一种自适应AGV机器人及自适应导航方法技术

本发明专利技术属于机器人技术领域，公开了一种自适应AGV机器人及自适应导航方法,包括车体、设于车体上的导航装置和设于车体上的执行装置；导航装置包括探测雷达、探测摄像头和处理器，用于机器人行进路径的规划，主动避让路径上的障碍；执行机构包括底座、协作机械臂、执行舵机，协作机械臂包括第一驱动箱、四连杆机构、第二驱动箱、套轴机臂、末端传动头和末端执行头，由此形成六自由度的执行结构。在车体承载、导航装置的引导下，机器人可在室内环境下自由行走，驱使执行机构执行任务。本发明专利技术自重小，成本低，可以实现比同类协作机器人更灵活的路径规划，协作机械臂能有更长的臂展和更大的负重，并具有良好的可扩展性。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应AGV机器人及自适应导航方法
本专利技术属于协作机器人
，具体涉及一种自适应AGV机器人及自适应导航方法。
技术介绍
AGV(AutomatedGuidedVehicle，自动导引运输车)是指装备有电磁或光学等自动导引装置，它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。AGV广泛应用于仓储搬运以及制造搬运，较为先进的AGV还应用于危险场所和特种行业。现有的AGV车架基本采用轮式移动、带式移动等结构，便于实现车体在狭窄空间内实现自由行进和转向。但目前的AGV车架行进和转向方式基本为铰轴式转向，在这种转向机构中存在其最小转弯半径，在应用空间上有一定的限制，在多数较为局限的空间内，采用铰轴转向机构的AGV难以一次顺利通过，甚至无法通过，导致AGV的应用面临较大的问题。而协作机器人的机械臂是一个多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性,已在工业装配,安全防爆等领域得到广泛应用；随着机械臂的伸入研发，其结构和精度均得到极大的改善，已不仅仅在目前的领域应用，还拓展至诸多直接辅助人进行操作的
，甚至能部分代替人的工作，在诸多工业领域，包括敏感环境和复杂环境，协作机械臂的运用能够保护人员、保证生产质量、提高效率和减少设备损坏。例如在AGV(AutomatedGuidedVehicle，自动导引运输车)
，协作机械臂能够与AGV配合使用，参与生产自动化的各项工序，例如码垛、分拣、视觉检查等。当下的协作机械臂要求速度、刚性、工作半径、负荷、定位精度等指标尽可能达到更高的标准，从而能够参与更多领域的工作。协作机械臂一般包括多个工作轴，通过相互配合实现多个自由度的协调运转，达到精确控制方向的目的，最终实现操作指令动作。目前市场上能与人共存、不用专门划分安全工作区域的小型机械臂大致分为两类。第一类是基于步进电机或者舵机的小型机械臂。此类机械臂由于使用步进电机或者舵机，其控制原理是开环控制，即如果电机由于干扰或负载等原因没有达到指定目标，机械臂无法得知此反馈，因此无法进行调整以消除误差。这就完全限制了此类机械臂的运动性能，即只能实现从一个点到另一个点的移动任务，而不能精确地从位置、速度、以及加速度三个指标上跟随一条完整的轨迹。此外在带有额外负重后，由于仅仅采用开环控制，该类机械臂可能会有较大的稳态误差。另外，由于采用开环控制，此类机械臂无法实现碰撞检测这一功能，因此为了能与人安全共存，只能通过降低功率，减小尺寸来确保即便碰到了人，也不会造成太大伤害，这导致此类机械臂多用于轻负载的视觉检查，电子元件分拣，以及儿童智力开发等领域，无法承担广泛的工业与非工业的自动化任务。第二类是叫做“协作机器人”的机械臂。这类机械臂精度高，运动性能好，且由于能与人共存，被越来越多应用在各类生产流水线上。目前市面上这类协作机械臂全部采用“力矩电机”或者“盘式电机”。此种电机的优点是扭矩大，可以直接驱动其负载，而无需任何传动装置，如齿轮、皮带等。但是这类电机最大的缺点是成本高，且成本与扭力大小不成线性关系。因此基于力矩电机的协作机械臂，出于成本考虑尺寸都被迫限制在一个范围内，因为一旦超出此范围，就需要搭载成本高得多的力矩电机。此外，这类不使用传动系统的设计结构还有一重大缺点，就是可延展性很差。这是因为由于没有传动系统，每一个电机都必须安装在关节本身的位置，这就导致低位的电机需要承受所有高位电机的质量。例如低位轴电机不仅要承担末端负载的质量，还要承担高位轴电机的自重。这使得机械臂的最大负重很难提高，因为要提高最大负重，就要增加每一个电机的功率及自重，但因此带来的是每一个低位电机承受的高位电机的自重增加了，结果就是增加的功率有很大一部分还是用在了承载电机自重上。而现有的AGV导航技术，主要包括利用磁导轨、激光探测或惯性等技术的导航方案，利用磁导轨技术的方案对场地要求极高，且后期变更和调整极为困难；利用激光探测和惯性技术的导航方案，所依赖的设备成本极高。因此，在本领域为了存在上述的一些技术问题，需要提出更为合理的技术方案予以解决。
技术实现思路
本专利技术提供了一种自适应AGV机器人及自适应导航方法，旨在将协作机械臂固定到车体上，通过车体带动协作机械臂位移，能实现协作机械臂及时到达指定区域执行任务。车体通过自适应导航方法，能够主动在巡检区域内行走，并识别前路中的路况，分析和辨别前路中存在的障碍，实现主动绕行避障。为了实现上述效果，本专利技术所采用的技术方案为：一种自适应AGV机器人,包括车体、设于车体上的导航装置和设于车体上的执行装置。具体地说，所述的导航装置包括处理器、探测雷达、探测摄像头、第一过滤器和第二过滤器，探测雷达、探测摄像头、第一过滤器和第二过滤器分别与处理器相连。所述的执行装置包括底座、设于底座上拥有六自由度的机械臂、设于机械臂末端的执行舵机，所述的机械臂包括依次连接的第一驱动箱、四连杆机构、第二驱动箱、套轴机臂、末端传动头和末端执行头。具体地说，所述底座上设有相对其自身转动的第一转轴，所述第一驱动箱与第一转轴的上端连接固定，所述底座上设有蜗轮蜗杆驱动组件，蜗轮蜗杆驱动组件连接第一转轴的下端并同步传动；所述第一驱动箱内设有第二转轴和第三转轴并分别由第二电机和第三电机驱动，所述四连杆机构围成平行四边形且与第二转轴和第三转轴配合传动；所述第二驱动箱固定在四连杆机构的上端，第二驱动箱包括第二箱体，第二箱体的后表面设置有两个直流有刷电机，第二箱体内设有分别与两个直流有刷电机连接的减速传动机构，所述套轴机臂包括分别与减速传动机构连接传动的内层输出轴和外层输出轴，外层输出轴连接末端传动头并带动其同轴转动，内层输出轴伸入末端传动头内部并通过一级齿轮副与末端执行头连接传动，使末端执行头与末端传动头相对转动。本专利技术以车体作为机器人的行走系统，通过车体搭载执行机构行进，并利用车体上的导航系统实现自适应导航；执行机构通过涡轮蜗杆驱动组件、第一驱动箱和第二驱动箱作为整个机械臂的动力机构，以四连杆机构、轴套机臂和末端传动头作为传动机构，以末端执行头连接末端执行器实现最终的执行动作。其中，关于车体部分，所述的车架包括基架，基架包括矩形的外缘条和设置于外缘条内的方格状中网，所述中网包括密集层和疏散层，所述疏散层贴合在密集层的下部，疏散层和密集层的厚度相同且均为外缘条高度的一半。所述车架的中心位置沿宽边方向设有差分驱动装置，差分驱动装置包括主控板和两个相对设置的方形的电机座，主控板可设置在车架上，也可设置在车架上搭载的其他控制器内，当设置在其他控制器内时，便于集成化控制管理；电机座内设有与主控板电连接的电机，电机转轴连接减速器，减速器连接到驱动轮，两个电机分别驱动一个驱动轮，当两个电机的运动状态同步时，可实现AGV的前进或后退，当两个电机的运动状态相互不同步时，可实现AGV的转向；所述车架两个宽边的中部设置有前导向组件和后导向组件，所述前导向组件和后导向组件分别包括前轮座和后轮座，前轮座上设有前导向轮，后轮座上设有后导向轮。进一步的，车架上需要安装承载AGV的导航装置和协作机械臂，且各部件在车架上的布局会影响AGV的运作，为了方便自由设置各部件，对其位置进行合理的布设，对上述方案进行优化，所述电机座、前轮座和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应AGV机器人,包括车体、设于车体上的导航装置和设于车体上的执行装置；其特征在于：所述的导航装置包括处理器、探测雷达(21)、探测摄像头(20)、第一过滤器和第二过滤器，探测雷达、探测摄像头、第一过滤器和第二过滤器分别与处理器相连；执行装置包括底座(1)、设于底座上拥有六自由度的机械臂、设于机械臂末端的执行舵机(8)，所述的机械臂包括依次连接的第一驱动箱(2)、四连杆机构(3)、第二驱动箱(4)、套轴机臂(5)、末端传动头(6)和末端执行头(7)；所述底座上设有相对其自身转动的第一转轴(104)，所述第一驱动箱与第一转轴的上端连接固定，所述底座上设有蜗轮蜗杆驱动组件，蜗轮蜗杆驱动组件连接第一转轴的下端并同步传动；所述第一驱动箱内设有第二转轴(203)和第三转轴(204)并分别由第二电机(201)和第三电机(202)驱动，所述四连杆机构围成平行四边形且与第二转轴和第三转轴配合传动；所述第二驱动箱固定在四连杆机构的上端，第二驱动箱包括第二箱体，第二箱体的后表面设置有两个直流有刷电机(401)，第二箱体内设有分别与两个直流有刷电机连接的减速传动机构，所述套轴机臂包括分别与减速传动机构连接传动的内层输出轴(502)和外层输出轴(501)，外层输出轴连接末端传动头并带动其同轴转动，内层输出轴伸入末端传动头内部并通过一级齿轮副与末端执行头连接传动，使末端执行头与末端传动头相对转动。...

【技术特征摘要】
1.一种自适应AGV机器人,包括车体、设于车体上的导航装置和设于车体上的执行装置；其特征在于：所述的导航装置包括处理器、探测雷达(21)、探测摄像头(20)、第一过滤器和第二过滤器，探测雷达、探测摄像头、第一过滤器和第二过滤器分别与处理器相连；执行装置包括底座(1)、设于底座上拥有六自由度的机械臂、设于机械臂末端的执行舵机(8)，所述的机械臂包括依次连接的第一驱动箱(2)、四连杆机构(3)、第二驱动箱(4)、套轴机臂(5)、末端传动头(6)和末端执行头(7)；所述底座上设有相对其自身转动的第一转轴(104)，所述第一驱动箱与第一转轴的上端连接固定，所述底座上设有蜗轮蜗杆驱动组件，蜗轮蜗杆驱动组件连接第一转轴的下端并同步传动；所述第一驱动箱内设有第二转轴(203)和第三转轴(204)并分别由第二电机(201)和第三电机(202)驱动，所述四连杆机构围成平行四边形且与第二转轴和第三转轴配合传动；所述第二驱动箱固定在四连杆机构的上端，第二驱动箱包括第二箱体，第二箱体的后表面设置有两个直流有刷电机(401)，第二箱体内设有分别与两个直流有刷电机连接的减速传动机构，所述套轴机臂包括分别与减速传动机构连接传动的内层输出轴(502)和外层输出轴(501)，外层输出轴连接末端传动头并带动其同轴转动，内层输出轴伸入末端传动头内部并通过一级齿轮副与末端执行头连接传动，使末端执行头与末端传动头相对转动。2.根据权利要求1所述的一种自适应AGV机器人,其特征在于：所述的车体包括车架和设置在车架下方的驱动系统；所述的车架包括基架(13)，基架包括外缘条(1301)和设置于外缘条内的方格状中网，所述中网包括密集层(1302)和疏散层(1303)，所述疏散层贴合在密集层的下部；所述车架的中心位置沿宽边方向设有差分驱动装置，差分驱动装置包括主控板和两个相对设置的方形的电机座(14)，电机座内设有与主控板电连接的电机，电机转轴连接减速器，减速器连接到驱动轮(15)；所述车架两个宽边的中部设置有前导向组件和后导向组件，所述前导向组件和后导向组件分别包括前轮座(16)和后轮座(16’)，前轮座上设有前导向轮(17)，后轮座上设有后导向轮(17’)；所述电机座、前轮座和后轮座上均设置有连接卡头，连接卡头包括第一卡头(18)和第二卡头(19)。3.根据权利要求1所述的一种自适应AGV机器人,其特征在于：所述的四连杆机构包括第一主动杆(301)、第二主动杆(303)、第一从动杆(302)和第二从动杆(304)，所述第一主动杆与第二转轴垂直连接并随轴转动，所述第二主动杆与第三转轴垂直连接并随轴转动，所述第一从动杆与第一主动杆铰接且固定到第二箱体，所述第二从动杆一端与第二主动杆铰接，另一端与第一从动杆铰接。4.根据权利要求1所述的一种自适应AGV机器人,其特征在于：所述的减速传动机构包括两组传动齿轮组，所述传动齿轮组至少包括一个主动轮和一个从动轮，第二箱体内设有第四转轴(403)和第五转轴(402)，两个主动轮分别与两个直流有刷电机连接，两个从动轮分别设置在第四转轴和第五转轴上；第四转轴与内层输出轴同轴转动，第五转轴与外层输出轴同轴转动。5.根据权利要求4所述的一种自适应AGV机器人,其特征在于：所述的第一转...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐悦，卢展宏，
申请(专利权)人：北京秘塔网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11