CN104555472A - 一种简易机械臂码垛机 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种简易机械臂码垛机，包括机架、机械臂、机械抓手、水平驱动机构和垂直驱动结构，其中：所述机械臂包括主臂、前臂、后臂和前后臂连杆，前臂与后臂平行，并与前后臂连杆以及主臂的后端部形成平行四边形；所述机械抓手安装在主臂的前端处；所述水平驱动机构和垂直驱动机构均安装在机架上，并带动机械臂的移动和动作。本发明采用两轴控制，在实现机械臂自动化码垛的同时，降低了生产精度要求和成本，并显著降低了设备故障率，节约了人力，提高了码垛效率，适于广泛推广使用。

Description

一种简易机械臂码垛机

技术领域

本发明涉及一种货物码垛技术领域，特别是涉及一种简易机械臂码垛机。

背景技术

目前袋装货物的码垛分为两种形式：人工码垛和机械码垛。人工码垛费时费力，属于笨重的体力劳动，特别在天气稍热时，工人们的体力严重透支，已逐步在退出码垛市场，因此机械码垛的普及将是码垛行业的必然趋势，发达国家已几乎没有人工码垛，全部为机械码垛所替代。

随着我国经济的快速发展以及人们生活水平的提高，近年来我国也逐步出现了劳动力短缺的现象，特别是粗、笨活劳动力更是短缺，原来那种单靠人力码垛的情况也逐步被机械码垛所取代。

在机械码垛领域，目前国内、外采取的都是高层码垛和4轴机器人码垛。高层码垛存在设备结构较为复杂，故障率高，占地面积大，码垛方式变换不灵活等缺点。4轴机器人码垛，由于机器人的关键部件RV精密减速机目前在国内还没有生产，或者国内产品达不到严格的精度要求，因而大部分企业不得不采用进口部件或整机进口的方式。因此造成4轴机器人价格奇高，一套设备在80万元左右，即使采用国产机械臂，由于其关键部件几乎全部来自于进口，所以成本也很高，一套这样的设备价格也在50万元左右。并且，由于中国最近几年对机器人需求的爆发式增长，造成RV精密 减速机的进口交货期由原来的一个月延长至4个半月或更长的时间，严重影响设备的交货期和产品的售后服务。

由此可见，上述现有的码垛机在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种既适于在国内生产加工，又能满足机械码垛需求的新的简易机械臂码垛机，已成为当前业界的重要研究课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种简易机械臂码垛机，使其既适于在国内生产加工，又能满足机械码垛需求，从而克服现有的码垛机的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种简易机械臂码垛机，包括机架、机械臂、机械抓手、水平驱动机构和垂直驱动结构，其中：所述机械臂包括主臂、前臂、后臂和前后臂连杆，前臂与后臂平行，并与前后臂连杆以及主臂的后端部形成平行四边形；所述机械抓手安装在主臂的前端处；所述水平驱动机构和垂直驱动机构均安装在机架上，并带动机械臂的移动和动作。

作为本发明的一种改进，所述的机械臂还包括第一辅助连杆、第二辅助连杆和三角支架：所述的三角支架的三个角分别与所述主臂的后端部以及第一辅助连杆、第二辅助连杆的一端可转动连接；所述第一辅助连杆的另一端与所述机械抓手的头部可转动连接；所述第二辅助连杆的另一端与所述前后臂连杆的中部或所述机架可转动连接。

所述的水平驱动机构包括水平伺服电机、水平传动机构、水平导轨和水平滑块，所述水平导轨固定在所述机架上，所述的水平滑块与所述前臂的底端可转动连接，并在水平伺服电机和水平传动机构带动下沿所述水平导轨运动。

所述的水平传动机构包括沿所述水平导轨设置的水平丝杠、带动所述水平丝杠转动的水平大同步带轮、与水平伺服电机输出端相连的水平小同步带轮、以及连接水平大同步带轮和水平小同步带轮并使其同步转动的水平同步带。

所述的垂直驱动机构包括垂直伺服电机、垂直传动机构、垂直导轨和垂直滑块，所述垂直导轨固定在所述机架上，所述的垂直滑块与所述后臂的底端可转动连接，并在垂直伺服电机和垂直传动机构带动下沿所述垂直导轨运动。

所述的垂直传动机构包括沿所述垂直导轨设置的垂直丝杠、带动所述垂直丝杠转动的垂直大同步带轮、与垂直伺服电机输出端相连的垂直小同步带轮、以及连接垂直大同步带轮和垂直小同步带轮并使其同步转动的垂直同步带。

还包括放置在所述机械抓手下方的待抓取输送机以及托盘平台。

所述的托盘平台为可旋转平台，包括码垛托盘固定板、回转支撑轴承以及通过回转支撑轴承可转动的安装在码垛托盘固定板上的码垛托盘。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1、精简掉了严重增加机器人成本并制约我国机器人制造实践的旋转关节使用的RV精密减速机，以常用的轨道滑块和滚珠丝杠来实现机械臂的轴向运动；

2、由4轴精简为2轴，实现了机械臂的自动化码垛的同时，显著降低了成本；

3、由于减少了部件，故障率也大为减少，整机功率相比4轴机器人码垛机降低了三分之一；

4、不仅实现了码垛的无人化和全自动，节约了人力，大大提高了码垛效率，且码垛规范整齐，更易于后期装车，更加省电，节能环保，适于广 泛推广使用。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明一种简易机械臂码垛机的结构示意图。

图2是本发明一种简易机械臂码垛机的驱动机构结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种简易机械臂码垛机主要包括机架1、机械臂2、机械抓手3、水平驱动机构4和垂直驱动结构5。

其中，机械臂包括主臂21、前臂22、后臂23和前后臂连杆24，前臂22与后臂23平行，并与前后臂连杆24以及主臂21的后端部形成平行四边形。机械抓手3安装在主臂21的前端处，水平驱动机构4和垂直驱动机构5均安装在机架1上，并带动机械臂的移动和动作。通过前后臂连杆24的作用，前臂22、后臂23任何一方的运动，都会带动另一方的相应运动，根据平行吊的原理，从而实现带动主臂21前端的机械抓手3的前后、上下移动。

进一步来说，本发明的机械臂还包括第一辅助连杆25、第二辅助连杆26和三角支架27，三角支架27的三个角分别与所述主臂21的后端部以及第一辅助连杆25、第二辅助连杆26的一端可转动连接，第一辅助连杆25的另一端与所述机械抓手3的头部可转动连接，第二辅助连杆26的另一端与所述前后臂连杆24的中部或所述机架1可转动连接。

本发明利用平行吊的原理，机械臂怎么移动，机械抓手始终处于水平 的位置。

请配合参阅图2所示，本发明的水平驱动机构4可包括水平伺服电机41、水平传动机构、水平导轨42和水平滑块43，水平导轨42固定在机架1上，水平滑块43与前臂22的底端可转动连接，并在水平伺服电机41和水平传动机构带动下沿水平导轨42运动。

更进一步来说，水平传动机构包括沿所述水平导轨42设置的水平丝杠44、带动水平丝杠44转动的水平大同步带轮45、与水平伺服电机41的输出端相连的水平小同步带轮46、以及连接水平大同步带轮45和水平小同步带轮46并使其同步转动的水平同步带47。水平丝杠44通过水平大、小同步带轮45、46以及水平同步带47与水平伺服电机41相连，水平伺服电机41带动水平丝杠44转动，从而带动前臂22的底端前后移动，并通过前后臂连杆24的作用带动后臂23做相应的运动，进而带动与前、后臂相连的主臂21做前后的运动，主臂21带动与之相连的机械抓手3前后运动，从而实现机械抓手3抓取的物料在水平相位的运动。

垂直驱动机构5也可包括垂直伺服电机51、垂直传动机构、垂直导轨52和垂直滑块53，垂直导轨52固定在机架1上，垂直滑块53与后臂23的底端可转动连接，并在垂直伺服电机51和垂直传动机构带动下沿垂直导轨52运动。

更进一步来说，垂直传动机构包括沿垂直导轨52设置的垂直丝杠54、带动垂直丝杠54转动的垂直大同步带轮55、与垂直伺服电机51的输出端相连的垂直小同步带轮56、以及连接垂直大同步带轮55和垂直小同步带轮56并使其同步转动的垂直同步带57。垂直丝杠54通过垂直大、小同步带轮55、56以及垂直同步带57与垂直伺服电机51相连，垂直伺服电机51带动垂直丝杠54转动，从而带动后臂23的底端上下移动，并通过前后臂连杆24的作用带动前臂22做相应的运动，进而带动与前、后臂相连的主臂21做上下的运动，主臂21带动与之相连的机械抓手3上下运动，从而 实现机械抓手3抓取的物料在垂直相位的运动。

本发明可通过程序控制水平和垂直伺服电机的运转，根据平行吊的原理，前臂22底端的前后移动，将带动主臂21的前端前后运动，后臂23底端的上下运动，最终将带动主臂21的前端上下运动，从而带动与主臂21前端相连的机械抓手3的前后上下运动，实现抓取的物料在水平、前后相位的运动，并实现物料的码放。

与本发明的机械臂和机械抓手配合的，本发明还包括放置在机械抓手3下方的待抓取输送机6以及托盘平台，待抓取物料通过待抓取输送机6放置在机架1的前面靠近机架1的位置，机械抓手3抓取物料后再向前，在托盘平台上进行码垛。

托盘平台优选为可旋转平台，包括码垛托盘固定板71、回转支撑轴承72以及通过回转支撑轴承72可转动的安装在码垛托盘固定板71上的码垛托盘73。通过调整机械抓手3一次抓取物料的数量可实现不同跺形的码包方式：当不需要交叉码放时，机械抓手3一次性抓取多包物料，并直接把抓取的物料逐层码放放在前面的托盘上即可；当需要交叉码垛时，通过平台的旋转，即可实现交叉码放。

本发明的简易机械臂码垛机，利用两轴运动控制，水平伺服电机通过控制水平丝杠的转动控制机械臂的水平前后运动，垂直伺服电机通过控制垂直丝杠的转动控制机械臂的垂直上下运动，机械抓手只在上下、前后两个轴向进行运动，其运动轨迹是一个面，而非立体，该运动轨迹的面与待抓取的物料成垂直关系。可实现每小时800包的码垛速度，完全取代目前的人工码垛。按目前人工码垛能力，在借助输送机械的情况下，每人每班8小时平均最大码垛600包计算(码垛工人由于其劳动强度大，不能像机器一样实现8小时不停歇运转，其必须是休息与劳动相结合的间歇式劳动)，能代替4个码跺工人(简易机械臂码垛机可实现连续的24小时不停歇运转)。在目前人工人短缺，劳动力成本日益增高的情况下，其经济效 益和社会效益是巨大的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种简易机械臂码垛机，其特征在于包括机架、机械臂、机械抓手、水平驱动机构和垂直驱动结构，其中：

所述机械臂包括主臂、前臂、后臂和前后臂连杆，前臂与后臂平行，并与前后臂连杆以及主臂的后端部形成平行四边形；

所述机械抓手安装在主臂的前端处；

所述水平驱动机构和垂直驱动机构均安装在机架上，并带动机械臂的移动和动作。

2.根据权利要求1所述的一种简易机械臂码垛机，其特征在于所述的机械臂还包括第一辅助连杆、第二辅助连杆和三角支架：

所述的三角支架的三个角分别与所述主臂的后端部以及第一辅助连杆、第二辅助连杆的一端可转动连接；

所述第一辅助连杆的另一端与所述机械抓手的头部可转动连接；

所述第二辅助连杆的另一端与所述前后臂连杆的中部或所述机架可转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种简易机械臂码垛机，其特征在于所述的水平驱动机构包括水平伺服电机、水平传动机构、水平导轨和水平滑块，所述水平导轨固定在所述机架上，所述的水平滑块与所述前臂的底端可转动连接，并在水平伺服电机和水平传动机构带动下沿所述水平导轨运动。

4.根据权利要求3所述的一种简易机械臂码垛机，其特征在于所述的水平传动机构包括沿所述水平导轨设置的水平丝杠、带动所述水平丝杠转动的水平大同步带轮、与水平伺服电机输出端相连的水平小同步带轮、以及连接水平大同步带轮和水平小同步带轮并使其同步转动的水平同步带。

5.根据权利要求1所述的一种简易机械臂码垛机，其特征在于所述的垂直驱动机构包括垂直伺服电机、垂直传动机构、垂直导轨和垂直滑块，所述垂直导轨固定在所述机架上，所述的垂直滑块与所述后臂的底端可转动连接，并在垂直伺服电机和垂直传动机构带动下沿所述垂直导轨运动。

6.根据权利要求5所述的一种简易机械臂码垛机，其特征在于所述的垂直传动机构包括沿所述垂直导轨设置的垂直丝杠、带动所述垂直丝杠转动的垂直大同步带轮、与垂直伺服电机输出端相连的垂直小同步带轮、以及连接垂直大同步带轮和垂直小同步带轮并使其同步转动的垂直同步带。

7.根据权利要求1所述的一种简易机械臂码垛机，其特征在于还包括放置在所述机械抓手下方的待抓取输送机以及托盘平台。

8.根据权利要求7所述的一种简易机械臂码垛机，其特征在于所述的托盘平台为可旋转平台，包括码垛托盘固定板、回转支撑轴承以及通过回转支撑轴承可转动的安装在码垛托盘固定板上的码垛托盘。