CN105583819B - 一种具备抓取功能的码垛机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备抓取功能的码垛机器人，它包括底座，底座由四个均布的螺栓孔进行定位固定安装在工作台上，底座上安装有转动盘，所述转动底盘绕着底座中心转轴转动，中心转轴由行星齿轮减速器的太阳轮驱动，所述行星齿轮减速器的输入轴为太阳轮，太阳轮由一号交流伺服电机驱动行星齿轮的齿圈与底座固连，行星齿轮的转动使得转动底盘绕太阳轮中心转动；所述一号交流伺服电机通过螺钉安装于行星齿轮减速器之上，两者一起绕底座中心转轴转动，转动底盘的顶部固定有转动机械臂结构，在转动机械臂结构的前端安装有折叠机械臂，折叠机械臂的末端连接有抓取机械手。此码垛机器人实现了对袋装物品、盒装物品、球状物品等的码垛、卸垛和运输任务，大大减小了人工码垛和运输的工作强度和复杂性。

Description

一种具备抓取功能的码垛机器人

技术领域

本发明涉及码垛机器人装置领域，尤其是涉及一种具备抓取功能的码垛机器人。

背景技术

目前，随着国内的劳动人口的下降和老龄化人口上升，过去的廉价劳动力将不复以往，很多企业面临着人力成本上涨的危机，将机器人引入到工业生产中来代替人工劳动已成为一种不可阻挡的趋势。码垛，就是把物品按照一定的摆放形式整齐地堆叠好，从而能够使物品的存放、搬运、转移等活动变成单元化操作，从而大大提高物流运输的效率。传统的码垛工作大多是由人工完成的，工作量大，效率低，耗费了大量的人工成本。为了应对这种现状，本文发明了码垛机器人，用于实现码垛自动化，提高码垛效率，加快物流速度，降低人工成本，减少物料的浪费，进而提高企业的经济效益。

码垛机器人可分为多个种类，功能各异，被普遍应用于制造业、码垛、装配、焊接等诸多操作中。本机器人主要实现对货物的抓取操作，可对袋装物品、盒装物品、球状物品进行码垛、卸垛和运输。适用场合有：车间码垛、流水线分拣、火车站台卸车、站台码垛、运输装车、运输卸车、库房码垛等。本发明结构紧凑，污染非常小，控制精度较高，稳定性和可靠性高，制造简单。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备抓取功能的码垛机器人，此码垛机器人实现了对袋装物品、盒装物品、球状物品等的码垛、卸垛和运输任务，大大减小了人工码垛和运输的工作强度和复杂性。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种具备抓取功能的码垛机器人，它包括底座，底座由四个均布的螺栓孔进行定位固定安装在工作台上，底座上安装有转动盘，所述转动底盘绕着底座中心转轴转动，中心转轴由行星齿轮减速器的太阳轮驱动，所述行星齿轮减速器的输入轴为太阳轮，太阳轮由一号交流伺服电机驱动行星齿轮的齿圈与底座固连，行星齿轮的转动使得转动底盘绕太阳轮中心转动；所述一号交流伺服电机通过螺钉安装于行星齿轮减速器之上，两者一起绕底座中心转轴转动，转动底盘的顶部固定有转动机械臂结构，在转动机械臂结构的前端安装有折叠机械臂，折叠机械臂的末端连接有抓取机械手。

所述转动机械臂结构包括一号机械臂，所述一号机械臂与二号机械臂通过螺栓连接为一体，二号交流伺服电机通过螺钉固定在二号机械臂上；所述二号交流伺服电机驱动一号锥齿轮减速器运转，一号锥齿轮减速器的输出轴与三号机械臂的轴孔通过花键配合，二号交流伺服电机的转动可以控制三号机械臂绕着二号机械臂的远端转动。

所述折叠机械臂包括四号机械臂，四号机械臂上通过螺钉固定安装有三号交流伺服电机，三号交流伺服电机驱动二号锥齿轮减速器运转，二号锥齿轮减速器的输出轴与四号机械臂的轴孔通过花键配合；三号交流伺服电机的转动可以控制四号机械臂绕着三号机械臂的远端转动。

所述三号机械臂中间设有沟槽，四号机械臂为圆柱构造，四号机械臂可以绕二号锥齿轮减速器的输出轴转动，直到两者折叠在一起。

所述四号机械臂通过花键轴与抓取机械手连接在一起，花键轴由五号交流伺服电机驱动，抓取机械手可以通过五号交流伺服电机的转动控制，绕四号机械臂的远端转动，抓取机械手由四号交流伺服电机驱动，传动方式为滚珠丝杆传动，滚珠丝杆由四号交流伺服电机驱动，滚珠丝杆的转动使得滑块沿着导轨滑动，导轨顶端与手指基座固连，滚珠丝杆顶端与手指基座内部的轴承配合。

所述导轨共有4个，均布于滚珠丝杆周围，使得导轨的移动更加稳定。

所述抓取机械手还包括支撑杆，所述支撑杆与滑块上的四个均布的销钉孔配合，通过一号销钉连接；上手指与支撑杆顶端的销钉孔配合，通过二号销钉连接；下手指顶端与上手指底端的销钉孔配合，通过三号销钉连接；下手指底端与手指基座上的四个均布的销钉孔配合，通过四号销钉连接。

所述支撑杆、上手指、下手指、一号销钉、二号销钉、三号销钉和四号销钉均有4个，共组成四个手指结构。

本发明有如下有益效果：

1、具备抓取功能的码垛机器人拥有抓取机械手臂，由四个爪子组成，抓取货物稳定可靠，四连杆滑块机构使得抓取货物的过程中不会对货物造成损伤。

2、折叠式机械手使得抓取范围更大，且使得机器人结构更加紧凑，便于运输和储藏。

3、各机械臂均由单独伺服电机驱动，各个机械臂工作不会相互干扰。

4、转动底盘与机器人底座通过行星齿轮机构实现相对转动功能.

5、滚珠丝杆的设计同于调节夹子开口大小。

6、各个机械臂可以拆卸，便于维修和更换。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1 码垛机器人整体结构示意图。

图2 码垛机器人主视结构示意图。

图3 码垛机器人左视结构图。

图4 码垛机器人右视结构图。

图5 码垛机器人俯视结构图。

图6 码垛机器人手臂伸长状态结构示意图。

图7 码垛机器人手臂收缩状态结构示意图。

图8 码垛机器人抓取机械手手指张开状态结构示意图。

图9 码垛机器人抓取机械手手指合拢状态结构示意图。

图中：底座1、转动底盘2、行星齿轮减速器3、一号交流伺服电机4、一号机械臂5、螺栓6、二号机械臂7、二号交流伺服电机8、一号锥齿轮减速器9、三号机械臂10、二号锥齿轮减速器11、三号交流伺服电机12、四号机械臂13、花键轴14、四号交流伺服电机15、五号交流伺服电机16、滚珠丝杆17、导轨18、滑块19、手指基座20、一号销钉21、支撑杆22、二号销钉23、上手指24、三号销钉25、下手指26、四号销钉27。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

如图1-9所示，一种具备抓取功能的码垛机器人，它包括底座1，底座1由四个均布的螺栓孔进行定位固定安装在工作台上，底座1上安装有转动盘2，所述转动底盘2绕着底座1中心转轴转动，中心转轴由行星齿轮减速器3的太阳轮驱动，所述行星齿轮减速器3的输入轴为太阳轮，太阳轮由一号交流伺服电机4驱动行星齿轮的齿圈与底座1固连，行星齿轮的转动使得转动底盘2绕太阳轮中心转动；所述一号交流伺服电机4通过螺钉安装于行星齿轮减速器3之上，两者一起绕底座1中心转轴转动，转动底盘2的顶部固定有转动机械臂结构，在转动机械臂结构的前端安装有折叠机械臂，折叠机械臂的末端连接有抓取机械手。

进一步的，所述转动机械臂结构包括一号机械臂5，所述一号机械臂5与二号机械臂7通过螺栓6连接为一体，二号交流伺服电机8通过螺钉固定在二号机械臂7上；所述二号交流伺服电机8驱动一号锥齿轮减速器9运转，一号锥齿轮减速器9的输出轴与三号机械臂10的轴孔通过花键配合，二号交流伺服电机8的转动可以控制三号机械臂10绕着二号机械臂7的远端转动。

进一步的，所述折叠机械臂包括四号机械臂13，四号机械臂13上通过螺钉固定安装有三号交流伺服电机12，三号交流伺服电机12驱动二号锥齿轮减速器11运转，二号锥齿轮减速器11的输出轴与四号机械臂13的轴孔通过花键配合；三号交流伺服电机12的转动可以控制四号机械臂13绕着三号机械臂10的远端转动。

进一步的，所述三号机械臂10中间设有沟槽，四号机械臂13为圆柱构造，轻量化的同时，四号机械臂13可以绕二号锥齿轮减速器11的输出轴转动，直到两者折叠在一起，节省空间。

进一步的，所述四号机械臂13通过花键轴14与抓取机械手连接在一起，花键轴14由五号交流伺服电机16驱动，抓取机械手可以通过五号交流伺服电机16的转动控制，绕四号机械臂13的远端转动，抓取机械手由四号交流伺服电机15驱动，传动方式为滚珠丝杆传动，滚珠丝杆17由四号交流伺服电机15驱动，滚珠丝杆17的转动使得滑块19沿着导轨18滑动，导轨18顶端与手指基座20固连，滚珠丝杆17顶端与手指基座20内部的轴承配合。

进一步的，所述导轨18共有4个，均布于滚珠丝杆17周围，使得导轨18的移动更加稳定。

进一步的，所述抓取机械手还包括支撑杆22，所述支撑杆22与滑块19上的四个均布的销钉孔配合，通过一号销钉21连接；上手指24与支撑杆22顶端的销钉孔配合，通过二号销钉23连接；下手指26顶端与上手指24底端的销钉孔配合，通过三号销钉25连接；下手指26底端与手指基座20上的四个均布的销钉孔配合，通过四号销钉27连接。

进一步的，所述支撑杆22、上手指24、下手指26、一号销钉21、二号销钉23、三号销钉25和四号销钉27均有4个，共组成四个手指结构。

进一步的，滑块19的上下移动，可以使得支撑杆22绕二号销钉23转动，进而带动上手指24和下手指26绕各自的销钉转动，最终控制爪子的开度大小。支撑杆22、上手指24、下手指26、一号销钉21、二号销钉23、三号销钉25和四号销钉27均有4个，共组成四个手指结构，该结构使得抓取效果更好，更稳定，效率更高。

本发明的具体工作过程和工作原理为：

本专利为一种具备抓取功能的码垛机器人，主要目的是通过抓取机械手完成对货物的码垛、卸垛和运输等任务，减轻人工劳动强度。整个装置由交流伺服电机驱动，各机械臂由一个单独的伺服电机驱动，不会相互干扰。该机器人可以绕竖直方向转动，机械臂可以伸长，使得工作范围进一步扩大。底盘转动通过行星齿轮机构实现，太阳轮为驱动轮，底盘与行星轮为一整体，齿圈与底座固连为一体。太阳轮与行星轮为外啮合方式，行星轮与齿圈为内啮合方式。机器人底座可以安装于固定工作平台，也可以工作于移动平台之上，使用范围广。机械臂为4自由度结构，可以收缩折叠在一起，方便运输和储藏。各个机械臂均由锥齿轮减速器驱动，传动平稳。爪子结构为四连杆滑块结构，由滑块控制爪子的开度大小。该结构能够使爪子在接触货物的时候，下手指先与货物接触，上手指后与货物接触，动作平缓，避免对货物表面造成损伤。

本发明的优点：

本专利通过设计一种具备抓取功能的码垛机器人，实现了对袋装物品、盒装物品、球状物品等的码垛、卸垛和运输任务，大大减小了人工码垛和运输的工作强度和复杂性。机器人机械系统由四个机械臂和一个抓取机械手构成。驱动装置为交流伺服电机，能源清洁，不会对环境造成伤害。机械臂可以折叠收缩，便于运输和储藏，可以在较小空间内进行工作。机械臂伸长状态下，可以更大范围的对货物进行夹取搬运操作。抓取机械手爪子由四连杆滑块机构组成，使得在抓取货物的过程中，接触货物更加平稳，避免造成货物损伤。滚珠丝杆机构传动平稳，精度高。

该码垛机器人可以被安装于固定工作平台或移动平台上，机械臂可以收缩折叠，伸展状态下工作范围较大。底盘可以沿竖直方向转动，使得抓取手臂活动范围更广。收缩状态下，易于运输、占用空间小。各个构件可以拆卸，更换简单，便于工人操作。驱动装置为交流伺服电机，扭矩大，电能供应为生活用电，无污染。机械臂可以上下转动，能够将地面物品装车、码垛，也可以将货箱物品卸车。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具备抓取功能的码垛机器人，其特征在于：它包括底座（1），底座（1）由四个均布的螺栓孔进行定位固定安装在工作台上，底座（1）上安装有转动底盘（2），所述转动底盘（2）绕着底座（1）中心转轴转动，中心转轴由行星齿轮减速器（3）的太阳轮驱动，所述行星齿轮减速器（3）的输入轴为太阳轮，太阳轮由一号交流伺服电机（4）驱动行星齿轮的齿圈与底座（1）固连，行星齿轮的转动使得转动底盘（2）绕太阳轮中心转动；所述一号交流伺服电机（4）通过螺钉安装于行星齿轮减速器（3）之上，两者一起绕底座（1）中心转轴转动，转动底盘（2）的顶部固定有转动机械臂结构，在转动机械臂结构的前端安装有折叠机械臂，折叠机械臂的末端连接有抓取机械手；

所述转动机械臂结构包括一号机械臂（5），所述一号机械臂（5）与二号机械臂（7）通过螺栓（6）连接为一体，二号交流伺服电机（8）通过螺钉固定在二号机械臂（7）上；所述二号交流伺服电机（8）驱动一号锥齿轮减速器（9）运转，一号锥齿轮减速器（9）的输出轴与三号机械臂（10）的轴孔通过花键配合，二号交流伺服电机（8）的转动可以控制三号机械臂（10）绕着二号机械臂（7）的远端转动；

所述折叠机械臂包括四号机械臂（13），四号机械臂（13）上通过螺钉固定安装有三号交流伺服电机（12），三号交流伺服电机（12）驱动二号锥齿轮减速器（11）运转，二号锥齿轮减速器（11）的输出轴与四号机械臂（13）的轴孔通过花键配合；三号交流伺服电机（12）的转动可以控制四号机械臂（13）绕着三号机械臂（10）的远端转动。

2.根据权利要求1所述的一种具备抓取功能的码垛机器人，其特征在于：所述三号机械臂（10）中间设有沟槽，四号机械臂（13）为圆柱构造，四号机械臂（13）可以绕二号锥齿轮减速器（11）的输出轴转动，直到两者折叠在一起。

3.根据权利要求2所述的一种具备抓取功能的码垛机器人，其特征在于：所述四号机械臂（13）通过花键轴（14）与抓取机械手连接在一起，花键轴（14）由五号交流伺服电机（16）驱动，抓取机械手可以通过五号交流伺服电机（16）的转动控制，绕四号机械臂（13）的远端转动，抓取机械手由四号交流伺服电机（15）驱动，传动方式为滚珠丝杆传动，滚珠丝杆（17）由四号交流伺服电机（15）驱动，滚珠丝杆（17）的转动使得滑块（19）沿着导轨（18）滑动，导轨（18）顶端与手指基座（20）固连，滚珠丝杆（17）顶端与手指基座（20）内部的轴承配合。

4.根据权利要求3所述的一种具备抓取功能的码垛机器人，其特征在于：所述导轨（18）共有4个，均布于滚珠丝杆（17）周围，使得导轨（18）的移动更加稳定。

5.根据权利要求3所述的一种具备抓取功能的码垛机器人，其特征在于：所述抓取机械手还包括支撑杆（22），所述支撑杆（22）与滑块（19）上的四个均布的销钉孔配合，通过一号销钉（21）连接；上手指（24）与支撑杆（22）顶端的销钉孔配合，通过二号销钉（23）连接；下手指（26）顶端与上手指（24）底端的销钉孔配合，通过三号销钉（25）连接；下手指（26）底端与手指基座（20）上的四个均布的销钉孔配合，通过四号销钉（27）连接。

6.根据权利要求5所述的一种具备抓取功能的码垛机器人，其特征在于：所述支撑杆（22）、上手指（24）、下手指（26）、一号销钉（21）、二号销钉（23）、三号销钉（25）和四号销钉（27）均有4个，共组成四个手指结构。