CN106393159B - 一种回转式气动吸附装置及delta机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回转式气动吸附装置及delta机器人，该回转式气动吸附装置包括气动回路基座、回转轴，所述回转轴穿过气动回路基座并通过回转轴承相对于气动回路基座旋转，气动吸盘通过固定压块固定于回转轴上，回转轴中间设置有气路流道，回转轴上设置有环槽，环槽的直径小于回转轴的直径，环槽上设置有至少一个通气孔，气路流道一端与气动吸盘内腔相连，气路流道另一端与通气孔相连，气动回路基座正对环槽的位置上设置有通气口，环槽的上下设置有密封圈，回转轴承外周固定有回转轴承座，气动回路基座固定于回转轴承座上。本发明结构尺寸小，集成性强，避免了气管在吸盘回转过程中发生缠绕的可能，减少了机器人末端的额外负载质量和负载惯量。

Description

一种回转式气动吸附装置及delta机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种回转式气动吸附装置及delta机器人。

背景技术

Delta机器人是应用于食品、药品等轻工行业，在产品生产线上代替人工实现物料的快速分拣、理料、包装等工序。其实现方式为在DELTA机器人的末端执行器上安装气动夹具或者气动吸盘，抓取或者吸取物料进行搬运并在指定位置特定角度进行摆放。特别的针对一些有角度调整的物料，在抓取后需要根据检测所得的平面角度，手爪或者吸盘抓取物料进行旋转一定角度才能正确的放入物料托盘或者指定工艺位置。此时会涉及气动回路在多次旋转过程中管路缠绕打结，同时delta机器人是一款轻载高速分拣机器人，故必须考虑末端执行器的轻量化，无法采用传统的换向器等产品来实现高速紧凑可靠的抓取及回转工作。

目前很多delta机器人只使用了3个平动自由度，并未添加手爪回转的功能。少量具有手爪回转功能的产品，其实现方式为采用小型的电机与减速器作为执行驱动元件安装在机器人的末端执行器上或者采用商用的连接器，连接器内部作为一个阀块，再在阀块的外围设计连接接口与气动吸盘相连，该结构十分复杂成本高，且增大了机器人末端的额外负载质量和负载惯量，降低了机器人的使用性能(减小了额定速度、额定负载、定位和重复定位精度，大惯量导致过冲现象)，同时复杂的结构带来了较大的外形尺寸，导致机器人在操作空间内的受限范围增大。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的气动回路在多次旋转过程中管路缠绕打结、机器人在操作空间内受限范围大的问题，本发明提出一种回转式气动吸附装置及delta机器人。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种回转式气动吸附装置，包括气动回路基座、回转轴，所述回转轴穿过气动回路基座并通过回转轴承相对于气动回路基座旋转，气动吸盘通过固定压块固定于回转轴上，回转轴中间设置有气路流道，回转轴上设置有环槽，环槽的直径小于回转轴的直径，环槽上设置有至少一个通气孔，气路流道一端与气动吸盘内腔相连，气路流道另一端与通气孔相连，气动回路基座正对环槽的位置上设置有通气口，环槽的上下设置有密封圈，回转轴承外周固定有回转轴承座，气动回路基座固定于回转轴承座上。

进一步地，所述气动回路基座通过固定螺母固定于回转轴承座上。

进一步地，所述通气孔为四个。

进一步地，所述回转式气动吸附装置还包括内部为空腔的通气快插，所述通气快插插在气动回路基座的通气口中。

一种delta机器人，包括所述回转式气动吸附装置，还包括控制系统、真空发生装置、机器人本体，所述机器人本体包括本体基座、前驱动臂、后驱动臂、末端执行器，回转轴承座固定于末端执行器上；

所述真空发生装置用于使气动吸盘内腔变成真空从而产生吸力；

所述控制系统用于控制真空发生装置、机器人本体上的前驱动臂、后驱动臂、回转轴做出相应的动作。

进一步地，所述回转轴承座通过螺栓固定于末端执行器上。

进一步地，所述控制系统包括双核处理器，双核处理器分别与网络通讯模块、数据存储模块、监控模块、网络通讯伺服驱动器、脉冲发生模块、DAC数模转换模块连接；网络通讯模块与上位机连接；脉冲发生模块与脉冲指令伺服驱动器连接；DAC数模转换模块与模拟量指令伺服驱动器连接；网络通讯伺服驱动器与伺服电机连接；伺服电机还分别与脉冲指令伺服驱动器、模拟量指令伺服驱动器、编码器连接；

所述双核处理器包括第一处理器、第二处理器；第一处理器与第二处理器之间进行数据通讯；

所述第一处理器用于负责机器人本体的运动规划、轨迹规划和外围控制；

所述第二处理器用于负责机器人本体的动力学及运动学运算和闭环控制；

所述上位机用于用户操作选择控制系统的控制方式，控制方式包括网络通讯控制方式、脉冲指令控制方式、模拟量指令控制方式；

所述网络通讯模块用于实现上位机与控制系统子节点的高效通讯；

所述数据存储模块用于存储各种数据；

所述监控模块用于检测控制系统的温度、电压以及电流；

所述网络通讯伺服驱动器用于根据接收的网络信号驱动伺服电机；

所述脉冲发生模块用于根据接收的脉冲发生指令发出相应的脉冲指令；

所述脉冲指令驱动器用于根据接收的脉冲指令驱动伺服电机；

所述DAC数模转换模块用于将接收的数字指令转变模拟量指令；

所述模拟量指令伺服驱动器用于根据接收的模拟量指令驱动伺服电机；

所述伺服电机用于驱动机器人本体上的前驱动臂、后驱动臂、回转轴做出相应的机械动作；

所述编码器用于采集伺服电机上的运行参数实时反馈到双核处理器，实现闭环运算。

进一步地，所述第一处理器为ARM处理器，第二处理器为DSP处理器。

进一步地，所述网络通讯模块通过以太网实现上位机与控制系统子节点的高效通讯，所述网络通讯伺服驱动器根据接收的以太网信号驱动伺服电机。

进一步地，所述控制系统还包括与双核处理器连接的串口模块、显示模块、扩展IO模块；

所述串口模块用于采用串行通信方式的扩展接口实现控制系统与外部设备相连接；

所述显示模块用于显示反映控制系统的状态数据；

所述扩展IO模块用于控制系统与外部设备进行数据分析或交换。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)、结构尺寸小，集成性强；

2)、采用一体化气动回路基座，使得气路短，气动吸盘达到所需真空度所需时间更短；

3)、避免了气管在吸盘回转过程中发生缠绕的可能；

4)、减少了机器人末端的额外负载质量和负载惯量，增加了机器人的使用性能，扩大了机器人的使用场所；

5)、控制系统采用ARM作为外围控制及检测，DSP完成系统动力学运算，充分利用了各自的优势，精简了控制系统，同时性价比大幅度提高；

6)、控制系统采用EhtherNet可实现高速数据交换及组网；

7)、控制系统具备EtherNet和脉冲模拟量控制方式以供选择，控制方式比较自由灵活，可适应多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明回转式气动吸附装置的结构示意图；

图2是本发明delta机器人的结构示意图；

图3是本发明控制系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、回转轴承座 2、回转轴承 3、密封圈 4、环槽 5、密封圈 6、回转轴 7、固定压块8、气动吸盘 9、气动回转基座 10、通气快插 11、固定螺母 12、螺栓 13、末端执行器 14、后驱动臂 15、本体基座 16、前驱动臂

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种回转式气动吸附装置，包括气动回路基座9、回转轴6，所述回转轴6穿过气动回路基座9并通过回转轴承2相对于气动回路基座9旋转，气动吸盘8通过固定压块7固定于回转轴6上，回转轴6中间设置有气路流道，回转轴6上设置有环槽4，环槽4的直径小于回转轴6的直径，环槽4上设置有四个通气孔，气路流道一端与气动吸盘8内腔相连，气路流道另一端与通气孔相连，气动回路基座9正对环槽4的位置上设置有通气口，环槽4的上面设置有密封圈3，环槽4的下面设置有密封圈5，保证了通气口与回转轴之间的密封性，回转轴承2外周固定有回转轴承座1，气动回路基座9通过固定螺母11固定于回转轴承座1上。

所述回转式气动吸附装置还包括内部为空腔的通气快插10，所述通气快插10插在气动回路基座9的通气口中。

实施例2

如图2所示，本发明还提供一种delta机器人，包括所述回转式气动吸附装置，还包括控制系统、真空发生装置、机器人本体，所述机器人本体包括本体基座15、前驱动臂16、后驱动臂14、末端执行器13，回转轴承座1通过螺栓12固定于末端执行器13上；

所述真空发生装置用于使气动吸盘8内腔变成真空从而产生吸力；外部的气动管路沿着前驱动臂和后驱动臂与末端执行器相连，真空发生装置中的真空发生泵安装在末端执行器上，真空发生器的真空口连接到本发明的通气口上，当分拣机器人抓取目标物后需要回转角度操作时，通过电机驱动回转轴回转相应的角度，同时不影响外部进气口气管的绝对位置，避免了气管在吸盘回转过程中发生缠绕的可能。

所述控制系统用于控制真空发生装置、机器人本体上的前驱动臂16、后驱动臂14、回转轴6做出相应的动作。

如图3所示，所述控制系统包括双核处理器，双核处理器分别与网络通讯模块、数据存储模块、监控模块、网络通讯伺服驱动器、脉冲发生模块、DAC数模转换模块连接；网络通讯模块与上位机连接；脉冲发生模块与脉冲指令伺服驱动器连接；DAC数模转换模块与模拟量指令伺服驱动器连接；网络通讯伺服驱动器与伺服电机连接；伺服电机还分别与脉冲指令伺服驱动器、模拟量指令伺服驱动器、编码器连接；

所述双核处理器采用F28M36P63C2，双核处理器包括第一处理器、第二处理器；第一处理器与第二处理器之间通过IPC进行数据通讯；第一处理器为ARM处理器，第二处理器为DSP处理器，ARM处理器用于负责机器人本体的运动规划、轨迹规划和外围控制，DSP处理器用于负责机器人本体的动力学及运动学运算和闭环控制。

所述上位机用于用户操作选择控制系统的控制方式，控制方式包括网络通讯控制方式、脉冲指令控制方式、模拟量指令控制方式，方便用户实时切换控制方式，控制方式比较灵活，可采用多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机，通用性比较强。

所述网络通讯伺服驱动器用于根据接收的网络信号驱动伺服电机；所述脉冲发生模块用于根据接收的脉冲发生指令发出相应的脉冲指令；所述脉冲指令驱动器用于根据接收的脉冲指令驱动伺服电机；所述DAC数模转换模块用于将接收的数字指令转变模拟量指令；电路采用DAC8871芯片实现±10V模拟量电压的产生；所述模拟量指令伺服驱动器用于根据接收的模拟量指令驱动伺服电机；根据控制方式选择可适用于多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机，当采用网络通讯方式时，网络通讯电路单元有效，当采用脉冲指令控制方式时，脉冲发生电路单元有效，当采用模拟量控制方式时，DAC电路使能有效。

所述伺服电机用于驱动机器人本体上的前驱动臂、后驱动臂、回转轴做出相应的机械动作。

所述网络通讯模块用于实现上位机与控制系统子节点的高效通讯，采用EtherNET总线方式，实现上位机与控制系统子节点高效通讯或者控制系统与伺服系统的通讯，EtherNet通讯端口电路采用LAN8710和H1102网口变压器实现。

所述监控模块用于检测控制系统的温度、电压以及电流。

所述数据存储模块用于存储各种数据，包括监控模块检测的各种参数。

所述编码器用于采集伺服电机上的运行参数实时反馈到双核处理器，实现闭环运算。安装在机器人伺服电机上的正交编码器实时将伺服电机上的运行参数反馈到控制系统，实现闭环运算。

本发明控制系统采用ARM+DSP控制策略，取代传统方式中工业计算机PC+运动控制卡+伺服驱动器+伺服电机控制方式，ARM负责机器人本体的运动规划以及轨迹规划，DSP处理器则负责机器人本体的动力学以及运动学运算，充分利用了DSP强大的运算能力以及ARM的外围控制能力。这样的功能分配能有效的降低主控芯片的开销，将更多的资源用于控制系统安全性和精确的控制，性价比可大幅度提高。

本发明控制系统具备EtherNet和脉冲模拟量控制方式可供用户选择，可适应多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机，方便用户实时切换控制方法，通用性比较强。

本发明控制系统的工作流程如下：

用户首先通过上位机选择控制系统的控制方式，控制方式可选择网络通讯控制方式、脉冲指令控制方式、模拟量指令控制方式，网络通讯模块实现上位机与控制系统子节点的高效通讯，双核处理器F28M36P63C2包括ARM处理器、DSP处理器，ARM处理器与DSP处理器之间通过IPC可进行数据通讯，ARM处理器用于负责机器人本体的运动规划、轨迹规划和外围控制，DSP处理器用于负责机器人本体的动力学及运动学运算和闭环控制，当选择网络通讯控制方式时，网络通讯电路单元有效，双核处理器通过EtherNET总线方式将信号发送至网络通讯伺服驱动器，网络通讯伺服驱动器根据接收的网络信号驱动伺服电机带动机器人本体做出相应的机械动作；当选择脉冲指令控制方式时，脉冲发生电路单元有效，双核处理器发出脉冲发生指令到脉冲发生模块，脉冲发生模块根据接收的脉冲发生指令发出相应的脉冲指令，脉冲指令伺服驱动器根据接收的脉冲指令驱动伺服电机带动机器人本体做出相应的机械动作；当选择模拟量指令控制方式时，DAC电路使能有效，双核处理器发出数字指令到DAC数模转换模块，DAC数模转换模块将接收的数字指令转变模拟量指令，模拟量指令伺服驱动器根据接收的模拟量指令驱动伺服电机带动机器人本体做出相应的机械动作，监控模块用于检测控制系统的温度、电压以及电流，数据存储模块用于存储各种数据，包括监控模块检测的各种参数，编码器用于采集伺服电机上的运行参数实时反馈到双核处理器，实现闭环运算。

所述控制系统还包括与双核处理器连接的串口模块、显示模块、扩展IO模块；

所述串口模块用于采用串行通信方式的扩展接口实现控制系统与外部设备相连接；

所述显示模块用于显示反映控制系统的状态数据；

所述扩展IO模块用于控制系统与外部设备进行数据分析或交换。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)、结构尺寸小，集成性强；

2)、采用一体化气动回路基座，使得气路短，气动吸盘达到所需真空度所需时间更短；

3)、避免了气管在吸盘回转过程中发生缠绕的可能；

4)、减少了机器人末端的额外负载质量和负载惯量，增加了机器人的使用性能，扩大了机器人的使用场所；

5)、控制系统采用ARM作为外围控制及检测，DSP完成系统动力学运算，充分利用了各自的优势，精简了控制系统，同时性价比大幅度提高；

6)、控制系统采用EhtherNet可实现高速数据交换及组网；

7)、控制系统具备EtherNet和脉冲模拟量控制方式以供选择，控制方式比较自由灵活，可适应多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种delta机器人，其特征在于，包括回转式气动吸附装置，所述回转式气动吸附装置包括气动回路基座、回转轴，所述回转轴穿过气动回路基座并通过回转轴承相对于气动回路基座旋转，气动吸盘通过固定压块固定于回转轴上，回转轴中间设置有气路流道，回转轴上设置有环槽，环槽的直径小于回转轴的直径，环槽上设置有至少一个通气孔，气路流道一端与气动吸盘内腔相连，气路流道另一端与通气孔相连，气动回路基座正对环槽的位置上设置有通气口，环槽的上下设置有密封圈，回转轴承外周固定有回转轴承座，气动回路基座固定于回转轴承座上；

还包括控制系统、真空发生装置、机器人本体，所述机器人本体包括本体基座、前驱动臂、后驱动臂、末端执行器，回转轴承座固定于末端执行器上；

所述真空发生装置用于使气动吸盘内腔变成真空从而产生吸力；

所述控制系统用于控制真空发生装置、机器人本体上的前驱动臂、后驱动臂、回转轴做出相应的动作；

所述控制系统包括双核处理器，双核处理器分别与网络通讯模块、数据存储模块、监控模块、网络通讯伺服驱动器、脉冲发生模块、DAC数模转换模块连接；网络通讯模块与上位机连接；脉冲发生模块与脉冲指令伺服驱动器连接；DAC数模转换模块与模拟量指令伺服驱动器连接；网络通讯伺服驱动器与伺服电机连接；伺服电机还分别与脉冲指令伺服驱动器、模拟量指令伺服驱动器、编码器连接；

所述双核处理器包括第一处理器、第二处理器；第一处理器与第二处理器之间进行数据通讯；

所述第一处理器用于负责机器人本体的运动规划、轨迹规划和外围控制；

所述第二处理器用于负责机器人本体的动力学及运动学运算和闭环控制；

所述上位机用于用户操作选择控制系统的控制方式，控制方式包括网络通讯控制方式、脉冲指令控制方式、模拟量指令控制方式；

所述网络通讯模块用于实现上位机与控制系统子节点的高效通讯；

所述数据存储模块用于存储各种数据；

所述监控模块用于检测控制系统的温度、电压以及电流；

所述网络通讯伺服驱动器用于根据接收的网络信号驱动伺服电机；

所述脉冲发生模块用于根据接收的脉冲发生指令发出相应的脉冲指令；

所述脉冲指令伺服驱动器用于根据接收的脉冲指令驱动伺服电机；

所述DAC数模转换模块用于将接收的数字指令转变模拟量指令；

所述模拟量指令伺服驱动器用于根据接收的模拟量指令驱动伺服电机；

所述伺服电机用于驱动机器人本体上的前驱动臂、后驱动臂、回转轴做出相应的机械动作；

所述编码器用于采集伺服电机上的运行参数实时反馈到双核处理器，实现闭环运算。

2.根据权利要求1所述的delta机器人，其特征在于，所述气动回路基座通过固定螺母固定于回转轴承座上。

3.根据权利要求1所述的delta机器人，其特征在于，所述通气孔为四个。

4.根据权利要求1所述的delta机器人，其特征在于，所述回转式气动吸附装置还包括内部为空腔的通气快插，所述通气快插插在气动回路基座的通气口中。

5.根据权利要求1所述的delta机器人，其特征在于，所述回转轴承座通过螺栓固定于末端执行器上。

6.根据权利要求1所述的delta机器人，其特征在于，所述第一处理器为ARM处理器，第二处理器为DSP处理器。

7.根据权利要求1所述的delta机器人，其特征在于，所述网络通讯模块通过以太网实现上位机与控制系统子节点的高效通讯，所述网络通讯伺服驱动器根据接收的以太网信号驱动伺服电机。

8.根据权利要求1所述的delta机器人，其特征在于，所述控制系统还包括与双核处理器连接的串口模块、显示模块、扩展IO模块；

所述串口模块用于采用串行通信方式的扩展接口实现控制系统与外部设备相连接；

所述显示模块用于显示反映控制系统的状态数据；

所述扩展IO模块用于控制系统与外部设备进行数据分析或交换。