CN105127981A - 一种动支架三自由度搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动支架三自由度搬运机器人，属于工业机器人应用技术领域。该机器人机构包括机架、线性模组、动支架、手臂输送装置、末端执行机构；所述线性模组包括滚珠螺杆以及线性滑轨，所述手臂输送装置包括主动臂以及保姿态杆，所述末端执行机构包括执行末端安装板、线性模组以及吸盘安装板。本发明采用平行四边形定理限制末端执行机构的自由度，有效地解决了该机器人结构笨重和结构刚度和强度不足的问题，并且制作简单、安装调试方便，机构制造成本较低。

Description

一种动支架三自由度搬运机器人

技术领域：

本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种动支架三自由度搬运机器人。

背景技术：

轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装，特别是在物料搬运、机床上下料等这种重复、枯燥、危险性尤为突出工作中，为了减轻人类劳动强度，提高工作效率，在作业工序中往往需要在空间中安置重复性工作的作业机械人，而采用多自由度空间并联机械手则显得没必要，或制造成本太高，如传统的SCARA机器人由于其自身因素，其小臂上安装了三个电机和一个滚珠丝杠，这样就限制了其作用范围，串联式的五轴机器人制造成本太高。然而，在平动并联机器人机构中，采用动平台上的执行器通过传动轴与机架上的电机相连的方法缩小了机构的工作空间范围，限制了末端执行器加速度的提高，使得位置和姿态精度难以保证。目前国内大多数工业机器人尺寸都很大而且很笨重导致制造成本高，组装起来很麻烦，搬运时候很不方便。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种动支架三自由度搬运机器人。

本发明所提供一种动支架三自由度搬运机器人包括包括机架、第一线性模组2、第二线性模组8、动支架3、手臂输送装置、末端执行机构、第一驱动机构10、第二驱动机构11以及第三驱动机构12；所述机架包括底座4以及矩形空心立柱1；所述末端执行机构包括第二线性模组8、吸盘安装板9以及吸盘。

所述手臂输送装置包括主动臂5以及保姿态杆6，所述主动臂5的一端通过螺钉与所述第二驱动装置11上的谐波减速机连接，所述主动臂5的另一端与末端安装板7铰接，所述保姿态杆6一端与所述动支架3铰接，所述保姿态杆6的另一端与所述末端安装板7铰接。

所述第一线性模组2以及第二线性模组8包括滚珠螺杆、滑块以及线性滑轨，所述滑块设置在所述滚珠螺杆上，所述第一线性模组2和第二线型模组8分别由所述第一驱动装置10和第三驱动装置12驱动，所述第一线性模组2通过螺栓固定于所述矩形空心立柱1上，所述第二线性模组8通过螺钉固定在所述末端安装板7上，所述吸盘安装板9通过螺钉固定在所述第二线性模组8的滑块上。所述动支架3通过螺钉固定在所述第一线性模组2的滑块上，所述第二驱动装置11固定在所述动支架3上。

所述主动臂5和保姿态杆6的一端同时铰接于所述动支架3，所述主动臂5和保姿态杆6的另一端同时铰接于所述末端安装板7上，所述主动臂5、保姿态杆6、动支架3以及所述末端安装板7通过转动副连接而形成平行四边形结构。通过第二驱动机构驱动主动臂5时，能够通过平行四边形结构限制末端执行机构的自由度。

所述底座4是一个空心的矩形结构，伸出四个圆角用于将所述底座4用螺钉固定在地上，所述矩形空心立柱1通过螺栓固定在所述底座4上，形成完整的机架结构。

本发明采用了两个线性模组增加自由度，定位精度高，磨耗少能长时间维持高精度，结构简单，搭建安装过程简单轻便。简化了机械手结构，同时较好地保持了机构的惯性小，高速度高加速度，高定位精度和重复定位精度的特点。本发明将主动臂和保姿态杆通过铰接形成平行四边形结构，限制了执行末端的自由度，使得末端执行器有明确的运动规律和定位精度；而且在执行末端上还加了一个线性模组，增加了末端吸盘的平动行程。

本发明具有以下技术特点：

(1)本发明的末端执行机构由一组平行四边形连杆机构驱动，末端执行机构上加装一个线性模组来驱动吸盘安装板；另一自由度由气动驱动。

(2)本发明用线性模组来驱动竖直方向的运动。

(3)本发明的末端执行器由一组平行四边形连杆机构驱动，保姿态杆配合主动臂限制执行器的运动轨迹；保证末端执行机构有明确的运动轨迹和位置精度，并且使得本发明结构简单、惯性小。

(4)本发明末端吸盘安装板采用线性模块驱动，增加了末端的平动行程。

附图说明：

图1是本发明一种动支架三自由度搬运机器人结构示意图；

图2是本发明机构中机架的结构示意图；

图3是本发明机构中手臂输送装置的结构示意图；

图4是本发明机构中手臂输送装置的俯视结构示意图；

图5是本发明机构中末端执行机构的结构示意图；

图6是本发明剖视结构的示意图。

图中：1：矩形空心立柱；2：第一线性模组；3：动支架；4：底座；5：主动臂；6：保姿态杆；7：末端安装板；8：第二线性模组；9：吸盘安装板；10：第一驱动装置；11：第二驱动装置；12：第三驱动装置；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明所提供的一种动支架三自由度搬运机器人包括矩形空心立柱1、第一线性模组2、动支架3、底座4、主动臂5、保姿态杆6、末端安装板7、第二线性模组8、吸盘安装板9、第一驱动机构10、第二驱动机构11以及第三驱动机构12。所述空心立柱1、底座4共同构成机架；所述动支架3、主动臂5、保姿态杆6、末端安装板7共同构成手臂输送装置；所述末端执行机构包括第二线性模组8以及吸盘安装板9；其中第一驱动装置10用于驱动第一线性模组2，第二驱动装置11用于驱动手臂输送装置，第三驱动装置12用于驱动第二线性模组8；末端执行器可根据实验目的在执行末端安装板上安装伺服电机或气动驱动装置；所述主动臂5和保姿态杆6相互作用驱动着末端执行机构平动。

所述底座4通过螺钉水平固定在底面上，矩形空心立柱1通过螺栓水平安装在底座的上表面，第一线性模组2通过螺栓竖直装在矩形空心立柱1上，第一驱动装置10中的伺服电机(位于底座里面)通过电机安装法兰安装在第一线性模组2的下方，所述动支架3通过螺钉固定在第一线性模组2的滑块上，第二驱动装置11中的伺服电机固定于动支架3上，并通过键与谐波减速机配合连接，主动臂5通过螺钉与谐波减速机连接，主动臂5另一端与末端安装板7铰接；所述保姿态杆6一端与动支架3铰链连接，另一端与末端安装板7铰接。

所述末端执行机构包括第二线性模组8、吸盘安装板9以及吸盘。所述第二线性模组8通过螺钉固定在末端安装板7上，所述吸盘安装板9通过螺钉固定在第二线性模组8的滑块上。第一驱动装置10驱动第一线性模组2上滑块在竖直方向运动，从而带动整个手臂输送装置在竖直方向上运动，第二驱动装置11驱动主动臂运动，保姿态杆配合主动臂运动，从而带动末端执行机构运动，第三驱动装置12驱动第二线性模组8上的滑块运动，从而带动吸盘安装板运动。

所述主动臂5和保姿态杆6分别通过铰链安装在动支架3和末端安装板7上。所述主动臂5和保姿态杆6通过铰链安装在动支架3上的安装孔之间的距离和末端安装板7上安装孔之间的距离相等，主动臂5与保姿态杆6轴孔中心的距离相等，如图4所示，主动臂5和动支架3的安装点标记为M，保姿态杆6与动支架3的安装点标记为N，主动臂5与末端安装板7的安装点标记为P,保姿态杆6与末端安装板7的安装点标记为Q，由于安装孔距离相等，MNPQ构成一个平行四边形，其中M、N点固定，P、Q点在平面内运动。

所述第一线性模组2以及第二线性模组8包括滚珠螺杆、滑块以及线性滑轨，滚珠螺杆通过键与联轴器连接，联轴器通过键与伺服电机输出轴连接，滑块装于滚珠螺杆上，从而通过伺服电机驱动线性模组直线滑动，

如图3、图5所示，末端执行机构包括第二线性模组8和吸盘安装板9。所述第二线性模组8通过螺钉固定在末端安装板7上，所述吸盘安装板9通过螺钉固定在第二线性模组8的滑块上。吸盘安装板上安装吸盘为整个手臂末端提供一个垂直自由度，一般由气动驱动气缸完成。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施实例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种动支架三自由度搬运机器人，其特征在于该机器人包括机架、第一线性模组(2)、第二线性模组(8)、动支架(3)、手臂输送装置、末端执行机构、第一驱动机构(10)、第二驱动机构(11)以及第三驱动机构(12)；所述机架包括底座(4)及矩形空心立柱(1)；所述末端执行机构包括第二线性模组(8)、吸盘安装板(9)及吸盘；所述手臂输送装置包括主动臂(5)及保姿态杆(6)，所述主动臂(5)的一端通过螺钉与所述第二驱动装置(11)上的谐波减速机连接，所述主动臂(5)的另一端与末端安装板(7)铰接，所述保姿态杆(6)一端与所述动支架(3)铰接，所述保姿态杆(6)的另一端与所述末端安装板(7)铰接；所述第一线性模组(2)及第二线性模组(8)包括滚珠螺杆、滑块以及线性滑轨，所述滑块设置在所述滚珠螺杆上，所述第一线性模组(2)和第二线型模组(8)分别由所述第一驱动装置(10)和第三驱动装置(12)驱动，所述第一线性模组(2)通过螺栓固定在所述矩形空心立柱(1)上，所述第二线性模组(8)通过螺钉固定在所述末端安装板(7)上，所述吸盘安装板(9)通过螺钉固定在所述第二线性模组(8)的滑块上；所述动支架(3)通过螺钉固定在所述第一线性模组(2)的滑块上，所述第二驱动装置(11)固定在所述动支架(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种动支架三自由度搬运机器人，其特征在于所述主动臂(5)和保姿态杆(6)的一端同时铰接于所述动支架(3)，所述主动臂(5)和保姿态杆(6)的另一端同时铰接于所述末端安装板(7)上，所述主动臂(5)、保姿态杆(6)、动支架(3)以及所述末端安装板(7)通过转动副连接而形成平行四边形结构。

3.根据权利要求1所述的一种动支架三自由度搬运机器人，其特征在于所述底座(4)是一个空心的矩形结构，伸出四个圆角用于将所述底座(4)用螺钉固定在地上，所述矩形空心立柱(1)通过螺栓固定在所述底座(4)上，形成完整的机架结构。