[發明專利]一種單自由度升降式機械臂機構

無效

• 申請號: 201410061699.2
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103817690A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 宋法亮;劉建;黃鵬;解勇;劉云浩;韓勇
• 申請（專利權）人: 北京藍巨人智能科技有限公司
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于應用在餐飲機器人上的機械臂升降調節裝置，具體涉及一種單自由度升降式機械臂機構。

背景技術

目前隨著我國老齡化步伐的加快，現正面臨用工荒的問題，很多飯店也出現了服務員人手不夠的情況，這也必將導致員工工資的大幅上漲。餐飲服務機器人以其獨特的優勢，無論是從經濟角度考慮還是從創新性考慮都是對餐廳老板有著不小的吸引力。國內外對應用在餐飲業的傳菜機器人都有一定的研究，但都存在以下的問題：其一，機械臂、機器人本體和餐盤固為一體，機器人行動到指定位置后，讓顧客自己到機器人的餐盤中拿取餐具和菜肴，如此機器人看起來呆板，沒有互動，沒吸引力，不方便顧客；其二，采用多自由度的機械臂實現餐具和菜肴的抓取和放置，這樣整個機械臂自由度太多，要實現準確抓取大大增加了控制難度，而且也增加了成本；其三，機械臂依靠導軌實現垂直上下運動，僅靠導軌移動會產生摩擦，所以需要潤滑，垂直導軌上的潤滑油如果滴落，會不衛生，時間長了會有磨損。為此，我們利用平行四邊形結構的特殊性能，設計了一種以平行四邊形為主結構的單自由度升降式機械臂，可以實現機器人端餐盤的機械臂和肩部保持平行的上下運動。

發明內容

本發明目的在于提供一種單自由度升降式機械臂機構，不僅可以實現對于不同高度的餐桌，機器人可以將餐盤放置在餐桌上，而且使其升降的動作更加自然舒服，控制簡單，價格廉價，節約成本。

本發明提供的技術方案是，一種單自由度升降式機械臂機構，它由擺臂機構和調整滑塊機構組成。以平行四邊形結構為核心結構擺臂機構分別命名為左臂和右臂，左臂和右臂左右對稱。平行四邊形最上方的一個連桿為肩部，肩部連桿的對邊即平行四邊形最下方的一個連桿為機械臂的肘部，肩部和肘部由一對長度相等的連桿即擺臂連接在一起。肩部和兩擺臂的連接處間距大小，與肘部和兩擺臂的連接處間距大小相等，故此構成一個平行四邊形。肩部在機器人身體框架上固定，所以相對于機器人身體此平行四邊形機構為單自由度，肘部可以平行于肩部的做有固定軌跡的上下(同時也伴隨有前后的)平移運動。左臂和右臂的肩部均固定在機器人框架上，且兩者的肘部底部被連桿連接固定在一起，所以兩臂總自由度仍為1，由于平行四邊形連桿機構的特殊性能，運動時左臂和右臂的肘部組成的平面會永遠保持水平，這就保證了機械臂端持餐盤的安全性。直線電機推動著連接左臂和右臂肘部的連桿，使左臂和右臂同時向上或向下運動。左臂和右臂的肘部零件保持對稱的均向前向上延長，以便連接各自的前臂，兩前臂均為帶重力傳感器的扁平桿，用以感知和固定餐盤。肘部向前向上延長的方向為肘部移動的近似方向，因為肘部延長的部分和機器人前臂會在機器人的外殼以外，而平行四邊形機構會在機器人外殼以內，所以沿著肘部運動方向延長肘部(形如)會減小在外殼上需要開孔的大小，使外殼更加美觀。肘部零件向前向上延長后有一向豎直向上的短細桿結構(形如)，其作用為擋住餐盤以免餐盤向后滑動碰撞機器人外殼。進一步和肘部連接的是一個向外的調整滑塊機構。調節塊上有滑槽結構，目的是固定機械臂前臂時可以調節左前臂和右前臂間的距離以便適應不同的餐盤寬度。在調節塊與前臂之間連接有重力傳感器，其作用為感知餐盤是否放到了機械臂上。

本發明的有益效果是，本發明利用了平行四邊形結構來設計的機械臂，摒棄了傳統的導軌形式，更加高效；相比高昂復雜的多自由度機械臂更加廉價，更易控制。同時實現了機械臂對餐盤的安全平穩搬運和放置任務。由于只有一個自由度，且推桿電機有自帶的內置行程開關，大大的簡化了其控制邏輯。

附圖說明

圖1是本發明的單自由度升降式機械臂機構總裝配圖

圖2是本發明所述的機械臂擺臂機構

圖3是本發明所述的機械臂滑塊調整機構

圖中標號說明：

1.前臂?2.重力傳感器?3.連桿?4.擺臂(4-1.左擺臂?4-2.右擺臂)5.肘部?6.直線電機?7.機器人框架?8.肩部?9.電機連接板?10.調節塊

具體實施方式

本發明所述的一種單自由度升降式機械臂機構，如圖1、圖2和圖3所示，包括直線電機(6)、電機連接板(9)、肩部(8)、擺臂(4)、肘部(5)、連桿(3)、前臂(1)、重力傳感器(2)和調節塊(10)。當選好適當的餐盤后，通過調整重力傳感器(2)在調節塊(10)滑槽里的位置，使得兩個前臂(1)可以自由調整以牢固的卡住餐盤邊緣并固定。待餐盤和菜肴放在餐盤里后，給予機器人相關的指令，其經過內置的定位和信號處理程序對指令進行解析，直至準確平穩的運動到相關的餐桌，然后自動調整方向和位置，使機器人正對著餐桌。此時，當檢測到餐桌上沒有其他的障礙物時，直線電機(6)動作，推動和肘部(5)下端連接的連桿(3)運動，使得擺臂機構擺臂(4)按圓弧軌跡運動，進而實現肘部(5)的上下平移運動，進而實現前臂(1)和餐盤的上下平移運動。當前臂(1)提升的高度大于餐桌的高度時，機器人前進，待餐盤下放到餐桌上時，再繼續下降5mm則前臂(1)會自動與餐盤分離，機器人后退使機械臂離開餐盤完成對餐盤的放置任務。在整個過程中，機械臂能夠平穩運動并且可實現自鎖。