一种冗余双臂协作机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种冗余双臂协作机器人，属于智能机器人领域。该机器人包括二自由度云台、七自由度机械左臂、七自由度机械右臂、腰部旋转单元、全向移动底盘、上层旋转部分支撑装置和上层电气安装盒。左臂与右臂的结构相同，每条手臂具有七个自由度，该机器人的整体尺寸略低于成年人，全身共有20个自由度。本实用新型专利技术在传统机器人的基础上，通过合理设计全向移动底盘、合理布置腰部旋转单元，扩大机器人的活动范围以及双臂协作的工作空间；本实用新型专利技术基于更加严格的模块化设计思想，各个组成模块相对独立，加工和装配更加简洁。

A redundant dual arm cooperative robot

【技术实现步骤摘要】
一种冗余双臂协作机器人
本技术属于智能机器人领域，具体涉及一种冗余双臂协作机器人。
技术介绍
随着2012年以来我国劳动人口的数量逐年下降，要实现生产力的增长就只能通过不断提高人均生产率来实现，而充分利用机器人对部分人力劳动的替代就可以达到这个目的，故对机器人进行研究有极大的现实意义。虽然单臂工业机器人在我国已经取得了较好的发展和应用如铸造、焊接、喷涂、码垛等操作，但是在一些需要精密装配、精细操作的应用场合，传统的工业机器人很难通过协作来实现精密装配。双臂机器人比单个臂的机器人更灵活，有更多的自由度、更广泛的适用性、更高的可靠性，因此更适合于复杂多变的工作环境和繁杂的操作任务。同时在服务领域双臂机器人的应用可减缓由劳动力不足形成的压力。由于双臂机器人与人类双臂相似，故可以很好的模拟人类行为，为人类进行服务，如应用于商场和科技馆等与人类进行互动，可作为医院的“护士助手”，也可作为家庭的服务员等解决老年人或残障人士生活中的各种不便实现端茶及倒水。因此为扩大机器人的活动范围，双臂机器人还应具有灵活的运动机构，可以随时运动到需要的地方，包括一些对于普通人来说不易到达的地方和角落，完成人或智能系统预先设置指定的工作。为解决传统机器人灵活性不够的问题，早在上个世纪80-90年代，一种冗余自由度的机械臂被提出，相对于传统的机械臂，冗余自由度机械臂由于自由度的增加而使得其动作更加灵活。同时机械手臂应基于仿人手的思想，尽可能的实现人手臂所具有的所有自由度，增加与人的亲密感，但是因此其运动控制也更加复杂。一般的机器人功能单一，工作范围空间小，价格也相对较高，难以得到大规模的普及。
技术实现思路
为了解决现有技术所存在的功能单一，工作空间小、价格昂贵的问题，本技术提供一种冗余双臂协作机器人。为了达到上述目的，本技术的技术方案如下：一种冗余双臂协作机器人，该冗余双臂协作机器人包括二自由度云台6、七自由度机械左臂5、七自由度机械右臂7、腰部旋转单元2、全向移动底盘1、上层旋转部分支撑装置3和上层电气安装盒4；所述全向移动底盘1用于机器人在工作区域的移动；所述腰部旋转单元2安装在全向移动底盘1上，实现水平面内±90°的旋转；腰部旋转方向装有光电限位开关，可使搭载七自由度机械左臂5、七自由度机械右臂7与二自由度云台6的上层旋转部分支撑装置3实现固定工位的工作方向的改变。所述上层旋转部分支撑装置3安装在腰部旋转单元2上方。七自由度机械左臂5和七自由度机械右臂7对称安装在上层旋转部分支撑装置3两侧，七自由度机械左臂5、七自由度机械右臂7分别具有七个自由度，七个一体化关节由连接装置固定。所述二自由度云台6安装在上层旋转部分支撑装置3上侧，二自由度云台6采用电机直连的驱动方式具有水平旋转与俯仰两个方向的自由度，其中，水平方向旋转角度可以达到±90°，俯仰方向旋转角度可以达到±60°。在水平和俯仰两个方向装有光电限位开关，同时固定在上层旋转部分支撑装置3上方，二自由度云台6搭载有视觉传感器。所述上层电气安装盒4固定于上层旋转部分支撑装置3的背面，用于搭载电气装置。在控制系统的控制下，实现冗余双臂协作机器人20个自由度的运动。所述的全向移动底盘1包括上层安装板101、中层安装板104、下层安装板126、上支撑型材102、下支撑型材113、电源管理系统103、48V电池压板105、48V电池106、尾部支撑型材107、尾部支撑板108、开关盒109、工控机110、工控机夹紧111、工控机支撑板112、激光雷达支撑板114、激光雷达115、底盘电机驱动盒116、惯性测量单元支撑123、惯性测量单元124、24V电池125、24V电池夹紧127、电机轮组、底盘电机驱动支撑板128和底盘电机驱动129。所述上层安装板101、中层安装板104、下层安装板126、上支撑型材102、工控机支撑板112、下支撑型材113、尾部支撑型材107和尾部支撑板108共同组成全向移动底盘1的主体支撑结构；所述上层安装板101与中层安装板104通过上支撑型材102连接，中层安装板104与下层安装板126通过下支撑型材113连接。所述底盘电机驱动129用于驱动电机轮组，通过底盘电机驱动支撑板128安装在底盘电机驱动盒116内；所述底盘电机驱动盒116安装在下层安装板(126)上；所述电机轮组共有四组，前后对称分布在下层安装板126四周，电机轮组包括底、底盘驱动电机117、底盘联轴器120、底盘带座轴承118、底盘电机连接轴119、底盘电机支撑座121和45度麦克纳姆轮122。所述底盘驱动电机117通过底盘电机支撑座121固定在下层安装板126上，所述底盘电机连接轴119通过底盘带座轴承118固定在下层安装板126上，底盘带座轴承118用于支撑底盘电机连接轴119的转动；所述底盘电机连接轴119一端与底盘驱动电机117的转轴连接，另一端安装有45度麦克纳姆轮122，四组电机轮组通过运动学控制实现机器人的全向移动；所述激光雷达115通过激光雷达支撑板114安装在下层安装板126前方，所述24V电池125通过24V电池夹紧127安装在下层安装板126中间位置，用于给全向移动底盘1供电；所述惯性测量单元124通过惯性测量单元支撑123安装在24V电池125上侧，度云台6、七自由度机械左臂5、七自由度机械右臂7以及腰部旋转单元2供电。所述的腰部旋转单元2包括轴承上压紧板201、腰部轴承座202、腰部轴承216、腰部旋转主轴217、橡胶挡片a218、腰部旋转限位219、轴承下压紧板220、和二级行星减速机。腰部轴承座202通过螺钉固定安装在上层安装板101上侧；所述腰部轴承216安装在腰部轴承座202中，上部通过轴承上压紧板201压紧腰部轴承216外圈，下部通过固定在腰部旋转主轴217的轴承下压紧板220对腰部轴承216内圈进行压紧；所述腰部轴承216内环上安装有腰部旋转主轴217，腰部轴承216用于支撑腰部旋转主轴217的转动；所述二级行星减速机包括免键同步带轮203、右侧连接板204、下部连接板205、驱动轴套筒206、顶紧滑板207、顶紧螺柱固定座208、顶紧螺柱209、惰轮固定轴210、惰轮211、步进电机212、步进电机安装座213、同步带轮214、左侧连接板215、同步带221；所述步进电机212通过步进电机安装座213安装在下部连接板205下侧，步进电机212的转轴穿过步进电机安装座213上的转轴孔；所述免键同步带轮203通过驱动轴套筒206安装在步进电机212的转轴上，驱动轴套筒206用于免键同步带轮203的轴向定位；所述同步带轮214安装在腰部旋转主轴217上；所述免键同步带轮203和同步带轮214之间通过同步带221传动；所述顶紧滑板207安装在下部连接板205的通孔处，其在下部连接板205上的安装位置可调，所述惰轮固定轴210一端悬空，另一端固定安装在顶紧滑板207上，顶紧螺柱固定座208安装在顶紧滑板207下部，用于安装顶紧螺柱209，顶紧螺柱209通过顶紧螺柱固定座208向里旋进顶紧顶紧滑板207，此时安装在顶紧滑板207上的惰轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冗余双臂协作机器人，其特征在于，该冗余双臂协作机器人包括二自由度云台（6）、七自由度机械左臂（5）、七自由度机械右臂（7）、腰部旋转单元（2）、全向移动底盘（1）、上层旋转部分支撑装置（3）和上层电气安装盒（4）；所述全向移动底盘（1）用于机器人在工作区域的移动；所述腰部旋转单元（2）安装在全向移动底盘（1）上，实现水平面内±90°的旋转；腰部旋转方向装有光电限位开关，可使搭载七自由度机械左臂（5）、七自由度机械右臂（7）与二自由度云台（6）的上层旋转部分支撑装置（3）实现固定工位的工作方向的改变；所述上层旋转部分支撑装置（3）安装在腰部旋转单元（2）上方；七自由度机械左臂（5）和七自由度机械右臂（7）对称安装在上层旋转部分支撑装置（3）两侧，七自由度机械左臂（5）、七自由度机械右臂（7）分别具有七个自由度，七个一体化关节由连接装置固定；所述二自由度云台（6）安装在上层旋转部分支撑装置（3）上侧，二自由度云台（6）采用电机直连的驱动方式具有水平旋转与俯仰两个方向的自由度，其中，水平方向旋转角度可以达到±90°，俯仰方向旋转角度可以达到±60°；在水平和俯仰两个方向装有光电限位开关，同时固定在上层旋转部分支撑装置（3）上方，二自由度云台（6）搭载有视觉传感器；所述上层电气安装盒（4）固定于上层旋转部分支撑装置（3）的背面，用于搭载电气装置；在控制系统的控制下，实现冗余双臂协作机器人20个自由度的运动；/n所述的全向移动底盘（1）包括主体支撑结构、四组电机轮组、电源管理系统（103）、48V电池（106）、开关盒（109）、工控机（110）、激光雷达（115）、底盘电机驱动盒（116）、惯性测量单元（124）、24V电池（125）、底盘电机驱动（129）；/n所述主体支撑结构包括上层安装板（101）、中层安装板（104）、下层安装板（126）、工控机支撑板（112）、尾部支撑型材（107）和尾部支撑板（108）；所述底盘电机驱动（129）用于驱动电机轮组，安装在底盘电机驱动盒（116）内；所述底盘电机驱动盒（116）安装在下层安装板（126）上；所述电机轮组前后对称分布在下层安装板（126）四周，用于实现机器人的全向移动；所述激光雷达（115）安装在下层安装板（126）前方，所述24V电池（125）安装在下层安装板（126）中间位置，用于给全向移动底盘（1）供电；所述惯性测量单元（124）安装在24V电池（125）上侧，24V电池（125）用于为全向移动底盘（1）供电；所述开关盒（109）通过尾部支撑板（108）安装在全向移动底盘（1）尾部；所述工控机（110）安装在工控机支撑板（112）上，用于机器人控制；所述电源管理系统（103）安装在中层安装板（104）上侧；所述48V电池（106）安装在中层安装板（104）上侧，用于为二自由度云台（6）、七自由度机械左臂（5）、七自由度机械右臂（7）以及腰部旋转单元（2）供电；/n所述的腰部旋转单元（2）包括轴承上压紧板（201）、腰部轴承座（202）、腰部轴承（216）、腰部旋转主轴（217）、腰部旋转限位（219）、轴承下压紧板（220）、和二级行星减速机；所述腰部轴承座（202）安装在上层安装板（101）上侧；所述腰部轴承（216）安装在腰部轴承座（202）中，上部通过轴承上压紧板（201）压紧腰部轴承（216）外圈，下部通过固定在腰部旋转主轴（217）的轴承下压紧板（220）对腰部轴承（216）内圈进行压紧；所述腰部轴承（216）内环上安装有腰部旋转主轴（217），腰部轴承（216）支撑腰部旋转主轴（217）转动；所述腰部旋转限位（219）安装在上层安装板（101）上侧，用于限制腰部旋转单元（2）的旋转角度；/n所述二级行星减速机包括免键同步带轮（203）、右侧连接板（204）、下部连接板（205）、驱动轴套筒（206）、顶紧滑板（207）、顶紧螺柱固定座（208）、顶紧螺柱（209）、惰轮固定轴（210）、惰轮（211）、步进电机（212）、同步带轮（214）、左侧连接板（215）、同步带（221）；/n所述步进电机（212）安装在下部连接板（205）下侧；所述免键同步带轮（203）通过驱动轴套筒（206）安装在步进电机（212）的转轴上，驱动轴套筒（206）用于免键同步带轮（203）的轴向定位；所述同步带轮（214）安装在腰部旋转主轴（217）上；所述免键同步带轮（203）和同步带轮（214）之间通过同步带（221）传动；所述顶紧滑板（207）安装在下部连接板（205）的通孔处，其在下部连接板（205）上的安装位置可调；所述惰轮固定轴（210）一端悬空，另一端固定安装在顶紧滑板（207）上，顶紧螺柱固定座（208）安装在顶紧滑板（207）下部，用于安装顶紧螺柱（209）...

【技术特征摘要】
1.一种冗余双臂协作机器人，其特征在于，该冗余双臂协作机器人包括二自由度云台（6）、七自由度机械左臂（5）、七自由度机械右臂（7）、腰部旋转单元（2）、全向移动底盘（1）、上层旋转部分支撑装置（3）和上层电气安装盒（4）；所述全向移动底盘（1）用于机器人在工作区域的移动；所述腰部旋转单元（2）安装在全向移动底盘（1）上，实现水平面内±90°的旋转；腰部旋转方向装有光电限位开关，可使搭载七自由度机械左臂（5）、七自由度机械右臂（7）与二自由度云台（6）的上层旋转部分支撑装置（3）实现固定工位的工作方向的改变；所述上层旋转部分支撑装置（3）安装在腰部旋转单元（2）上方；七自由度机械左臂（5）和七自由度机械右臂（7）对称安装在上层旋转部分支撑装置（3）两侧，七自由度机械左臂（5）、七自由度机械右臂（7）分别具有七个自由度，七个一体化关节由连接装置固定；所述二自由度云台（6）安装在上层旋转部分支撑装置（3）上侧，二自由度云台（6）采用电机直连的驱动方式具有水平旋转与俯仰两个方向的自由度，其中，水平方向旋转角度可以达到±90°，俯仰方向旋转角度可以达到±60°；在水平和俯仰两个方向装有光电限位开关，同时固定在上层旋转部分支撑装置（3）上方，二自由度云台（6）搭载有视觉传感器；所述上层电气安装盒（4）固定于上层旋转部分支撑装置（3）的背面，用于搭载电气装置；在控制系统的控制下，实现冗余双臂协作机器人20个自由度的运动；
所述的全向移动底盘（1）包括主体支撑结构、四组电机轮组、电源管理系统（103）、48V电池（106）、开关盒（109）、工控机（110）、激光雷达（115）、底盘电机驱动盒（116）、惯性测量单元（124）、24V电池（125）、底盘电机驱动（129）；
所述主体支撑结构包括上层安装板（101）、中层安装板（104）、下层安装板（126）、工控机支撑板（112）、尾部支撑型材（107）和尾部支撑板（108）；所述底盘电机驱动（129）用于驱动电机轮组，安装在底盘电机驱动盒（116）内；所述底盘电机驱动盒（116）安装在下层安装板（126）上；所述电机轮组前后对称分布在下层安装板（126）四周，用于实现机器人的全向移动；所述激光雷达（115）安装在下层安装板（126）前方，所述24V电池（125）安装在下层安装板（126）中间位置，用于给全向移动底盘（1）供电；所述惯性测量单元（124）安装在24V电池（125）上侧，24V电池（125）用于为全向移动底盘（1）供电；所述开关盒（109）通过尾部支撑板（108）安装在全向移动底盘（1）尾部；所述工控机（110）安装在工控机支撑板（112）上，用于机器人控制；所述电源管理系统（103）安装在中层安装板（104）上侧；所述48V电池（106）安装在中层安装板（104）上侧，用于为二自由度云台（6）、七自由度机械左臂（5）、七自由度机械右臂（7）以及腰部旋转单元（2）供电；
所述的腰部旋转单元（2）包括轴承上压紧板（201）、腰部轴承座（202）、腰部轴承（216）、腰部旋转主轴（217）、腰部旋转限位（219）、轴承下压紧板（220）、和二级行星减速机；所述腰部轴承座（202）安装在上层安装板（101）上侧；所述腰部轴承（216）安装在腰部轴承座（202）中，上部通过轴承上压紧板（201）压紧腰部轴承（216）外圈，下部通过固定在腰部旋转主轴（217）的轴承下压紧板（220）对腰部轴承（216）内圈进行压紧；所述腰部轴承（216）内环上安装有腰部旋转主轴（217），腰部轴承（216）支撑腰部旋转主轴（217）转动；所述腰部旋转限位（219）安装在上层安装板（101）上侧，用于限制腰部旋转单元（2）的旋转角度；
所述二级行星减速机包括免键同步带轮（203）、右侧连接板（204）、下部连接板（205）、驱动轴套筒（206）、顶紧滑板（207）、顶紧螺柱固定座（208）、顶紧螺柱（209）、惰轮固定轴（210）、惰轮（211）、步进电机（212）、同步带轮（214）、左侧连接板（215）、同步带（221）；
所述步进电机（212）安装在下部连接板（205）下侧；所述免键同步带轮（203）通过驱动轴套筒（206）安装在步进电机（212）的转轴上，驱动轴套筒（206）用于免键同步带轮（203）的轴向定位；所述同步带轮（214）安装在腰部旋转主轴（217）上；所述免键同步带轮（203）和同步带轮（214）之间通过同步带（221）传动；所述顶紧滑板（207）安装在下部连接板（205）的通孔处，其在下部连接板（205）上的安装位置可调；所述惰轮固定轴（210）一端悬空，另一端固定安装在顶紧滑板（207）上，顶紧螺柱固定座（208）安装在顶紧滑板（207）下部，用于安装顶紧螺柱（209），顶紧螺柱（209）通过顶紧螺柱固定座（208）向里旋进顶紧顶紧滑板（207）；所述惰轮（211）安装在惰轮固定轴（210）上，用于对同步带（221）施加压力；所述下部连接板（205）通过右侧连接板（204）和左侧连接板（215）安装在上层安装板（101）下侧；
所述上层旋转部分支撑装置（3）包括下部安装板（301）、机械臂支撑型材（302）和机械臂安装板（303）；所述下部安装板（301）安装在腰部旋转主轴（217）上；所述机械臂支撑型材（302）安装在下部安装板（301）上；所述机械臂安装板（303）共有两个，对称安装在机械臂支撑型材（302）侧面，用于安装机械臂；
所述七自由度机械左臂（5）和七自由度机械右臂（7）的结构相同，分别安装在机械臂安装板（303）上；所述七自由度机械左臂（5）包括伺服驱动器安装板（514）、七个关节及关节连接件；所述伺服驱动器安装板（514）安装在第Ⅵ关节与第Ⅶ关节连接件（515）上，用于安装伺服驱动器；
所述的二自由度云台（6）包括水平旋转驱动电机（601）、水平限位光电开关（602）、云台支撑基座（603）、云台旋转轴承座（604）、云台旋转轴承（605）、云台水平旋转限位（606）、云台旋转主轴（608）、云台俯仰限位（609）、相机平台支撑左臂（610）、带座轴承（611）、假轴（612）、相机平台（613）、旋转平台（614）、相机平台支撑右臂（615）、轴端垫片（616）、水平旋转挡柱（6...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜宇，刘冬，
申请(专利权)人：大连大华中天科技有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁;21