申请/专利权人：武汉理工大学

申请日：2019-06-04

公开（公告）日：2020-10-16

公开（公告）号：CN110368664B

主分类号：A63D15/00(20060101)

分类号：A63D15/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.16#授权;2019.11.19#实质审查的生效;2019.10.25#公开

摘要：本发明公开了一种台球摆放机器人，包括机械抓手、舱门滑动机构、筛选机构、X‑Y轴向运球机构、落球快门机构，筛选机构由电机带动齿轮转动，继而带动上方转盘转动，使转盘以恒定速率转动；转盘上设置多个凹槽，使台球能够依次进入凹槽，实现多颗台球的分离。本装置独立于台球桌，装置的故障与否不会对球桌的使用产生干扰；本装置三种不同的适应性机械爪能够分别应用于抓取桌面和落球轨道上的台球，并能适应其不同的位置；主轴与机械臂的连接方式与齿轮机构能实现机械臂的整体协调运动与单独运动，可根据台球的位置自行调节工作模式；顶端头部作为搭载传感器的平台，通过主轴的旋转运动，达到全方面检测的目的。

主权项：1.一种台球摆放机器人，其特征在于，包括机械抓手、机器人底部的转向机构、舱门滑动机构、筛选机构、运球平台、落球转开合机构，机器人支架上设置对接装置，通过对接装置的锁紧和松开实现不同机械抓手的换取，运球平台安装于机器人支架中间，舱门滑动机构安装于机器人支架后方；机器人底部的转向机构中包括小腿步进电机、小腿花键、轮毂电机、车轮、小腿液压杆，小腿步进电机工作带动小腿花键从而带动车轮转向，实现整个装置的原地转向，轮毂电机通电工作带动车轮旋转实现装置整体移动；小腿液压推杆伸长或缩短驱动车轮角度变化；落球转开合机构通过直线滑轨安装于筛选机构的导杆上，筛选机构由电机带动齿轮转动，继而带动上方的转开合机构的转盘转动，使转盘能够以恒定的速率转动；转开合机构由主体机架、转盘和叶片组成，叶片呈中心对称分布，当驱动转盘时，转盘通过凸轮副使叶片发生动作；筛选机构由台球分离机构和台球分类整理机构组成，台球分离机构安装于机器人支架侧后方，机械抓手拾取台球后，舱门滑动机构打开，转盘上设置多个凹槽，使台球能够依次进入凹槽，实现多颗台球的分离；台球分离机构包括分离模块电机、齿轮一、齿轮二、齿轮三、齿轮四、托盘、旋转卡槽，分离模块电机带动齿轮一、齿轮二，再通过齿轮三、齿轮四将运动传递到托盘下方齿轮，齿轮带动旋转卡槽匀速旋转。

全文数据：台球摆放机器人技术领域本发明属于台球摆放技术领域，尤其涉及一种台球摆放机器人。背景技术伴随着台球运动的发展，服务于台球竞赛的业务也随之增加，这就要求大量专业人员以及服务人员参与到台球运动的相关企业之中，台球服务企业自动化技术的先进与否，很大程度上影响着台球服务的工作效率、服务质量。据台球玩法分类显示，目前台球的形式多种多样，主要存在以下五种类别：中式八球、俄式落袋台球、英式落袋台球、美式落袋台球和斯诺克台球。针对这五种不同的玩法规则，传统的人工服务越来越显现出其短板，不仅工作量巨大，而且工作重复烦躁对于人工摆放不具有良好的操作性，摆放准确率低，消费者需长时间等待运动体验差，效率低下。现有技术中中国专利申请号CN201621185210.3，公开了一种台球号码识别及摆放装置；包括台球滑道,台球滑道上依次设置有第一活动挡板和第二活动挡板,第一活动挡板和第二活动挡板在伸开时阻挡台球在所述台球滑道上滑动,且所述第一活动挡板和第二活动挡板之间的距离不小于台球的直径；台球号码识别装置还包括颜色感应单元和判断单元；颜色感应单元用于感应位于第一活动挡板和第二活动挡板之间的台球的多个位置处的颜色；判断单元用于根据所述颜色感应单元所感应出的所述台球的多个位置处的颜色,判断所述台球的号码。该发明不具有自动将台球摆放到桌面的功能。发明内容本发明所要解决的技术问题是，提供一种台球摆放机器人，是一种更智能化、能实现更精确地抓球、摆球动作的台球机器人，机器人能够实现的功能有移动、识别、抓取、筛选、摆放。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种台球摆放机器人，包括机械抓手、机器人底部的转向机构、舱门滑动机构、筛选机构、运球平台、落球快门机构，筛选机构由电机带动齿轮转动，继而带动上方转盘转动，使转盘能够以恒定的速率转动；机械抓手拾取台球后，舱门滑动机构打开，转盘上设置多个凹槽，使台球能够依次进入凹槽，实现多颗台球的分离。按上述技术方案，运球平台经过X-Y轴向运球机构将台球排列摆放到具有储球功能的三角形摆放盘中，通过电机带动皮带轮转动、工作平台上齿槽与皮带带齿相啮合传递动力，带动运球平台沿固定轨道实现X和Y轴方向的移动，覆盖整个三角摆放盘的区域。按上述技术方案，台球从工作台的下落采用快门机构，转开合机构由主体机架、转盘和叶片组成，叶片呈中心对称分布，驱动转盘时，转盘通过凸轮副使叶片发生动作，在机架凸轮与驱动转盘凸轮共同作用下，叶片形成开合动作。按上述技术方案，叶片开合径比为0.5，叶片设计为下凹形状。按上述技术方案，机械抓手包括桌面单个球抓手和落球轨道多个球抓手，通过在不同机械抓手采用同样的对接装置切换不同机械抓手，通过对接装置的锁紧和松开实现不同机械抓手的换取。按上述技术方案，对接装置通过液压杆推动锁扣扣紧到机器人手腕关节处，桌面单个球抓手包括抓球球瓣、连杆和直线电机。本发明产生的有益效果是：本装置是独立于台球桌的一套装置，装置的故障与否不会对球桌的使用产生干扰；本装置具有三种不同的适应性机械爪，能够分别应用于抓取桌面和落球轨道上的台球，并能适应其不同的位置；主轴与机械臂的连接方式与齿轮机构能实现机械臂的整体协调运动与单独运动，可根据台球的位置自行调节工作模式；顶端头部作为搭载传感器的平台，通过主轴的旋转运动，达到全方面检测的目的。附图说明下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：图1是本发明实施例台球摆放机器人的整体外观图；图2是本发明实施例台球摆放机器人内部整体结构示意图；图3是本发明实施例中机械臂结构示意图；图4是本发明实施例中机械爪结构示意图；图5是本发明实施例中吸盘抓手结构示意图；图6是本发明实施例中台球分离机构结构示意图；图7是本发明实施例中台球分类整理机构示意图；图8是本发明实施例中台球送出机构结构示意图；图9是本发明实施例装置小腿部分示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例中，如图1所示，本实施例台球摆放机器人的整体外观图中，包括支架1、侧面外壳2、腹部外壳3、正面外壳4、正面舱门外壳5。如图2所示，该台球摆放机器人包括：手臂部分Ⅰ，机械爪部分Ⅱ，腿部部分Ⅲ，桥系部分Ⅳ，筛选整理部分Ⅴ。利用机器人作为快速移动的工作平台，其上集成一系列传感器并搭载视觉检测装置，通过电脑远端无线控制机器人，系统识别台球桌面以及球袋中的台球，识别台球的序号，轮换到不同机械爪实行精确抓取，识别后控制机器人将抓取到的台球放入机器人内部，通过X-Y轴向运球机构等多个模块进行台球的规则整理，然后由导轨送出整理好的台球，由三角机械手吸取并精确摆放于台球桌面上。该机器人还可以搭载视频采集系统，通过视频的采集及传输，通过软件系统分析所传回视频中台球信息，提高了效率，减小失误。手臂部分包括肩部关节电机6，肩部7，大臂8，肘部关节电机9，小臂大外壳10，小臂小外壳11。机械爪部分包括机械爪直线电机12，推杆13，限位块14，连杆15，连杆16，抓球球瓣17，对接抓手18，对接限位块19，电动推杆20。其中，机械爪直线电机12工作，带动推杆13直线运动从而带动连杆15的运动，在限位块14的作用下，连杆16受到约束在连杆15的推动下按照唯一的方向运动，牵动抓球球瓣17完成抓取球的动作；电动推杆20工作时推动对接抓手18收拢，从而完成对接过程，实现机械手的安装。吸盘抓手部分包括真空泵21，分接口22，弹簧23，橡胶吸盘24，软管25，其中真空泵21工作吸气，通过分解口22将吸气口数目扩大，例如扩大至15，气流通过软管25传到橡胶吸盘24吸气，从而将台球吸起，完成功能。台球分离机构包括分离模块电机26，齿轮一27，齿轮二28，齿轮三29，齿轮四30，托盘31，旋转卡槽32，分离模块电机26工作，带动锥齿轮27、28，再通过齿轮29、30将运动传递托盘31下方齿轮，齿轮带动旋转槽32匀速旋转，将滚动进来的台球按个分离开，为之后台球的筛选做准备。台球分类整理机构包括整理模块电机一36，同步带一34，同步带轮一33，导杆一35，同步带二37，Y向支座38，整理模块电机二39，同步带二40，X向运球支座41，同步带轮三42，同步带轮四43，同步带三44，同步带轮五45，导杆三46。其中整理模块电机一36带动同步带轮从而带动同步带一34，继而带动同步带二37转动，带动Y向支座38实现Y向运球；整理模块电机二39工作，带动皮带轮转动，从而带动X向运球支座实现X向运球。台球送出机构包括同步带轮一47，锥齿轮48，阶梯轴一49，轴承座一50，轴承座二51，送出模块步进电机52，滚珠导轨53，同步带54，阶梯轴二55，同步带轮二56。其中送出模块步进电机52工作，带动锥齿轮转动，继而带动同步带54运动，将盛放台球的托盘送出，完成送出运动。小腿部分包括小腿支架一57，小腿减震器58，小腿步进电机59，小腿花键60，小腿支架二61，轮毂电机62，车轮63，小腿液压杆64。小腿步进电机59工作带动小腿花键60从而带动车轮63转向，实现整个装置的原地转向。轮毂电机62通电工作带动车轮63旋转实现装置整体移动；小腿液压推杆64伸长或缩短从而实现车轮63一定角度的变化以适应不同角度的地形。首先移动功能采用轮毂电机驱动的四轮多维度转向机构：车轮腿部转向机构依靠花键连接的轮轴，用安装于腿内部的电机驱动旋转，实现机器人的原地转动。液压杆两端分别连接车轮轴端和腿中部，实现车轮的上下转动，起到良好的减震效果并适应不同地形情况。为实现机器人抓取、收集、摆放功能之间切换流畅，设计了两种机械抓手，分别为桌面单个球抓手和落球轨道多个球抓手，切换不同机械手主要通过在不同机械手采用同样的对接装置，通过对接装置的锁紧和松开实现不同机械抓手的换取。对接装置通过液压杆推动锁扣扣紧到机器人手腕关节处。单个球抓手由抓球球瓣、连杆和直线电机等组成。抓取运动主要由肩部肘部电机、旋转轴传动机构、多自由度机械臂运动机构和机械爪抓取机构配合工作完成。机械臂通过肩部电机旋转轴实现机械手的变形和独立运动，配合两种不同功能机械手的抓取能力，实现台球的识别-抓取-转移-放置这一系列动作。当需要抓取时，电机转动，推杆直线运动，带动连杆上的球瓣收拢，实现抓球动作。多个球抓手由电机、轴承、不完全齿轮、支撑架等组成，电机转动带动不完全齿轮在支撑架的固定轨道中运动，不完全齿轮之间有一定的距离，不会造成球与球之间的碰撞。整理台球流程主要由舱门滑动机构、筛选机构、X-Y轴向运球机构、落球快门机构依次配合工作完成。实现台球的落轨-分离-识别-移动-放置这一系列动作。液压杆提供动力，液压杆顶端连接滑块，底部固定于骨架上，液压杆伸缩带动滑块沿固定的轨道运动，从而带动与滑块连接在一起的舱门沿球面运动实现背部舱门的开合。机械抓手拾取台球后舱门打开，台球沿着具有微小倾斜角度的导轨进入筛选机构，筛选机构由电机带动齿轮转动，继而带动上方转盘转动，使转盘能够以较小恒定的速率转动；转盘设计为四个凹槽，使台球能够依次进入凹槽，实现多颗台球的分离。运球平台经过X-Y向运球机构将台球排列摆放到具有储球功能的三角形摆放盘中，实现台球的自动摆放。通过电机带动皮带轮转动、工作平台上齿槽与皮带带齿相啮合来传递动力从而带动运球平台沿固定轨道实现X和Y轴方向的移动，覆盖整个三角摆放盘的区域。台球从工作台的下落采用快门机构，转开合机构中心快门机由主体机架、转盘和6个叶片组成，6个叶片呈中心对称分布，当驱动转盘时，转盘通过凸轮副使叶片发生动作，在机架凸轮与驱动转盘凸轮共同作用下，6片叶片形成开合动作，可以有效节约空间，紧凑结构布局，开合径比为0.5。此外叶片设计为下凹形状，能够较好地稳定住台球，避免工作台移动过程中台球发生掉落。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

权利要求：1.一种台球摆放机器人，其特征在于，包括机械抓手、机器人底部的转向机构、舱门滑动机构、筛选机构、运球平台、落球快门机构，筛选机构由电机带动齿轮转动，继而带动上方转盘转动，使转盘能够以恒定的速率转动；机械抓手拾取台球后，舱门滑动机构打开，转盘上设置多个凹槽，使台球能够依次进入凹槽，实现多颗台球的分离。2.根据权利要求1所述的台球摆放机器人，其特征在于，运球平台经过X-Y轴向运球机构将台球排列摆放到具有储球功能的三角形摆放盘中，通过电机带动皮带轮转动、工作平台上齿槽与皮带带齿相啮合传递动力，带动运球平台沿固定轨道实现X和Y轴方向的移动，覆盖整个三角摆放盘的区域。3.根据权利要求1或2所述的台球摆放机器人，其特征在于，台球从工作台的下落采用快门机构，转开合机构由主体机架、转盘和叶片组成，叶片呈中心对称分布，驱动转盘时，转盘通过凸轮副使叶片发生动作，在机架凸轮与驱动转盘凸轮共同作用下，叶片形成开合动作。4.根据权利要求3所述的台球摆放机器人，其特征在于，叶片开合径比为0.5，叶片设计为下凹形状。5.根据权利要求1或2所述的台球摆放机器人，其特征在于，机械抓手包括桌面单个球抓手和落球轨道多个球抓手，通过在不同机械抓手采用同样的对接装置切换不同机械抓手，通过对接装置的锁紧和松开实现不同机械抓手的换取。6.根据权利要求5所述的台球摆放机器人，其特征在于，对接装置通过液压杆推动锁扣扣紧到机器人手腕关节处，桌面单个球抓手包括抓球球瓣、连杆和直线电机。

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