一种复合式智能机器人的制作方法

1.本发明涉及搬运机器人技术领域，具体为一种复合式智能机器人。


背景技术：

2.随着现代工业对无人化、智能化的青睐，agv越来越多的应用在货物搬运的场景中，相较于人工搬运，能够有效地减轻劳动强度，大大提高货物搬运的工作效率。目前，agv多采用差速驱动装置，舵轮+从动万向轮，舵轮全驱方案，麦克纳姆轮或全向轮实现转弯或原地90度横向行驶。现有的agv较多采用差速驱动装置实现驱动和转弯，主要是利用两个电机的转速的差速比实现转弯，其一般包括小车车身和差速驱动总成，差速驱动总成包括驱动支架和用于支撑驱动支架的驱动外壳，小车车身固定在驱动支架上，驱动支架设于驱动外壳上且和驱动外壳固定连接。
3.新型的制造业对仓储物流的信息化和智能化程度要求越来越高，传统的物流搬运机器人体积较大，并且采用了差动的驱动方式，在进行搬运时往往需要采用后退-转向-前进等三个步骤才能实现将货物运送到指定位置，这就要求仓库的可用空间足够大并且搬运过程中的灵活度和效率非常低下，导致物流成本增加，智能化程度低另外，采用差速转向结构，控制器不可能完全准确，车辆在运动过程中会产生车轮滑移，会造成车轮的磨损，此种固定结构，导致agv小车在运行过程中遇到颠簸时，小车车身震动幅度较大，使用寿命短，且车辆转弯半径增大，更无法进行定点转向，差速转向受路径纠偏方法的影响较大，而现阶段主流的路径纠偏方法是模糊pid控制调节，由于传感器设备产生了一定的控制滞后，pid控制积分项的调节也存在明显的滞后现象，偏差的累积量增大，无法在短时间内将误差收敛到可以接受的范围。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本发明所采用的技术方案为：一种复合式智能机器人，包括：agv运动车体、搬运机械臂、万向轮组、行进控制组件和转向控制组件、以及用于控制agv运动车体运动的agv智能引导控制系统以及用于驱动控制搬运机械臂的多轴数控系统，所述搬运机械臂固定安装于agv运动车体的顶面，所述万向轮组、行进控制组件和转向控制组件固定安装于agv运动车体的内部，所述行进控制组件和转向控制组件的输入端电性连接有控制器，所述万向轮组包括固定agv运动车体内部的偏转控制架和移动轮，所述偏转控制架包括用于固定转向控制组件和角计量传感器的设备安装架以及用于支撑agv运动车体和移动轮的轮架，所述agv运动车体的内部设有独立供电模块；所述行进控制组件包括行进驱动电机、传动齿杆以及固定于偏转控制架表面的驱动锥齿，所述行进驱动电机的输出端于传动齿杆的表面传动啮合，所述传动齿杆的底端设有与驱动锥齿传动连接的传动锥齿；所述转向控制组件包括偏转舵机、皮带传动盘、第一偏转座和第二偏转座，所述第二偏转座的底面固定安装有轴承架，所述移动轮的两侧设有转轴并活动套接于轴承架的内侧，所述皮带传动盘、第
一偏转座和第二偏转座从上至下依次布置，所述偏转舵机的输出端与皮带传动盘的表面套接有皮带并传动连接。
6.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述智能引导组件为磁导航传感器、rfid地标传感器、漫反射式红外检测传感器、碰撞压力传感器中的一种或多种，用于识别地面引导标志确定设备运动方向与运动位置，所述智能引导组件的输出端与控制器的输入端电性连接，所述控制器为plc控制器或单片机结构。
7.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述搬运机械臂为多轴运动机械臂结构，所述搬运机械臂多轴驱动采用伺服电机结构，所述搬运机械臂的执行末端设有电动夹爪和物料识别组件，所述物料识别组件包括用于识别电动夹爪与物料相对距离的雷达传感器或激光测距传感结构以及用于识别物料身份的rfid识别传感器。
8.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述agv运动车体的底面与偏转控制架的底面水平间距小于5cm，所述agv运动车体的底面固定安装有辅助支撑轮，所述辅助支撑轮和agv运动车体的数量均为两个且关于agv运动车体的中心原点对称布置于agv运动车体的顶面，所述agv运动车体的顶面固定安装有位于电动夹爪相对一侧的配重盘。
9.通过采用上述技术方案，agv运动车体底面水平间距小于5cm，利用较低底盘结构降低车体结构重心提高机器人的稳定性，从而便于抓取搬运较重物体避免agv运动车体发生侧翻，通过辅助支撑轮的辅助支撑进一步提高车体稳定性，利用配重盘增加车体自重，防止搬运机械臂抓持物体时的倾覆并通过提高自重的方式避免移动轮在定点转向中，agv运动车体发生跟随偏转导致转向失败。
10.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述agv智能引导控制系统包括用于路线编程控制的手动输入模块、用于路线智能引导的传感识别模块、以及用于驱动行进控制组件和转向控制组件运动的伺服控制模块，所述传感识别模块的输入端与智能引导组件的输出端电性连接，所述伺服控制模块的输出端与行进驱动电机和偏转舵机的输入端电性连接。
11.通过采用上述技术方案，通过现有的agv智能引导控制成熟技术进行车体的运动控制，可通过手动输入模块与传感识别模块分别进行车体的人为干预控制以及车体的智能引导控制，并通过手动输入模块与传感识别模块将控制数据信号输入伺服控制模块，将引导路径转换为行进驱动电机和偏转舵机的驱动电流信号。
12.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述驱动锥齿与移动轮的圆心同心，所述传动齿杆转动安装于设备安装架和轮架的相对内侧，所述传动锥齿与驱动锥齿的表面相互啮合。
13.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述皮带传动盘、第一偏转座和第二偏转座的表面设有相互对应的通孔并适配有螺杆，所述皮带传动盘、第一偏转座和第二偏转座通过螺杆贯穿连接。
14.进一步的，所述皮带传动盘、第一偏转座和第二偏转座的圆心位于同一竖直线上，所述第一偏转座的底面、第二偏转座的顶面和轮架的上下表面设有弧形槽并放置有若干轴承钢珠，所述第一偏转座和第二偏转座通过轴承钢珠活动安装于轮架的上下表面。
15.通过采用上述技术方案，利用轴承钢珠提高皮带传动盘和第二偏转座在转向运动中的灵活度，便于第一偏转座和第二偏转座跟随皮带传动盘的驱动同步旋转。
16.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述偏转控制架的表面固定安装有角计量传感器，所述角计量传感器的输入端传动啮合有固定安装于皮带传动盘表面的传动法兰套，所述传动法兰套活动套接于行进驱动电机的输出端并与皮带传动盘圆心位于同一竖直线上，所述agv智能引导控制系统内部设有用于校准控制转向控制组件运动量的微调模块，所述微调模块与角计量传感器的输出端电性连接。
17.通过采用上述技术方案，在控制器控制移动轮偏转运动时，会输入一个初始的控制信号控制偏转舵机进行一定偏转量的偏转，从而使移动轮进行定角偏转，利用皮带传动盘与传动法兰套的固接进行同步旋转，在偏转舵机驱动移动轮转向中，利用角计量传感器监测移动轮的偏转量将信号输入微调模块，并根初始控制信号的差值继续输出控制信号使偏转舵机进行驱动微调，保证移动轮的最终转向角与初始信号控制误差位于合理范围内，从而提高车体的转向精度。
18.本发明所取得的有益效果为：1.本发明中，通过设置一体化机器人结构，利用agv成熟的路径制导技术与多轴机器人的接合进行结构一体化设计，agv的行驶路径可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变，通过智能电磁感应式引导和激光引导进行制导控制，提高搬运效率和控制精度。
19.2.本发明中，通过设置两组独立控制的机械万向驱动轮组结构，利用plc编程进行两组行进控制组件和转向控制组件的独立控制，自主探测和路径算法进行驱动控制两组行进控制组件和转向控制组件的不同驱动量进行运动转向，转向精度高，灵活性高，转向力充足，且结构简单紧凑。
20.3.本发明中，通过采用独立分动换向结构，利用偏转舵机驱动偏转实现移动轮万向旋转控制，进行定点转向以及无路径式转向，从而更有效的配合搬运机械臂进行物品机械抓持搬运，保证抓持精度以及搬运后的码放堆垛。
附图说明
21.图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；图2为本发明一个实施例的agv运动车体底面结构示意图；图3为本发明一个实施例的搬运机械臂结构示意图；图4为本发明一个实施例的万向轮组安装结构示意图；图5为本发明一个实施例的移动轮驱动控制结构示意图；图6为本发明一个实施例的行进控制组件分解结构示意图；图7为本发明一个实施例的转向控制组件分解结构示意图。
22.附图标记：100、agv运动车体；110、辅助支撑轮；120、智能引导组件；200、搬运机械臂；210、电动夹爪；220、配重盘；300、万向轮组；310、偏转控制架；320、移动轮；311、设备安装架；312、轮架；400、行进控制组件；410、行进驱动电机；420、传动齿杆；430、驱动锥齿；421、传动锥齿；500、转向控制组件；510、偏转舵机；520、皮带传动盘；530、第一偏转座；540、第二
偏转座；550、轴承架；560、轴承钢珠；600、角计量传感器；610、传动法兰套。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
25.下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的一种复合式智能机器人。
26.结合图1-7所示，本发明提供的一种复合式智能机器人，包括：agv运动车体100、搬运机械臂200、万向轮组300、行进控制组件400和转向控制组件500、以及用于控制agv运动车体100运动的agv智能引导控制系统以及用于驱动控制搬运机械臂200的多轴数控系统，搬运机械臂200固定安装于agv运动车体100的顶面，万向轮组300、行进控制组件400和转向控制组件500固定安装于agv运动车体100的内部，行进控制组件400和转向控制组件500的输入端电性连接有控制器，万向轮组300包括固定agv运动车体100内部的偏转控制架310和移动轮320，偏转控制架310包括用于固定转向控制组件500和角计量传感器600的设备安装架311以及用于支撑agv运动车体100和移动轮320的轮架312，agv运动车体100的内部设有独立供电模块；行进控制组件400包括行进驱动电机410、传动齿杆420以及固定于偏转控制架310表面的驱动锥齿430，行进驱动电机410的输出端于传动齿杆420的表面传动啮合，传动齿杆420的底端设有与驱动锥齿430传动连接的传动锥齿421；转向控制组件500包括偏转舵机510、皮带传动盘520、第一偏转座530和第二偏转座540，第二偏转座540的底面固定安装有轴承架550，移动轮320的两侧设有转轴并活动套接于轴承架550的内侧，皮带传动盘520、第一偏转座530和第二偏转座540从上至下依次布置，偏转舵机510的输出端与皮带传动盘520的表面套接有皮带并传动连接。
27.在该实施例中，智能引导组件120为磁导航传感器、rfid地标传感器、漫反射式红外检测传感器、碰撞压力传感器中的一种或多种，用于识别地面引导标志确定设备运动方向与运动位置，智能引导组件120的输出端与控制器的输入端电性连接，控制器为plc控制器或单片机结构。
28.具体的，车载控制系统通过对磁导航传感器、rfid地标传感器、漫反射式红外检测传感器、碰撞压力传感器、面板控制按钮等信号的采集，经过编写好的算法程序计算处理，控制驱动单元、装卸机构等执行机构，实现agv的导航控制、导引控制、装卸控制。
29.在该实施例中，搬运机械臂200为多轴运动机械臂结构，搬运机械臂200多轴驱动采用伺服电机结构，搬运机械臂200的执行末端设有电动夹爪210和物料识别组件，物料识别组件包括用于识别电动夹爪210与物料相对距离的雷达传感器或激光测距传感结构以及用于识别物料身份的rfid识别传感器。
30.具体的，利用agv成熟的路径制导技术与多轴机器人的接合进行结构一体化设计，抓持控制中可通过搬运机械臂200执行末端的识别组件进行物品识别，以及雷达、激光等测距传感器进行搬运机械臂200的智能调控在该实施例中，agv运动车体100的底面与偏转控制架310的底面水平间距小于
5cm，agv运动车体100的底面固定安装有辅助支撑轮110，辅助支撑轮110和agv运动车体100的数量均为两个且关于agv运动车体100的中心原点对称布置于agv运动车体100的顶面，agv运动车体100的顶面固定安装有位于电动夹爪210相对一侧的配重盘220。
31.具体的，agv运动车体100底面水平间距小于5cm，利用较低底盘结构降低车体结构重心提高机器人的稳定性，从而便于抓取搬运较重物体避免agv运动车体100发生侧翻，通过辅助支撑轮110的辅助支撑进一步提高车体稳定性，利用配重盘220增加车体自重，防止搬运机械臂200抓持物体时的倾覆并通过提高自重的方式避免移动轮320在定点转向中，agv运动车体100发生跟随偏转导致转向失败。
32.在该实施例中，agv智能引导控制系统包括用于路线编程控制的手动输入模块、用于路线智能引导的传感识别模块、以及用于驱动行进控制组件400和转向控制组件500运动的伺服控制模块，传感识别模块的输入端与智能引导组件120的输出端电性连接，伺服控制模块的输出端与行进驱动电机410和偏转舵机510的输入端电性连接。
33.具体的，通过现有的agv智能引导控制成熟技术进行车体的运动控制，可通过手动输入模块与传感识别模块分别进行车体的人为干预控制以及车体的智能引导控制，并通过手动输入模块与传感识别模块将控制数据信号输入伺服控制模块，将引导路径转换为行进驱动电机410和偏转舵机510的驱动电流信号。
34.在该实施例中，驱动锥齿430与移动轮320的圆心同心，传动齿杆420转动安装于设备安装架311和轮架312的相对内侧，传动锥齿421与驱动锥齿430的表面相互啮合，实现行进控制组件400和移动轮320之间的动能传递。
35.在该实施例中，皮带传动盘520、第一偏转座530和第二偏转座540的表面设有相互对应的通孔并适配有螺杆，皮带传动盘520、第一偏转座530和第二偏转座540通过螺杆贯穿连接。
36.进一步的，皮带传动盘520、第一偏转座530和第二偏转座540的圆心位于同一竖直线上，第一偏转座530的底面、第二偏转座540的顶面和轮架312的上下表面设有弧形槽并放置有若干轴承钢珠560，第一偏转座530和第二偏转座540通过轴承钢珠560活动安装于轮架312的上下表面。
37.具体的，由控制器控制偏转舵机510的驱动偏转从而使得第一偏转座530、第二偏转座540以及移动轮320进行定角度偏转，利用轴承钢珠560提高皮带传动盘520和第二偏转座540在转向运动中的灵活度，便于第一偏转座530和第二偏转座540跟随皮带传动盘520的驱动同步旋转。
38.在该实施例中，偏转控制架310的表面固定安装有角计量传感器600，角计量传感器600的输入端传动啮合有固定安装于皮带传动盘520表面的传动法兰套610，传动法兰套610活动套接于行进驱动电机410的输出端并与皮带传动盘520圆心位于同一竖直线上，agv智能引导控制系统内部设有用于校准控制转向控制组件500运动量的微调模块，微调模块与角计量传感器600的输出端电性连接。
39.具体的，在控制器控制移动轮320偏转运动时，会输入一个初始的控制信号控制偏转舵机510进行一定偏转量的偏转，从而使移动轮320进行定角偏转，利用皮带传动盘520与传动法兰套610的固接进行同步旋转，在偏转舵机510驱动移动轮320转向中，利用角计量传感器600监测移动轮320的偏转量将信号输入微调模块，并根初始控制信号的差值继续输出
控制信号使偏转舵机510进行驱动微调，保证移动轮320的最终转向角与初始信号控制误差位于合理范围内，从而提高车体的转向精度。
40.本发明的工作原理及使用流程：在使用该复合式机器人时，启动agv小车之前，请注意agv运动车体100是否处于导引线中间，如果位置不正确，请关闭小车电源后 将小车推到导引磁条中间后再启动小车，小车分车头和车尾，装有液晶屏的为车头，另一侧为车尾，小车启动必须保证车头车尾都在线，即导引线在车头车尾的中间，左右偏差可以在正负10cm，小车启动后会自动调整车头车尾，使之在最佳位置；车载控制系统通过对磁导航传感器、rfid地标传感器、漫反射式红外检测传感器、碰撞压力传感器、面板控制按钮等信号的采集，经过编写好的算法程序计算处理，控制驱动单元、装卸机构、显示屏等执行机构，实现agv的导航控制、导引控制、装卸控制； agv小车控制系统原理，在无人运输车(agv)头部下方安装一个rfid读卡器，与agv控制系统对接，然后在轨道节点处安装一个电子标签，并赋予每个节点上的电子标签一个id号和定义，比如节点a处代表agv要拐弯，用id号00001表示，一旦运输车在经过a处时，rfid读卡系统会读取a处的电子标签id号，并根据id号的特定指令做出相对应的拐弯动作，从而实现agv调度系统功能、站点定位功能；采用在agv路径旁放置非接触射频卡，由车载射频卡读卡器实时读取射频卡中存储的加减速、路径编号、工位编号、仓库编号、等待时间等大量信息；在导航或导引控制设备转向时，通过控制器根据预设定算法识别路径转向量或装卸所需转向量，由控制器控制偏转舵机510的驱动偏转从而使得第一偏转座530、第二偏转座540以及移动轮320进行定角度偏转，同时在偏转中由角计量传感器600进行监测偏转量，偏转量过大或过小都可通过控制器控制偏转舵机510启闭进行重新调整，直至转向量误差小于设定误差范围，下一步即自动控制搬运机械臂200进行物件自动抓持，抓持控制中可通过搬运机械臂200执行末端的识别组件进行物品识别，以及雷达、激光等测距传感器进行搬运机械臂200的智能调控，实现物件的智能抓持，之后继续通过导航或导引控制设备进行设备移动控制，并进行搬运机械臂200的释放堆垛。
41.在本发明中,术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如，“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.需要说明的是，当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
43.在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以
合适的方式结合。
44.尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。