本发明专利技术公开了一种轮式行走仿人形物料搬运机器人，该机器人包括轮式行走机构、上身支撑机构、头部系统、手臂机构、手爪机构、运载平台和控制系统七个部分，其中轮式行走机构包含轮胎、伺服电机、行走车架、车身保护罩等部分构成，负责机器人在空间当中的移动；其中上身支撑机构（身体）、头部系统、手臂机构、手爪机构共同组成轮式行走仿人形机器人的上半部分，模拟人类的上半身功能，进行环境观察、物体识别、物料搬运、工具操作等任务；其中运载平台为机器人可选部分，可以随时安装和卸掉，用于增强机器人运载能力。本发明专利技术选用模拟人体上半身功能的仿生机构，增强机器人的动作灵活性，能够在恶劣和长时间工作环境下代替人类操作工具和物料搬运，选用承载能力强、移动灵活稳定的轮式行走机构，降低机构复杂度，可广泛应用于智能工厂、仓储物流等领域。仓储物流等领域。仓储物流等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种轮式行走仿人形物料搬运机器人
[0001]本专利技术涉及智能工厂和仓储物流等行业当中的物料搬运机器人领域，特别涉及一种轮式行走仿人形物料搬运机器人。
技术介绍
[0002]随着制造业持续的转型升级，工厂的自动化和智能化水平不断的提升，打造智能化工厂成为诸多生产制造业发展的新战略，而智能化的物流是实现智能工厂必不可少的子模块，然而对于绝大多数生产制造企业而言，目前的工厂物流自动化水平还处于较为初级的阶段，也即人力搬运或者使用液压叉车进行搬运，在物料的运输过程中仍然需要大量的人工介入，自动化水平较低，无法将生产任务与机器人产线、车间和仓库完全连接起来，成为智能工厂升级的一大障碍。
[0003]物料搬运机器人可以参与工厂的智能化改造，从而提高工厂的生产效率以及降低人力成本，目前物料搬运机器人分为有轨和无轨两种，其中有轨物料搬运机器人适合用于生产产品已经确定的成熟工厂，短时间内不会调整生产顺序，柔性化较低。随着对产品需求的多样化，工厂需要具有迅速根据所生产产品调整生产线的能力，因此无轨物流搬运机器人获得越来越多的青睐。目前使用较为普遍的无轨物流搬运机器人是自动导引运输车（Automated Guided Vehicel，AGV），由计算机控制，具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能，国内外多家厂商开发了自主移动机器人系列产品，然而目前的AGV小车普遍需要额外的机械臂帮助进行装卸，整个系统适应环境的能力仍然较弱。
[0004]美国波士顿动力公司（Boston Dynamics）推出了一款用于仓储搬运的新型机器人“Stretch”，该机器人将机械臂集成在AGV平台上面，能代替人在工厂的任何地方移动箱子，解决了需要额外机械臂或工人帮助物料搬运机器人进行装载货物的工作，这款机器人配备了机械手和先进的传感器和计算机视觉系统，能够在狭窄空间移动，能够识别和移动箱子。然而，物料搬运机器人“Stretch”由于只有一个机械臂，配备了专门的机械爪，只能抓取箱子，不能对不规则物体进行操作，不能操作工具，并且没有储物设备，需要一直用机械臂出力，功率消耗较大。波士顿动力旗下的另一款仓储搬运机器人“Handle”，具有与人类似的上半身结构，下半身具有双腿，依靠固定在双腿上的轮子移动，能够适应复杂的场地环境，并且能够灵活地操纵物体，但是其耗能较大，结构复杂，可靠性较差。
[0005]美国硅谷企业Fetch Robotics开发了用于大型超市商品快速定位及取送机器人系统，其由两台机器人组成，一台机器人“Freight”作为载货平台，是一款圆形AGV小车；另外一台机器人“Fetch”作为可移动机械臂，是在圆形AGV小车上集成了一个6自由度机械臂，机械臂上安装了一个二指手爪，仅能抓取超市里的小型商品。
[0006]由欧盟资助开发的协作机器人
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6”被用于英国大型超市里的物料搬运和与人协作的工作，其基本特征在于其移动平台采用四轮AGV，在四轮小车上固定放置仿人机器人的上半身进行协作任务，其腰部没有设置可动自由度，导致其手臂操作空间较小，不能完成自主搬运任务。
[0007]由上述关于物料搬运机器人机器人现状的描述可知，目前相关产品存在下述缺点： （1）目前的物料搬运机器人往往针对特定的应用场景开发，要么针对超市取货、要么针对工厂人机协作、要么针对仓库物料搬运，功能较为单一，且普遍机械手臂活动空间较小（操作物体的机器人上半身自由度少）；（2）目前的物料搬运机器人要么没有存储货物的空间，需要机械手臂一直出力保持姿态、要么需要额外的机器人协助进行搬运，消耗能源较多，且系统复杂；（3）有些物料搬运机器人手爪功能简单，操作物体种类有限。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种轮式行走仿人形物料搬运机器人。该轮式行走仿人形物料搬运机器人包含轮式行走机构、上身支撑机构、头部系统、手臂机构、手爪机构、运载平台和控制系统七个部分，具有足够的自由度实现复杂的动作，机械臂活动空间大，能够在各种环境（工厂、超市、仓储）下移动并实现物体的搬运和工具操作，且节省能源。
[0009]为了实现如上所述的专利技术目的，本专利技术采用如下所述的技术方案。
[0010]一种轮式行走仿人形物料搬运机器人，包括轮式行走机构、上身支撑机构、头部系统、手臂机构、手爪机构、运载平台和控制系统，所述轮式行走机构的行走车架下面两端两侧分别设置前轮和后轮，每个轮子由伺服电机单独驱动；在所述轮式移动机构上部固定了上身支撑结构，具有三个自由度，类比于人体上身躯干，能够进行转身和弯腰动作；所述上身支撑结构上部安装了能够进行点头和转头动作的头部系统和两条手臂机构；所述手臂机构末端安装有多种可更换的机械手爪机构，能够搬运多种物体；所述轮式行走的尾部有与运载平台快速连接的快换接口，以便在需要时增大机器人的搬运能力，而且避免仿人机器人在搬运过程中手臂一直出力，减少了能源消耗。
[0011]所述轮式行走机构包括轮子、伺服电机、减速器、行走车架、测距雷达等部分，配备了四个轮子，每个轮子由一个伺服电机和减速机构单独驱动，所述轮子和伺服电机固定在行走车架的两边，均匀分布，能够实现机器人原地转向和灵活的移动能力，承载能力大，为了实现机器人的美观性，在行走机车架上套有壳体，并保护机器人内部结构，所述轮式行走机构的四个角安装了距离感应雷达，防止行走时碰撞障碍物。
[0012]所述上半身支撑机构具有两个俯仰自由度和一个旋转自由度，由三个伺服电机分别驱动，能够实现类似人体弯腰和转身的运动，而且活动范围要大于人类，所述上半身支撑结构分为两段，下半段为腰杆结构，上半段为躯干结构，在所述躯干结构上套上躯干壳体，增加美观度的同时保护内部电路板等，所述上半身支撑结构与所述轮式行走机构通过可以转动的法兰连接，通过伺服电机实现其相对转动。
[0013]所述头部系统当中的颈部连接件通过螺钉与躯干固定连接，颈部转接法兰通过螺钉与颈部连接件固定连接，颈部俯仰法兰通过伺服电机C与所述颈部转接法兰连接，颈部俯仰法兰的法兰盘与伺服电机的输出轴固定连接，颈部转接法兰的法兰盘通过螺钉与伺服电机C的外壳固定连接，使得颈部俯仰法兰能够做相对于颈部转接法兰的俯仰运动，相当于点头动作；伺服电机D的外壳通过螺钉固定在颈部俯仰法兰的上端，伺服电机的输出轴通过螺钉与头部护罩上的固定板固定在一起，使得头部护罩能够相对于颈部俯仰法兰做旋转运动，相当于摇头动作；眼睛放置在头部护罩的前端，两个耳朵放置在头部护罩的两侧。
[0014]所述手臂机构由肩关节、肘关节、大臂结构、小臂结构和驱动电机组成，其中肩关节有俯仰、旋转、侧摆三个自由度，由三个伺服电机分别驱动，肘关节有俯仰1个自由度，由一个伺服电机驱动。
[0015]所述手爪机构与所述手臂机构通过法兰盘固定，腕部旋转法兰与所述伺服电机H的输出轴通过螺钉固连在一起，使得腕部旋转法兰能够相对于手臂机构做旋转运动；伺服电机J的外壳通过螺钉与所述腕部旋转法兰固定在一起，伺服电机J的输出轴与腕部俯本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种轮式行走仿人形物料搬运机器人，其特征在于：包括轮式行走机构(1)、上身支撑结构(2)、头部系统(3)、手臂机构(4)、手爪机构(5)、运载平台(6)和控制系统(S)七个部分组成；全身共有17个自由度，其中上身支撑机构(2)共有三个自由度，头部系统(3)共有两个自由度，两条手臂机构(4)各有四个自由度，两只手爪机构(5)各有两个自由度；所述轮式行走机构(1)的行走车架(101)下面两端两侧分别设置四个轮胎(102)，每个轮胎(102)由伺服电机A(105)单独驱动；在所述轮式行走机构(1)上部安装上身支撑机构(2)；所述上身支撑机构(2)上部安装了能够进行点头和转头动作的头部系统(3)和两条手臂机构(4)；所述手臂机构末端安装有手爪机构(5)，能够搬运箱子和操作工具。2.根据权利要求1所述的一种轮式行走仿人形物料搬运机器人，其特征在于：所述轮式行走机构(1)与运载平台(6)通过快换接口进行连接，以便在需要时增大机器人的搬运能力，所述运载平台(6)包括运载车斗(601)和万向轮(602)，所述万向轮(602)分别安装在运载车斗(601)的前端底部和后端底部两侧。3.根据权利要求1所述的一种轮式行走仿人形物料搬运机器人，其特征在于：所述上身支撑机构(2)通过行走车架(101)上的法兰盘与之连接，伺服电机B(201)的外壳通过螺钉固定在行走车架(101)的法兰上，伺服电机B(201)的输出轴固定在腰部连接件(202)的下端法兰上，使得腰部连接件(202)能够相对于行走车架(101)做旋转运动；腰部法兰(203)和腰部连接件(202)也通过伺服电机B(201)连接，腰部法兰(203)的法兰盘与伺服电机B(201)的外壳通过螺钉固定连接，腰部连接件(202)的上端法...
【专利技术属性】
技术研发人员：李光辉，李慧莱，欧阳小平，
申请(专利权)人：李光辉，
类型：发明
国别省市：
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