CN104476535A - 一种多自由度可控轮式移动码垛机器人机构 - Google Patents

Abstract

一种多自由度可控轮式移动码垛机器人机构，包括一个手臂升降机构和一个可移动平台。所述的手臂升降机构由一个平面五杆机构和一条支链构成，本发明通过一个平面五杆机构和一条支链的合成运动实现手臂升降机构的平面运动，通过可移动平台的运动实现整个机构的空间运动。利用两个串联的平行四边形结构保证末端执行器的始终平动。该机构使机器人拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，同时具有移动和操作功能，能够实现复杂的运动输出，较好地实现各种码垛动作，适用于更多的场合。

Description

一种多自由度可控轮式移动码垛机器人机构

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是一种多自由度可控轮式移动码垛机器人机构。

背景技术

移动机器人的研究始于60年代末期。斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和Charles Rosen等人，在1966年至1972年中研发出了取名Shakey的自主移动机器人。目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制。

传统的串联机器人具有结构简单、成本低、工作空间大等优点，相对而言串联机器人刚度低，不能应用于高速，大承载的场合；并联机器人和传统的串联机器人相比较，具有无累积误差、精度较高、结构紧凑、承载能力大、刚度高且末端执行器惯性小等特点，驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；但是并联机器人的明显缺点是工作空间小和结构复杂。工程上现有的带有局部闭链的操作机如MOTOMAN-K10并没有解决工业机器人存在的问题，而含有对称机构式的闭环子链的并联机器人的性能比一般的并联机构更加优越，具有工作空间大、刚度高、承载能力强、惯量小和末端执行器精度高等优点，能应用在焊接、喷涂、搬运、装卸、装配、码垛等复杂作业中，有效的的提高劳动效率，在产品质量和稳定性方面有很大提高。采用圆柱坐标型和关节坐标型的机械手能有效而快捷的对末端机构进行控制，并且这种机构结构刚度好、机械传动精度高、工作空间大、机械传动损耗小、无累积误差能输出较大的动力，具有有良好的控制功能。此含并联闭环子链的机器人采用间接驱动方式，还能有效的减小驱动关节所需要的力矩。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度可控轮式移动码垛机器人机构，解决传统串联机器人关于所需力矩大，刚度低和工作空间小的缺点。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种多自由度可控轮式移动码垛机器人机构，包括旋转机架、第一主动杆、第二主动杆、第一支撑架、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、末端执行器平动保持器、末端执行器及可移动平台。具体结构和连接方式为：

所述旋转机架通过第一转动副连接在可移动平台上，旋转机架通过第二转动副与第一主动杆一端连接，第一主动杆另一端通过第五转动副与第三连杆连接，第三连杆另一端通过第八转动副与第五连杆连接，旋转机架通过第三转动副与第一连杆连接，旋转机架通过第四转动副与第二主动杆一端连接，第二主动杆另一端通过第七转动副与第四连杆一端连接，第四连杆另一端通过第九转动副与第一连杆连接，第一连杆通过第十一转动副与第五连杆连接，旋转机架通过第六转动副与第二连杆一端连接，第二连杆的另一端通过第十转动副与第一支撑架连接，第一支撑架通过第十一转动副与第一连杆连接，第一支撑架通过第十二转动副与第六连杆一端连接，第六连杆另一端通过第十三转动副与末端执行器平动保持器连接，第五连杆通过第十四转动副与末端执行器平动保持器连接，末端执行器平动保持器通过第十五转动副与末端执行器连接。

所述第一转动副垂直于可移动平台。

所述第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副、第八转动副、第九转动副、第十转动副、第十一转动副、第十二转动副、第十三转动副与第十四转动副的旋转轴线相互平行，第十五转动副垂直于末端执行器。

本发明的突出优点在于：

1、旋转机架通过旋转副连接在可移动平台上，手臂升降机构利用两个串联的平行四边形结构，用以保证末端执行器的始终平动，末端执行器通过旋转副连接在末端执行器平动保持器上，末端执行器可根据实际需求安装不同类型。

2、结构简单，采用可控机构，驱动电机安装在机架上，避免了铰链处刚性差、惯性大的问题，克服了常规的闭环机构运动精度不高、功能单一及开链机构中的运行精度不高、运行速度慢，承载能力弱及控制复杂等缺陷，且运动输入是多自变量的函数，由多个伺服电机共同控制，通过适当的控制模块可实现复杂的运动输出，从而使运动输出更具柔性化，可以实现智能化、数控化，可以较好地实现各种码垛动作，能够满足高速、重载、精确等搬运码垛要求。

3、机器人安装在移动平台上，这种结构使机器人拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，使它优于移动机器人和传统的机器人。

附图说明

图1为本发明所述的多自由度可控轮式移动码垛机器人机构的结构示意图。

图2为本发明所述的多自由度可控轮式移动码垛机器人机构的可移动平台结构示意图。

图3为本发明所述的多自由度可控轮式移动码垛机器人机构的旋转机架结构示意图。

图4为本发明所述的多自由度可控轮式移动码垛机器人机构的末端执行器平动保持机构示意图。

图5为本发明所述的多自由度可控轮式移动码垛机器人机构的工作示意图。

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至图4，本发明所述的多自由度可控轮式移动码垛机器人机构，包括旋转机架25、第一主动杆3、第二主动杆24、第一支撑架11、第一连杆20、第二连杆9、第三连杆6、第四连杆22、第五连杆8、第六连杆13、末端执行器平动保持器15、末端执行器17及可移动平台1。具体结构和连接方式为：

所述旋转机架25通过第一转动副28连接在可移动平台1上，旋转机架25通过第二转动副2与第一主动杆3一端连接，第一主动杆3另一端通过第五转动副4与第三连杆6连接，第三连杆6另一端通过第八转动副7与第五连杆8连接，旋转机架25通过第三转动副27与第一连杆20连接，旋转机架25通过第四转动副26与第二主动杆24一端连接，第二主动杆24另一端通过第七转动副23与第四连杆22一端连接，第四连杆22另一端通过第九转动副21与第一连杆20连接，第一连杆20通过第十一转动副19与第五连杆8连接，旋转机架25通过第六转动副5与第二连杆9一端连接，第二连杆9的另一端通过第十转动副10与第一支撑架11连接，第一支撑架11通过第十一转动副19与第一连杆20连接，第一支撑架11通过第十二转动副12与第六连杆13一端连接，第六连杆13另一端通过第十三转动副14与末端执行器平动保持器15连接，第五连杆8通过第十四转动副18与末端执行器平动保持器15连接，末端执行器平动保持器15通过第十五转动副16与末端执行器17连接。

所述第一转动副28垂直于可移动平台1，第二转动副2、第三转动副27、第四转动副26、第五转动副4、第六转动副5、第七转动副23、第八转动副7、第九转动副21、第十转动副10、第十一转动副19、第十二转动副12、第十三转动副14与第十四转动副18的旋转轴线相互平行，第十五转动副16垂直于末端执行器。

工作原理及过程：

对照图1至图5，旋转机架25通过第一转动副28驱动，第一转动副28通过电机驱动，第一主动杆3通过第二转动副2驱动，第二转动副2通过电机驱动，第二主动杆24通过第四转动副26驱动，第四转动副26通过电机驱动，末端执行器通过17第十五转动副16驱动，第十五转动副16通过电机驱动，第一主动件3和第二主动件24的配合转动可以实现第五连杆8的平面运动，进而实现末端执行器17的运动，整个机构在可移动平台1上通过末端执行器17实现码垛功能。

Claims (3)

1.一种多自由度可控轮式移动码垛机器人机构，包括旋转机架、第一主动杆、第二主动杆、第一支撑架、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、末端执行器平动保持器、末端执行器及可移动平台，其特征在于，其结构和连接方式为：

所述旋转机架通过第一转动副连接在可移动平台上，旋转机架通过第二转动副与第一主动杆一端连接，第一主动杆另一端通过第五转动副与第三连杆连接，第三连杆另一端通过第八转动副与第五连杆连接，旋转机架通过第三转动副与第一连杆连接，旋转机架通过第四转动副与第二主动杆一端连接，第二主动杆另一端通过第七转动副与第四连杆一端连接，第四连杆另一端通过第九转动副与第一连杆连接，第一连杆通过第十一转动副与第五连杆连接，旋转机架通过第六转动副与第二连杆一端连接，第二连杆的另一端通过第十转动副与第一支撑架连接，第一支撑架通过第十一转动副与第一连杆连接，第一支撑架通过第十二转动副与第六连杆一端连接，第六连杆另一端通过第十三转动副与末端执行器平动保持器连接，第五连杆通过第十四转动副与末端执行器平动保持器连接，末端执行器平动保持器通过第十五转动副与末端执行器连接。

2.根据权利要求1所述的具有对称的机构式移动机械手，其特征在于，所述第一转动副垂直于可移动平台。

3.根据权利要求1所述的具有对称的机构式移动机械手，其特征在于，所述第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副、第八转动副、第九转动副、第十转动副、第十一转动副、第十二转动副、第十三转动副与第十四转动副的旋转轴线相互平行，第十五转动副垂直于末端执行器。