CN104709713B - 一种基于平行原理的双杆双向搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于平行原理的双杆双向搬运机器人，其包括回转盘，所述回转盘的侧面设置有回转盘电机；所述回转盘的上方设置有整机升降组件，所述整机升降组件的上方固定设置有底板，所述底板的一端设置有托架组件，所述托架组件上铰接有摇摆臂和控制杆，所述摇摆臂在纵向驱转装置的驱动下绕其底部的纵向铰接点纵向摆动，所述摇摆臂在横向驱转装置的驱动下绕其底部的横向铰接点横向摆动；所述摇摆臂的上端设置有吸盘抓手，所述控制杆在主视方向和侧视方向均与所述摇摆臂形成平行四边形的铰接连杆结构。本发明搬运机器人的抓手上无需另外设置让抓手吸盘保持水平的动力机构即可始终保持水平，从而降低造价并节省动力资源。

Description

一种基于平行原理的双杆双向搬运机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体地是涉及一种基于平行原理单臂双向移动搬运机器人。

背景技术

在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流机器人发展前景及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。目前，市面上的单臂摇摆式机械手，由于其移动路线为圆弧形，抓手吸盘难以实现水平的直线移动，为了让抓手吸盘保持水平，往往需要动力机构的辅助，如此也会相应的提高制造成本。并且单臂的稳定性较低，机械手在移动过程中容易产生晃动，严重影响机械手的控制精度，难以达到人们的精度需求。

因此，本发明的发明人亟需构思一种新技术以改善其问题。

发明内容

本发明旨在提供一种既能减少驱动扭矩又能降低造价的基于平行原理单臂双向移动搬运机器人。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于平行原理的双杆双向搬运机器人，其包括回转盘，所述回转盘的轴线垂直于水平面，所述回转盘的侧面设置有用于驱动所述回转盘周向转动的回转盘电机；所述回转盘的上方设置有用于驱动所述机器人的吸盘抓手竖直上升或下降的整机升降组件，所述整机升降组件的上方固定设置有水平的底板，所述底板的一端设置有用于支撑所述吸盘抓手的托架组件，所述托架组件上铰接有摇摆臂和用于协助所述摇摆臂摆动的控制杆，所述摇摆臂在纵向驱转装置的驱动下绕其底部的纵向铰接点纵向摆动，所述摇摆臂在横向驱转装置的驱动下绕其底部的横向铰接点横向摆动；所述摇摆臂与所述控制杆均向上延伸且平行设置，所述摇摆臂的上端铰接有吸盘支杆座，所述吸盘支杆座水平设置，所述吸盘支杆座的远离所述摇摆臂的一端连接所述吸盘抓手，所述吸盘支杆座通过大杆活联接件铰接在所述摇摆臂的上端，所述吸盘支杆座在所述大杆活联接件内的转动方向与所述大杆活联接件相对所述摇摆臂的转动方向垂直，所述控制杆设置有两根，两根所述控制杆在主视方向的投影重合，在侧视方向的投影分别位于所述摇摆臂的两侧；所述控制杆在主视方向和侧视方向均与所述摇摆臂形成平行四边形的铰接连杆结构，所述吸盘支杆座的远离所述吸盘抓手的一端固定连接在两个所述控制杆上端部之间的三轴连杆上。

进一步的，两个所述控制杆的上端均铰接有小杆活联接件，所述小杆活联接件的轴心处转动设置有联轴，所述联轴向所述摇摆臂一侧延伸并与所述吸盘支杆座平行，两个所述联轴的自由端之间通过三轴连杆连接，所述吸盘支杆座、所述联轴均与所述三轴连杆固定连接。

进一步的，所述横向驱转装置包括固定在所述底板上的主电机，所述主电机的输出端连接有减速器，所述减速器上的用于动力输出的主动齿轮与套设在主轴上的从动齿轮啮合，所述主轴通过轴承可转动设置在所述底板上，所述主轴的一端与所述摇摆臂的底部铰接，所述主轴与所述摇摆臂的铰接结构适于所述主轴转动时推动所述摇摆臂横向往复摆动，并适于所述纵向驱转装置驱动所述摇摆臂在纵向往复摆动。

进一步的，所述主轴的下方固定连接有配重块，所述摇摆臂垂直于水平面时所述配重块的重心处于最低位置。

进一步的，所述主轴通过平行设置的侧墙板和前墙板支撑在所述底板上，所述侧墙板和所述前墙板的底部固定在所述底板上，用于支撑所述主轴的所述轴承分别固定在所述侧墙板和所述前墙板上，所述配重块设置在所述侧墙板和所述前墙板之间。

进一步的，所述纵向驱转装置包括设置在所述主轴上方的进出机构驱动装置，所述进出机构驱动装置的顶出端与进出机构连杆支座链接，所述进出机构连杆支座滑动设置在进出机构线性模组上，所述进出机构连杆支座铰接在进出机构连杆的一端，所述进出机构连杆的另一端铰接在所述摇摆臂上，所述进出机构连杆与所述摇摆臂的铰接点在竖直方向上高于所述进出机构连杆支座与所述进出机构连杆的铰接点。

进一步的，所述进出机构线性模组为线性导轨，所述进出机构连杆支座设置在所述线性导轨的轨道槽内。

进一步的，所述整机升降组件包括固定在地面上的升降电机，所述升降电机的输出端同轴连接有驱动丝杆，所述驱动丝杆的轴线垂直于水平面设置，所述驱动丝杆上设置有与所述驱动丝杆上的螺纹配合的换向器，所述换向器上连接有水平方向延伸的升降丝杆，所述换向器适于所述驱动丝杆驱转所述升降丝杆转动；所述升降丝杆的轴向中点两侧的螺纹旋向相反，所述升降丝杆的两个反向的螺纹上分别套设有与相应旋向的螺纹配合的驱动块，所述驱动块的上下端分别铰接有升降杆，位于所述升降丝杆上方的两个所述升降杆的上端铰接在所述底板的下表面，位于所述升降丝杆下方的两个所述升降杆的下端铰接在所述回转盘的上端面，四个所述升降杆呈“X”形布置；所述升降丝杆正向转动时，驱动两个所述驱动块相互远离，所述升降丝杆反向转动时，驱动两个所述驱动块相互靠近。

进一步的，所述控制杆的下端铰接在所述托架组件上，所述控制杆下端的铰接点与所述摇摆臂下端的铰接点位于同一水平线上。

采用上述技术方案，本发明至少包括如下有益效果：

本发明的基于平行原理的双杆双向搬运机器人的摇摆臂和控制杆之间的配合在纵向摆动和横向摆动时组成平行四边形结构，在平行四边形作用下，抓手吸盘上抓取的物品能够始终保持水平，无需另外设置让抓手吸盘保持水平的动力旋转机构，从而降低造价并节省动力资源；而通过在主轴的下方设置配重块，则可有效减少驱动扭矩并降低驱动功率，进而节省成本和能源。

附图说明

图1为本发明所述的基于平行原理的双杆双向搬运机器人的主视图；

图2为本发明所述的基于平行原理的双杆双向搬运机器人的侧视图；

图3为本发明的摇摆臂与控制杆配合处顶部的俯视图；

图4为图3的K-K向剖视图；

图5为本发明的控制杆与摇摆臂形成的平行原理示意图。

其中：1.配重块，2.主电机，3.底板，4.主动齿轮，5.减速器，6.侧墙板，7.从动齿轮，8.主轴，9.进出机构驱动装置，10-进出机构电机座，11.进出机构线性模组，12.进出机构连杆支座，13.进出机构连杆，14.摇摆臂支座，15.摇摆臂，16.大杆活联接件，17.吸盘支杆座，18.三轴连杆，19.联轴，20.小杆活联接件，21.控制杆，22.固定轴，23.进出轴，24.轴承，25.托架组件，26.前墙板，27.整机升降组件，28.回转盘，29.升降丝杆，30.回转盘电机，31.换向器，32.升降电机，33.吸盘抓手，34.驱动丝杆，35.驱动块，36.升降杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图5所示，为符合本发明的一种基于平行原理的双杆双向搬运机器人的结构示意图，图中黑色箭头表示的为相应部件的转动方向，其中其包括回转盘28，所述回转盘28的轴线垂直于水平面，所述回转盘28的侧面设置有用于驱动所述回转盘28周向转动的回转盘电机30，所述回转盘电机30可驱动所述回转盘28转动正负360度；所述回转盘28的上方设置有用于驱动所述机器人的吸盘抓手33竖直上升或下降的整机升降组件27，所述整机升降组件27的上方固定设置有水平的底板3，所述底板3的一端设置有用于支撑所述吸盘抓手33的托架组件25，所述托架组件25上铰接有摇摆臂15和用于协助所述摇摆臂15摆动的控制杆21，所述摇摆臂15通过进出轴23铰接，所述控制杆21铰接在固定轴22上，所述摇摆臂15在纵向驱转装置的驱动下绕其底部的纵向铰接点纵向摆动，所述摇摆臂15在横向驱转装置的驱动下绕其底部的横向铰接点横向摆动，所述纵向铰接点和所述横向铰接点的铰接轴轴线相交成90度；所述摇摆臂15与所述控制杆21均向上延伸且平行设置，所述摇摆臂15的上端铰接有吸盘支杆座17，所述吸盘支杆座为杆轴状结构，所述吸盘支杆座17水平设置，所述吸盘支杆座17的远离所述摇摆臂15的一端连接所述吸盘抓手33，所述吸盘支杆座17通过大杆活联接件16铰接在所述摇摆臂15的上端，所述吸盘支杆座17在所述大杆活联接件16内的转动方向与所述大杆活联接件16绕摇摆臂16转动的方向垂直，所述吸盘支杆座17在所述大杆活联接件16内的转动方向与所述大杆活联接件16相对所述摇摆臂15的转动方向垂直，所述控制杆21设置有两根，两根所述控制杆21在主视方向的投影重合(参见图1)，在侧视方向的投影分别位于所述摇摆臂15的两侧(参见图2)，并对称设置；所述控制杆21的下端固定在托架组件25上，所述控制杆21下端的铰接点与所述摇摆臂15下端的铰接点位于同一水平线上，所述控制杆21在主视方向和侧视方向均与所述摇摆臂15形成平行四边形的铰接连杆结构，所述吸盘支杆座17的远离所述吸盘抓手33的一端固定连接在两个所述控制杆21上端部之间的三轴连杆18上。本实施例的摇摆臂和控制杆之间的配合在纵向摆动(图1中的左右摆动方向为纵向)和横向摆动(图2中的左右摆动方向)时组成平行四边形结构，在平行四边形作用下，抓手吸盘上抓取的物品能够始终保持水平，无需另外设置让抓手吸盘保持水平的动力旋转机构，从而降低造价并节省动力资源。

本实施例中，两个所述控制杆21的上端均铰接有小杆活联接件20，所述小杆活联接件20的轴心处转动设置有联轴19，所述联轴19向所述摇摆臂15一侧延伸并与所述吸盘支杆座17平行，两个所述联轴19的自由端(该自由端位于摇摆臂和控制杆之间)之间通过三轴连杆18连接，所述吸盘支杆座17、所述联轴19均与所述三轴连杆18固定连接。

本实施例中，所述横向驱转装置包括固定在所述底板3上的主电机2，所述主电机2的输出端连接有减速器5，所述减速器5上的用于动力输出的主动齿轮4与套设在主轴8上的从动齿轮7啮合，所述主轴8通过大杆活联接件可转动定所述底板3上，所述主轴8的一端与所述摇摆臂15的底部铰接，所述主轴8与所述摇摆臂15的铰接结构适于所述主轴8转动时推动所述摇摆臂15横向往复摆动，并适于所述纵向驱转装置驱动所述摇摆臂15在纵向往复摆动，参见图1，所述主轴8的左端与所述摇摆臂15的铰接面为竖直方向的平面，该竖直平面一方面能够保证摇摆臂15的横向摆动(图2左右方向的摆动)，另一方面又能保证摇摆臂16的纵向摆动(图2垂直于纸面方向的摆动)。

本实施例，所述主轴8的下方固定连接有配重块1，所述摇摆臂15垂直于水平面时所述配重块1的重心处于最低位置(主轴位于0°位置)，其配重根据摇摆臂及平行系统、联轴和摇摆臂旋转机构、联轴端抓手联结机构和抓取工件重量总和匹配，配重块重量在18kg-27kg之间；一旦摇摆臂在纵向上摆动，配重块都会随主轴的转动而转动，进而使配重块的重心升高，在配重块的重力作用下，会对主轴施加一个与主轴转动方向相反的扭力，进而减少驱动扭矩以降低驱动功率，是常规六轴机器人第二轴扭矩的3/5，从而降低造价并节约能耗。

本实施例中，所述主轴8通过平行设置的侧墙板6和前墙板26支撑在所述底板3上，所述侧墙板6和前墙板26的底部固定在所述底板3上，用于支撑所述主轴8的轴承24分别固定在所述侧墙板6和前墙板26上，所述配重块1设置在所述侧墙板6和前墙板26之间，进而保证主轴8工作的稳定性。

本实施例中，所述纵向驱转装置包括设置在所述主轴8上方的进出机构驱动装置9，所述进出机构驱动装置9为伺服电机(也可以为油缸或气缸)，所述伺服电机固定在进出机构电机座10上，所述进出机构驱动装置9的顶出端与进出机构连杆支座12链接，所述进出机构连杆支座12滑动设置在进出机构线性模组11上，所述进出机构连杆支座12铰接在进出机构连杆13的一端，所述进出机构连杆13的另一端通过摇摆臂支座14铰接在所述摇摆臂15上，所述进出机构连杆13与所述摇摆臂15的铰接点在竖直方向上高于所述进出机构连杆支座12与所述进出机构连杆的铰接点，进而保证进出机构连杆13能够有效推动摇摆臂15。

本实施例中，线性模组在伺服电机的驱动下往复行程230mm，摇摆臂的纵向摆动角度为42度(参见图1左侧的虚线部分)；主轴驱动摇摆臂在纵向的摆动角度为65度(参见图2左右两侧的虚线部分)。

本实施例中，所述进出机构线性模组11为线性导轨，所述进出机构连杆支座12设置在所述线性导轨的轨道槽内。

本实施例中，所述整机升降组件包括固定在地面上的升降电机32，所述升降电机32的输出端同轴连接有驱动丝杆34，所述驱动丝杆34的轴线垂直于水平面设置，所述驱动丝杆34上设置有与所述驱动丝杆34上的螺纹配合的换向器31，所述换向器31上连接有水平方向延伸的升降丝杆29，所述换向器31适于所述驱动丝杆34驱转所述升降丝杆29转动，也即当升降电机转动时，带动驱动丝杆转轴，所述驱动丝杆转动时一方面使换向器向上或向下运动，另一方面则驱动升降丝杆29正向或反向转动；所述升降丝杆29的轴向中点两侧的螺纹旋向相反，所述升降丝杆29的两个反向的螺纹上分别套设有与相应旋向的螺纹配合的驱动块35，所述驱动块35的上下端分别铰接有升降杆36，位于所述升降丝杆29上方的两个所述升降杆36的上端铰接在所述底板3的下表面，位于所述升降丝杆29下方的两个所述升降杆36的下端铰接在所述回转盘28的上端面，四个所述升降杆呈“X”形布置；所述升降丝杆29正向转动时，驱动两个所述驱动块35相互远离，所述升降丝杆29反向转动时，驱动两个所述驱动块35相互靠近，从图1中可知，当两个所述驱动块36相互靠近时，机器人的整体高度处于下降状态，当两个驱动块36相互远离时，则机器人的整体高度处于上升状态，其升降的高度根据具体工况而定。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的任何等同变化，均应仍处于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种基于平行原理的双杆双向搬运机器人，其特征在于：包括回转盘，所述回转盘的轴线垂直于水平面，所述回转盘的侧面设置有用于驱动所述回转盘周向转动的回转盘电机；所述回转盘的上方设置有用于驱动所述机器人的吸盘抓手竖直上升或下降的整机升降组件，所述整机升降组件的上方固定设置有水平的底板，所述底板的一端设置有用于支撑所述吸盘抓手的托架组件，所述托架组件上铰接有摇摆臂和用于协助所述摇摆臂摆动的控制杆，所述摇摆臂在纵向驱转装置的驱动下绕其底部的纵向铰接点纵向摆动，所述摇摆臂在横向驱转装置的驱动下绕其底部的横向铰接点横向摆动；所述摇摆臂与所述控制杆均向上延伸且平行设置，所述摇摆臂的上端铰接有吸盘支杆座，所述吸盘支杆座水平设置，所述吸盘支杆座的远离所述摇摆臂的一端连接所述吸盘抓手，所述吸盘支杆座通过大杆活联接件铰接在所述摇摆臂的上端，所述吸盘支杆座在所述大杆活联接件内的转动方向与所述大杆活联接件相对所述摇摆臂的转动方向垂直，所述控制杆设置有两根，两根所述控制杆在主视方向的投影重合，在侧视方向的投影分别位于所述摇摆臂的两侧；所述控制杆在主视方向和侧视方向均与所述摇摆臂形成平行四边形的铰接连杆结构，所述吸盘支杆座的远离所述吸盘抓手的一端固定连接在两个所述控制杆上端部之间的三轴连杆上。

2.如权利要求1所述的基于平行原理的双杆双向搬运机器人，其特征在于：两个所述控制杆的上端均铰接有小杆活联接件，所述小杆活联接件的轴心处转动设置有联轴，所述联轴向所述摇摆臂一侧延伸并与所述吸盘支杆座平行，两个所述联轴的自由端之间通过三轴连杆连接，所述吸盘支杆座、所述联轴均与所述三轴连杆固定连接。

3.如权利要求2所述的基于平行原理的双杆双向搬运机器人，其特征在于：所述横向驱转装置包括固定在所述底板上的主电机，所述主电机的输出端连接有减速器，所述减速器上的用于动力输出的主动齿轮与套设在主轴上的从动齿轮啮合，所述主轴通过轴承可转动设置在所述底板上，所述主轴的一端与所述摇摆臂的底部铰接，所述主轴与所述摇摆臂的铰接结构适于所述主轴转动时推动所述摇摆臂横向往复摆动，并适于所述纵向驱转装置驱动所述摇摆臂在纵向往复摆动。

4.如权利要求3所述的基于平行原理的双杆双向搬运机器人，其特征在于：所述主轴的下方固定连接有配重块，所述摇摆臂垂直于水平面时所述配重块的重心处于最低位置。

5.如权利要求4所述的基于平行原理的双杆双向搬运机器人，其特征在于：所述主轴通过平行设置的侧墙板和前墙板支撑在所述底板上，所述侧墙板和所述前墙板的底部固定在所述底板上，用于支撑所述主轴的所述轴承分别固定在所述侧墙板和所述前墙板上，所述配重块设置在所述侧墙板和所述前墙板之间。

6.如权利要求5所述的基于平行原理的双杆双向搬运机器人，其特征在于：所述纵向驱转装置包括设置在所述主轴上方的进出机构驱动装置，所述进出机构驱动装置的顶出端与进出机构连杆支座链接，所述进出机构连杆支座滑动设置在进出机构线性模组上，所述进出机构连杆支座铰接在进出机构连杆的一端，所述进出机构连杆的另一端铰接在所述摇摆臂上，所述进出机构连杆与所述摇摆臂的铰接点在竖直方向上高于所述进出机构连杆支座与所述进出机构连杆的铰接点。

7.如权利要求6所述的基于平行原理的双杆双向搬运机器人，其特征在于：所述进出机构线性模组为线性导轨，所述进出机构连杆支座设置在所述线性导轨的轨道槽内。

8.如权利要求7所述的基于平行原理的双杆双向搬运机器人，其特征在于：所述整机升降组件包括固定在地面上的升降电机，所述升降电机的输出端同轴连接有驱动丝杆，所述驱动丝杆的轴线垂直于水平面设置，所述驱动丝杆上设置有与所述驱动丝杆上的螺纹配合的换向器，所述换向器上连接有水平方向延伸的升降丝杆，所述换向器适于所述驱动丝杆驱转所述升降丝杆转动；所述升降丝杆的轴向中点两侧的螺纹旋向相反，所述升降丝杆的两个反向的螺纹上分别套设有与相应旋向的螺纹配合的驱动块，所述驱动块的上下端分别铰接有升降杆，位于所述升降丝杆上方的两个所述升降杆的上端铰接在所述底板的下表面，位于所述升降丝杆下方的两个所述升降杆的下端铰接在所述回转盘的上端面，四个所述升降杆呈“X”形布置；所述升降丝杆正向转动时，驱动两个所述驱动块相互远离，所述升降丝杆反向转动时，驱动两个所述驱动块相互靠近。

9.如权利要求1所述的基于平行原理的双杆双向搬运机器人，其特征在于：所述控制杆的下端铰接在所述托架组件上，所述控制杆下端的铰接点与所述摇摆臂下端的铰接点位于同一水平线上。