CN105690362A - 一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，具体的说是一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人，包括履带行走机构、底盘、旋转台、微调台、微调气缸、机械臂、抓取装置和抓手；履带行走机构位于底盘两侧，旋转台位于底盘中部，微调台位于旋转台上端，微调气缸位于旋转台与微调台之间，机械臂位于微调台上端，抓取装置位于机械臂端部；旋转台、微调气缸和各微调台之间构成Stewart并联平台；机械臂有三个；抓取装置有三个，三个抓取装置分别安装在三个机械臂上。本发明的码垛效率高，代替了人工更换抓手，减轻了工人的劳动强度，且本发明更换抓手、抓取物品和码放物品的精度精确，且极大减少了物品的损伤。

Description

一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体的说是一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人。

背景技术

随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。

有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头。为了克服这些困难，码垛设备的各个方面都在发展改进，包括从机械手到操纵它的软件。市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。零售客户，尤其是那些具有影响力的如沃尔玛一样的大型超市，经常需要定制一些随机货盘，但是他们不得不定制每一个货盘，而货盘的形式只是偶尔会有重复。而且这类随机的货盘的高效生产是比较困难的。

码垛机器人是将已装入容器的纸箱，按一定排列码放在托盘、栈板(木质、塑胶)上，进行自动堆码，可堆码多层，然后推出，便于叉车运至仓库储存。可大大地减少劳动力和降低劳动强度。码垛机器人是将输送机输送来的料袋、纸箱或是其它包装材料按照客户工艺要求的工作方式自动堆叠成垛。

对于随机货盘来说，码垛机器人是唯一的选择，在采用码垛机器人的时候，还要考虑一个重要的事情，就是机器人怎样抓住一个产品。真空抓手是最常见的机械臂臂端工具。相对来说，它们价格便宜，易于操作，而且能够有效装载大部分负载物。但是在一些特定的应用中，真空抓手也会遇到问题，例如表面多孔的基质，内容物为液体的软包装，或者表面不平整的包装等等。

其他的选择包括翻盖式抓手，它能将一个袋子或者其他包装形式的两边夹住；叉子式抓手，它插入包装的底部来将包装提升起来；还有袋子式抓手，这是翻盖式和叉子式抓手的混合体，它的叉子部分能包裹住包装的底部和两边。

现有技术中，机器人装载也面临比较多的问题，当客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变化时，或者需要抓取完全不同类型的产品是，往往需要更换不同类型的抓手，而现有抓手更换方式往往采用人工更换，并且，每次更换抓手也较为麻烦；

同时，现有技术中，当需要对众多产品进行码放时，由于码放量十分庞大，往往需要众多机器人同时工作，这样便增加了设备的运行成本，所以，现急需一种能够增加码放效率的机器人，并且，现如今，还未存在一种码垛机器人，能够同时对不同种类型的产品(前提是该不同种类型不适用于相同抓手)进行同时码垛。

Stewart平台是六自由度并联机构的基础平台。Stewart平台具有诸多优良特性，它在许多领域得到了广泛应用。六自由度运动平台由于应用场合不同，采用不同的驱动方式。目前，这种并联机构驱动方式主要包括电机驱动滚珠丝杠驱动方式、阀控液压缸驱动方式、气动驱动方式、电动液压混合执行器驱动方式、压电陶瓷驱动方式、电机驱动滑轮钢索驱动方式等。其优点是刚度大、抗干扰能力强、功率-重量比和力矩-惯量比大、响应速度快、系统频带宽。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人，其能够实现对抓手的自动化更换，且能够提高码放效率，并且能够同时对多种不同物品进行抓取与码放。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人，包括履带行走机构、底盘、旋转台、微调台、微调气缸、机械臂、抓取装置和抓手；所述的履带行走机构位于底盘两侧，所述的旋转台位于底盘中部，所述的微调台位于旋转台上端，所述的微调气缸位于旋转台与微调台之间，所述的机械臂位于微调台上端，所述的抓取装置位于机械臂端部。

所述的履带行走机构为现有常规技术，所述的底盘前后两端设置有抓手放置区，工作时，履带行走机构带动本发明任意行走，且抓手可安放在抓手放置区，所述的旋转台安装在底盘中部上端，旋转台可绕底盘上端面旋转。

所述的微调台有三个，各微调台台面均为六边形，且各微调台均包括三个等长的长边和三个等长的短边，所述的三个微调台沿旋转台中心对称布置在旋转台上方。

所述的各微调台下端均有六根微调气缸，六根微调气缸上端与微调台下端面各顶点处共构成六个球铰副，且微调台上的每相邻两个球铰副为一组，每组球铰副沿各微调台中心对称，在微调台各短边两侧顶点处的球铰副与微调台下端面形成倒立的“Λ”形，且与各微调台对应的六根微调气缸下端与旋转台之间构成球铰副，所述的旋转台、微调气缸和各微调台之间构成Stewart并联平台；工作时，各微调台下端的六根微调气缸可进行上下伸缩，根据六根微调气缸的同步伸缩和不同步伸缩，可带动微调台做小幅度的多自由度运动，由于Stewart平台优良的特性，本发明的微调台具有刚度大、抗干扰能力强、功率-重量比和力矩-惯量比大、响应速度快和精度高等优点。

所述的机械臂有三个，三个机械臂分别安装在三个微调台上端；从而三个机械臂可通过微调台的运动做小幅度位置调整，进而三个机械臂均能够进行足够精密的操作工序。

所述的各机械臂均包括底座、一号转臂、二号转臂和三号转臂；所述的底座可转动的安装在相应微调台上，从而底座可绕微调台中心旋转，所述的一号转臂一端可转动的与底座相连接，从而一号转臂可绕底座转动，一号转臂另一端可转动的与二号转臂一端相连接，从而二号转臂可绕一号转臂转动，所述的二号转臂另一端与三号转臂一端转动连接，从而三号转臂可绕二号转臂转动，且二号转臂可自转，从而二号转臂可带动三号转臂做旋转运动。

所述的抓取装置有三个，三个抓取装置分别安装在三个机械臂上，且三个抓取装置均与三号转臂另一端可旋转的连接在一起；从而各机械臂可以带动抓取装置多自由度运动。

所述的各抓取装置均包括圆形转盘，位于转盘中部的支柱，沿转盘中心对称设置的三个一号座、与各一号座转动连接的二号座、以及分别转动连接在各支柱与各二号座之间的各抓取气缸，所述的各二号座端部均可与抓手转动连接在一起；工作时，可先将各抓手分别连接在各二号座上，同时，各抓取气缸伸缩可带动各二号座绕对应一号座转动，进而带动各抓手在转盘上转动，从而可使得抓手在各转盘上呈竖立或卧倒状态。

有益效果：

(1)本发明上设置有三个机械臂，各机械臂上均设置有抓取装置，且各抓取装置上至少可以安装两个抓手，三个机械臂的抓取装置可以同时工作，从而相对于传统单臂码垛机器人，本发明的码垛效率近似提高了三倍；

(2)本发明设置有三个机械臂，三个机械臂之间的任意两个均可以相互协调工作，以对另一机械臂更换抓手，从而代替了人工更换抓手，减轻了工人的劳动强度，提高了更换效率；

(3)本发明的各个抓取装置上均可以安装至少两个不同类型的抓手，通过各抓取气缸的伸缩使得抓取装置上的两个不同类型抓手之间可以相互转换工作，无需通过机械臂之间的协调工作更换抓手，避免了长期使用机械臂更换抓手带来的麻烦；

(4)本发明的机械臂下端设置有Stewart并联微调平台，其对机械臂的更换抓手，抓取物品以及码放物品的整个过程起微调作用，使得更换抓手、抓取物品和码放物品的精度更加精确，提高了工作效率，且极大减少了物品的损伤，具有极为重要的意义。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体示意图；

图2是本发明去除抓手的结构示意图；

图3是本发明机械臂以下部分的局部结构示意图；

图4是本发明Stewart并联微调平台的原理图；

图5是本发明机械臂的结构示意图；

图6是本发明抓取装置的结构示意图；

图7是本发明抓取装置工作使得在抓取装置上的其中一个抓手工作的示意图；

图8是本发明三个机械臂同时码垛的结构示意图；

图9是本发明三个机械臂中的两个机械臂为另一个机械臂安装抓手的示意图；

图中：履带行走机构1、底盘2、旋转台3、微调台4、微调气缸5、机械臂6、抓取装置7、抓手8、抓手放置区21、长边41、短边42、底座61、一号转臂62、二号转臂63、三号转臂64、转盘71、支柱72、一号座73、二号座74、抓取气缸75。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1和图2所示，本发明所述的一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人，包括履带行走机构1、底盘2、旋转台3、微调台4、微调气缸5、机械臂6、抓取装置7和抓手8；所述的履带行走机构1位于底盘2两侧，所述的旋转台3位于底盘2中部，所述的微调台4位于旋转台3上端，所述的微调气缸5位于旋转台3与微调台4之间，所述的机械臂6位于微调台4上端，所述的抓取装置7位于机械臂6端部。

所述的履带行走机构1为现有常规技术，所述的底盘2前后两端设置有抓手放置区21，工作时，履带行走机构1带动本发明任意行走，且抓手可安放在抓手放置区21，所述的旋转台3安装在底盘2中部上端，旋转台3可绕底盘2上端面旋转。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明所述的一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人，所述的微调台4有三个，各微调台4台面均为六边形，且各微调台4均包括三个等长的长边41和三个等长的短边42，所述的三个微调台4沿旋转台3中心对称布置在旋转台3上方。

所述的各微调台4下端均有六根微调气缸5，六根微调气缸5上端与微调台4下端面各顶点处共构成六个球铰副，且微调台4上的每相邻两个球铰副为一组，每组球铰副沿各微调台4中心对称，在微调台4各短边42两侧顶点处的球铰副与微调台4下端面形成倒立的“Λ”形，且与各微调台4对应的六根微调气缸5下端与旋转台3之间构成球铰副，所述的旋转台3、微调气缸5和各微调台4之间构成Stewart并联平台；工作时，各微调台4下端的六根微调气缸5可进行上下伸缩，根据六根微调气缸5的同步伸缩和不同步伸缩，可带动微调台4做小幅度的多自由度运动，由于Stewart平台优良的特性，本发明的微调台4具有刚度大、抗干扰能力强、功率-重量比和力矩-惯量比大、响应速度快和精度高等优点。

如图1和图5所示，本发明所述的一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人，所述的机械臂6有三个，三个机械臂6分别安装在三个微调台4上端；从而三个机械臂6可通过微调台4的运动做小幅度位置调整，进而三个机械臂6均能够进行足够精密的操作工序。

所述的各机械臂6均包括底座61、一号转臂62、二号转臂63和三号转臂64；所述的底座61可转动的安装在相应微调台4上，从而底座61可绕微调台4中心旋转，所述的一号转臂62一端可转动的与底座61相连接，从而一号转臂62可绕底座61转动，一号转臂62另一端可转动的与二号转臂63一端相连接，从而二号转臂63可绕一号转臂62转动，所述的二号转臂63另一端与三号转臂64一端转动连接，从而三号转臂64可绕二号转臂63转动，且二号转臂63可自转，从而二号转臂63可带动三号转臂64做旋转运动。

所述的抓取装置7有三个，三个抓取装置7分别安装在三个机械臂6上，且三个抓取装置7均与三号转臂64另一端可旋转的连接在一起；从而各机械臂6可以带动抓取装置7多自由度运动。

如图1、图6和图7所示，本发明所述的一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人，所述的各抓取装置7均包括圆形转盘71，位于转盘71中部的支柱72，沿转盘71中心对称设置的三个一号座73、与各一号座73转动连接的二号座74、以及分别转动连接在各支柱72与各二号座74之间的各抓取气缸75，所述的各二号座74端部均可与抓手8转动连接在一起；工作时，可先将各抓手8分别连接在各二号座74上，同时，各抓取气缸75伸缩可带动各二号座74绕对应一号座73转动，进而带动各抓手8在转盘71上转动，从而可使得抓手8在各转盘71上呈竖立或卧倒状态。

初始状态下，首先，将各抓手8安放在抓手放置区21，所述的抓手8有真空式抓手、翻盖式抓手、叉子式抓斗、袋子式抓手和其他多种类型抓手，真空抓手能够装载大部分负载物，但不适用于表面多孔的基质，内容物为液体的软包装，或者表面不平整的包装，翻盖式抓手能将一个袋子或者其他包装形式的两边夹住，叉子式抓手能插入包装的底部来将包装提升起来；还有袋子式抓手，这是翻盖式和叉子式抓手的混合体，它的叉子部分能包裹住包装的底部和两边。

工作时，当需要进行码垛作业，则首先通过人工在三个抓取装置7上各安装一个多手指抓持器，再通过需要码垛的物品类型，利用其中两个机械臂6上的多手指抓持器从抓手放置区21持取合适的抓手，并将其安装到另一个机械臂6的抓取装置7中其中一个二号座74上，接着再通过履带行走机构1和旋转台3的行走和旋转作用，使得装有合适抓手的机械臂6位于抓取点附近，再通过机械臂6的多自由度运动，使得抓手位于物品合适位置，从而抓取物品，接着再运动以将物品码放到合适位置；

(1)当有众多相同物品需要码放时：则三个机械臂6之间两两协调工作，使得每个机械臂6的抓取装置7中其中一个二号座74上均安装有合适抓手8，再使得三个抓手8同时进行工作以提高物品码放效率；(如图8)

(2)当有众多不同物品需要码放，且这些不同物品无法使用同一类型抓手时：则通过三个机械臂6之间的两两协调工作，使得各机械臂6的抓取装置7中均安装上适用于对应不同物品的抓手，各机械臂6再通过对应抓手同时抓取不同物品并对相应物品分类码放。(如图9)

上述过程能够实现高效的码放物品，并且能够实现同时码放多种不同类型物品，但上述过程仍然有待改进，其原因是因为频繁通过三个机械臂6之间两两协调工作进行抓手的更换较为麻烦，因此，可同时选取六种常用的不同类型的抓手，两两分为一组，各组抓手分别安装在各抓取装置7的其中两个二号座74上，(或者选取两种不同类型的抓手，每种类型抓手选取三个，各组的三个抓手分别安装在各抓取装置7的其中一个二号座74上)，当需要使用某种抓手时，则通过抓取气缸75的伸缩使得需要工作的抓手相对于转盘71处于竖立状态，而其他工作的抓手以及多手指抓持器则相对于转盘71处于卧倒状态，使得其他抓手及多手指抓持器不会影响另一个抓手的工作，从而每次抓取不同类型物品，只需调整同一抓取装置7上的抓取气缸75的伸缩情况即可，极大的减少了麻烦。

在上述步骤进行时，微调台4的作用是对更换抓手，抓取物品以及码放物品的整个过程起微调作用，使得更换抓手、抓取物品和码放物品的精度更加精确，提高了工作效率，且极大减少了物品的损伤，具有极为重要的意义。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人，其特征在于：包括履带行走机构(1)、底盘(2)、旋转台(3)、微调台(4)、微调气缸(5)、机械臂(6)、抓取装置(7)和抓手(8)；所述的履带行走机构(1)位于底盘(2)两侧，所述的旋转台(3)位于底盘(2)中部，所述的微调台(4)位于旋转台(3)上端，所述的微调气缸(5)位于旋转台(3)与微调台(4)之间，所述的机械臂(6)位于微调台(4)上端，所述的抓取装置(7)位于机械臂(6)端部；其中：

所述的履带行走机构(1)为现有常规技术，所述的底盘(2)前后两端设置有抓手放置区(21)，所述的旋转台(3)安装在底盘(2)中部上端；

所述的微调台(4)有三个，各微调台(4)台面均为六边形，且各微调台(4)均包括三个等长的长边(41)和三个等长的短边(42)，所述的三个微调台(4)沿旋转台(3)中心对称布置在旋转台(3)上方；

所述的各微调台(4)下端均有六根微调气缸(5)，六根微调气缸(5)上端与微调台(4)下端面各顶点处共构成六个球铰副，且微调台(4)上的每相邻两个球铰副为一组，每组球铰副沿各微调台(4)中心对称，在微调台(4)各短边(42)两侧顶点处的球铰副与微调台(4)下端面形成倒立的“Λ”形，且与各微调台(4)对应的六根微调气缸(5)下端与旋转台(3)之间构成球铰副，所述的旋转台(3)、微调气缸(5)和各微调台(4)之间构成Stewart并联平台；

所述的机械臂(6)有三个，三个机械臂(6)分别安装在三个微调台(4)上端；

所述的各机械臂(6)均包括底座(61)、一号转臂(62)、二号转臂(63)和三号转臂(64)；所述的底座(61)可转动的安装在相应微调台(4)上，所述的一号转臂(62)一端可转动的与底座(61)相连接，一号转臂(62)另一端可转动的与二号转臂(63)一端相连接，所述的二号转臂(63)另一端与三号转臂(64)一端转动连接，且二号转臂(63)可自转。

2.根据权利要求1所述的一种基于Stewart并联平台的多功能码垛机器人，其特征在于：所述的抓取装置(7)有三个，三个抓取装置(7)分别安装在三个机械臂(6)上，且三个抓取装置(7)均与三号转臂(64)另一端可旋转的连接在一起；

所述的各抓取装置(7)均包括圆形转盘(71)，位于转盘(71)中部的支柱(72)，沿转盘(71)中心对称设置的三个一号座(73)、与各一号座(73)转动连接的二号座(74)、以及分别转动连接在各支柱(72)与各二号座(74)之间的各抓取气缸(75)；所述的各二号座(74)端部均可与抓手(8)转动连接在一起。