CN103010764B - 一种平行杆码垛机机器人 - Google Patents

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徐伟
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Abstract

一种平行杆码垛机机器人,包括手臂、前臂、后臂、拉杆、第一平行拉杆、第二平行拉杆、三角板、前臂安装板、驱动所述前臂安装板前后运动的前臂驱动组件、后臂安装板、驱动所述后臂安装板上下运动的后臂驱动组件、旋转底盘和驱动所述旋转底盘的回转驱动组件;手臂后端分别与前臂和后臂前端铰接,前臂后端与前臂安装板铰接,后臂后端与后臂安装板铰接,拉杆分别与前臂的后端和后臂的后端铰接;手臂、前臂、后臂、拉杆组成平行四边形,使用平行连杆原理,使前臂和后臂实现无耦合运动,可以独立控制前臂或后臂的运动,实现码垛作业,具有高速、高精度、高自动化程度、高可靠性、易操作性、宽适用性的优点。

Description

一种平行杆码垛机机器人
技术领域
[0001 ] 本发明涉及机器人,尤其是由于码垛用平行杆机器人。
背景技术
[0002] 国内啤酒、饮料、日化等行业的新线已大量采用传统码垛机,也有部分小产能的生产线采用通用机器人码垛,还有大量的旧线还是采用人工码垛,其它行业如水饮料、调味品、白酒、化妆品、保健品等还有很多还停留在人工码垛上。随着社会的发展和科技的进步,各行各业都在向集团化、规模化发展,生产线的产能也在向高速大能力发展,国内新增的啤酒饮料生产线都是36000瓶/小时以上的产能,为满足高速大产能生产线的码垛需要,国外几个大的机器人设备制造商均推出针对码垛行业的机器人,比如日本的FANUC,日本的Fuji ACE,瑞士的ABB,瑞士的KUKA,这几家制造商均为专业机器人制造厂商,其生产的机器人广泛应用于汽车生产线,焊接,喷涂,电子,精密制造,物料搬运(码垛)等行业,其中日本的FujiACE制造的EC系列码垛机机器人以其灵活性和专为码垛行业量身定制的机械结构和控制系统而广泛应用于码垛行业。随着中国工业化进程的不断加速,机器人的应用将越来越普及,传统的码垛机将会被机器人码垛所取代。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种平行杆码垛机机器人,具有高速、高精度、高自动化程度、高可靠性、易操作性、宽适用性的优点,能满足高产能生产线的需求。
[0004] 为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:一种平行杆码垛机机器人,包括手臂、前臂、后臂、拉杆、第一平行拉杆、第二平行拉杆、三角板、前臂安装板、驱动所述前臂安装板前后运动的前臂驱动组件、后臂安装板、驱动所述后臂安装板上下运动的后臂驱动组件、旋转底盘和驱动所述旋转底盘的回转驱动组件;所述手臂前端与电机安装座铰接,铰接点为A,所述电机安装座上设有抓手伺服电机,所述抓手伺服电机通过夹具法兰与抓手连接;所述前臂位于后臂前方,所述手臂后端分别与所述前臂的前端和后臂的前端铰接,与前臂的铰接点为B,与后臂的铰接点为C ;所述前臂的后端与所述前臂安装座铰接,铰接点为D,所述后臂的后端与所述后臂安装座铰接,铰接点为F ;所述拉杆一端铰接在前臂安装板上,铰接点为D,拉杆另一端铰接在所述后臂的后端,铰接点为E,且所述铰接点E位于铰接点C和铰接点F之间;所述前臂安装板、前臂驱动组件、后臂安装板和后臂驱动组件固定在所述旋转底盘上;所述三角板铰接在所述前臂的前端,铰接点为B,所述第一平行拉杆一端铰接在所述前臂安装板上,另一端铰接在所述三角板上,所述第二平行拉杆的一端铰接在所述三角板上,另一端与所述电机安装座铰接;所述铰接点B、C、D、E组成平行四边形的四个顶点,所述铰接点A与铰接点B之间的长度LI为1300~1310_,所述铰接点B与铰接点C之间的长度L2为255~265mm,所述铰接点C与铰接点E之间的长度L3为1120~1130mm,所述铰接点E与铰接点F之间的长度L4为220~230mm。
[0005] 平行杆码垛机器人不同于关节机器人的一个主要特征是其平行四边形的机械结构。码垛机器人主体固定在底部旋转安装板上,通过回转驱动组件驱动旋转安装板,使机器人的主体旋转,完成手臂在圆周范围330°内的回转运动。机器人的前臂、后臂和手臂完成码垛作业,前臂是通过前臂驱动组件和前臂安装板的配合,使前臂末端在水平前后方向内移动,这个过程是将前臂驱动组件的回转运动转换为前臂下部的水平直线运动。后臂是通过后臂驱动组件与后臂安装板之间的配合,使后臂末端在垂直上下方向内移动,这个过程是将后臂驱动组件的回转运动转换为后臂下部的上下直线运动。前臂和后臂的共同移动通过由他们所构成的平行连杆机构传递到手臂后端,使手臂可以在一个平面区域内运动,完成码垛作业的抓取和松开的过程。手臂前端还有一个夹具伺服电机控制抓手的旋转运动,夹具伺服电机通过一个行星减速机,直接驱动末端夹具法兰的转动。所有动力驱动均采用伺服电机,整体可以实现主体的旋转,后臂的上下移动,前臂的前后移动和抓手的旋转运动。由于手臂、前臂、后臂和拉杆之间的铰接位置设置合理,再加上平行拉杆的作用,不论机器人运动的任何位置,都能保证手臂末端的夹具法兰保持水平。
[0006] 作为改进,所述前臂驱动组件包括固定在所述前臂安装板上的两块水平支板、设于所述水平支板之间的前臂转轴、水平滚珠丝杆和驱动所述水平滚珠丝杆的前臂伺服电机;所述前臂后端套在所述前臂转轴上,通过所述前臂转轴与前臂安装板形成铰接;所述前臂安装板底部设有固定板,所述水平滚珠丝杆与所述固定板螺纹连接,所述前臂伺服电机通过所述水平滚珠丝杆驱动前臂安装板前后运动。
[0007] 作为改进,所述前臂安装板通过水平架安装在所述旋转底盘上,所述前臂安装板底部两侧设有直线导轨滑块,所述水平架上对应所述直线导轨滑块处设有导轨,所述直线导轨滑块与所述导轨配合。直线导轨滑块与导轨的配合使前臂安装板在前后直线移动的时候更平稳。
[0008] 作为改进,所述第一平行拉杆与前臂安装板之间设有定向板,所述定向板铰接在所述前臂转轴上,所述第一平行拉杆一端铰接在所述定向板上。
[0009] 作为改进,所述后臂驱动组件包括固定在所述后臂驱动板上的两块垂直支板、设于所述垂直支板之间的后臂转轴、垂直滚珠丝杆和驱动所述垂直滚珠丝杆的后臂伺服电机;所述后臂后端套在所述后臂转轴上,通过所述后臂转轴与后臂安装板形成铰接;所述后臂安装板上设有垂直滚珠丝杆螺母,所述垂直滚珠丝杆与垂直滚珠丝杆螺母螺纹连接,所述后臂伺服电机通过所述垂直滚珠丝杆驱动后臂安装板上下运动。
[0010] 作为改进,所述后臂安装板通过垂直架安装在所述旋转底盘上,所述后臂安装板底一侧设有直线导轨滑块,所述垂直架上对应所述直线导轨滑块处设有导轨,所述直线导轨滑块与所述导轨配合。直线导轨滑块与导轨的配合使后臂安装板在上下直线移动的时候更平稳。
[0011] 作为改进,所述回转驱动组件包括底座、设于所述底座上的回转支承、与所述回转支承配合的减速机和驱动所述减速机的旋转伺服电机。
[0012] 作为改进,所述抓手伺服电机电机通过减速器与所述夹具法兰接连。
[0013] 本发明与现有技术相比所带来的有益效果是:
[0014] (I)使用平行连杆原理,使前臂和后臂实现无耦合运动,可以独立控制前臂或后臂的运动,实现码垛作业,简化控制程序算法;
[0015] (2)码垛机机器人手臂末端和回转部件分别采用行星减速机和摆线减速机,这两种减速机都具有高刚性和低回程间隙的特点,特别适用于高精度,大负荷的工况下;
[0016] (3)码垛机器人的前臂和后臂传动方式均采用滚珠丝杆的方式,有效的将转动转换为直线运动,更适应于码垛机的码垛方式。
附图说明
[0017] 图1为本发明结构示意图。
[0018] 图2为本发明内部结构示意图。
[0019] 图3为机械臂结构示意图。
[0020] 图4为本发明驱动部分结构示意图。
[0021] 图5为后臂安装板结构示意图。
[0022] 图6为前臂安装板结构示意图。
[0023] 图7为回转驱动组件结构示意图。
[0024] 图8为手臂、前臂、后臂连接关系图。
具体实施方式
[0025] 下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
[0026] 如图1所示,一种平行杆码垛机机器人,包括手臂2、前臂3、后臂4、拉杆20、第一平行拉杆19、第二平行拉杆7、三角板18、前臂安装板8、驱动所述前臂安装板8前后运动的前臂驱动组件、后臂安装板15、驱动所述后臂安装板15上下运动的后臂驱动组件、旋转底盘35和驱动所述旋转底盘35的回转驱动组件。
[0027] 如图2、3所示,所述手臂2前端与电机安装座I铰接,铰接点为A,所述电机安装座I上设有抓手伺服电机6,所述抓手伺服电机6通过减速机与夹具法兰5连接,所述夹具法兰5与抓手(未标示)连接;码垛机机器人手臂2前端和回转部件分别采用行星减速机和摆线减速机,这两种减速机都具有高刚性和低回程间隙的特点,特别适用于高精度,大负荷的工况下。所述前臂3位于后臂4前方,所述手臂2后端分别与所述前臂3的前端和后臂4的前端铰接,与前臂3的铰接点为B,与后臂4的铰接点为C。
[0028] 如图2、4、6所示,所述前臂驱动组件包括固定在所述前臂安装板8上的两块水平支板30、设于所述水平支板30之间的前臂转轴31、水平滚珠丝杆10和驱动所述水平滚珠丝杆10的前臂伺服电机9 ;所述前臂3后端套在所述前臂转轴31上,通过所述前臂转轴31与前臂安装板8形成铰接,铰接点为D ;所述前臂安装板8底部设有固定板28,所述固定板28中设有水平滚珠丝杆螺母29,所述水平滚珠丝杆10与所述水平滚珠丝杆螺母29螺纹连接,所述前臂伺服电机9通过同步带驱动所述水平滚珠丝杆10旋转,水平滚珠丝杆10驱动前臂安装板8前后直线运动;所述前臂安装板8通过水平架13安装在所述旋转底盘35上,所述前臂安装板8底部两侧设有直线导轨滑块12,所述水平架13上对应所述直线导轨滑块12处设有导轨11,所述直线导轨滑块12与所述导轨11配合,使前臂安装板8在前后直线移动的时候更平稳。
[0029] 如图2、4、5所示,所述后臂驱动组件包括固定在所述后臂驱动板上的两块垂直支板25、设于所述垂直支板25之间的后臂转轴26、垂直滚珠丝杆23和驱动所述垂直滚珠丝杆23的后臂伺服电机21 ;所述后臂4后端套在所述后臂转轴26上,通过所述后臂转轴26与后臂安装板15形成铰接,铰接点为F ;所述后臂安装板15上设有垂直滚珠丝杆螺母24,所述垂直滚珠丝杆23与垂直滚珠丝杆螺母24螺纹连接,所述后臂伺服电机21通过所述垂直滚珠丝杆23驱动后臂安装板15上下运动;所述后臂安装板15通过垂直架14安装在所述旋转底盘35上,所述后臂安装板15底一侧设有直线导轨滑块27,所述垂直架14上对应所述直线导轨滑块27处设有导轨36,所述直线导轨滑块27与所述导轨36配合,使后臂安装板15在上下直线移动的时候更平稳。
[0030] 如图8所示,所述拉杆20 —端铰接在前臂安装板8的前臂转轴31上,铰接点为D,拉杆20另一端铰接在所述后臂4的后端,铰接点为E,且所述铰接点E位于铰接点C和铰接点F之间;所述铰接点B、C、D、E组成平行四边形的四个顶点;所述铰接点A与铰接点B之间的长度LI为1300~1310mm,本实施例为1305mm ;所述铰接点B与铰接点C之间的长度L2为255~265mm,本实施例为261mm ;所述铰接点C与铰接点E之间的长度L3为1120~1130mm,本实施例为1125mm ;所述铰接点E与铰接点F之间的长度L4为220~230mm,本实施例为223mm0
[0031] 如图7所示,所述回转驱动组件包括底座32、设于所述底座32上的回转支承33、与所述回转支承33配合的减速机34和驱动所述减速机34的旋转伺服电机22,回转支承33与旋转底盘35连接;所述前臂安装板8、前臂驱动组件、后臂安装板15和后臂驱动组件组成的主体固定在所述旋转底盘35上。
[0032] 如图3所示,所述三角板18铰接在所述前臂3的前端,铰接点为B ;所述第一平行拉杆19与前臂安装板8之间设有定向板,所述定向板铰接在所述前臂转轴31上,所述第一平行拉杆19 一端铰接在所述定向板上,另一端铰接在所述三角板18上;所述第二平行拉杆7的一端铰接在所述三角板18上,另一端与连接固定连接,所述连接件与所述电机安装座I铰接。
[0033] 如图2所示,平行杆码垛机器人不同于关节机器人的一个主要特征是其平行四边形的机械结构。码垛机器人主体固定在底部旋转安装板上,通过回转驱动组件驱动旋转安装板,使机器人的主体旋转,完成手臂2在圆周范围330°内的回转运动。机器人的前臂3、后臂4和手臂2完成码垛作业,前臂3是通过前臂驱动组件和前臂安装板8的配合,使前臂3末端在水平前后方向内移动,这个过程是将前臂驱动组件的回转运动转换为前臂3下部的水平直线运动。后臂4是通过后臂驱动组件与后臂安装板15之间的配合,使后臂4末端在垂直上下方向内移动,这个过程是将后臂驱动组件的回转运动转换为后臂4下部的上下直线运动。前臂3和后臂4的共同移动通过由他们所构成的平行连杆机构传递到手臂2后端,使手臂2可以在一个平面区域内运动,完成码垛作业的抓取和松开的过程。手臂2前端还有一个夹具伺服电机控制抓手的旋转运动,夹具伺服电机通过一个行星减速机,直接驱动末端夹具法兰5的转动。所有动力驱动均采用伺服电机,整体可以实现主体的旋转,后臂4的上下移动,前臂3的前后移动和抓手的旋转运动。由于手臂2、前臂3、后臂4和拉杆20之间的铰接位置设置合理,再加上平行拉杆的作用,不论机器人运动的任何位置,都能保证手臂2末端的夹具法兰5保持水平。
[0034] 本发明伺服控制原理:设置一个固定的坐标系Χ0Υ,其随基座一起旋转,当机器人本体处于虚线所示位置时,平行四连杆机构的FO点为坐标系XOY的原点,X轴与AOCO平行;当水平电机驱动滑块正方向移动X,垂直电机驱动滑块移动I时,平行杆码垛机器人的末端执行器的运动规律为对应的X和I的一次函数,从运动学分析可以看出,该机器人的结构使得机器人省略和复杂的合成计算,末端执行执行器的运动可以直接实现无耦合的单轴运动,单独驱动各轴。通过伺服电机驱动,可以直接形成直角或角度的旋转。
[0035] 本发明中,使用平行连杆原理,使前臂3和后臂4实现无耦合运动,可以独立控制前臂3或后臂4的运动,实现码垛作业,简化控制程序算法;码垛机机器人手臂2末端和回转部件分别采用行星减速机和摆线减速机,这两种减速机都具有高刚性和低回程间隙的特点,特别适用于高精度,大负荷的工况下;码垛机器人的前臂3和后臂4传动方式均采用滚珠丝杆的方式,有效的将转动转换为直线运动,更适应于码垛机的码垛方式。

Claims (3)

1.一种平行杆码垛机机器人,包括手臂、前臂、后臂、拉杆、第一平行拉杆、第二平行拉杆、三角板、前臂安装板、驱动所述前臂安装板前后运动的前臂驱动组件、后臂安装板、驱动所述后臂安装板上下运动的后臂驱动组件、旋转底盘和驱动所述旋转底盘的回转驱动组件;所述手臂前端与电机安装座铰接,铰接点为A,所述电机安装座上设有抓手伺服电机,所述抓手伺服电机通过夹具法兰与抓手连接;所述前臂位于后臂前方,所述手臂后端分别与所述前臂的前端和后臂的前端铰接,与前臂的铰接点为B,与后臂的铰接点为C ;所述前臂的后端与所述前臂安装座铰接,铰接点为D,所述后臂的后端与所述后臂安装座铰接,铰接点为F ;所述拉杆一端铰接在前臂安装板上,铰接点为D,拉杆另一端铰接在所述后臂的后端,铰接点为E,且所述铰接点E位于铰接点C和铰接点F之间;所述前臂安装板、前臂驱动组件、后臂安装板和后臂驱动组件固定在所述旋转底盘上;所述三角板铰接在所述前臂的前端,铰接点为B,所述第一平行拉杆一端铰接在所述前臂安装板上,另一端铰接在所述三角板上,所述第二平行拉杆的一端铰接在所述三角板上,另一端与所述电机安装座铰接;所述铰接点B、C、D、E组成平行四边形的四个顶点,其特征在于:所述铰接点A与铰接点B之间的长度LI为1300~1310臟,所述铰接点B与铰接点C之间的长度L2为255~265臟,所述铰接点C与铰接点E之间的长度L3为1120~1130_,所述铰接点E与铰接点F之间的长度 L4 为 220~230_ ; 所述前臂驱动组件包括固定在所述前臂安装板上的两块水平支板、设于所述水平支板之间的前臂转轴、水平滚珠丝杆和驱动所述水平滚珠丝杆的前臂伺服电机;所述前臂后端套在所述前臂转轴上,通过所述前臂转轴与前臂安装板形成铰接;所述前臂安装板底部设有固定板,所述水平滚珠丝杆与所述固定板螺纹连接,所述前臂伺服电机通过所述水平滚珠丝杆驱动前臂安装板前后运动; 所述前臂安装板通过水平架安装在所述旋转底盘上,所述前臂安装板底部两侧设有直线导轨滑块,所述水平架上对应所述直线导轨滑块处设有导轨,所述直线导轨滑块与所述导轨配合; 所述第一平行拉杆与前臂安装板之间设有定向板,所述定向板铰接在所述前臂转轴上,所述第一平行拉杆一端铰接在所述定向板上; 所述后臂驱动组件包括固定在所述后臂驱动板上的两块垂直支板、设于所述垂直支板之间的后臂转轴、垂直滚珠丝杆和驱动所述垂直滚珠丝杆的后臂伺服电机;所述后臂后端套在所述后臂转轴上,通过所述后臂转轴与后臂安装板形成铰接;所述后臂安装板上设有垂直滚珠丝杆螺母,所述垂直滚珠丝杆与垂直滚珠丝杆螺母螺纹连接,所述后臂伺服电机通过所述垂直滚珠丝杆驱动后臂安装板上下运动; 所述后臂安装板通过垂直架安装在所述旋转底盘上,所述后臂安装板底一侧设有直线导轨滑块,所述垂直架上对应所述直线导轨滑块处设有导轨,所述直线导轨滑块与所述导轨配合。
2.根据权利要求1所述的一种平行杆码垛机机器人,其特征在于:所述回转驱动组件包括底座、设于所述底座上的回转支承、与所述回转支承配合的减速机和驱动所述减速机的旋转伺服电机。
3.根据权利要求1所述的一种平行杆码垛机机器人,其特征在于:所述抓手伺服电机电机通过减速器与所述夹具法兰接连。
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