CN107243898A - 一种连杆式智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连杆式智能机器人，导轨、基座、腰部、大臂、小臂和执行器，基座活动设置在导轨上，腰部上端设置有与大臂活动连接的导轨槽，大臂下端两侧均设有与导轨槽匹配的导杆，导轨槽和导杆的配合既实现了大臂与腰部的活动连接，也避免了出现故障时，大臂及大臂以上部分的掉落，大臂由滚珠丝杠带动，使得基座的平移、腰部的旋转、大臂的平移、小臂的旋转、执行器的旋转和执行器的抓取协同工作，能够满足各个方位的抓取需求。

Description

一种连杆式智能机器人

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种连杆式智能机器人。

背景技术

现如今，各行各业鼎盛发展，尤其以工业技术发展迅速，人们享受着科技带来的便利，与此同时，出现大量的重复式劳动、危险的劳动以及高温高压的劳动，为人们的生产生活带来了不便和困扰，所以，需要研制一种可以替代人类的机器人实现物品的抓取和移动，避免劳动者在危险的地方或者环境恶劣的地方工作。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种连杆式智能机器人，目的在于解放人类双手，替代人类枯燥乏味的机械式重复劳动，替代人类进行危险的劳动，替代人类难以触及到的工作环境。

为达到上述目的，本发明所述一种连杆式智能机器人包括导轨、基座、腰部、大臂、小臂和执行器，基座设置在导轨上，且基座沿导轨移动,腰部设置在基座上，腰部可沿其自身的中心轴转动，腰部上端设置有导轨槽，大臂下端设有与导轨槽配合的导杆，大臂由丝杠带动，大臂的上端面设置有小臂，小臂为四杆机构，小臂用于带动执行器在水平状态下上下移动，执行器末端设置有用于抓取物品的机械手爪。

所述执行器包括支撑座和与支撑座转动连接的机械手爪，所述四杆机构包括第一连杆，第一连杆的一端与小臂电机的输出轴连接，第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，第二连杆的另一端通过转轴与第三连杆和加强杆铰接，第三连杆和加强杆形成一个三角形，第三连杆包括两个边，第三连杆的下端与大臂铰接，第三连杆的一边的上端与第二连杆铰接，第三连杆另一边的上端与支撑座上部铰接，大臂与支撑杆的下端铰接，支撑杆的上端与支撑座的下部铰接。

还包括限制大臂运动行程的第一限位开关和限定小臂电机的转动角度的第二限位开关。

所述机械手爪的内壁设置有塑胶防滑垫。

所述导轨为直线电机或齿轮齿条传动方式，当导轨为齿轮齿条传动方式时，基座上设置第一电机和齿轮，齿条排布在导轨上。

还包括可编程控制器、设置在基座上的第一位置传感器、设置在腰部的角度传感器、设置在机械手爪靠近小臂一端的第二位置传感器，

所述第一位置传感器用于监测基座在轨道上的位置，并将基座的位置信息实时传递至可编程控制器；所述角度传感器，用于监测腰部的转动角度并向可编程控制器反馈腰部的转动角度信息；所述第二位置传感器用于对机械手爪进行定位并向可编程控制器反馈机械手爪的位置信息；所述可编程控制器用于接收第一位置传感器传递的基座在轨道上的位置信息、角度传感器传递的腰部的转动角度信息和二位置传感器传递的机械手爪的位置信息，并根据接收到的信息对基座、腰部和机械爪的动作进行控制。

还包括设置在机械手爪的爪部设置的第三位置传感器和压力传感器，第三位置传感器用于对机械手爪抓取的物品进行位置感应，当第三位置传感器检测到物体有滑移时，将滑移信号传递给可编程控制器；压力传感器用于测量机械手爪的抓取力度，并将抓取力度信息传递至可编程控制器；可编程控制器还用于接收第三位置传感器传递的滑移信号和压力传感器传递的抓取力度信息，并根据滑移信号控制机械爪的抓取力度。

所述腰部内部设置有第二电机，第二电机的输出轴和二级行星减速器连接，二级行星减速器用于带动腰部自转。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，本发明设有导轨、基座、腰部、大臂、小臂和执行器，基座设置在导轨上，且基座可沿导轨移动,腰部上端设置有导轨槽，大臂下端两侧均设有与导轨槽配合的导杆，导轨槽和导杆的配合既实现了大臂与腰部的活动连接，也避免了出现故障时，大臂及大臂以上部分的掉落，大臂由滚珠丝杠带动，使得基座的平移、腰部的旋转、大臂的平移、小臂的旋转、执行器的旋转和执行器的抓取协同工作，能够满足各个方位的抓取需求。

进一步的，所述执行器包括支撑座和与支撑座转动连接的机械手爪，所述四杆机构包括第一连杆，第一连杆的一端与小臂电机的输出轴连接，第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，第二连杆的另一端通过转轴与第三连杆和加强杆铰接，第三连杆和加强杆形成一个三角形，第三连杆包括两个边，第三连杆的下端与大臂铰接，第三连杆的一边的上端与第二连杆铰接，第三连杆另一边的上端与支撑座上部铰接，大臂与支撑杆的下端铰接，支撑杆的上端与支撑座的下部铰接，支撑杆起支撑执行器并使执行器保持水平状态的作用，小臂电机带动曲柄定轴转动，曲柄带动连杆转动，连杆带动执行器在执行器保持水平的状态下转动，这样的传动方式的优点在于使得执行器进行水平上下移动，不会因机构的不得当而翻转和侧仰。

进一步的，机械手爪的内壁设置有塑胶防滑垫，有效防止物品滑落。

进一步的，还包括限制大臂运动行程的第一限位开关和限定小臂电机的转动角度的第二限位开关，第一限位开关用于限制大臂的平移运动范围，避免大臂运动范围越界而导致自毁；小臂由小臂电机驱动，小臂电机转动是有角度限制的，所以需要两个限位开关，以保证小臂的旋转范围不至于自毁。

进一步的，导轨为直线电机或齿轮齿条传动方式，当导轨为齿轮齿条传动方式时，基座上设置第一电机和齿轮，齿条排布在导轨上，若需要机器人的运动轨迹是短距离且单一直线时，则导轨采用直线电机，如果需要机器人不规则的长距离工作，则导轨采用齿轮齿条传动方式，此时基座上安装第一电机和齿轮，齿条排布在导轨上，齿轮齿条传动驱动机器人运动，齿轮齿条的传动方式，传动速度高，传动功率大，寿命长，工作平稳，可靠性高，能保证恒定的传动比。

进一步的，还包括可编程控制器、设置在基座上的第一位置传感器、设置在腰部的角度传感器、设置在机械手爪靠近小臂一端的第二位置传感器，第一位置传感器用于监测基座在轨道上的位置，并将基座的位置信息实时传递至可编程控制器；能够在电脑控制面板上实时显示机器人的位置，便于用可编程控制器对机器人的位置进行监测；角度传感器，用于监测腰部的转动角度并向可编程控制器反馈腰部的转动角度信息；第二位置传感器用于对机械手爪进行定位并向可编程控制器反馈机械手爪的位置信息；可编程控制器用于接收第一位置传感器传递的基座在轨道上的位置信息、角度传感器传递的腰部的转动角度信息和二位置传感器传递的机械手爪的位置信息，并根据接收到的信息对基座、腰部和机械爪的动作进行控制，实现了机器人的智能控制，提高了自动化程度。

进一步的，还包括设置在机械手爪的爪部设置的第三位置传感器和压力传感器，第三位置传感器用于对机械手爪抓取的物品进行位置感应，当第三位置传感器检测到物体有滑移时，将滑移信号传递给可编程控制器；压力传感器用于测量机械手爪的抓取力度，并将抓取力度信息传递至可编程控制器；可编程控制器还用于接收第三位置传感器传递的滑移信号和压力传感器传递的抓取力度信息，并根据滑移信号控制机械爪的抓取力度，对机械手爪发出加大力度抓取的信号，机械手爪收到信号后加大力度抓取，直至将物体抓起为止，通过高度仿生人手对物体使用恰当的力拿起来而不会掉落，同时机器人能够根据目标物品的位置，自动判断识别后精确调整自身位置，对物品进行准确抓取工作。

进一步的，腰部内部设置有第二电机，第二电机的输出轴和二级行星减速器连接，二级行星减速器用于带动腰部自转。

附图说明

图1为本结构的三维图；

图2为本结构的主视图；

图3为图2的I部放大图；

图4为本结构的俯视图；

图5为本结构的左视图；

图6为本结构的右视图；

附图中：1、导轨，2、基座，3、腰部，4、大臂，5、小臂，6、执行器，7、第一位置传感器，8、角度传感器，9、第一限位开关，10、第二限位开关，11、第二位置传感器，12、第三位置传感器，13、压力传感器，14、第一连杆，15、第二连杆，16、第三连杆，17、导轨槽，18、导杆，19、支撑杆，20、支撑座，21、加强杆，22、连接块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1至图6，一种连杆式智能机器人包括导轨1、基座2、腰部3、大臂4、小臂5和执行器6，基座2活动设置在导轨1上，导轨1根据需要进行排布路径，若需要机器人的运动轨迹是短距离且单一直线时，则导轨1采用直线电机，如果需要机器人不规则的长距离工作，则导轨1采用齿轮齿条传动方式，此时基座2上安装第一电机和齿轮，齿条排布在导轨1上，齿轮齿条传动驱动机器人运动，齿轮齿条的传动方式，传动速度高，传动功率大，寿命长，工作平稳，可靠性高，能保证恒定的传动比，腰部3设置在基座2上端，腰部3与导轨1相互垂直，腰部3内部设置有第二电机和二级行星减速器，第二电机为直流减速电机，二级行星减速器卡接在基座2和腰部3之间，直流减速电机带动二级行星减速器运动，二级行星减速器带动腰部3以铅垂线为中心轴在360度范围内自转，第二电机排线为电刷形式，使腰部旋转不受电线缠绕而可以无限角度旋转，达到转角无限制目的，基座2能够带动腰部3沿着导轨1在前后方向水平移动，腰部3设置有开孔，便于组装时候的导线穿过，腰部3上端部两侧均设置有用于与大臂4活动连接的导轨槽17，大臂4下端两侧均设有与导轨槽17配合的导杆18，导轨槽17和导杆18的配合既实现了大臂4与腰部3的活动连接，也避免了出现故障时，大臂4及大臂4以上部分的掉落，大臂4的运动由滚珠丝杠带动，滚珠丝杠由第二直流减速电机带动，第二直流减速电机带动滚珠丝杠转动，丝杠进一步带动大臂4进行直线式平移运动，丝杠传动具有定位精度高、传动效率高、使用寿命高的优点，大臂4的上端面设置有小臂5，小臂5用于执行器6的上下移动，小臂5采用四杆机构。

参照图2和图3，四杆机构包括第一连杆14，第一连杆14的一端与小臂电机的输出轴连接，小臂电机固定设置在大臂4上端面，第一连杆14的另一端与第二连杆15的一端铰接，第二连杆15的另一端通过转轴与第三连杆16铰接和加强杆21铰接，第三连杆16为V形，第三连杆16与加强杆21形成一个三角形，加强杆21起加强第三连杆强度的作用，第三连杆16两端的拐角处分别与两个连接块22的一个角铰接，连接块22为三角形，连接块的第二个角与大臂4固定连接，第三个角与支撑杆19下端铰接，支撑杆19设置在两个连接块22中间，第三连杆16的一边的上端与第二连杆15铰接，第三连杆16的另一边的上端与执行器6的支撑座20的上部铰接，支撑杆19的上端与支撑座20的下部铰接，支撑杆19起支撑执行器6并使执行器6保持水平状态的作用，小臂电机带动曲柄定轴转动，曲柄带动连杆转动，连杆带动执行器6在执行器6保持水平的状态下转动，这样的传动方式的优点在于使得执行器6进行水平上下移动，不会因机构的不得当而翻转和侧仰，执行器6包括支撑座20和与支撑座20转动连接的机械手爪，小臂电机同时平衡小臂5及执行器6、物料的重量，机械手爪，由第三电机控制执行器的动作，用于拿取物品和对物品进行180°内的翻转。

机械手爪的抓取部位采用塑胶材料，机械手爪抓取的物品的被抓部位尺寸小于65mm，重量不大于3kg，机械手爪由两个舵机驱动，舵机能够驱动手爪的开合或180°内旋转，实现对物体抓取后进行180°翻转的效果，机械手爪的内壁设置有塑胶防滑垫，有效防止物品滑落。

机械手爪靠近小臂5一端设置有第二位置传感器11，机械手爪的爪部设置有第三位置传感器12，机械手爪的爪部设置有压力传感器13，第二位置传感器11用于对机械手爪进行定位，第三位置传感器12用于对机械手爪抓取的物品进行位置感应，机器人能够根据目标物品的位置，自动判断识别后精确调整自身位置，对物品进行准确抓取工作，同时，对于体积小且易碎物品，通过人工进行区分编程外，压力传感器13能及时感知抓取力度，在产生抓起物品的效果的同时保证使用最轻的力度，压力传感器13感知到抓取物品的力度之后，若物品因自重原因有滑落趋势时实即第三位置传感器12检测到物体有滑移时，将检测信号传递给可编程控制器，可编程控制器对机械手爪发出加大力度抓取的信号，机械手爪收到信号后加大力度抓取，直至将物体抓起为止，通过高度仿生人手对物体使用恰当的力拿起来而不会掉落。

优选的，基座2上设置有第一位置传感器7，的第一位置传感器7检测整个机器人在轨道1上的位置，相当于GPS定位系统，第一位置传感器7用于整体定位，并将基座2的位置信息实时传递至可编程控制器，能够在电脑控制面板上实时显示机器人的位置，便于用可编程控制器对机器人的位置进行监测。

优选的，腰部3安装有角度传感器8，实时向可编程控制器反馈腰部3转动的角度。

优选的，大臂4的两端分别安装有第一限位开关9，第一限位开关9用于限制大臂4的平移运动范围，避免大臂4运动范围越界而导致自毁；小臂电机的输出轴一端设置有固定小臂电机的固定板，固定板设置在小臂电机与第一连杆14之间，固定板两端分别安装有第二限位开关10，小臂5由小臂电机驱动，小臂电机转动是有角度限制的，所以需要两个限位开关，以保证小臂5的旋转范围不至于自毁。

优选的，机器人材料整体采用ABS塑料或者硬质合金钢。

本发明的工作原理为：整体采用双轨形式，通过控制第一电机和齿轮进行齿轮齿条传动或者直接控制直线电机驱动发明整体前进与后退，腰部3带有第一位置传感器7，能够实时的将机器人的位置反馈到可编程控制器。腰部3采用直流减速电机带动二级行星减速器对其进行转动驱动，连接处的线路采用电刷形式，整体可实现无约束自由转动，并且自身带有角度传感器8，将机器人的转动角度实时反馈给可编程控制器。大臂采用滚珠丝杠进行驱动，小臂5采用四杆机构进行驱动，可以实现抓取物品的水平移动。执行器6末端设置有机械手爪，机械手爪设置有两个位置传感器和一个压力传感器13，实现对目标物体的精确及稳定抓取，能够抓取物品可以进行180°旋转。整体机构由可编程控制器进行整体控制，使得六个自由度相互合作，六个自由度是指，基座2的平移、腰部3的旋转、大臂4的平移、小臂5的旋转、执行器6的旋转和执行器6的抓取协同工作，实现整体智能化。

以上描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，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 (8)

1.一种连杆式智能机器人，其特征在于，包括导轨(1)、基座(2)、腰部(3)、大臂(4)、小臂(5)和执行器(6)，基座(2)设置在导轨(1)上，且基座(2)可沿导轨(1)移动,腰部(3)设置在基座(2)上，腰部(3)可沿其自身的中心轴转动，腰部(3)上端设置有导轨槽(17)，大臂(4)下端设有与导轨槽(17)配合的导杆(18)，大臂(4)由丝杠带动，大臂(4)的上端面设置有小臂(5)，小臂(5)为四杆机构，小臂(5)用于带动执行器(6)在水平状态下上下移动，执行器(6)末端设置有用于抓取物品的机械手爪。

2.根据权利要求1所述的一种连杆式智能机器人，其特征在于，所述执行器(6)包括支撑座(20)和与支撑座(20)转动连接的机械手爪，所述四杆机构包括第一连杆(14)，第一连杆(14)的一端与小臂电机的输出轴连接，第一连杆(14)的另一端与第二连杆(15)的一端铰接，第二连杆(15)的另一端通过转轴与第三连杆(16)和加强杆(21)铰接，第三连杆(16)和加强杆(21)形成一个三角形，第三连杆(16)包括两个边，第三连杆(16)的下端与大臂(4)铰接，第三连杆(16)的一边的上端与第二连杆(15)铰接，第三连杆(16)另一边的上端与支撑座(20)上部铰接，大臂(4)与支撑杆(19)的下端铰接，支撑杆(19)的上端与支撑座(20)的下部铰接。

3.根据权利要求2所述的一种连杆式智能机器人，其特征在于，还包括限制大臂(4)运动行程的第一限位开关(9)和限定小臂电机的转动角度的第二限位开关(10)。

4.根据权利要求2所述的一种连杆式智能机器人，其特征在于，所述机械手爪的内壁设置有塑胶防滑垫。

5.根据权利要求1所述的一种连杆式智能机器人，其特征在于，所述导轨(1)为直线电机或齿轮齿条传动方式，当导轨(1)为齿轮齿条传动方式时，基座(2)上设置第一电机和齿轮，齿条排布在导轨(1)上。

6.根据权利要求1所述的一种连杆式智能机器人，其特征在于，还包括可编程控制器、设置在基座(2)上的第一位置传感器(7)、设置在腰部(3)的角度传感器(8)、设置在机械手爪靠近小臂(5)一端的第二位置传感器(11)，

所述第一位置传感器(7)用于监测基座(2)在轨道(1)上的位置，并将基座(2)的位置信息实时传递至可编程控制器；

所述角度传感器(8)，用于监测腰部(3)的转动角度并向可编程控制器反馈腰部(3)的转动角度信息；

所述第二位置传感器(11)用于对机械手爪进行定位并向可编程控制器反馈机械手爪的位置信息；

所述可编程控制器用于接收第一位置传感器(7)传递的基座(2)在轨道(1)上的位置信息、角度传感器(8)传递的腰部(3)的转动角度信息和二位置传感器(11)传递的机械手爪的位置信息，并根据接收到的信息对基座(2)、腰部(3)和机械爪的动作进行控制。

7.根据权利要求6所述的一种连杆式智能机器人，其特征在于，还包括设置在机械手爪的爪部设置的第三位置传感器(12)和压力传感器(13)，

第三位置传感器(12)用于对机械手爪抓取的物品进行位置感应，当第三位置传感器(12)检测到物体有滑移时，将滑移信号传递给可编程控制器；

压力传感器(13)用于测量机械手爪的抓取力度，并将抓取力度信息传递至可编程控制器；

可编程控制器还用于接收第三位置传感器(12)传递的滑移信号和压力传感器(13)传递的抓取力度信息，并根据滑移信号控制机械爪的抓取力度。

8.根据权利要求1所述的一种连杆式智能机器人，其特征在于，所述腰部(3)内部设置有第二电机，第二电机的输出轴和二级行星减速器连接，二级行星减速器用于带动腰部(3)自转。