CN102101292B - 四关节视觉机器人 - Google Patents
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Abstract
四关节视觉机器人，机座结构包括：机座、第一电机、第一行星齿轮减速器、转盘、底座、2个轴承座、第一电机带动第一行星齿轮减速器转运，进而带动转盘、底座、轴承座转动；大臂机构组件包括：第二电机、第二行星齿轮减速器、一级主动轴、2个一级主动臂、2个一级从动臂、2个中夹板、第二电机带动第二行星齿轮减速器动作，进而带动一级主动轴转动，带动平行四边形运动机构转动；小臂机构组件包括：第三电机、第三行星齿轮减速器、二级主动轴、圆弧齿同步带、从动轮、带轮轴、2个二级主动臂、2个二级从动臂、2个端夹板、第三电机带动第三行星齿轮减速器及二级主动轴旋转，借圆弧齿同步带带动从动轮旋转，进而带动小臂的平行四边行运动机构转动；手部组件；结构简单，使用方便，降低成本。
Description
技术领域：
本发明属于自动控制技术领域，涉及一种机器人，尤其与一种结构简单，使用方便，成本低的四关节视觉机器人有关。
背景技术：
机器人技术从研究到成熟应用已经过去几十年的时间了，但是高昂的造价使得机器人只在汽车制造、半导体、电力等的少数行业得到应用，所以传统意义上的机器人，造价高、使用麻烦、应用场合窄等，限制了机器人的推广和应用。传统意义上的机器人从结构上分为关节型和梁型，关节型模仿人的造型和动作，梁型基本上已摆脱与人相似的特征。组成结构包括：结构件(臂)，传动件(关节)，驱动电机，控制器，人机界面，识别单元(图像视觉，位置传感器等)。现有机器人的缺点在于：
1、昂贵，专用，限制了应用的范围。
2、结构复杂，制造成本高。
3、专用的控制器，通用性差。
发明内容：
本发明目的在于克服上述缺点，提供一种结构简单，使用方便，普及的机器人，以巧妙的结构设计和独创的控制系统架构，彻底降低建造成本，使机器人能广泛应用于更多的行业和场合。
为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
四关节视觉机器人，所述的机器人包括：
腰式机座结构1：
机座11；
第一电机12：安装在机座11上，第一电机是由控制系统控制；
第一行星齿轮减速器13：与第一电机12配合安装在机座上，其输出转轴向上伸出机座外；
转盘14：设置在机座上方，与第一行星齿轮减速器的输出转轴配合；
底座15：设置在转盘上方与其固接；
2个轴承座16：设置在底座15上方与其固接；
其中，第一电机12带动第一行星齿轮减速器13转运，进而带动转盘14、底座15、轴承座16进行360度转动；
大臂机构组件2：
第二电机21：由控制系统控制；
第二行星齿轮减速器22：与第二电机21配合由其带动动作；
一级主动轴23：设置在轴承座16上，与第二行星齿轮减速器22及第二电机21配合，由第二电机22带动旋转；
2个一级主动臂24：一端设置在轴承座16上，与一级主动轴23配合由其带动转动；
2个一级从动臂25：一端铰接设置在轴承座16上；
2个中夹板26：连接在两个一级主、从动臂24、25的另一端，与2个轴承座16、2个一级主、从动臂24、25形成平行四边形的运动机构；
其中，第二电机21带动第二行星减速器22动作，进而带动一级主动轴23转动，平行四边形运动机构绕一级主动轴23进行水平方向到垂直方向90度转动；
小臂机构组件3：
第三电机31，由控制系统控制；
第三行星齿轮减速器32：与第三电机31配合由其带动动作；
二级主动轴33：设置在轴承座16上，与行星齿轮减速器32及电机31配合，由电机31带动旋转；
圆弧齿同步带34：一端套设在二级主动轴33上，由其带动动作；
从动轮35：其套设在圆弧齿同步带另一端；
带轮轴36：其设置在中夹板26上，供从动轮35、一级从动臂25的另一端及二级主动臂37套设其上；
2个二级主动臂37：其一端套设在中夹板26上的带轮轴36上并由其带动动作；
2个二级从动臂38：其一端铰接设置在中夹板26上；
2个端夹板39：供2个二级主、从动臂37、38的另一端套设；
其中，2个二级主动臂37、2个二级从动臂38、2个中夹板26、2个端夹板39组成另一平行四边行运动机构，第三电机31带动第三行星齿轮减速器32及二级主动轴33旋转，二级主动轴33借圆弧齿同步带34带动带轮轴36及其上的从动轮35旋转，进而带动小臂的平行四边行运动机构绕带轮轴36垂直方向180度转动；
手部组件4：根据需要安装在端夹板上。
所述的电机可为伺服电机或步进电机。
所述的手部组件4包括一方板41，其设置在端夹板39下端部，其上可据不同需要安装不同的机械手。
所述的控制系统5包括：视觉处理机，视觉处理机内装设有视觉处理软件；视觉处理机连通中控系统，中控系统内装设有控制软件；视觉处理机及中控系统连接人机界面，人机界面内装设有界面软件。
采用上述技术方案，本发明巧妙的结构设计，完全颠覆现有机器人设计理念。独创的控制系统架构，通用性好，可靠，易用，便宜。软件易扩展，易维护，易升级。简化制造工艺，彻底的降低建造成本，使机器人普及成为可能。其具有如下技术优势：
1、腰式机座结构，使得整个机器人站立很稳固平稳，便于安放，移动。
2、手臂的平行四边形结构，保证手部角度不随手臂伸缩而变化。
3、驱动电机，减速传动机构全部下置，减轻手臂重量，使手臂的运动轻巧，机械惯量小，便于快速加减速，快速运动。
4、关节式结构，所有电缆通过手臂内部布置，只有在关节处有微小弯曲动作，简化了电缆布置，延长了电缆弯曲伸缩的寿命，并且布局美观。
5、关节结构的巧妙设计，使手臂的伸缩范围达到极致，水平面作业范围可达360°，手臂伸缩范围为径向600毫米，轴向600毫米。
6、视觉相机，固定布置，不随手臂运动，简化视觉系统布局。
附图说明：
以下用附图对本发明详细说明：
图1为本发明机器人的主视结构示意图；
图2为本发明机器人的俯视结构示意图；
图3为本发明控制系统的结构示意图；
图4为本发明机器人动作示意图。
具体实施方式：
以下结合附图及实施例对本发明详述：
如图1-图4所示的本发明的实施方式，四关节视觉机器人，所述的机器人包括：腰式机座结构1包括：机座11；第一电机12：安装在机座11上，第一电机是由控制系统控制；第一行星齿轮减速器13：与第一电机12配合安装在机座上，其输出转轴向上伸出机座外；转盘14：设置在机座上方，与第一行星齿轮减速器的输出转轴配合；底座15：设置在转盘上方与其固接；2个轴承座16：设置在底座15上方与其固接；其中，第一电机12带动第一行星齿轮减速器13转运，进而带动转盘14、底座15、轴承座16进行360度转动。
大臂机构组件2包括：第二电机21：由控制系统控制；第二行星齿轮减速器22：与第二电机21配合由其带动动作；一级主动轴23：设置在轴承座16上，与第二行星齿轮减速器22及第二电机21配合，由第二电机22带动旋转；2个一级主动臂24：一端铰接设置在轴承座16上，与一级主动轴23配合由其带动转动，另一端借一转轴铰接在中夹板26上；2个一级从动臂25：一端铰接设置在轴承座16上，另一端铰接在中夹板26上；2个中夹板26：连接在两个一级主、从动臂24、25的另一端，与2个轴承座16、2个一级主、从动臂24、25形成平行四边形的运动机构；其中，第二电机21带动第二行星减速器22动作，进而带动一级主动轴23转动，平行四边形运动机构绕一级主动轴23进行水平方向到垂直方向90度转动。
小臂机构组件3包括：第三电机31，由控制系统控制；第三行星齿轮减速器32：与第三电机31配合由其带动动作；二级主动轴33：设置在轴承座16上，与第三行星齿轮减速器32及第三电机31配合，由第三电机31带动旋转；圆弧齿同步带34：一端套设在二级主动轴33上，由其带动动作；从动轮35：其套设在圆弧齿同步带另一端；带轮轴36：其设置在中夹板26上，供从动轮35、一级从动臂25的另一端及二级主动臂37套设其上；2个二级主动臂37：其一端套设在中夹板26上的带轮轴上并由其带动动作；2个二级从动臂38：其一端铰接设置在中夹板上；2个端夹板39：供2个二级主、从动臂37、38的另一端套设；其中，2个二级主动臂37、2个二级从动臂38、2个中夹板26、2个端夹板39组成另一平行四边行运动机构，第三电机31带动第三行星齿轮减速器32及二级主动轴33旋转，二级主动轴33借圆弧齿同步带34带动带轮轴36及其上的从动轮35旋转，进而带动小臂的平行四边行运动机构绕带轮轴36垂直方向180度转动。
手部组件4：根据需要安装在端夹板上。
在使用中，所述的电机可为伺服电机或步进电机。所述的手部组件4包括一方板41，其设置在端夹板39下端部，其上可据不同需要安装不同的机械手。所述的控制系统5包括：视觉处理机51，视觉处理机51内装设有视觉处理软件52；视觉处理机连通中控系统53，中控系统53内装设有控制软件54；视觉处理机51及中控系统53连接人机界面55，人机界面55内装设有界面软件56。
本发明基于普及机器人的目的，所以在结构设计和控制系统架构上，进行了巧妙的构思和设计，并且结合机器视觉系统，使机器人具有视觉识别能力，手部装有距离检测传感器，用于防撞的目的，如图4所示，以搬运整理物体为例：工作过程为，视觉相机6抓取目标7的实时图像，可同时抓取相机视野内的N个目标物，提取N个目标物的坐标和角度(X，Y，Θ)，机器人按照这些值逐个找到并抓取到目标物后，按照事先设定的位置和角度，将目标物放置到目标位置8，可以完成排列、堆垛、翻转，次品剔除等。
本发明可用于完成多种工作，如：搬运整理、喷涂、刷绘、点胶、点花、自动点焊、自动焊接、自动切割等等。
本发明巧妙的结构设计，完全颠覆现有机器人设计理念。独创的控制系统架构，通用性好，可靠，易用，便宜。软件易扩展，易维护，易升级。简化制造工艺，彻底的降低建造成本，使机器人普及成为可能。其腰式机座结构，使得整个机器人站立很稳固平稳，便于安放，移动。手臂的平行四边形结构，保证手部角度不随手臂伸缩而变化。驱动电机，减速传动机构全部下置，减轻手臂重量，使手臂的运动轻巧，机械惯量小，便于快速加减速，快速运动。关节式结构，所有电缆通过手臂内部布置，只有在关节处有微小弯曲动作，简化了电缆布置，延长了电缆弯曲伸缩的寿命，并且布局美观。关节结构的巧妙设计，使手臂的伸缩范围达到极致，水平面作业范围可达360°，手臂伸缩范围为径向600毫米，轴向600毫米。视觉相机，固定布置，不随手臂运动，简化视觉系统布局。
本发明控制系统：以“基于PLC的运动控制系统”为控制系统架构的核心，通用性好，易使用，而且极为可靠。人性化示教界面。视觉系统软件单独封装为模块，便于维护。模块化软件结构，开放的用户开发接口，便于开发针对于专用应用场合的应用程序。可远程编程、监控。多台机器人可联网运行。
本发明可用于完成多种工作，如：搬运整理、喷涂、刷绘、点胶、点花、自动点焊、自动焊接、自动切割等等。
Claims (4)
1.四关节视觉机器人，其特征在于：所述的机器人包括：
腰式机座结构(1)：
机座(11)；
第一电机(12)：安装在机座(11)上，第一电机是由控制系统控制；
第一行星齿轮减速器(13)：与电机(12)配合安装在机座上，其输出转轴向上伸出机座外；
转盘(14)：设置在机座上方，与第一行星齿轮减速器的输出转轴配合；
底座(15)：设置在转盘上方与其固接；
2个轴承座(16)：设置在底座(15)上方与其固接；
其中，第一电机(12)带动第一行星齿轮减速器(13)转运，进而带动转盘(14)、底座(15)、轴承座(16)进行360度转动；
大臂机构组件(2)：
第二电机(21)：由控制系统控制；
第二行星齿轮减速器(22)：与第二电机(21)配合由其带动动作；
一级主动轴(23)：设置在轴承座(16)上，与行星齿轮减速器(22)及第二电机(21)配合，由第二电机(22)带动旋转；
2个一级主动臂(24)：一端设置在轴承座(16)上，与一级主 动轴(23)配合由其带动转动；
2个一级从动臂(25)：一端铰接设置在轴承座(16)上；
2个中夹板(26)：连接在两个一级主、从动臂(24、25)的另一端，与2个轴承座(16)、2个一级主、从动臂(24、25)形成平行四边形的运动机构；
其中，第二电机(21)带动第二行星减速器(22)动作，进而带动一级主动轴(23)转动，平行四边形运动机构绕一级主动轴(23)进行水平方向到垂直方向90度转动；
小臂机构组件(3)：
第三电机(31)，由控制系统控制；
第三行星齿轮减速器(32)：与第三电机(31)配合由其带动动作；
二级主动轴(33)：设置在轴承座(16)上，与第三行星齿轮减速器(32)及第三电机(31)配合，由第三电机(31)带动旋转；
圆弧齿同步带(34)：一端套设在二级主动轴(33)上，由其带动动作；
从动轮(35)：其套设在圆弧齿同步带另一端；
带轮轴(36)：其设置在中夹板(26)上，供从动轮(35)、一级从动臂(25)的另一端及二级主动臂(37)套设其上；
2个二级主动臂(37)：其一端套设在中夹板(26)上的带轮轴(36)上并由其带动动作；
2个二级从动臂(38)：其一端铰接设置在中夹板上；
2个端夹板(39)：供2个二级主、从动臂(37、38)的另一端套设；
其中，2个二级主动臂(37)、2个二级从动臂(38)、2个中夹板(26)、2个端夹板(39)组成另一平行四边形运动机构，第三电机(31)带动第三行星齿轮减速器(32)及二级主动轴(33)旋转，二级主动轴(33)借圆弧齿同步带(34)带动带轮轴(36)及其上的从动轮(35)旋转，进而带动小臂的平行四边形运动机构绕带轮轴(36)垂直方向180度转动；
手部组件(4)：根据需要安装在端夹板上。
2.如权利要求1所述的四关节视觉机器人，其特征在于：所述的第一电机、第二电机、第三电机为伺服电机或步进电机。
3.如权利要求1所述的四关节视觉机器人，其特征在于：所述的手部组件(4)包括一方板(41)，其设置在端夹板(39)下端部，其上可据不同需要安装不同的机械手。
4.如权利要求1、2或3所述的四关节视觉机器人，其特征在于：所述的控制系统(5)包括：视觉处理机(51)，视觉处理机(51)内装设有视觉处理软件(52)；视觉处理机连通中控系统(53)，中控系统(53)内装设有控制软件(54)；视觉处理机及中控系统连接人机界面(55)，人机界面(55)内装设有界面软件(56)。
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