小臂连杆（9）远离所述大连杆（10）的一端转动连接有小臂右杆件（7），所述小臂右杆件（7）和所述小臂左杆件（5）平行设置，所述连接柱（6）与所述小臂右杆件（7）固定连接；所述小臂右杆件（7）和所述小臂左杆件（5）远离所述小臂连杆（9）一端转动连接有末端舵机支架（3），所述小臂右杆件（7）上固定安装有腕关节小舵机（4），所述腕关节小舵机（4）的输出端与所述末端舵机支架（3）固定连接，所述末端舵机支架（3）下端固定安装有摄像头（25），所述末端舵机支架（3）上设置抓取机构。2.根据权利要求1所述的一种基于智能物流搬运的机械臂系统，其特征在于：所述底盘上表面远离所述定齿轮一侧设置有货仓机构。3.根据权利要求2所述的一种基于智能物流搬运的机械臂系统，其特征在于：所述货仓机构包括固定安装在所述底盘上表面远离所述定齿轮一侧上的第一大齿轮，所述第一大齿轮的芯轴下端通过轴承固定安装在所述底盘上，所述底盘边沿固定安装有第一电机支架（17），所述第一电机支架（17）上固定安装有第一转动电机，所述第一转动电机的输出端上固定安装有第一小齿轮，所述第一小齿轮和所述第一大齿轮上套设有同步带（16），所述第一大齿轮的芯轴上端固定安装有货仓架（14），所述货仓架（14）为三星架结构，所述货仓架（14）上放置物料（13）。4.根据权利要求1所述的一种基于智能物流搬运的机械臂系统，其特征在于：所述抓取机构包括舵机、驱动齿轮（19）和机械爪（1），所述末端舵机支架（3）为一侧开口的空心结构，所述末端舵机支架（3）内部设置两个相啮合的驱动齿轮（19），所述驱动齿轮（19）的芯轴通过轴承安装在末端舵机支架（3）上，所述驱动齿轮（19）上设置有机械爪（1），两个机械爪（1）组成便于夹取物料（13）的形状，所述末端舵机支架（3）上表面固定安装有舵机，所述舵机的输出端与其中一个所述驱动齿轮（19）的芯轴固定连接。5.根据权利要求4所述的一种基于智能物流搬运的机械臂系统，其特征在于：两个机械爪（1）组成的形状为圆形。6.根据权利要求4所述的一种基于智能物流搬运的机械臂系统，其特征在于：两个机械爪（1）组成的形状为平行夹板，所述平行夹板相对面上设置有齿牙。

技术总结
本发明公开了一种基于智能物流搬运的机械臂系统，涉及物流搬运技术领域，包括底座，所述底盘上表面一侧固定安装有定齿轮，所述定齿轮的芯轴上端通过轴承固定连接有转盘，所述转盘上表面中间固定安装有平行设置的两个第二电机支架；有益效果在于：整个机械臂的重心较低，结构稳定；收到的倾覆力矩较小，底座处安装圆锥滚子轴承用于承受轴向载荷，控制方面使用步进电机驱动齿轮组，舵机只负责机械爪部分的姿态调节，在控制方面较单靠舵机搭建的机械臂更为精准；机械臂上半部分主要通过四杆机构进行姿态调整，重量较轻，减小了转动惯量和运动过程中的冲击，极大地提高了工作过程中的稳定性。性。性。


技术研发人员：彭建军 郭一琦 王军华 于畅达 王继康 娄昀康 袁全占 郑一昌 仲志丹
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/10/5