CN119860027A - 一种清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化控制技术领域，公开了一种清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法，包括摆动组件，包括摆动件，包括摆动框、移动块、驱动架、离心块、偏心轮以及电机，所述移动块位于所述摆动框一侧，所述驱动架设置于所述摆动框一侧，所述离心块固定于所述驱动架一端，所述偏心轮与所述离心块一侧固定，所述电机固定于所述偏心轮一端，清理组件，设置于所述摆动件一侧。本发明有益效果为：可以对机械臂的角度进行左右调整，能够左右调整角度可以让机械臂突破单一平面的限制，极大地拓展其工作范围，使机械臂能够轻松触及原本无法到达的两侧区域，从而实现对整个工作区域内淤泥的全面清理，减少清淤死角，提高清淤的覆盖率。

Description

一种清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，特别是一种清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法。

背景技术

清淤机器人是一种自动化设备，它主要用于水利、市政、港口航道等工程中，通过挖掘工具清理水底、下水道、航道等地方的淤泥，并且具备输送淤泥、在工作环境中灵活移动和定位的功能，清淤机器人上的液压泵站是为机器人的液压系统提供动力的装置，它将机械能转换为液压能，通过液压油来驱动清淤机器人的机械臂、绞刀头、履带等部件运动，从而让机器人完成挖掘、输送淤泥以及在工作场地移动等操作，液压泵站通过管道与机器人连接，为机器人提供动力，而液压泵站并不设置于机器人本体上，这样可以大大减小机器人本体的体积，机械臂是清淤机器人上类似手臂的部件，主要用于抓取、挖掘和清理淤泥等工作，通过调节角度，机械臂可以适应不同的工作环境和淤泥位置，准确地将绞刀头放置到需要清理的区域，还能灵活调整挖掘深度和方向，提升清淤效率，机械臂在角度调整方面，具备支撑结构以实现上下方向的灵活变动，然而在其设计构造中，未设置相应的调节机制来达成左右方向的位置调整功能，无法左右调节角度会使机械臂只能在一个平面内上下移动，这极大地限制了它的工作范围，机械臂可能无法触及两侧的淤泥，导致清淤不彻底，需要人工或者其他设备辅助清理两侧的淤泥，增加了清淤的工作量和时间成本。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有的清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明所要解决的问题在于机械臂因无左右方向调节机制，致使工作范围受限，无法触及两侧淤泥，造成清淤不彻底，需借助人工或其他设备，增加了清淤工作量与时间成本。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法，其包括，摆动组件，包括摆动件，包括摆动框、移动块、驱动架、离心块、偏心轮以及电机，所述移动块位于所述摆动框一侧，所述驱动架设置于所述摆动框一侧，所述离心块固定于所述驱动架一端，所述偏心轮与所述离心块一侧固定，所述电机固定于所述偏心轮一端；

清理组件，设置于所述摆动件一侧，包括清理件，包括清理辊、齿槽轮、驱动轮、活动壳、转动杆以及卡块，所述清理辊设置于所述摆动框一侧，所述齿槽轮固定于所述清理辊一侧，所述驱动轮设置于所述齿槽轮一侧，所述活动壳固定于所述驱动轮一侧，所述转动杆插接于所述活动壳一侧，所述转动杆和所述活动壳活动连接，所述卡块固定于所述转动杆一侧。

作为本发明所述清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的一种优选方案，其中：所述摆动组件还包括支撑件，设置于所述摆动框上，所述摆动框一端固定有第一支撑杆，所述移动块套设于所述第一支撑杆外侧，所述移动块和所述第一支撑杆活动连接，所述摆动框内固定有第二支撑杆，所述第二支撑杆与所述驱动架一侧固定，所述电机外侧套设有支撑块。

作为本发明所述清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的一种优选方案，其中：所述移动块顶部固定有滑块，所述滑块外侧套设有连接框，所述滑块和所述连接框活动连接，所述连接框顶部固定有定位架。

作为本发明所述清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的一种优选方案，其中：所述清理组件还包括移动件，设置于所述清理辊上，所述清理辊外侧套设有防护罩，所述齿槽轮外侧套设有定位块，所述定位块和所述齿槽轮通过转轴转动连接。

作为本发明所述清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的一种优选方案，其中：所述转动杆外侧套设有连接块，所述连接块和所述转动杆活动连接，所述连接块一侧固定有弹簧，所述弹簧固定于所述活动壳一侧。

作为本发明所述清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的一种优选方案，其中：所述转动杆一端固定有第一皮带轮，所述第一皮带轮外侧套设有皮带，所述皮带内设置有第二皮带轮，所述第二皮带轮一端固定有转轮。

作为本发明所述清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的一种优选方案，其中：所述活动壳外侧套设有移动环，所述移动环和所述活动壳通过转轴转动连接，所述移动环外侧套设有移动框，所述移动框和所述移动环铰接，所述移动框一端固定有摆杆，所述摆杆一侧固定有挤压杆，所述挤压杆一端设置有滑轮，所述滑轮和所述挤压杆通过轴承转动连接，所述摆杆底部固定有扭簧。

作为本发明所述清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的一种优选方案，其中：还包括主体组件，设置于所述摆动框上，包括清淤机器人本体和履带，所述清淤机器人本体套设于所述摆动框外侧，所述摆动框和所述清淤机器人本体通过轴承转动连接，所述履带设置于所述清淤机器人本体底部。

作为本发明所述清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的一种优选方案，其中：所述移动块一侧设置有机械臂本体，所述机械臂本体一端设置有绞刀头。

本发明有益效果为：可以对机械臂的角度进行左右调整，能够左右调整角度可以让机械臂突破单一平面的限制，极大地拓展其工作范围，使机械臂能够轻松触及原本无法到达的两侧区域，从而实现对整个工作区域内淤泥的全面清理，减少清淤死角，提高清淤的覆盖率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的整体结构图。

图2为清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的图1中A处局部放大结构图。

图3为清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的履带结构图。

图4为清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的摆动框结构图。

图5为清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的清理辊结构图。

图6为清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的扭簧结构图。

图7为清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法的驱动轮结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例1

参照图2~图7，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法，清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构及控制方法包括摆动组件200、清理组件300以及主体组件100，三者配合可以实现对整个工作区域内淤泥的全面清理，减少清淤死角，提高清淤的覆盖率。

摆动组件200，包括摆动件201，包括摆动框201a、移动块201b、驱动架201c、离心块201d、偏心轮201e以及电机201f，移动块201b位于摆动框201a一侧，驱动架201c设置于摆动框201a一侧，离心块201d固定于驱动架201c一端，偏心轮201e与离心块201d一侧固定，电机201f固定于偏心轮201e一端。

移动块201b的数量为两个，均与机械臂本体103一侧铰接，在需要对机械臂本体103的角度进行调整时，通过启动电机201f，电机201f转动可以带动偏心轮201e转动，此时通过偏心轮201e的转动则会带动离心块201d转动，通过离心块201d的转动便可以带动驱动架201c移动，驱动架201c通过移动便可以带动摆动框201a移动，通过摆动框201a的移动便可以带动移动块201b移动，移动块201b通过移动便可以带动机械臂本体103移动，通过电机201f朝着不同方向转动便可以将机械臂本体103调整到不同的角度，电机201f固定于清淤机器人本体101内壁。

清理组件300，设置于摆动件201一侧，包括清理件301，包括清理辊301a、齿槽轮301b、驱动轮301c、活动壳301d、转动杆301e以及卡块301f，清理辊301a设置于摆动框201a一侧，齿槽轮301b固定于清理辊301a一侧，驱动轮301c设置于齿槽轮301b一侧，活动壳301d固定于驱动轮301c一侧，转动杆301e插接于活动壳301d一侧，转动杆301e和活动壳301d活动连接，卡块301f固定于转动杆301e一侧。

清理件301为两组，均设置于履带102上，在对机械臂本体103调整到指定角度后，此时与之相对应的履带102便会裸露在外，此时通过清理辊301a的转动便可以对相对应的履带102进行清理，防止履带102上沾染过多杂质。

在齿槽轮301b上开设有与驱动轮301c相对应的齿槽，当摆动框201a移动时可以对活动壳301d挤压使其移动，通过活动壳301d的移动便可以带动驱动轮301c移动，使驱动轮301c与齿槽轮301b卡合，此时通过履带102的移动可以带动转动杆301e转动，转动杆301e带动卡块301f转动，通过卡块301f的转动便可以带动活动壳301d转动，活动壳301d转动带动驱动轮301c转动，驱动轮301c通过转动可以带动齿槽轮301b转动，通过齿槽轮301b的转动便可以带动清理辊301a转动，从而可以对履带102表面进行清理。

实施例2

参照图2~图7，为本发明第二个实施例，该实施例基于上一个实施例。

具体的，摆动组件200还包括支撑件202，设置于摆动框201a上，摆动框201a一端固定有第一支撑杆202a，移动块201b套设于第一支撑杆202a外侧，移动块201b和第一支撑杆202a活动连接，摆动框201a内固定有第二支撑杆202b，第二支撑杆202b与驱动架201c一侧固定，电机201f外侧套设有支撑块202c。

通过第一支撑杆202a的设置可以对移动块201b进行支撑，防止移动块201b在移动时发生偏移，驱动架201c在移动时可以带动第二支撑杆202b移动，此时通过第二支撑杆202b的移动便可以带动摆动框201a移动，支撑块202c固定于清淤机器人本体101内，支撑块202c套设于电机201f输出轴外侧，与其通过转轴转动连接，通过支撑块202c的设置可以对电机201f进行支撑，防止电机201f发生偏移。

具体的，移动块201b顶部固定有滑块202d，滑块202d外侧套设有连接框202e，滑块202d和连接框202e活动连接，连接框202e顶部固定有定位架202f。

连接框202e和定位架202f均固定于清淤机器人本体101一侧，且在清淤机器人本体101上开设有与滑块202d相对应的滑槽，摆动框201a在带动移动块201b移动时可以带动滑块202d在连接框202e上滑动，此时便可以对移动块201b进行支撑，防止移动块201b在移动时发生偏移，定位架202f用于对连接框202e进行支撑。

具体的，清理组件300还包括移动件302，设置于清理辊301a上，清理辊301a外侧套设有防护罩302a，齿槽轮301b外侧套设有定位块302b，定位块302b和齿槽轮301b通过转轴转动连接。

防护罩302a固定于清淤机器人本体101一侧，通过防护罩302a的设置可以对清理辊301a进行防护，定位块302b固定于清淤机器人本体101内壁，通过定位块302b的设置可以对齿槽轮301b进行支撑，防止齿槽轮301b发生偏移。

具体的，转动杆301e外侧套设有连接块302c，连接块302c和转动杆301e活动连接，连接块302c一侧固定有弹簧302d，弹簧302d固定于活动壳301d一侧。

连接块302c固定于清淤机器人本体101内壁，通过连接块302c的设置可以对转动杆301e进行支撑，防止转动杆301e发生偏移，在活动壳301d移动带动齿槽轮301b和驱动轮301c卡合时，活动壳301d会带动弹簧302d移动，此时可以对弹簧302d施加拉扯的力，在需要使齿槽轮301b和驱动轮301c分离时，通过弹簧302d回弹的力便可以带动驱动轮301c移动与齿槽轮301b分离。

具体的，转动杆301e一端固定有第一皮带轮302e，第一皮带轮302e外侧套设有皮带302f，皮带302f内设置有第二皮带轮302g，第二皮带轮302g一端固定有转轮302h。

在转轮302h上设置有卡块，履带102上开设有与卡块相对应的卡槽，转轮302h与履带102啮合，当履带102转动时可以带动转轮302h转动，通过转轮302h的转动可以带动第二皮带轮302g转动，第二皮带轮302g带动皮带302f转动，通过皮带302f的转动可以带动第一皮带轮302e转动，通过第一皮带轮302e的转动便可以带动转动杆301e转动，当齿槽轮301b和驱动轮301c卡合时，通过转动杆301e的转动便可以带动清理辊301a转动对履带102表面进行清理。

实施例3

参照图1~图7，为本发明第三个实施例，该实施例基于前两个实施例。

具体的，活动壳301d外侧套设有移动环302i，移动环302i和活动壳301d通过转轴转动连接，移动环302i外侧套设有移动框302j，移动框302j和移动环302i铰接，移动框302j一端固定有摆杆302k，摆杆302k一侧固定有挤压杆302l，挤压杆302l一端设置有滑轮302m，滑轮302m和挤压杆302l通过轴承转动连接，摆杆302k底部固定有扭簧302n。

当摆动框201a移动时可以对滑轮302m挤压使其移动，此时通过滑轮302m的移动可以带动挤压杆302l移动，挤压杆302l移动可以带动摆杆302k移动，摆杆302k通过转轴与清淤机器人本体101内壁转动连接，扭簧302n固定于清淤机器人本体101内壁，摆杆302k在移动时可以对扭簧302n施加扭转的力，摆杆302k移动带动移动框302j移动，通过移动框302j的移动会带动移动环302i移动，此时通过移动环302i的移动便可以带动活动壳301d移动，在摆动框201a解除对滑轮302m的挤压时，通过扭簧302n回转的力便可以带动摆杆302k回归原位，从而可以带动齿槽轮301b和驱动轮301c分离。

具体的，还包括主体组件100，设置于摆动框201a上，包括清淤机器人本体101和履带102，清淤机器人本体101套设于摆动框201a外侧，摆动框201a和清淤机器人本体101通过轴承转动连接，履带102设置于清淤机器人本体101底部。

清淤机器人本体101用于清理水底、下水道、港口等环境中的淤泥，履带102可以让清淤机器人本体101在复杂的工作环境中移动，使清淤机器人本体101能够稳定地行驶到需要清淤的位置，确保清淤工作顺利开展。

具体的，移动块201b一侧设置有机械臂本体103，机械臂本体103一端设置有绞刀头104。

机械臂本体103是清淤机器人的一个重要部件，主要起到连接和支撑的作用，它能够灵活地调整位置和姿态，将绞刀头104精准地送达清淤区域，绞刀头104则是用于清理淤泥的工具，通过旋转等动作切碎、搅动淤泥，使淤泥便于后续的清理和输送。

具体的，在使用清淤机器人本体101时，首先启动系统，传感器开始工作，实时采集机械臂本体103各关节的角度数据和其在作业中所受的力，并将这些数据传输给控制系统；

控制系统依据内置的运动学模型和算法，结合传感器反馈信息，迅速计算出机械臂本体103为达到目标清淤位置和姿态所需的各关节角度调整量；

操作人员既可以通过遥控装置根据实际清淤情况手动微调机械臂本体103角度，也可以启动预设的编程指令，让机械臂本体103按照既定的角度变换序列自动运行，从而在清淤过程中灵活、精准地控制机械臂多角度作业，高效地完成清淤任务，适应复杂多变的清淤环境和工作需求。

清淤机器人本体101在使用时，通过启动系统激活传感器，传感器负责收集机械臂本体103关节角度及受力数据并传至控制系统。

控制系统运用特定模型和算法，依据反馈数据算出关节角度调整量，以实现目标清淤位置和姿态。

操作人员有两种控制方式可选：一是用遥控装置依现场状况手动微调机械臂角度，二是启动预设编程指令，使机械臂按既定序列自动运行。如此，在清淤作业里，机械臂能多角度灵活精准作业，有效应对复杂清淤环境和需求，提升清淤效率。

在使用时，当开始清淤作业并需要调整机械臂本体103的角度时，操作人员下达指令，系统启动电机201f，电机201f开始转动，带动偏心轮201e同步转动，偏心轮201e的转动使得与之固定的离心块201d做圆周运动，离心块201d的转动产生的离心力带动驱动架201c移动，由于驱动架201c与摆动框201a内的第二支撑杆202b固定连接，所以驱动架201c的移动会带动摆动框201a随之移动，而移动块201b套设在摆动框201a一端的第一支撑杆202a上且与之活动连接，同时移动块201b顶部的滑块202d在连接框202e内滑动，连接框202e和定位架202f固定于清淤机器人本体101一侧，且清淤机器人本体101上开设有与滑块202d相对应的滑槽，在摆动框201a的带动下，移动块201b能够稳定地移动，进而带动与移动块201b一侧铰接的机械臂本体103移动，通过控制电机201f的转动方向，便可将机械臂本体103调整到所需的不同角度，以便对不同位置的淤泥进行清理作业。

当摆动框201a移动时，会对活动壳301d外侧套设的移动环302i上的滑轮302m挤压使其移动，滑轮302m的移动带动挤压杆302l移动，挤压杆302l移动带动摆杆302k移动，摆杆302k通过转轴与清淤机器人本体101内壁转动连接，且摆杆302k底部固定的扭簧302n固定于清淤机器人本体101内壁，摆杆302k在移动时对扭簧302n施加扭转的力，摆杆302k移动带动其一端固定的移动框302j移动，移动框302j的移动带动与移动环302i铰接的移动环302i移动，进而带动活动壳301d移动，使驱动轮301c与齿槽轮301b卡合，实现清理辊301a的转动清理，当摆动框201a解除对滑轮302m的挤压时，通过扭簧302n回转的力便可以带动摆杆302k回归原位，通过弹簧302d回弹的力便可以带动驱动轮301c移动与齿槽轮301b分离，停止清理辊301a的转动。

在整个清淤作业过程中，清淤机器人本体101底部的履带102能够让其在水底、下水道、港口等复杂的工作环境中稳定移动，使清淤机器人本体101能够顺利行驶到需要清淤的位置，而机械臂本体103一端设置的绞刀头104作为清理淤泥的工具，在机械臂本体103的精准定位下，通过旋转等动作切碎、搅动淤泥，使淤泥便于后续的清理和输送，各部件协同工作，共同完成清淤任务。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构，其特征在于：包括，

摆动组件（200），包括摆动件（201），包括摆动框（201a）、移动块（201b）、驱动架（201c）、离心块（201d）、偏心轮（201e）以及电机（201f），所述移动块（201b）位于所述摆动框（201a）一侧，所述驱动架（201c）设置于所述摆动框（201a）一侧，所述离心块（201d）固定于所述驱动架（201c）一端，所述偏心轮（201e）与所述离心块（201d）一侧固定，所述电机（201f）固定于所述偏心轮（201e）一端。

2.如权利要求1所述的清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构，其特征在于：清理组件（300），设置于所述摆动件（201）一侧，包括清理件（301），包括清理辊（301a）、齿槽轮（301b）、驱动轮（301c）、活动壳（301d）、转动杆（301e）以及卡块（301f），所述清理辊（301a）设置于所述摆动框（201a）一侧，所述齿槽轮（301b）固定于所述清理辊（301a）一侧，所述驱动轮（301c）设置于所述齿槽轮（301b）一侧，所述活动壳（301d）固定于所述驱动轮（301c）一侧，所述转动杆（301e）插接于所述活动壳（301d）一侧，所述转动杆（301e）和所述活动壳（301d）活动连接，所述卡块（301f）固定于所述转动杆（301e）一侧。

3.如权利要求2所述的清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构，其特征在于：所述摆动组件（200）还包括支撑件（202），设置于所述摆动框（201a）上，所述摆动框（201a）一端固定有第一支撑杆（202a），所述移动块（201b）套设于所述第一支撑杆（202a）外侧，所述移动块（201b）和所述第一支撑杆（202a）活动连接，所述摆动框（201a）内固定有第二支撑杆（202b），所述第二支撑杆（202b）与所述驱动架（201c）一侧固定，所述电机（201f）外侧套设有支撑块（202c）。

4.如权利要求3所述的清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构，其特征在于：所述移动块（201b）顶部固定有滑块（202d），所述滑块（202d）外侧套设有连接框（202e），所述滑块（202d）和所述连接框（202e）活动连接，所述连接框（202e）顶部固定有定位架（202f）。

5.如权利要求4所述的清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构，其特征在于：所述清理组件（300）还包括移动件（302），设置于所述清理辊（301a）上，所述清理辊（301a）外侧套设有防护罩（302a），所述齿槽轮（301b）外侧套设有定位块（302b），所述定位块（302b）和所述齿槽轮（301b）通过转轴转动连接。

6.如权利要求5所述的清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构，其特征在于：所述转动杆（301e）外侧套设有连接块（302c），所述连接块（302c）和所述转动杆（301e）活动连接，所述连接块（302c）一侧固定有弹簧（302d），所述弹簧（302d）固定于所述活动壳（301d）一侧。

7.如权利要求6所述的清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构，其特征在于：所述转动杆（301e）一端固定有第一皮带轮（302e），所述第一皮带轮（302e）外侧套设有皮带（302f），所述皮带（302f）内设置有第二皮带轮（302g），所述第二皮带轮（302g）一端固定有转轮（302h）。

8.如权利要求7所述的清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构，其特征在于：所述活动壳（301d）外侧套设有移动环（302i），所述移动环（302i）和所述活动壳（301d）通过转轴转动连接，所述移动环（302i）外侧套设有移动框（302j），所述移动框（302j）和所述移动环（302i）铰接，所述移动框（302j）一端固定有摆杆（302k），所述摆杆（302k）一侧固定有挤压杆（302l），所述挤压杆（302l）一端设置有滑轮（302m），所述滑轮（302m）和所述挤压杆（302l）通过轴承转动连接，所述摆杆（302k）底部固定有扭簧（302n）。

9.如权利要求6所述的清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构，其特征在于：还包括主体组件（100），设置于所述摆动框（201a）上，包括清淤机器人本体（101）和履带（102），所述清淤机器人本体（101）套设于所述摆动框（201a）外侧，所述摆动框（201a）和所述清淤机器人本体（101）通过轴承转动连接，所述履带（102）设置于所述清淤机器人本体（101）底部。

10.如权利要求8所述的清淤机器人机械臂多角度灵活控制机构，其特征在于：所述移动块（201b）一侧设置有机械臂本体（103），所述机械臂本体（103）一端设置有绞刀头（104）。