CN104493816B - 一种变胞并联码垛机器人机构 - Google Patents

Abstract

一种变胞并联码垛机器人机构，该机器人机构的第一主动杆一端与机架连接另一端与第四连杆一端连接，第四连杆另一端连接在第七连杆上；第二主动杆一端与机架连接另一端与第五连杆一端连接，第五连杆另一端连接在第四连杆上；第一连杆一端与机架连接另一端与第二连杆一端连接另一端同时与第一主动杆、第四连杆和第三连杆连接；第三连杆一端同时与第一主动杆、第四连杆和第二连杆连接，第三连杆另一端与第六连杆一端连接，第六连杆另一端与第七连杆一端连接，所述第七连杆另一端通过与末端执行器连接；弹簧一端连接在第二连杆上，弹簧另一端连接在第三连杆上。本发明具有比传统开链式串联码垛机器人刚度高、承载能力强、误差累积小等优点。

Description

一种变胞并联码垛机器人机构

技术领域

本发明涉及码垛机器人领域，特别是一种变胞并联码垛机器人机构。

背景技术

码垛机器人是一种对纸箱、袋装、罐装、瓶装等各种形状成品进行包装、搬运及整齐有序摆放的工业机器人，在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，传统的码垛机器人一般采用开链式串联机构。开链式串联机器人具有结构简单、动作灵活、占地面积小、工作空间大等优点，广泛应用于石油、化工、食品加工、饮料、物流等领域，但同样存在刚度低，不能应用于高速、大承载场合的不足。开链式串联结构机器人因其自身结构的限制，驱动电机都需要安装在铰接处，会导致手臂重量大、刚性差、惯量大、关节误差累积、机构动力学性能较差等问题，难以满足高速高精度定位码垛的要求。

传统的码垛机器人机构是基于固定数目的构件和运动副，有固定的自由度。产品包装的种类越来越复杂、生产环境非结构化和客户需求不确定性等多种因素对码垛机器人的多功能、多自由度提出了更高的要求。变胞机构可按不同的需求，在运动中改变构态，从而提供可变自由度或可变构件数机构，使变胞机构适应不同的任务要求，应用于不同的场合。变胞机构的变胞方式多种多样，实质是设置、调整或限制运动副运动的方式。力变胞是在待消失运动副的运动方向预先施加一定量的阻止运动的力，如弹簧等，在工作阻力小于该阻止作用力时，则该运动副不产生相对运动，使得被连接的两构件没有相对运动而被固结形成一个构件作用；当在工作过程中产生的力大于预先设置的阻止力而使变胞构件产生运动时，该机构具有另一种特性，实现变胞机构的功能，具有多功能阶段变化特征、多拓扑结构变化特征和多自由度变化特征。这在欠驱动多自由度机构中得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变胞并联码垛机器人机构，利用力变胞的方式实现机构的变胞功能，而且解决传统开链式串联结构码垛机器人承载能力小及电机安装在铰接处，导致手臂重量大、刚性差、惯量大、关节误差累积、机构动力学性能较差，难以满足高速高精度定位码垛作业要求等问题。

本发明通过以下技术方案来达到上述目的：

一种变胞并联码垛机器人机构，包括机架、回转平台、第一主动杆、第四连杆、第七连杆、第二主动杆、第五连杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第六连杆、第七连杆、末端执行器以及弹簧；

所述机架安装在回转平台上；

所述第一主动杆一端通过第一转动副与机架连接，第一主动杆另一端通过复合铰链与第四连杆一端连接，第四连杆另一端通过第十转动副连接在第七连杆上；

所述第二主动杆一端通过第二转动副与机架连接，第二主动杆另一端通过第四转动副与第五连杆一端连接，第五连杆另一端通过第八转动副连接在第四连杆上；

所述第一连杆一端通过第三转动副与机架连接，第一连杆另一端通过第六转动副与第二连杆一端连接，第二连杆另一端通过复合铰链同时与第一主动杆、第四连杆和第三连杆连接；

所述第三连杆一端通过复合铰链同时与第一主动杆、第四连杆和第二连杆连接，第三连杆另一端通过第七转动副与第六连杆一端连接，第六连杆另一端通过第九转动副与第七连杆一端连接，所述第七连杆另一端通过第十一转动副与末端执行器连接；

所述弹簧一端连接在第二连杆上，弹簧另一端连接在第三连杆上。

本发明突出优点在于：

1，采用力变胞的方式实现机构的变胞功能，实现变胞功能机构不仅具有变胞前机构运动特征，而且可以使末端执行器在空间运动姿态更灵活，适应于不同任务、不同场合和不同的工作对象，具有多功能阶段、多拓扑结构和多自由度变化特征。

2，采用并联码垛机器人，具有比传统开链式串联码垛机器人刚度高、承载能力强、误差累积小等优点，尤其适合应用于高速、大承载场合，而且易于实现远程控制，有效降低工人劳动强度。

3，所有伺服电机均安装在机架上，机器人运动惯量小，动力学性能好，更好满足高速高精度码垛工作的需求。

附图说明

图1为本发明所述变胞并联码垛机器人机构的结构示意图。

具体实施方式

以下通过附图对本发明的技术方案作进一步说明。

一种变胞并联码垛机器人机构，包括机架2、回转平台1、第一主动杆12、第四连杆20、第七连杆21、第二主动杆17、第五连杆19、第一连杆4、第二连杆10、第三连杆14、第六连杆8、第七连杆21、末端执行器24以及弹簧6；

所述机架2安装在回转平台1上；

所述第一主动杆12一端通过第一转动副11与机架2连接，第一主动杆12另一端通过复合铰链13与第四连杆20一端连接，第四连杆20另一端通过第十转动副22连接在第七连杆21上；

所述第二主动杆17一端通过第二转动副16与机架2连接，第二主动杆17另一端通过第四转动副18与第五连杆19一端连接，第五连杆19另一端通过第八转动副15连接在第四连杆20上；

所述第一连杆4一端通过第三转动副3与机架2连接，第一连杆4另一端通过第六转动副5与第二连杆10一端连接，第二连杆10另一端通过复合铰链13同时与第一主动杆12、第四连杆20和第三连杆14连接；

所述第三连杆14一端通过复合铰链13同时与第一主动杆12、第四连杆20和第二连杆10连接，第三连杆14另一端通过第七转动副7与第六连杆8一端连接，第六连杆8另一端通过第九转动副9与第七连杆21一端连接，所述第七连杆21另一端通过第十一转动副23与末端执行器24连接；

所述弹簧6一端连接在第二连杆10上，弹簧6另一端连接在第三连杆14上。

工作过程与原理：

弹簧6靠弹簧力约束第二连杆10和第三连杆14保持一定角度，在工作过程中第一主动杆12、第二主动杆17转动所产生的作用力小于弹簧作用在第二连杆10和第三连杆14之间限动约束阻力时，所述第二连杆10和第三连杆14保持一定角度不变，所述第二连杆10和第三连杆14没有相对运动而被固结形成一个构件；当第一主动杆12、第二主动杆17继续转动工作过程中产生的作用力大于弹簧限动约束阻力时，所述第二连杆10和第三连杆14之间保持的角度就要发生变化，所述第二连杆10和第三连杆14就会产生相对运动，此变胞并联码垛机器人机构实现力变胞功能。

所述第一主动杆12由第一伺服电机31驱动，第二主动杆17由第二伺服电机32驱动，所述第一伺服电机31和第二伺服电机32都安装在机架2上；所述机架2安装在回转平台1上，实现整个机器人机构在工作空间内灵活多变的工作要求。

所述第一转动副11、第三转动副3、第六转动副5、复合铰链13在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述复合铰链13、第七转动副7、第九转动副9、第十转动副22在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，码垛机器人机构通过两组平行四边形结构能保证末端执行器24的空间工作姿态。

Claims (1)

1.一种变胞并联码垛机器人机构，包括机架、回转平台、第一主动杆、第四连杆、第七连杆、第二主动杆、第五连杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第六连杆、第七连杆、末端执行器以及弹簧；其特征在于，

所述机架安装在回转平台上；

所述第一主动杆一端通过第一转动副与机架连接，第一主动杆另一端通过复合铰链与第四连杆一端连接，第四连杆另一端通过第十转动副连接在第七连杆上；

所述第二主动杆一端通过第二转动副与机架连接，第二主动杆另一端通过第四转动副与第五连杆一端连接，第五连杆另一端通过第八转动副连接在第四连杆上；

所述第一连杆一端通过第三转动副与机架连接，第一连杆另一端通过第六转动副与第二连杆一端连接，第二连杆另一端通过复合铰链同时与第一主动杆、第四连杆和第三连杆连接；

所述第三连杆一端通过复合铰链同时与第一主动杆、第四连杆和第二连杆连接，第三连杆另一端通过第七转动副与第六连杆一端连接，第六连杆另一端通过第九转动副与第七连杆一端连接，所述第七连杆另一端通过第十一转动副与末端执行器连接；

所述弹簧一端连接在第二连杆上，弹簧另一端连接在第三连杆上。