CN102145815B - 空间四活动度可控码垛机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间四活动度可控码垛机器人，包括两自由度可控五杆机构支链、四杆机构支链、姿态保持支链、转角调节支链、动平台、电磁夹紧装置以及机架。机器人通过两自由度可控五杆机构和四杆机构的组合运动完成大工作空间、灵活多变轨迹输出的搬运码垛工作。在工作过程中，姿态保持支链的三组平行四边形结构能保证动平台始终保持水平状态，且所有伺服电机均安装在机架上，杆件都能做成轻杆，机器人运动惯量小，动力学性能好，能较好满足高速重载搬运码垛的要求。

Description

空间四活动度可控码垛机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，特别是一种空间四活动度可控码垛机器人。

背景技术

码垛机器人广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、搬运码垛、集装箱等的自动搬运作业当中。现有的码垛机器人主要有直角坐标型、圆柱坐标型以及关节型三种结构类型。其中关节型码垛机器人因其机构紧凑、动作灵活、占地面积小、工作空间大等优点，已逐步成为码垛机器人最主要的结构形式。但这类传统开链式串联结构的码垛机器人的驱动电机都需要安装在关节处，导致机器人手臂重量大、刚性差、惯量大、关节误差累积等问题，机构动力学性能较差，难以满足高速重载搬运码垛的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间四活动度可控码垛机器人，所有驱动电机都安装在机架上，能解决传统开链式串联码垛机器人的电机安装在其铰链处，导致的手臂笨重、刚性差、惯量大、关节误差累积等问题，机器人具有较好动力学性能，能较好满足高速重载搬运码垛的要求。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种空间四活动度可控码垛机器人，包括两自由度可控五杆机构支链、四杆机构支链、姿态保持支链、转角调节支链、动平台、电磁夹紧装置以及机架。所述机架安装在回转平台上，实现整个机器人空间五活动度的搬运码垛工作。

所述两自由度可控五杆机构支链由第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆以及机架连接而成。第一主动杆一端通过第一转动副连接到机架上，另一端通过第二转动副与第一连杆连接。第二主动杆一端连接在机架的第三转动副上，另一端通过第四转动副与第二连杆连接。所述第二连杆为折杆，中间弯折部分有第五转动副，通过第五转动副与第一连杆连接。第二连杆末端通过第六转动副与四杆机构支链的第四连杆中部连接。所述第一主动杆由第一伺服电机驱动。所述第二主动杆由第二伺服电机驱动。

所述四杆机构支链由第三主动杆、第三连杆、第四连杆以及机架组成。第三主动杆一端通过第七转动副连接到机架上，另一端通过第八转动副与第三连杆连接。所述第四连杆一端通过第九转动副与第三连杆连接，另一端通过第十转动副连接到动平台上，其中部通过第六转动副与两自由度可控五杆机构支链的第二连杆末端连接。所述第三主动杆由第三伺服电机驱动。

所述姿态保持支链由第五连杆、第一姿态保持架、第六连杆、第二姿态保持架、第七连杆连接而成。所述第五连杆一端通过第十一转动副连接到机架上，另一端通过第十二转动副与第一姿态保持架连接。所述第一姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十二转动副与第五连杆连接，通过第八转动副与四杆机构支链连接，通过第十三转动副与第六连杆连接。所述第六连杆一端通过第十三转动副与第一姿态保持架连接，另一端通过第十四转动副与第二姿态保持架连接。所述第二姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十四转动副与第六连杆连接，通过第九转动副与四杆机构支链连接，通过第十五转动副与第七连杆连接。所述第七连杆一端通过第十五转动副与第二姿态保持架连接，另一端通过第十六转动副与动平台连接。所述第七转动副、第八转动副、第十一转动副、第十二转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构。所述第八转动副、第九转动副、第十三转动副、第十四转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构。所述第九转动副、第十转动副、第十五转动副、第十六转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构。此三组平行四边形结构能保证动平台在整个工作过程中始终保持水平状态。

所述转角调节支链由第四主动杆、第八连杆组成。第四主动杆一端通过第十七转动副连接到机架上，另一端通过第一球面副与第八连杆连接。第八连杆前端通过第二球面副与电磁夹紧装置连接。所述第四主动杆由第四伺服电机驱动。

所述动平台上部通过第十转动副与四杆机构支链的第四连杆连接，通过第十六转动副与姿态保持支链的第七连杆连接。动平台下部通过轴线方向竖直的第十八转动副与电磁夹紧装置连接。

所述机架上安装有第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机以及第四伺服电机。机架安装在回转平台上，实现整个机器人空间五活动度的搬运码垛工作。

本发明的突出优点在于：

1、通过两自由度可控五杆机构和四杆机构的组合运动输出，能实现较大工作空间的搬运码垛作业，且轨迹灵活多变，机器人具有较强柔性化输出的能力；

2、采用外副驱动闭链传动的方式，机器人刚度特性佳、承载能力强、误差累积小、控制精度高；

3、所有伺服电机均安装在机架上，杆件做成轻杆，机器人运动惯量小，动力学性能好，能较好满足高速重载搬运码垛的要求。

附图说明

图1为本发明所述空间四活动度可控码垛机器人的整体结构示意图。

图2为本发明所述空间四活动度可控码垛机器人的两自由度可控五杆机构支链结构示意图。

图3为本发明所述空间四活动度可控码垛机器人的四杆机构支链结构示意图。

图4为本发明所述空间四活动度可控码垛机器人的姿态保持支链结构示意图。

图5为本发明所述空间四活动度可控码垛机器人的转角调节支链结构示意图。

图6为本发明所述空间四活动度可控码垛机器人的动平台结构示意图。

图7为本发明所述空间四活动度可控码垛机器人的电磁夹紧装置结构示意图。

图8为本发明所述空间四活动度可控码垛机器人安装在回转平台上的第一种工作状态示意图。

图9为本发明所述空间四活动度可控码垛机器人安装在回转平台上的第二种工作状态示意图。

图10为本发明所述空间四活动度可控码垛机器人安装在回转平台上的第三种工作状态示意图。

图11为本发明所述空间四活动度可控码垛机器人安装在回转平台上的第四种工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1、8、9、10和11，一种空间四活动度可控码垛机器人，包括两自由度可控五杆机构支链、四杆机构支链、姿态保持支链、转角调节支链、动平台、电磁夹紧装置以及机架。所述机架安装在回转平台上，实现整个机器人空间五活动度的搬运码垛工作。

对照图1、2，所述两自由度可控五杆机构支链由第一主动杆1、第二主动杆4、第一连杆2、第二连杆3以及机架15连接而成。第一主动杆1一端通过第一转动副19连接到机架15上，另一端通过第二转动副20与第一连杆2连接。第二主动杆4一端连接在机架15的第三转动副23上，另一端通过第四转动副22与第二连杆3连接。所述第二连杆3为折杆，中间弯折部分有第五转动副21，通过第五转动副21与第一连杆2连接，第二连杆3末端通过第六转动副27与四杆机构支链的第四连杆7中部连接。所述第一主动杆1由第一伺服电机38驱动。所述第二主动杆4由第二伺服电机39驱动。

对照图1、3，所述四杆机构支链由第三主动杆5、第三连杆6、第四连杆7以及机架15组成。第三主动杆5一端通过第七转动副24连接到机架15上，另一端通过第八转动副25与第三连杆6连接。所述第四连杆7一端通过第九转动副26与第三连杆6连接，另一端通过第十转动副28连接到动平台17上，其中部通过第六转动副27与两自由度可控五杆机构支链的第二连杆3末端连接。所述第三主动杆5由第三伺服电机40驱动。

对照图1、3和4，所述姿态保持支链由第五连杆8、第一姿态保持架11、第六连杆9、第二姿态保持架12、第七连杆10连接而成。所述第五连杆8一端通过第十一转动副29连接到机架15上，另一端通过第十二转动副30与第一姿态保持架11连接。所述第一姿态保持架11上面有三个铰孔，通过第十二转动副30与第五连杆8连接，通过第八转动副25与四杆机构支链连接，通过第十三转动副31与第六连杆9连接。所述第六连杆9一端通过第十三转动副31与第一姿态保持架11连接，另一端通过第十四转动副32与第二姿态保持架12连接。所述第二姿态保持架12上面有三个铰孔，通过第十四转动副32与第六连杆9连接，通过第九转动副26与四杆机构支链连接，通过第十五转动副33与第七连杆10连接。所述第七连杆10一端通过第十五转动副33与第二姿态保持架12连接，另一端通过第十六转动副34与动平台17连接。所述第七转动副24、第八转动副25、第十一转动副29、第十二转动副30在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构。所述第八转动副25、第九转动副26、第十三转动副31、第十四转动副32在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构。所述第九转动副26、第十转动副28、第十五转动副33、第十六转动副34在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构。此三组平行四边形结构能保证动平台17在整个工作过程中始终保持水平状态。

对照图1、5，所述转角调节支链由第四主动杆13、第八连杆14组成。第四主动杆13一端通过第十七转动副35连接到机架15上，另一端通过第一球面副36与第八连杆14连接。第八连杆14前端通过第二球面副37与电磁夹紧装置连接。所述第四主动杆13由第四伺服电机41驱动。

对照图1、3、4、5和6，所述动平台17上部通过第十转动副28与四杆机构支链的第四连杆7连接，通过第十六转动副34与姿态保持支链的第七连杆10连接。动平台17下部通过轴线方向竖直的第十八转动副42与电磁夹紧装置18连接。

对照图2、3和5，所述机架15上安装有第一伺服电机38、第二伺服电机39、第三伺服电机40以及第四伺服电机41。机架安装在回转平台16上，实现整个机器人空间五活动度的搬运码垛工作。

对照图8、9、10和11，机器人工作时，通过两自由度可控五杆机构和四杆机构的组合运动输出，能实现轨迹灵活多变、工作空间较大的搬运码垛作业。当动平台17运动到物件处时，通过转角调节支链的工作，使得电磁夹紧装置完全对准物件，此时电磁夹紧装置收缩，夹紧物件，然后通过两自由度可控五杆机构和四杆机构的组合运动，同时配合回转平台16的回转运动，实现机器人抓取、搬运、卸料的搬运码垛作业。在工作过程中，姿态保持支链的三组平行四边形结构能保证动平台17始终保持水平状态。

Claims (1)

1.空间四活动度可控码垛机器人，包括两自由度可控五杆机构支链、四杆机构支链、姿态保持支链、转角调节支链、动平台、电磁夹紧装置以及机架，其结构和连接方式为：

所述两自由度可控五杆机构支链由第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆以及机架连接而成，第一主动杆一端通过第一转动副连接到机架上，另一端通过第二转动副与第一连杆连接，第二主动杆一端连接在机架的第三转动副上，另一端通过第四转动副与第二连杆连接，所述第二连杆为折杆，中间弯折部分有第五转动副，通过第五转动副与第一连杆连接，第二连杆末端通过第六转动副与四杆机构支链的第四连杆中部连接，所述第一主动杆由第一伺服电机驱动，所述第二主动杆由第二伺服电机驱动，

所述四杆机构支链由第三主动杆、第三连杆、第四连杆以及所述机架组成，第三主动杆一端通过第七转动副连接到机架上，另一端通过第八转动副与第三连杆连接，所述第四连杆一端通过第九转动副与第三连杆连接，另一端通过第十转动副连接到动平台上，其中部通过第六转动副与两自由度可控五杆机构支链的第二连杆末端连接，所述第三主动杆由第三伺服电机驱动，

所述姿态保持支链由第五连杆、第一姿态保持架、第六连杆、第二姿态保持架、第七连杆连接而成，所述第五连杆一端通过第十一转动副连接到机架上，另一端通过第十二转动副与第一姿态保持架连接，所述第一姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十二转动副与第五连杆连接，通过第八转动副与四杆机构支链连接，通过第十三转动副与第六连杆连接，所述第六连杆一端通过第十三转动副与第一姿态保持架连接，另一端通过第十四转动副与第二姿态保持架连接，所述第二姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十四转动副与第六连杆连接，通过第九转动副与四杆机构支链连接，通过第十五转动副与第七连杆连接，所述第七连杆一端通过第十五转动副与第二姿态保持架连接，另一端通过第十六转动副与动平台连接，所述第七转动副、第八转动副、第十一转动副、第十二转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述第八转动副、第九转动副、第十三转动副、第十四转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述第九转动副、第十转动副、第十五转动副、第十六转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，

所述转角调节支链由第四主动杆、第八连杆组成，第四主动杆一端通过第十七转动副连接到机架上，另一端通过第一球面副与第八连杆连接，第八连杆前端通过第二球面副与电磁夹紧装置连接，所述第四主动杆由第四伺服电机驱动，

所述动平台上部通过第十转动副与四杆机构支链的第四连杆连接，通过第十六转动副与姿态保持支链的第七连杆连接，动平台下部通过轴线方向竖直的第十八转动副与电磁夹紧装置连接，

所述机架上安装有第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机以及第四伺服电机。

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