CN104552232A - 一种多自由度可控机构式移动码垛机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多自由度可控机构式移动码垛机器人，包括移动平台、旋转机架、手臂升降机构、末端执行器平动保持机构、法兰盘。所述旋转机架通过旋转副连接在移动平台上；所述手臂升降机构包括大臂、小臂、第一主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆，第二主动杆、第四连杆，各杆件通过铰链相连接；所述末端执行器平动保持机构包括大臂、第一辅助连杆、三角辅助架、旋转机架组成的平行四边形机构和由小臂、第二辅助连杆、三角辅助架、末端执行器平动保持器组成的平行四边形机构。本发明承载能力强，工作空间大，操作灵活，通过伺服电机驱动控制，可以实现智能化，数控化，而且该码垛机器人结构紧凑，刚度大，使该码垛机器人可靠性以及动态稳定性更好。

Description

一种多自由度可控机构式移动码垛机器人

【技术领域】

本发明涉及工业机器人领域，尤指一种多自由度可控机构式移动码垛机器人。

【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为其结构紧凑、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的主要结构形式。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、关节误差累计等问题，机构动力学性能较差，难以满足高速搬运码垛的要求。

随着电机技术的发展和控制技术的提高，可控机械式机构为工程机械提供了广阔的发展空间，由电机驱动的多自由度可控机构不仅具有工作空间大、动作灵活、可靠性高，同时还具有制造成本低，维护保养简单等优点。

【发明内容】

针对背景技术所述面临的种种问题，本发明的目的在于提供一种多自由度可控机构式移动码垛机器人，所有驱动电机都安装在机架上，能解决传统开链式串联机器人的电机安装在铰链处，导致手臂笨重、刚性差、惯量大、关节误差累计等问题，机器人具有较好的动力学性能，能较好的满足高速重载搬运码垛的要求。

为达到上述目的，本发明一种多自由度可控机构式移动码垛机器人所采用的技术方案是：一种多自由度可控机构式移动码垛机器人，包括移动平台、旋转机架、手臂升降机构、末端执行器平动保持机构、法兰盘；所述旋转机架通过第一旋转副连接在移动平台上，由第一伺服电机控制，通过编程实现竖直方向的转动；所述手臂升降机构由大臂、小臂、第一主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第二主动杆、第四连杆组成；大臂一端通过第一转动副与旋转机架连接，另一端通过第二转动副与小臂中端连接；第一主动杆一端通过第三转动副与旋转机架连接，另一端通过第四转动副与第一连杆一端连接，第二连杆一端通过第五转动副与第三连杆一端连接，第二连杆另一端通过第一转动副与旋转机架连接；第三连杆另一端通 过第六转动副与小臂头端连接；第二主动杆一端通过第七转动副与旋转机架连接，另一端通过第八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大臂连接；第一主动杆由第二伺服电机控制，第二主动杆由第三伺服电机控制；所述末端执行器平动保持机构包括大臂、第一辅助连杆、三角辅助架、旋转机架组成的平行四边形机构和由小臂、第二辅助连杆、三角辅助架、末端执行器平动保持器组成的平行四边形机构；第一辅助连杆一端通过第十转动副与旋转机架连接，另一端通过第十一转动副与三角辅助架的第一端连接，三角辅助架的第二端通过第二转动副与大臂和小臂连接，三角辅助架的第三端通过第十二转动副与第二辅助连杆一端连接，第二辅助连杆另一端通过第十三转动副与末端执行器平动保持器一端连接，末端执行器平动保持器另一端通过第十四转动副与小臂尾端连接；所述法兰盘通过第二旋转副安装在末端执行器平动保持器上，根据实际需要安装不同的末端执行器，由第四伺服电机控制，通过编程实现竖直方向的转动。

进一步地，第一主动杆及第二主动杆均由安装在旋转机架上的伺服电动机驱动。

本发明具有以下有益效果：

1.通过移动平台、旋转机架、手臂升降机构、末端执行器平动保持机构组合运动输出能实现空间的搬运垛作业，且轨迹灵活多变，机器人具有较强柔性化输出的能力。

2.此码垛机器人选用伺服电机驱动，不仅环保，而且易于实现远程控制，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，能较好的满足高速搬运码垛的要求。

4.采用两个平等四边形机构串联组成末端执行器平动保持机构，使末端执行器始终保持平动，工作平稳，同时也增加了其刚度，提高了其承载能力。

为便于贵审查委员能对本发明的目的、形状、构造、特征及其功效皆能有进一步的认识与了解，并结合实施例作详细说明。

【附图说明】

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明手臂升降机构示意图；

图3为本发明末端执行器平动保持机构示意图；

图4为本发明第一种工作状态示意图；

图5为本发明第二种工作状态示意图；

图6为本发明第三种工作状态示意图；

图7为本发明第四种工作状态示意图。

具体实施方式的附图标号说明：

移动平台1	旋转机架3	大臂24
			小臂23	第一主动杆4	第二主动杆29
第一连杆6	第二连杆8	第三连杆9
			第四连杆26	第一旋转副2	第二旋转副21
第一转动副27	第二转动副15	第三转动副31
			第四转动副5	第五转动副7	第六转动副12
第七转动副30	第八转动副28	第九转动副25
			第十转动副10	第十一转动副13	第十二转动副16
第十三转动副18	第十四转动副20	第一辅助连杆11
			第二辅助连杆17	三角辅助架14	末端执行器平动保持器19

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明一种多自由度可控机构式移动码垛机器人作进一步说明。

请参阅图1，为本发明一种多自由度可控机构式移动码垛机器人，包括移动平台1、旋转机架3、手臂升降机构、末端执行器平动保持机构、法兰盘。

请参阅图1，所述旋转机架3通过第一旋转副2连接在移动平台1上，由第一伺服电机控制，通过编程实现竖直方向的转动。

请参阅图1和图2，所述手臂升降机构由大臂24、小臂23、第一主动杆4、第一连杆6、第二连杆8、第三连杆9、第二主动杆29、第四连杆26组成；大臂24一端通过第一转动副27与旋转机架3连接，另一端通过第二转动副15与小臂23中端连接；第一主动杆4一端通过第三转动副31与旋转机架3连接，另一端通过第四转动副5与第一连杆6一端连接，第二连杆8一端通过第五转动副7与第三连杆9一端连接，第二连杆8另一端通过第一转动副27 与旋转机架3连接；第三连杆9另一端通过第六转动副12与小臂23头端连接；第二主动杆29一端通过第七转动副30与旋转机架3连接，另一端通过第八转动副28与第四连杆26一端连接，第四连杆26另一端通过第九转动副25与大臂24连接；第一主动杆4由第二伺服电机控制，第二主动杆29由第三伺服电机控制。

请参阅图1和图3，所述末端执行器平动保持机构包括大臂24、第一辅助连杆11、三角辅助架14、旋转机架3组成的平行四边形机构和由小臂23、第二辅助连杆17、三角辅助架14、末端执行器平动保持器19组成的平行四边形机构；第一辅助连杆11一端通过第十转动副10与旋转机架3连接，另一端通过第十一转动副13与三角辅助架14的第一端连接，三角辅助架14的第二端通过第二转动副15与大臂24和小臂23连接，三角辅助架14的第三端通过第十二转动副16与第二辅助连杆17一端连接，第二辅助连杆17另一端通过第十三转动副18与末端执行器平动保持器19一端连接，末端执行器平动保持器19另一端通过第十四转动副20与小臂23尾端连接。 

请参阅图1，所述法兰盘通过第二旋转副21安装在末端执行器平动保持器19上，根据实际需要安装不同的末端执行器，由第四伺服电机控制，通过编程实现竖直方向的转动。

请参阅图4，为本发明机器人实现正前方搬运的工作状态示意图。

请参阅图5，为本发明机器人实现正前方远处搬运的工作状态示意图。

请参阅图6，为本发明机器人实现正前方高处搬运的工作状态示意图。

请参阅图7，为本发明机器人实现正前方近处搬运的工作状态示意图。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过移动平台、旋转机架、手臂升降机构、末端执行器平动保持机构组合运动输出能实现空间的搬运垛作业，且轨迹灵活多变，机器人具有较强柔性化输出的能力。

2.码垛机器人选用伺服电机驱动，不仅环保，而且易于实现远程控制，降低工人劳动.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，能较好的满足高速搬运码垛的要求。

4.采用两个平等四边形机构串联组成末端执行器平动保持机构，使末端执行器始终保持平动，工作平稳，同时也增加了其刚度，提高了其承载能力。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (2)

1.一种多自由度可控机构式移动码垛机器人，其特征在于：包括移动平台、旋转机架、手臂升降机构、末端执行器平动保持机构、法兰盘；

所述旋转机架通过第一旋转副连接在移动平台上，由第一伺服电机控制，通过编程实现竖直方向的转动；

所述手臂升降机构由大臂、小臂、第一主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第二主动杆、第四连杆组成；大臂一端通过第一转动副与旋转机架连接，另一端通过第二转动副与小臂中端连接；第一主动杆一端通过第三转动副与旋转机架连接，另一端通过第四转动副与第一连杆一端连接，第二连杆一端通过第五转动副与第三连杆一端连接，第二连杆另一端通过第一转动副与旋转机架连接；第三连杆另一端通过第六转动副与小臂头端连接；第二主动杆一端通过第七转动副与旋转机架连接，另一端通过第八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大臂连接；第一主动杆由第二伺服电机控制，第二主动杆由第三伺服电机控制；

所述末端执行器平动保持机构包括大臂、第一辅助连杆、三角辅助架、旋转机架组成的平行四边形机构和由小臂、第二辅助连杆、三角辅助架、末端执行器平动保持器组成的平行四边形机构；第一辅助连杆一端通过第十转动副与旋转机架连接，另一端通过第十一转动副与三角辅助架的第一端连接，三角辅助架的第二端通过第二转动副与大臂和小臂连接，三角辅助架的第三端通过第十二转动副与第二辅助连杆一端连接，第二辅助连杆另一端通过第十三转动副与末端执行器平动保持器一端连接，末端执行器平动保持器另一端通过第十四转动副与小臂尾端连接；

所述法兰盘通过第二旋转副安装在末端执行器平动保持器上，根据实际需要安装不同的末端执行器，由第四伺服电机控制，通过编程实现竖直方向的转动。

2.如权利要求1所述的一种多自由度可控机构式移动码垛机器人，其特征在于：第一主动杆及第二主动杆均由安装在旋转机架上的伺服电动机驱动。