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CN114194311A - 一种高精度全向重载移动机器人 - Google Patents

一种高精度全向重载移动机器人 Download PDF

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CN114194311A
CN114194311A CN202111647696.3A CN202111647696A CN114194311A CN 114194311 A CN114194311 A CN 114194311A CN 202111647696 A CN202111647696 A CN 202111647696A CN 114194311 A CN114194311 A CN 114194311A
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CN
China
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module
vehicle body
radar
seat
positioning
Prior art date
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Pending
Application number
CN202111647696.3A
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张刚
徐志文
张庆龙
乔永立
杨龙
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Wuxi Liman Robot Technology Co ltd
HUST Wuxi Research Institute
Original Assignee
Wuxi Liman Robot Technology Co ltd
HUST Wuxi Research Institute
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Publication date
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Abstract

本发明属于航空航天等智能制造技术领域，具体涉及一种高精度全向重载移动机器人。具有车体模块、车载控制系统、安全防护系统、电源系统、激光Slam雷达导航模块、麦克纳姆轮驱动模块、摆动桥模块、顶升模块以及二次定位模块。本发明运行到站点后的定位精度高，避免因轮子磨损和弹性变形引起的位姿误差，为工业机械手臂提供高刚性、高稳定性的平台。

Description

一种高精度全向重载移动机器人
技术领域
本发明属于航空航天等智能制造技术领域，具体涉及一种高精度全向重载移动机器人。
背景技术
近年来，AGV(Automated Guided Vehicle)小车已经得到广泛应用，但不同行业领域对于AGV要求不同，在加工领域方面，主要在于航空领域存在大量异形复杂零部件需要进行适配加工，主要为单件定制化生产过程，当前主要采用人工加工方式，加工效率低、一致性差；而传统加工专机难以满足高适配性生产需要；而虽然现有机器人加工方式柔性好，但由于臂展有限，也难以满足实际生产需要，需要大空间范围的柔性化加工技术。
在大型构件装配测量领域，目前大型高端装备对于装配质量的要求越来越高，无应力精确数字化装配以及柔性自动化装配以开始逐步应用于生产，但这对大空间范围内的快速测量提出了较高需求。现有测量手段主要采用光学摄影测量技术，受到景深以及成像视场大小的约束，能够满足局部测量，但整体测量则准备周期长，受环境光影响大，越来越难以满足大型构件更高的测量需求。且大型的重载AGV在达到站点后，可能会因地面或者轮胎磨损等原因，引起位姿误差，二次定位精度较差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种高精度全向重载移动机器人。
实现本发明目的的技术方案是：一种高精度全向重载移动机器人，具有车体模块、车载控制系统、安全防护系统、电源系统、激光Slam雷达导航模块、麦克纳姆轮驱动模块、摆动桥模块、顶升模块以及二次定位模块；
所述车载控制系统安装在车体模块内部，对整车系统运行进行控制；
所述安全防护系统安装在车体模块四周，对车体模块进行360度无死角安全防护与警示；
所述电源系统安装在车体模块后端为整车供电；
所述激光Slam导航雷达模块安装在电源系统上部高处，用于车体模块移动导航定位；
所述麦克纳姆轮驱动模块共四组，其中两组麦克纳姆轮驱动模块安装在车体模块前部，另外两组麦克纳姆轮驱动模块安装在摆动桥模块两端；
所述摆动桥模块铰接安装在旋转座，所述旋转座固定连接在车体模块后部，保证车体遇到地面不平整时，所述麦克纳姆轮驱动模块能够同时着地，提供稳定的抓地力；
所述顶升模块安装在车体模块两侧端部，在车体到达站点后将整车抬升，避免麦克纳姆轮驱动模块弹性变形以及磨损对站点定位精度的影响；
所述二次定位模块布置于车体模块底部中心处，用于车体到达站点后的二次精确定位。
进一步的，所述车体模块包括车体焊接框架、车体外壳、工业机器人安装座；所述车体外壳安装固定在车体焊接框架；所述工业机器人安装座固定安装在车体焊接框架前中部，用于安装固定工业机器人。
进一步的，所述安全防护系统包括急停按钮、侧边安全触边、激光安全雷达扫描仪、端部安全触边、三色灯带以及语音警示喇叭；所述急停按钮安装固定在车体模块两侧端部；所述侧边安全触边以及端部安全触边布置在车体模块四周；所述激光安全雷达扫描仪安装固定在车体模块四角；所述三色灯带安装固定在车体模块四周，所述语音警示喇叭安装固定在车体前后两端。
进一步的，所述电源系统包括全部安装在车体模块内的逆变器、大容量磷酸铁锂电池以及电控系统；所述大容量磷酸铁锂电池与逆变器连接，用于将大容量磷酸铁锂电池的48V输出电压转换成220V和380V，为车载控制系统供电。
进一步的，所述激光Slam雷达导航模块包括激光导航雷达、导航雷达固定板、导航雷达调平座、调节螺柱、调节螺母、安装座以及雷达定位销；所述激光导航雷达固定在导航雷达固定板上端；所述导航雷达调平座通过若干组调节螺柱和调节螺母与雷达安装座固定连接，进行水平调整，保证了激光雷达安装的水平度；所述雷达定位销为阶梯销，与导航雷达调平座紧配合连接；所述导航雷达固定板通过配有与雷达定位销过渡配合的销孔以及螺栓孔固定在导航雷达调平座上。
进一步的，所述麦克纳姆轮驱动模块包含驱动伺服电机、高精度行星减速机、减速机固定座、轴承座、传动轴、麦克纳姆轮以及轮边端盖；所述驱动伺服电机的输出轴与高精度行星减速机连接，所述高精度行星减速机输出端与减速机固定座固定连接，所述减速机固定座与轴承座固定连接，所述传动轴通过一对轴承铰接在轴承座内，一端通过内置平键与高精度行星减速机输出端连接，另一端与轮边端盖通过螺钉和麦克纳姆轮连接。
进一步的，所述摆动桥模块包含摆动桥、限位块、下支座、油气弹簧、上支座、旋转轴、旋转座、轴端法兰、调整垫、圆锥滚子轴承、上销轴、下销轴；所述旋转轴与旋转座通过一对背靠背安装的圆锥滚子轴承铰接，所述旋转轴一端固定在摆动桥上，另一端固定在轴端法兰上，所述轴端法兰和摆动桥固定连接，连接处设置有调整垫；所述限位块布置在摆动桥两端上部；所述下支座布置在摆动桥两端侧面，通过下销轴和油气弹簧下端铰接，所述油气弹簧上端通过上销轴和上支座铰接，两侧的上支座固定连接在车体焊接框架内。
进一步的，所述顶升模块包括顶升伺服电机、低背隙行星减速机、升降机、升降机支座以及顶升定位销；所述顶升伺服电机的输出轴与低背隙行星减速机连接，所述低背隙行星减速机输出端与升降机固定连接，所述升降机固定连接在升降机支座上，所述升降机支座通过顶升定位销和螺钉把顶升模块固定安装在车体焊接框架两侧面。
进一步的，所述二次定位模块包括二维码相机、相机支座、调节螺钉、定位安装座以及固定螺钉；所述二维码相机固定连接在相机支座上，所述相机支座连接在定位安装座上设置的导槽内，通过调节螺钉调整相机的离地高度，调整后通过固定螺钉紧固在定位安装座；所述二次定位模块整体通过定位安装座固定连接在车体焊接框架底端中心处，用于车体运行到站点后进行二次精确定位。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
(1)本发明运行到站点后的定位精度高，避免因轮子磨损和弹性变形引起的位姿误差，为工业机械手臂提供高刚性、高稳定性的平台。
(2)本发明的工业机械手臂安装固定在车体前部，使得机械手臂工作范围大，且外径尺寸小，适合大型构件的柔性加工、检测作业。
(3)本发明采用电源系统在车体后置方式，使得系统整体重心保持在全向重载移动机器人中心处，克服了安装于全向重载移动机器人平台上的工业机械手臂前置产生的较大倾覆力矩，无需再使用配重，有效降低了整车的质量。
(4)本发明采用摆动式悬挂，摆动桥铰接安装在车体模块后部，保证车体遇到地面不平整时，四轮能够同时着地，提供稳定的抓地力，同时摆动桥两侧分别布置有油气弹簧减震器，降低摆动桥两侧轮子遇到不平地面时引起的车体摆动冲击，起到缓冲减震作用。
(5)本发明配有电源系统，可为工业机械手臂以及末端负载供电，通用性强，整体尺寸小，整体质量轻，负载较大，适应范围广。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明结构示意图一；
图2为本发明结构示意图二；
图3为本发明底部结构示意图；
图4为本发明激光Slam雷达导航模块结构示意图；
图5为本发明麦克纳姆轮驱动模块结构示意图；
图6为本发明摆动桥模块结构示意图；
图7为图6的剖视图；
图8为本发明顶升模块结构示意图；
图9为本发明二次定位模块结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的模块可以以各种不同的配置来布置和设计。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。
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。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的发明的范围，而是仅仅表示发明的选定实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1至图3，本发明具有车体模块100、车载控制系统200、安全防护系统300、电源系统400、激光Slam雷达导航模块500、麦克纳姆轮驱动模块600、摆动桥模块700、顶升模块800以及二次定位模块900；
车载控制系统200安装在车体模块100内部，对整车系统运行进行控制；
安全防护系统300安装在车体模块100四周，对车体模块100进行360度无死角安全防护与警示；
电源系统400安装在车体模块100后端为整车供电；
激光Slam导航雷达模块500安装在电源系统400上部高处，用于车体模块100移动导航定位；
麦克纳姆轮驱动模块600共四组，其中两组麦克纳姆轮驱动模块600安装在车体模块100前部，另外两组麦克纳姆轮驱动模块600安装在摆动桥模块700两端；四组麦克纳姆轮(606)呈矩形对称布置，且与车体模块100中心重合，供车体模块100全向移动，能够实现前后方向、横向、斜向移动以及零回转半径转动。
摆动桥模块700铰接安装在旋转座707，旋转座707固定连接在车体模块100后部，保证车体遇到地面不平整时，麦克纳姆轮驱动模块600能够同时着地，提供稳定的抓地力；同时摆动桥701两侧分别布置有油气弹簧减震器704，降低摆动桥701两侧轮子遇到不平地面时引起的车体摆动，尤其车体速度大于0.3m/s时，缓冲减震作用效果显著；
顶升模块800安装在车体模块100两侧端部，在车体到达站点后将整车抬升，避免麦克纳姆轮驱动模块600弹性变形以及磨损对站点定位精度的影响；
二次定位模块900布置于车体模块100底部中心处，用于车体到达站点后的二次精确定位。
车体模块100包括车体焊接框架101、车体外壳102、工业机器人安装座103；车体外壳102安装固定在车体焊接框架101；工业机器人安装座103固定安装在车体焊接框架101前中部，用于安装固定工业机器人。
安全防护系统300包括急停按钮301、侧边安全触边302、激光安全雷达扫描仪303、端部安全触边304、三色灯带305以及语音警示喇叭306；急停按钮301安装固定在车体模块100两侧端部；侧边安全触边302以及端部安全触边304布置在车体模块100四周；激光安全雷达扫描仪303安装固定在车体模块100四角；对障碍物进行探测，靠近障碍物时，通过车载控制系统200实现车体模块100自动减速和自动急停；三色灯带305安装固定在车体模块四周，对车体模块100各种状态进行对应的颜色警示；语音警示喇叭306安装固定在车体前后两端，对障碍物进行语音提示。
电源系统400包括全部安装在车体模块100内的逆变器401、大容量磷酸铁锂电池402以及电控系统403；大容量磷酸铁锂电池402与逆变器401连接，用于将大容量磷酸铁锂电池402的48V输出电压转换成220V和380V，为车载控制系统200供电。
见图4，激光Slam雷达导航模块500包括激光导航雷达501、导航雷达固定板502、导航雷达调平座503、调节螺柱504、调节螺母505、安装座506以及雷达定位销507；激光导航雷达501固定在导航雷达固定板502上端；导航雷达调平座503通过若干组调节螺柱504和调节螺母505与雷达安装座506固定连接，进行水平调整，保证了激光雷达501安装的水平度；雷达定位销507为阶梯销，与导航雷达调平座503紧配合连接；导航雷达固定板502通过配有与雷达定位销507过渡配合的销孔以及螺栓孔固定在导航雷达调平座503上。方便导航雷达501拆卸与更换，避免装配后的再标定。
见图2和图5，麦克纳姆轮驱动模块600包含驱动伺服电机601、高精度行星减速机602、减速机固定座603、轴承座604、传动轴605、麦克纳姆轮606以及轮边端盖607；驱动伺服电机601的输出轴与高精度行星减速机602连接，高精度行星减速机602输出端与减速机固定座603固定连接，减速机固定座603与轴承座604固定连接，传动轴605通过一对轴承铰接在轴承座604内，一端通过内置平键与高精度行星减速机602输出端连接，另一端与轮边端盖607通过螺钉和麦克纳姆轮606连接。四组麦克纳姆轮驱动模块600通过轴承座604分别固定安装在车体焊接框架101前部和摆动桥701两侧。
见图6和图7，摆动桥模块700包含摆动桥701、限位块702、下支座703、油气弹簧704、上支座705、旋转轴706、旋转座707、轴端法兰708、调整垫709、圆锥滚子轴承710、上销轴711、下销轴712；旋转轴706与旋转座707通过一对背靠背安装的圆锥滚子轴承710铰接，旋转轴706一端固定在摆动桥701上，另一端固定在轴端法兰708上，轴端法兰708和摆动桥701固定连接，连接处设置有调整垫709；用于调整轴承的轴向间隙，摆动桥701可以绕着转轴座707摆动；限位块702布置在摆动桥701两端上部；通过车体焊接框架101的限位板702，限制摆动桥701两端的摆动量；下支座703布置在摆动桥701两端侧面，通过下销轴712和油气弹簧704下端铰接，油气弹簧704上端通过上销轴711和上支座705铰接，两侧的上支座705固定连接在车体焊接框架101内。当摆动桥701两侧麦克纳伦姆606遇地面凹凸不平时，摆动桥701可以绕着转轴座707摆动，同时摆动桥701两侧分别布置的油气弹簧704减震器起到阻尼作用，降低车体摆动，保证整体系统的稳定性。
见图8，顶升模块800包括顶升伺服电机801、低背隙行星减速机802、升降机803、升降机支座804以及顶升定位销805；顶升伺服电机801的输出轴与低背隙行星减速机802连接，低背隙行星减速机802输出端与升降机803固定连接，升降机803固定连接在升降机支座804上，升降机支座804通过顶升定位销805和螺钉把顶升模块800固定安装在车体焊接框架101两侧面。升降机803输出端为球头法兰，解决了因地面不平整或安装误差，导致的丝杆偏心受力问题。
见图9，二次定位模块900包括二维码相机901、相机支座902、调节螺钉903、定位安装座904以及固定螺钉905；二维码相机901固定连接在相机支座902上，相机支座902连接在定位安装座904上设置的导槽内，通过调节螺钉903调整相机的离地高度，调整后通过固定螺钉905紧固在定位安装座904；二次定位模块900整体通过定位安装座904固定连接在车体焊接框架101底端中心处，用于车体运行到站点后进行二次精确定位。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高精度全向重载移动机器人，其特征在于：具有车体模块(100)、车载控制系统(200)、安全防护系统(300)、电源系统(400)、激光Slam雷达导航模块(500)、麦克纳姆轮驱动模块(600)、摆动桥模块(700)、顶升模块(800)以及二次定位模块(900)；
所述车载控制系统(200)安装在车体模块(100)内部，对整车系统运行进行控制；
所述安全防护系统(300)安装在车体模块(100)四周，对车体模块(100)进行360度无死角安全防护与警示；
所述电源系统(400)安装在车体模块(100)后端为整车供电；
所述激光Slam导航雷达模块(500)安装在电源系统(400)上部高处，用于车体模块(100)移动导航定位；
所述麦克纳姆轮驱动模块(600)共四组，其中两组麦克纳姆轮驱动模块(600)安装在车体模块(100)前部，另外两组麦克纳姆轮驱动模块(600)安装在摆动桥模块(700)两端；
所述摆动桥模块(700)铰接安装在旋转座(707)，所述旋转座(707)固定连接在车体模块(100)后部，保证车体遇到地面不平整时，所述麦克纳姆轮驱动模块(600)能够同时着地，提供稳定的抓地力；
所述顶升模块(800)安装在车体模块(100)两侧端部，在车体到达站点后将整车抬升，避免麦克纳姆轮驱动模块(600)弹性变形以及磨损对站点定位精度的影响；
所述二次定位模块(900)布置于车体模块(100)底部中心处，用于车体到达站点后的二次精确定位。
2.根据权利要求1所述的高精度全向重载移动机器人，其特征在于：所述车体模块(100)包括车体焊接框架(101)、车体外壳(102)、工业机器人安装座(103)；所述车体外壳(102)安装固定在车体焊接框架(101)；所述工业机器人安装座(103)固定安装在车体焊接框架(101)前中部，用于安装固定工业机器人。
3.根据权利要求1所述的高精度全向重载移动机器人，其特征在于：所述安全防护系统(300)包括急停按钮(301)、侧边安全触边(302)、激光安全雷达扫描仪(303)、端部安全触边(304)、三色灯带(305)以及语音警示喇叭(306)；所述急停按钮(301)安装固定在车体模块(100)两侧端部；所述侧边安全触边(302)以及端部安全触边(304)布置在车体模块(100)四周；所述激光安全雷达扫描仪(303)安装固定在车体模块(100)四角；所述三色灯带(305)安装固定在车体模块四周，所述语音警示喇叭(306)安装固定在车体前后两端。
4.根据权利要求1所述的高精度全向重载移动机器人，其特征在于：所述电源系统(400)包括全部安装在车体模块(100)内的逆变器(401)、大容量磷酸铁锂电池(402)以及电控系统(403)；所述大容量磷酸铁锂电池(402)与逆变器(401)连接，用于将大容量磷酸铁锂电池(402)的48V输出电压转换成220V和380V，为车载控制系统(200)供电。
5.根据权利要求1所述的高精度全向重载移动机器人，其特征在于：所述激光Slam雷达导航模块(500)包括激光导航雷达(501)、导航雷达固定板(502)、导航雷达调平座(503)、调节螺柱(504)、调节螺母(505)、安装座(506)以及雷达定位销(507)；所述激光导航雷达(501)固定在导航雷达固定板(502)上端；所述导航雷达调平座(503)通过若干组调节螺柱(504)和调节螺母(505)与雷达安装座(506)固定连接，进行水平调整，保证了激光雷达(501)安装的水平度；所述雷达定位销(507)为阶梯销，与导航雷达调平座(503)紧配合连接；所述导航雷达固定板(502)通过配有与雷达定位销(507)过渡配合的销孔以及螺栓孔固定在导航雷达调平座(503)上。
6.根据权利要求1所述的高精度全向重载移动机器人，其特征在于：所述麦克纳姆轮驱动模块(600)包含驱动伺服电机(601)、高精度行星减速机(602)、减速机固定座(603)、轴承座(604)、传动轴(605)、麦克纳姆轮(606)以及轮边端盖(607)；所述驱动伺服电机(601)的输出轴与高精度行星减速机(602)连接，所述高精度行星减速机(602)输出端与减速机固定座(603)固定连接，所述减速机固定座(603)与轴承座(604)固定连接，所述传动轴(605)通过一对轴承铰接在轴承座(604)内，一端通过内置平键与高精度行星减速机(602)输出端连接，另一端与轮边端盖(607)通过螺钉和麦克纳姆轮(606)连接。
7.根据权利要求1所述的高精度全向重载移动机器人，其特征在于：所述摆动桥模块(700)包含摆动桥(701)、限位块(702)、下支座(703)、油气弹簧(704)、上支座(705)、旋转轴(706)、旋转座(707)、轴端法兰(708)、调整垫(709)、圆锥滚子轴承(710)、上销轴(711)、下销轴(712)；所述旋转轴(706)与旋转座(707)通过一对背靠背安装的圆锥滚子轴承(710)铰接，所述旋转轴(706)一端固定在摆动桥(701)上，另一端固定在轴端法兰(708)上，所述轴端法兰(708)和摆动桥(701)固定连接，连接处设置有调整垫(709)；所述限位块(702)布置在摆动桥(701)两端上部；所述下支座(703)布置在摆动桥(701)两端侧面，通过下销轴(712)和油气弹簧(704)下端铰接，所述油气弹簧(704)上端通过上销轴(711)和上支座(705)铰接，两侧的上支座(705)固定连接在车体焊接框架(101)内。
8.根据权利要求1所述的高精度全向重载移动机器人，其特征在于：所述顶升模块(800)包括顶升伺服电机(801)、低背隙行星减速机(802)、升降机(803)、升降机支座(804)以及顶升定位销(805)；所述顶升伺服电机(801)的输出轴与低背隙行星减速机(802)连接，所述低背隙行星减速机(802)输出端与升降机(803)固定连接，所述升降机(803)固定连接在升降机支座(804)上，所述升降机支座(804)通过顶升定位销(805)和螺钉把顶升模块(800)固定安装在车体焊接框架(101)两侧面。
9.根据权利要求1所述的高精度全向重载移动机器人，其特征在于：所述二次定位模块(900)包括二维码相机(901)、相机支座(902)、调节螺钉(903)、定位安装座(904)以及固定螺钉(905)；所述二维码相机(901)固定连接在相机支座(902)上，所述相机支座(902)连接在定位安装座(904)上设置的导槽内，通过调节螺钉(903)调整相机的离地高度，调整后通过固定螺钉(905)紧固在定位安装座(904)；所述二次定位模块(900)整体通过定位安装座(904)固定连接在车体焊接框架(101)底端中心处，用于车体运行到站点后进行二次精确定位。
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